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第一篇 场波基础篇3

第1章 矢量分析基础3

1.1标量与矢量3

标量与矢量3

标量场与矢量场4

1.2矢量的运算4

矢量的代数运算5

矢量乘5

矢量函数求导7

矢量函数积分8

1.3标量场的方向导数和梯度8

标量场的等值面与等值线8

标量场的方向导数8

标量场的梯度10

哈密顿算子11

1.4矢量场的散度及高斯散度定理12

矢量线12

矢量场的通量12

矢量场的散度14

高斯散度定理15

格林定理16

1.5矢量场的旋度及斯托克斯定理16

环量16

旋度17

斯托克斯定理19

1.6曲面坐标系21

直角坐标系21

圆柱坐标系22

球坐标系23

1.7亥姆霍兹定理24

小结25

习题一26

第2章 电磁场的基本物理量与定律28

2.1电场基本规律28

电荷与电荷分布28

库仑定律与电场强度29

电位31

电偶极子33

高斯定理及电位移矢量34

泊松方程和拉普拉斯方程36

2.2磁场基本定律36

电流与电流密度36

欧姆定律38

焦耳定律39

电流连续性方程39

安培力定律与磁感应强度41

磁通连续性定理与安培环路定律43

矢量磁位46

小结48

习题二49

第二篇 场波理论篇55

第3章 静态电磁场中的介质55

3.1静电场中的导体55

3.2静电场中电介质的极化56

物质的分类56

介质的极化57

极化强度与束缚电荷57

极化介质产生的电位59

3.3介质中的静电场方程60

介质中的高斯定理60

介质的分类61

介电常数61

3.4导体系统中的电容64

孤立导体的电容64

双导体电容器的电容64

电位系数、电容系数及部分电容65

3.5静电场的能量与电场力68

静电能68

静电力70

3.6物质的磁化72

磁偶极子72

分子电流及分子磁矩73

磁化强度74

磁化电流74

3.7磁介质中的磁场方程76

磁介质中的安培环路定理76

磁介质的磁导率77

3.8标量磁位78

3.9电感79

磁链79

互感79

自感80

3.10磁场能量与磁场力82

磁场能量82

磁场力84

小结85

习题三87

第4章 静态场的边值问题90

4.1恒定电磁场的边界条件90

静电场的边界条件90

恒定电流场的边界条件92

恒定磁场的边界条件93

4.2边值问题95

边值问题的分类95

唯一性定理95

镜像法96

分离变量法101

有限差分法107

有限元法110

小结113

习题四114

第5章 时变电磁场117

5.1法拉第电磁感应定律117

5.2位移电流与安培-麦克斯韦全电流定律120

位移电流120

全电流连续性原理121

安培-麦克斯韦全电流定律122

5.3麦克斯韦方程组及其辅助方程123

麦克斯韦方程组123

麦克斯韦方程的辅助方程——结构方程124

5.4时谐电磁场126

时谐电磁场的复数表示方法127

麦克斯韦方程组的复数形式129

时谐电磁场中的介质特性129

介质的分类131

5.5时变电磁场的边界条件131

一般情况132

两种重要的特殊情况135

时变电磁场的唯一性定理136

洛伦兹力137

5.6坡印廷定理和坡印廷定理矢量137

坡印廷定理137

坡印廷矢量138

复坡印廷矢量140

复数形式的坡印廷定理140

5.7波动方程142

一般波动方程142

时谐电磁场的波动方程144

5.8时变电磁场的位函数——矢量位和标量位144

矢量位和标量位145

矢量位和标量位满足的方程145

小结147

习题五149

第6章 平面波152

6.1基本概念152

6.2理想介质中的平面波152

理想介质中波动方程的均匀平面波解153

均匀平面波的传播参数及传播特性155

6.3导电介质中的平面波161

导电介质中平面波的传播参数及传播特性161

两种典型导电介质中平面波的传播特性165

6.4电磁波的极化168

极化的概念168

平面波的极化形式169

平面波的三种极化形式之间的关系172

电磁波极化在工程中的应用173

6.5电磁波的相速、视在相速和群速174

相速174

视在相速174

群速174

群速与相速的关系175

