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第一篇 电磁场与电磁波2

第1章矢量分析2

1.1三种常用的坐标系2

1.1.1坐标系的构成2

1.1.2三种坐标系坐标变量之间的关系4

1.1.3三种坐标系坐标单位矢量之间的关系5

1.2矢量函数的微积分8

1.2.1矢量函数的导数8

1.2.2矢量函数的积分10

1.3标量函数的梯度10

1.3.1方向导数10

1.3.2梯度12

1.4矢量函数的散度15

1.4.1通量15

1.4.2散度16

1.4.3高斯（Gauss）散度定理17

1.5矢量函数的旋度19

1.5.1环量19

1.5.2旋度20

1.5.3斯托克斯（Stokes）定理22

1.6场函数的微分算子和恒等式23

1.6.1哈密顿一阶微分算子及恒等式23

1.6.2二阶微分算子及恒等式25

习题26

第2章 电磁场基本方程29

2.1麦克斯韦方程组29

2.1.1麦克斯韦方程组的积分形式29

2.1.2麦克斯韦方程组的微分形式30

2.1.3本构关系31

2.2电磁场的边界条件33

2.2.1 E的切向边界条件33

2.2.2 H的切向边界条件33

2.2.3 D和B的法向边界条件34

2.3时谐电磁场的复数表示35

2.4坡印廷定理36

2.5电磁场的位函数38

2.5.1位函数的定义38

2.5.2达朗伯方程39

2.5.3滞后位40

习题41

第3章 平面电磁波45

3.1理想介质中的均匀平面波45

3.1.1波动方程的解45

3.1.2均匀平面波的传播特性47

3.2均匀平面波的极化49

3.2.1均匀平面波的三种极化形式49

3.2.2均匀平面波的合成分解及应用51

3.3损耗媒质中的均匀平面波52

3.3.1损耗媒质中的平面波场解52

3.3.2传播常数和波阻抗的意义53

3.3.3良导电媒质中的平面波55

3.4均匀平面波对平面边界的垂直入射59

3.4.1对理想导体的垂直入射59

3.4.2对理想介质的垂直入射61

3.5均匀平面波对平面边界的斜入射64

3.5.1沿任意方向传播的平面波64

3.5.2平面波对理想介质的斜入射65

3.5.3平面波对理想导体的斜入射68

3.5.4全反射70

习题71

第二篇 微波技术基础76

第4章 传输线理论76

4.1引言76

4.2分布参数77

4.3传输线方程及其解78

4.3.1传输线方程78

4.3.2传输线方程的通解与物理意义78

4.4无耗传输线的传输特性80

4.5端接负载的均匀无耗传输线82

4.5.1波的反射现象82

4.5.2传输线的三种工作状态85

4.6圆图及其应用90

4.6.1圆图绘制原理90

4.6.2阻抗圆图的特点91

4.6.3导纳圆图92

4.6.4圆图应用举例94

4.7传输线阻抗匹配96

4.7.1阻抗匹配的概念96

4.7.2阻抗匹配法97

习题100

第5章 微波传输线103

5.1引言103

5.2 TE模和TM模传输线103

5.2.1波导系统场解法104

5.2.2矩形波导105

5.2.3圆波导116

5.3 TEM模传输线122

5.3.1同轴线122

5.3.2带状线125

5.3.3微带线127

习题130

第6章 微波网络基础132

6.1引言132

6.2波导传输线与双线传输线的等效132

6.2.1等效的基础与归一化条件133

6.2.2等效特性阻抗134

6.2.3归一化参量136

6.3微波元件等效为微波网络的原理137

6.4二端口微波网络参量138

6.4.1阻抗参量[Z]138

6.4.2导纳参量[Y]140

6.4.3转移参量[A]140

6.4.4散射参量[S]141

6.4.5传输参量[T]143

6.5基本电路单元的参量矩阵145

6.6微波网络的工作特性参量146

习题148

第7章 微波元件151

7.1引言151

7.2简单元件151

7.2.1终端器件与连接器件151

7.2.2衰减器与移相器155

7.2.3波导分支结构157

7.3阻抗调配器和阻抗变换器160

7.3.1微波电抗元件161

7.3.2阻抗调配器164

7.3.3 λ/4阻抗变换器164

7.4定向耦合器与功率分配器166

7.4.1定向耦合器技术指标166

7.4.2波导双孔定向耦合器167

7.4.3波导十字槽孔定向耦合器168

7.4.4平行耦合线耦合器169

7.4.5功率分配器171

7.5微波谐振器173

7.5.1矩形谐振腔174

7.5.2圆柱形谐振腔175

7.5.3同轴谐振腔177

7.6微波滤波器178

7.7微波铁氧体元件181

7.7.1铁氧体对圆极化波的导磁率181

7.7.2微波铁氧体元件182

习题186

第三篇 天线与电波传播190

第8章 天线基础知识190

8.1引言190

8.2基本振子（Short Dipole）的辐射190

