电磁场理论与电磁波应用

上篇 理论篇——电磁场基础知识

第1章 矢量分析

1.1 标量、矢量及其运算

1.1.1 标量和矢量

1.1.2 矢量的代数运算

1.2 矢量场的通量与散度

1.2.1 矢量场的矢量线

1.2.2 矢量的通量

1.2.3 矢量场的散度

1.3 矢量场的环量与旋度

1.3.1 环量的定义

1.3.2 旋度

1.4 标量场的梯度

1.4.1 标量场的等值面

1.4.2 方向导数

1.4.3 标量场的梯度

1.5 三种常用的正交坐标系

1.6 拉普拉斯运算与格林定理

1.6.1 拉普拉斯运算

1.6.2 格林定理

1.7 亥姆霍兹定理

习题

第2章 静电场

2.1 电场的基本性质

2.1.1 电荷与电荷分布

2.1.2 库仑定律

2.1.3 电场强度

2.2 真空中静电场的基本方程

2.2.1 静电场的散度与高斯定理

2.2.2 电场的旋度与静电场的环路定理

2.2.3 静电场的性质

2.3 电位函数

2.3.1 电位的定义

2.3.2 电位的表达式

2.4 电介质的极化与极化强度

2.4.1 介质的极化

2.4.2 极化电荷与极化强度矢量的关系

2.5 介质中的高斯定理与边界条件

2.5.1 介质中的高斯定理

2.5.2 边界条件

2.6 导体系统的电容

2.6.1 静电场中的导体

2.6.2 导体系统的电容

2.7 电场能量静电力

2.7.1 电场能量

2.7.2 静电力

习题

第3章 恒定电场

3.1 电流与电流密度

3.2 电荷守恒定律与电流连续性方程

3.3 恒定电场的基本方程

3.3.1 恒定电场的基本方程

3.3.2 恒定电场的电位

3.3.3 导电媒质中的电荷分布

3.4 恒定电场的边界条件

3.5 能量损耗与电动势

3.5.1 焦耳定律

3.5.2 电动势

3.5.3 接地电阻

3.6 恒定电场的边值问题

3.6.1 恒定电场与静电场的类比

3.6.2 恒定电场的求解方法

习题

第4章 恒定磁场

4.1 恒定磁场的实验定律与磁感应强度

4.1.1 安培力定律

4.1.2 磁感应强度

4.1.3 磁通连续性原理

4.2 安培环路定律

4.2.1 安培环路定律

4.2.2 磁场强度

4.2.3 磁化率

4.3 矢量磁位

4.4 介质的磁化

4.4.1 磁化强度

4.4.2 媒质磁化后的磁效应

4.4.3 安培环路定律的一般形式

4.4.4 磁介质中恒定磁场基本方程

4.5 磁标量位

4.5.1 磁标量位的概念

4.5.2 磁标量位的多值性

4.5.3 标量位的微分方程

4.6 媒质分界面上的边界条件

4.6.1 磁场强度H所满足的分界面边界条件

4.6.2 磁感应强度应满足的分界面边界条件

4.6.3 折射定律

4.6.4 用磁矢量位表示的媒质分界面边界条件

4.7 电感

4.8 磁场能量与力

4.8.1 恒定磁场中的能量

4.8.2 电磁能量的分布

4.8.3 磁场力

习题

第5章 静态场的边值问题

5.1 边值问题的提出

5.1.1 边值问题的分类

5.1.2 唯一性定理

5.2 镜像法

5.2.1 导体平面的镜像

5.2.2 导体球面的镜像

5.2.3 线电荷对导体圆柱面的镜像

5.2.4 点电荷对无限大介质平面的镜像

5.3 分离变量法

5.3.1 直角坐标系中的分离变量法

5.3.2 柱坐标中的分离变量法

5.3.3 球坐标中的分离变量法

5.4 有限差分法

5.4.1 有限差分方程

5.4.2 差分方程的求解

5.5 复变函数法

习题

第6章 时变电磁场

6.1 法拉第电磁感应定律

6.1.1 电磁感应定律

6.1.2 法拉第电磁感应定律的积分与微分形式

6.1.3 电磁感应定律的意义

6.2 位移电流

6.2.1 问题的提出

6.2.2 位移电流假设

6.3 麦克斯韦方程

6.3.1 麦克斯韦方程组

6.3.2 麦氏方程的限定形式和非限定形式