6.6平面波在介质分界面上的传播规律176

基本概念及基本定律176

相位匹配条件177

入射波的极化178

反射定律与折射定律178

反射系数与透射系数179

6.7平面波在介质分界面上的垂直入射180

平面波对理想导体的垂直入射180

平面波对理想介质的垂直入射183

平面波对多层介质分界面的垂直入射188

6.8平面波在介质分界面上的斜入射190

平面波对理想导体的斜入射190

平面波对理想介质的斜入射194

6.9平面波的全透射与全反射196

全透射196

全反射197

小结198

习题六200

第三篇 场波应用篇205

第7章 导行波205

7.1导行波场的分析方法205

导行波与导波系统的基本概念205

传输系统中电磁波的分析方法205

矢量亥姆霍兹方程及传输系统场方程206

导行波波型的分类207

导行波的传输特性208

模式电压与模式电流212

边界条件215

7.2矩形波导216

矩形波导中的TE波和TM波216

矩形波导中的传输特性218

矩形波导中的主模TE10.220

7.3圆波导222

圆波导中的模式223

圆波导中的三个主要模式225

7.4同轴线227

同轴线传输主模——TEM波227

同轴线中的高次模228

7.5带状线229

特性参量230

带状线尺寸的确定230

7.6微带线231

微带线传输的主模231

微带线的特性参量231

微带线的色散特性和尺寸设计考虑232

7.7介质波导233

金属平板加介质片构成的波导233

介质波导的应用233

7.8光波导234

光波导的结构和参数234

光纤的分析方法235

数值孔径235

小结236

习题七236

第8章 电磁波辐射的基本概论238

8.1滞后位238

8.2电偶极子的辐射场240

电偶极子240

电偶极子辐射场的计算240

电偶极子辐射场的分析241

8.3磁偶极子的辐射场244

电磁对偶原理244

磁偶极子辐射场的计算245

磁偶极子辐射场的分析246

8.4天线的特性参数248

天线的辐射方向图及参数248

天线的辐射效率251

天线的增益系数252

天线的等效高度252

天线的输入阻抗252

天线的极化形式252

8.5对称振子天线253

对称振子天线的电流分布253

对称振子天线的远区辐射场253

对称振子的电参数254

8.6天线阵256

N元均匀直线阵E面内的方向性函数256

N元均匀直线阵H面内的方向性函数258

导电体对天线的影响259

8.7互易定理260

洛伦兹互易定理261

卡森互易定理261

小结262

习题八263

第9章 电磁仿真软件——Ansoft HFSS265

9.1 Ansoft HFSS概述265

Ansoft HFSS简介265

HFSS计算原理及仿真过程266

9.2 Ansoft HFSS使用介绍267

Ansoft HFSS的工作环境267

建立HFSS工程的一般过程277

9.3 Ansoft HFSS工程仿真实例278

魔T（Magic T）278

共面波导（CP W）馈电的BowTie天线282

矩形微带贴片天线291

9.4关于Ansoft HFSS的几点说明298

小结300

习题九300

第10章 电磁波应用系统304

10.1雷达传感器304

概述304

雷达系统的基本运行304

非模糊测距范围305

测距范围及角度的分辨率306

10.2多普勒雷达307

概述307

多普勒效应308

10.3单脉冲雷达309

概述309

幅值比较单脉冲方案309

10.4相控阵雷达311

概述311

相控阵雷达的主要指标313

相控阵雷达技术参数313

10.5毫米波应用316

概述316

毫米波在军事上的应用316

民用毫米波系统318

10.6微波遥感320

概述320

微波遥感的特点及其应用321

10.7电磁场的生物效应322

电磁场生物效应的物理学解释322

电磁场产生的非热效应323

不同频率电磁辐射的生物效应324

10.8电磁技术在军事电子系统中的应用324

概述324

高功率微波武器325

HPM武器的杀伤机理327

HPM武器技术329

小结331

习题十332

附录A 有关物理量和单位符号333

附录B 重要的矢量分析公式336

参考文献338