8.2.1电基本振子的辐射190

8.2.2磁基本振子的辐射193

8.3发射天线的电参数（Basic Antenna Parameters）195

8.3.1方向函数195

8.3.2方向图（Fileld Pattern）196

8.3.3方向图参数197

8.3.4方向系数（Directivity）197

8.3.5天线效率（Eifficiency）199

8.3.6增益系数（Gain）200

8.3.7天线的极化（Polarization）201

8.3.8有效长度（Effective Length）201

8.3.9输入阻抗与辐射阻抗（Input Resistance and Radiation Resistance）202

8.3.10频带宽度（Bandwidth）202

8.4互易定理与接收天线的电参数203

8.4.1互易定理203

8.4.2有效接收面积（Effective Aperture）204

8.5对称振子（Symmetrical Center-Fed Dipole）204

8.5.1电流分布204

8.5.2对称振子的辐射场205

8.5.3对称振子的输入阻抗208

8.6天线阵（Arrays）的方向性208

8.6.1二元阵（Two Element Arrays）的方向性209

8.6.2均匀直线阵（Uniform Linear Arrays）214

8.7对称振子阵的阻抗特性221

8.7.1二元阵的阻抗221

8.7.2直线阵的阻抗225

8.8无限大理想导电反射面对天线电性能的影响226

8.8.1天线的镜像226

8.8.2无限大理想导电反射面对天线电性能影响的分析227

习题230

第9章 简单线天线235

9.1引言235

9.2水平对称天线235

9.2.1双极天线235

9.2.2笼形天线242

9.2.3 V形对称振子244

9.2.4电视发射天线245

9.3直立天线248

9.4引向天线254

9.4.1引向天线的工作原理254

9.4.2引向天线的电特性259

9.4.3半波折合振子（Half-Wave Folded Dipole）261

9.4.4平衡器（Balun）——对称天线的馈电262

习题265

第10章 宽频带天线267

10.1引言267

10.2行波单导线及菱形天线267

10.2.1行波单导线267

10.2.2菱形天线269

10.3螺旋天线（Helical Antenna）274

10.3.1圆极化波及其应用274

10.3.2螺旋天线的工作原理274

10.3.3螺旋天线的电参数估算277

10.4非频变天线277

10.4.1平面等角螺旋天线278

10.4.2阿基米德螺旋天线280

10.4.3对数周期天线（Log-Periodic Antenna，LPA）281

习题288

第11章 微带天线290

11.1引言290

11.2矩形微带天线（Rectangular-Patch Microstrip Antenna）290

11.3双频微带天线（Duel-Band Microstrip Antenna）293

习题296

第12章 面天线297

12.1引言297

12.2等效原理（Field Equivalence Theorem）与惠更斯元的辐射297

12.3平面口径（ Planar Aperture）的辐射300

12.3.1一般计算公式300

12.3.2同相平面口径的辐射301

12.3.3相位偏移对口径辐射场的影响304

12.4喇叭天线（Horn Antenna）305

12.4.1矩形喇叭天线的口径场与方向图306

12.4.2圆锥喇叭（Conical Horn）310

12.5旋转抛物面天线311

12.5.1几何特性与工作原理311

12.5.2抛物面天线的口径场313

12.5.3抛物面天线的辐射场315

12.5.4抛物面天线的馈源（Feeds）316

12.6卡塞格伦天线317

习题318

第13章 电波传播320

13.1引言320

13.1.1电磁波谱320

13.1.2电波传播的主要方式321

13.2自由空间电波传播322

13.2.1自由空间传播损耗计算322

13.2.2菲涅尔区概念324

13.3地面波传播327

13.3.1地球表面电特性327

13.3.2波前倾斜现象329

13.3.3地面波传播特性330

13.3.4地面波场强的计算331

13.4天波传播332

13.4.1电离层概况333

13.4.2无线电波在电离层中的传播336

13.4.3短波天波传播339

13.5视距传播340

13.5.1地面对视距传播的影响340

13.5.2对流层大气对视距传播的影响346

习题348

附录351

附录1矢量恒等式351

附录2常用导体材料的特性353

附录3一些材料的介电常数和损耗角正切（10 GHz时）354

附录4微带线常用导体材料的特性554

参考文献355