6.4 时变电磁场的边界条件

6.4.1 时变电磁场的边界条件

6.4.2 两种特殊情况

6.5 坡印廷定理和坡印廷矢量

6.5.1 坡印廷定理

6.5.2 坡印廷矢量

6.6 正弦电磁场

6.6.1 正弦电磁场的复数表示法

6.6.2 麦克斯韦方程的复数形式

6.6.3 复坡印廷矢量

6.7 波动方程

6.8 动态矢量位和标量位

6.8.1 动态矢量位和标量位的定义

6.8.2 达朗贝尔方程

6.8.3 小结

习题

中篇 应用篇——电磁波及其基础应用

第7章 平面电磁波

7.1 均匀平面波

7.2 理想介质中的均匀平面波

7.2.1 沿+z轴方向传播的均匀平面波

7.2.2 沿任意方向传播的均匀平面波

7.2.3 均匀平面波的性质

7.3 导电媒质中的均匀平面波

7.3.1 导电媒质中的波动方程及其解

7.3.2 导体中均匀平面波的性质

7.3.3 讨论

7.3.4 相速和群速

7.4 电磁波的极化

7.4.1 线极化波

7.4.2 圆极化平面波

7.4.3 椭圆极化平面波

7.5 平面边界上的反射和折射

7.5.1 任意方向传播的平面波

7.5.2 Snell定律

7.5.3 反射系数和透射系数

7.5.4 无反射和全反射

7.5.5 导电介质中的折射波

7.6 波速

习题

第8章 传输线理论

8.1 均匀传输线理论概述

8.1.1 导波形式及传输线的分类

8.1.2 双导线型传输线基本要求以及分布参数

8.1.3 传输线分析方法

8.2 传输线方程及其解

8.2.1 均匀双导体传输线的分布参数及其等效电路

8.2.2 电路方程及其解

8.2.3 无耗传输线的基本特性

8.3 均匀无耗传输线的等效

8.3.1 行波工作状态

8.3.2 纯驻波工作状态

8.3.3 行驻波工作状态

8.4 圆图及其应用

8.4.1 等反射系数圆

8.4.2 阻抗圆图

8.4.3 导纳圆图

8.4.4 圆图应用举例

8.5 有耗传输线

8.5.1 有耗传输线的特性参数

8.5.2 有耗传输线上的电压、电流和阻抗的分布

8.5.3 有耗线上传输效率的计算

8.6 双导线与同轴线

8.6.1 平行双导线

8.6.2 同轴线

8.6.3 同轴线中不连续性的等效电路

8.7 传输线的匹配

8.7.1 三种匹配状态及其匹配方法

8.7.2 阻抗匹配网络

习题

第9章 规则波导

9.1 导波原理

9.1.1 规则金属管内电磁波

9.1.2 传输特征

9.1.3 导行波的分类

9.2 矩形波导

9.2.1 矩形波导中的场

9.2.2 矩形波导的传输特性

9.2.3 主模TEio波

9.2.4 矩形波导尺寸选择原则

9.3 圆形波导

9.3.1 圆波导中的场

9.3.2 圆波导的传输特性

9.3.3 圆波导中几种常用模式

9.4 波导的激励与耦合

9.4.1 探针激励

9.4.2 环激励

9.4.3 孔（缝）激励

习题

第10章 微波集成传输线

10.1 带状线

10.1.1 特性阻抗

10.1.2 带状线的衰减常数

10，1.3 相速和波导波长

10.1.4 带状线的尺寸选择

10.2 微带线

10.2.1 特性阻抗与相速

10.2.2 波导波长

10.2.3 微带线的衰减常数

10.2.4 微带线的色散特性

10.2.5 微带尺寸的选择

10.3 耦合微带线

10.3.1 奇偶模分析方法

10.3.2 奇偶模分别激励时耦合传输线方程的解

10.4 其他形式平面传输线

10.4.1 悬置微带线和倒置微带线

10.4.2 槽线

10.4.3 共面传输线

习题

第11章 微波网络基础

11.1 微波系统等效为网络

11.1.1 等效电压和等效电流

11.1.2 不均匀区域等效为网络

11.1.3 单端口网络

11.2 阻抗、导纳和转移参量

11.2.1 阻抗参量

11.2.2 导纳矩阵

11.2.3 转移矩阵

