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第1章 宏观电磁理论的基本定律1

1.1 麦克斯韦方程1

1.1.1 基本的麦克斯韦方程1

1.1.2 媒质的极化与磁化,媒质中的麦克斯韦方程4

1.1.3 复数麦克斯韦方程12

1.1.4 色散媒质,复数介电率与复数磁导率14

1.1.5 等效磁荷与等效磁流,电磁场的对偶性16

1.2 边界条件方程17

1.3 波动方程21

1.3.1 简单媒质中瞬时值形式的波动方程——时域波动方程21

1.3.2 无源波动方程的时域解，电磁场的波动性23

1.3.3 复数形式的波动方程——频域波动方程27

1.4 坡印廷定理28

1.4.1 瞬时值的坡印廷定理29

1.4.2 复数坡印廷定理31

1.4.3 色散媒质中的坡印廷定理34

1.5 电磁场的位函数38

1.5.1 动态位，达朗伯方程38

1.5.2 达朗伯方程的解，滞后位41

1.5.3 复数达朗伯方程，简谐滞后位44

1.6 赫兹矢量45

1.7 对偶定理48

1.8 互易定理50

习题151

第2章 电磁波基础53

2.1 简谐均匀平面电磁波53

2.1.1 不导电媒质中的均匀平面波53

2.1.2 沿任意方向传播的均匀平面波57

2.1.3 均匀平面波的能流与能量59

2.1.4 有损媒质中的平面波,电磁波的衰减60

2.2 电磁波的偏振65

2.2.1 两个线偏振波合成任意偏振态的波65

2.2.2 琼斯矩阵70

2.2.3 两个圆偏振波合成任意偏振态的波70

2.2.4 斯托克斯参数和邦加球71

2.2.5 单色波和多色波,完全偏振波,部分偏振波和非偏振波72

2.3 电磁波的反射与透射73

2.3.1 斯奈尔定律,电磁波的方向关系74

2.3.2 菲涅尔定律,电磁波复数振幅的关系76

2.3.3 电磁波垂直入射于理想导体表面81

2.3.4 电磁波垂直入射于一般媒质界面84

2.3.5 电磁波斜入射于理想导体表面86

2.3.6 布儒斯特角,全偏振90

2.3.7 临界角,全反射91

2.3.8 渐消场和表面波93

2.3.9 介质界面反射系数的模和角及偏振态变化97

2.3.10 电磁波在导电媒质界面的反射和秀射99

2.4 电磁波的阻抗变换和微波或光学涂层102

2.4.1 电磁波反射系数和阻抗的变换103

2.4.2 四分之一波长阻抗变换器及四分之一波长微波或光学涂层104

2.4.3 多层四分之一波长微波或光学涂层104

2.4.4 交替变化折射指数多层微波或光学涂层105

习题2107

第3章 电磁波的传输线模拟和网络模拟110

3.1 电磁波的传输线模拟110

3.1.1 电报方程及其解111

3.1.2 无损传输线上的反射、驻波及阻抗114

3.1.3 传输线圆图122

3.1.4 电磁波系统的等效传输线126

3.2 电磁波的网络模拟128

3.2.1 线性多口网络的网络矩阵和网络参量128

3.2.2 网络矩阵的性质134

3.2.3 双口网络138

3.2.4 基本电路元件的网络参数147

3.3 阻抗变换器的网络理论155

3.3.1 单介质层的两个界面，单节阻抗变换器155

3.3.2 双介质层，二节阻抗变换器158

3.3.3 多层介质及多节阻抗变换器的设计问题160

3.3.4 小反射理论166

习题3171

第4章 亥姆霍兹方程的边值问题173

4.1 时变场问题的惟一性定理173

4.1.1 混合问题的惟一性定理174

4.1.2 亥姆堆兹方程边值问题的惟一性定理175

4.1.3 分区求解亥姆霍兹方程的边值问题的惟一性定理177

4.2 正交曲坐标系中矢量亥姆霍兹方程的求解179

4.2.1 正交曲坐标系179

4.2.2 博格尼斯函数法182

4.2.3 赫兹矢量法187

4.2.4 纵向分量法188

4.3 博格尼斯函数的边界条件191

4.4 分离变量法192

4.5 柱形系统中的电磁波194

4.6 矩坐标系中标量亥姆霍兹方程的解197

4.6.1 以z作为u3198

4.6.2 以x或y作为u3201

4.7 圆柱坐标系中标量亥姆霍兹方程的解202

4.8 球坐标系中标量亥姆霍兹方程的解206

4.9 矢量本征函数和正态模式213