11.3 散射矩阵与传输矩阵

11.3.1 散射矩阵

11.3.2 传输矩阵

11.3.3 散射参量与其他参量转换

11.3.4 S参数测量

11.3.5 多端口网络的散射矩阵

11.4 基本电路单元的参量矩阵

11.5 微波网络的工作特性参数

11.5.1 电压传输系数T

11.5.2 插入相移

11.5.3 插入驻波比

11.5.4 插入衰减

习题

第12章 微波元件

12.1 连接匹配元件

12.1.1 终端负载元件

12.1.2 微波连接元件

12.1.3 阻抗匹配元件

12.2 功率分配元件

12.2.1 定向耦合器

12.2.2 功率分配器

12.2.3 波导分支器

12.3 微波谐振器

12.3.1 微波谐振器的基本参量

12.3.2 矩形空腔谐振器

12.3.3 微带谐振器

12.3.4 谐振器的耦合和激励

12.4 微波铁氧体元件

12.4.1 隔离器

12.4.2 铁氧体环行器

习题

下篇 实践篇——电磁场与电磁波实验

第13章 实践训练

13.1 微波测量系统的认识与调试

13.2 晶体检波器校准

13.3 驻波比的测量

13.4 阻抗测量与阻抗匹配

附录1 常用矢量分析公式

附录2 Simth圆图

参考文献

《普通高等教育“十二五”规划教材：电磁场理论与电磁波应用》主要为电子信息、通信工程、电子应用和电气工程等专业的专业基础课程而编写，希望通过《普通高等教育“十二五”规划教材：电磁场理论与电磁波应用》所介绍的内容，提高同学们的理论水平和实践能力，激发他们的求学热情，为更好地学习后继的专业课程打下坚实的基础。全书分成上、中、下三篇，上篇是理论篇，主要介绍了电磁场理论的基本知识，涵盖了矢量分析、静电场、恒定电场、恒定磁场、静态场的边值问题、时变电磁场以及平面电磁波等内容；中篇是应用篇，主要介绍了传输线理论、规则波导、微波集成传输线、微波网络基础以及微波元件等内容；下篇是实践篇，主要有微波测量系统的认识与调试、晶体检波及驻波比测量、波导波长（导内波长）的测量和驻波测量、阻抗测量（归一化阻抗测试实例）以及阻抗匹配等内容。
　　《普通高等教育“十二五”规划教材：电磁场理论与电磁波应用》的内容涉及面广，几乎与电磁场、微波有关的问题都有涉及，在编写过程中主要侧重于基本概念和基本理论的叙述，并不追求数学推导的完整性，可能在内容的选择、广度和深度的掌握方面还存在欠缺之处，殷切希望读者提出宝贵意见。
　　《普通高等教育“十二五”规划教材：电磁场理论与电磁波应用》可作为本科高等院校电子信息、通信工程、电子应用、微电子学和电气工程等专业的电磁场与电磁波课程教材，也可作为高职高专院校电子、电气、信息、通信及相关专业的电磁场课程教材，同时还可以为从事电子技术研究和开发的工程技术人员提供参考。

　　本书主要为电子信息、通信工程、电子应用和电气工程等专业的专业基础课程而编写，希望通过本书所介绍的内容，提高同学们的理论水平和实践能力，激发他们的求学热情，为更好地学习后继的专业课程打下坚实的基础。全书分成上、中、下三篇，上篇是理论篇，主要介绍了电磁场理论的基本知识，涵盖了矢量分析、静电场、恒定电场、恒定磁场、静态场的边值问题、时变电磁场以及平面电磁波等内容；中篇是应用篇，主要介绍了传输线理论、规则波导、微波集成传输线、微波网络基础以及微波元件等内容；下篇是实践篇，主要有微波测量系统的认识与调试、晶体检波及驻波比测量、波导波长(导内波长)的测量和驻波测量、阻抗测量(归一化阻抗测试实例)以及阻抗匹配等内容。

　　本书的内容涉及面广，几乎与电磁场、微波有关的问题都有涉及，在编写过程中主要侧重于基本概念和基本理论的叙述，并不追求数学推导的完整性，可能在内容的选择、广度和深度的掌握方面还存在欠缺之处，殷切希望读者提出宝贵意见。

　　本书可作为本科高等院校电子信息、通信工程、电子应用、微电子学和电气工程等专业的电磁场与电磁波课程教材，也可作为高职高专院校电子、电气、信息、通信及相关专业的电磁场课程教材，同时还可以为从事电子技术研究和开发的工程技术人员提供参考。