4.9.1 本征值问题和正交函数展开213

4.9.2 矢量亥姆霍兹方程边值问题的本征值216

4.9.3 矢量本征函数的正交性及正交展开218

4.10 亥姆霍兹方程复杂边值问题的近似值220

4.10.1 本征值的变分原理221

4.10.2 近似边界条件223

习题4226

第5章 金属波导与谐振腔228

5.1 金属波导的一般特性228

5.1.1 金属波导的传播特性229

5.1.2 金属波导的波阻抗231

5.1.3 金属波导的功率流232

5.1.4 金属波导中电磁波的衰减234

5.1.5 非柱形波导236

5.1.6 金属波导中的导波模和截止模236

5.2 谐振腔的一般特性237

5.2.1 谐振腔的固有频率和能量平衡237

5.2.2 谐振腔的损耗,品质因数238

5.3 矩坐标系的波导与谐振腔239

5.3.1 矩形波导239

5.3.2 双平板传输线247

5.3.3 矩形谐振腔250

5.4 圆柱坐标系的波导与谐振腔254

5.4.1 截面柱谐振腔254

5.4.2 扇形截面波导258

5.4.3 同轴线及同轴谐振腔259

5.4.4 圆波导及圆柱谐振腔266

5.4.5 柱面喇叭波导和渐开双平板传输线271

5.4.6 径向传输线及径向线谐振腔274

5.5 球坐标系的波导与谐振腔277

5.5.1 球形谐振腔277

5.5.2 双锥传输线与双锥谐振腔281

5.6 重入谐振腔,复杂边界条件问题284

5.6.1 重入谐振腔的严格解286

5.6.2 重入谐振腔的近似解289

5.7 微扰原理293

5.7.1 谐振腔的导体微扰293

5.7.2 谐振腔的介质微扰296

5.7.3 波导临界频率的微扰299

5.7.4 波导传播系数的微扰300

习题5301

第6章 介质波导与介质谐振器304

6.1 充填不同媒质的金属波导305

6.1.1 充填不同媒质的波金属导中可能存在的模式306

6.1.2 充填不同媒质的金属波导中的TE(x)模及TM(x)模309

6.2 对称平面介质波导314

6.2.1 TM模314

6.2.2 TE模317

6.2.3 对称平面介质波导的传播的特性318

6.2.4 对称平面介质波导中的场分布322

6.2.5 对称平面介质波导中的主模322

6.2.6 弱导介质波导的概念325

6.3 敷介质导体板和介质镜像波导326

6.4 非对称平面介质波导327

6.4.1 非对称平面介质波导的TM模328

6.4.2 非对称平面介质波导的TE模329

6.4.3 非对称平面介质波导的传播特性331

6.4.4 非对称平面介质波导的电磁场333

6.5 条形介质波导334

6.6 圆截面介质波导和阶跃折射指数光纤338

6.6.1 圆介质波导的场解及本征方程339

6.6.2 圆介质波导的TE模和TM模345

6.6.3 非磁性电介质圆波导351

6.6.4 弱导光纤358

6.6.5 弱导光纤中的线偏振模361

6.6.6 圆介质波导的主模364

6.6.7 低损耗光纤365

6.7 敷介质圆导体棒366

6.8 介质谐振器369

6.8.1 圆柱介质谐振器的开路壁(磁壁)近似求解369

6.8.2 截止波导波近似求解373

6.8.3 截止波导-截止径向线法375

6.8.4 实际介质谐振器377

习题6379

第7章 慢波与周期系统,模式耦合382

7.1 慢波系统的主要特性382

7.2 平板折皱表面结构作为均匀系统384

7.2.1 开敞结构384

7.2.2 封闭结构,带盖板的折皱结构386

7.3 盘荷波导作为均匀系统387

7.3.1 带中心孔的盘荷波导387

7.3.2 边缘孔盘荷波导390

7.4 周期系统392

7.4.1 周期系统中的空间谐波,弗洛奎定理392

7.4.2 周期系统的色散特性,布里渊里396

7.4.3 耦合谐振腔链398

7.4.4 周期系统中场分布的特点400

7.4.5 关于无损周期系统的两个定理402

7.4.6 周期系统的耦合阻抗402

7.5 平板折皱表面结构作为周期系统403

7.6 盘荷波导作为周期系统406

7.7 螺旋线410

7.7.1 螺旋导片模型——均匀系统411

7.7.2 螺旋导片中的模式415

7.7.3 螺旋带模型——螺旋周期系统421

7.8 指状线428

7.8.1 单级周期系统，梳状线428

7.8.2 多级周期系统430

7.8.3 插指线及曲折线432

7.9 模式耦合437

7.9.1 空间模式耦合437

7.9.2 模式耦合的一般解441

7.9.3 同向模式耦合，定向耦合器和波导开关442

7.9.4 反向模式耦合445

7.9.5 介质波导的耦合系数446

7.10 周期性分析反馈结构448

7.10.1 周期性分布反馈结构的原理448

7.10.2 分布反馈结构作为反射滤波器和传输谐振腔451

7.10.3 四分之一波长位移分布反馈谐振腔454

7.10.4 交替折射指数多层介质涂层作为DFB结构456

习题7457

第8章 色散媒质和各向异性媒质中的电磁波461

8.1 媒质的色散与吸收461

8.1.1 媒质色莠与吸收的经典理论462

8.1.2 正常色散与非正常色散,谐振吸收466

8.1.3 低频极限,电导率467

8.1.4 高频极限,等离子频率468

8.2 电磁波在色散媒质中的相速、群速、能速与信号速度469

8.2.1 相速469

8.2.2 群速470

8.2.3 能速474

8.2.4 信号速度476

8.2.5 传输系统中的材料色散，波导色散和模间色散477

8.3 各向异性媒质及其本构矩阵477

8.3.1 无源无损双各向异性媒质本构矩阵的对称性478

8.3.2 无源无损单各向异性媒质本构矩阵的对称性，互易媒质和回旋媒质480

8.4 电磁波在各向异性媒质中传播的特点482

8.4.1 各向异性媒质中的麦克斯韦方程及波动方程482

8.4.2 各向异性媒质中电磁波的波矢、功率流与场的方向关系483

8.4.3 kDB坐标系485

8.5 互易各向异性媒质489

8.6 电磁波在单轴晶体介质中的传播491

8.6.1 单轴晶体介质中的本征波491

8.6.2 单轴晶体介质中电磁波传播的特点495

8.7 互易媒质及其中电磁波传播的一般描述502

8.7.1 折射率椭球502

8.7.2 折射率椭球与本征波的有效折射指数505

8.7.3 互易介质中平面波的色散方程507

8.7.4 波矢面与有效折射率面511

8.7.5 互易晶体介质中的相速与群速514

8.7.6 互易晶体介质中的功率流矢量515

8.8 电子注中的波516

8.8.1 电子注的等效介电率张量517

8.8.2 空间电荷波520

8.9 非互易各向异性媒质，回旋媒质524

8.9.1 有限磁场中的等离子体525

8.9.2 直流饱和磁化的铁氧体，旋磁媒质529

8.10 非互易各向异性媒质中的平面波539

8.10.1 磁化等离子体中的平面电磁波539

8.10.2 旋磁媒质中的平面电磁波543

8.11 静磁波554

8.11.1 静磁波方程555

8.11.2 静磁波模式558

习题8568

第9章 高斯波束570

9.1 波动方程的傍轴近似570

9.2 基模高斯波束571

9.3 高斯波束的特性573

9.3.1 高斯波束的傍轴近似条件573

9.3.2 束半径、曲率半径和发散角573

9.3.3 相速与群速574

9.3.4 高斯波束中电场与磁场分布576

9.3.5 高斯波束的的能量和能流577

9.4 高斯波束变换578

9.4.1 常用高斯波束变换578

9.4.2 ABCD定律及其应用581

9.4.3 高斯波束的的非薄透镜变换583

9.5 椭圆高斯波束584

9.6 高阶高斯波束587

9.6.1 厄米-高斯波束588

9.6.2 拉盖尔-高斯波束590

9.7 高斯波束在二次方折射率媒质中的传播594

9.7.1 一般规律595

9.7.2 实二次方折射率媒质中的高斯波束597

9.7.3 虚二次方折射率媒质中的高斯波束598

9.7.4 二次方折射率媒质中厄米-高斯波束的稳态解600

9.8 高斯波束在各向异性媒质中的传播602

9.9 光学谐振腔606

习题9609

第10章 标量衍射理论611

10.1 基尔霍夫-惠更斯衍射积分611

10.2 菲涅尔-基尔霍夫衍射定理612

10.3 瑞利-索莫非衍射定理614

10.4 平面波与球面波的衍射615

10.4.1 平面波与球面波人射时的衍射公式615

10.4.2 圆孔的夫琅和费衍射618

10.4.3 圆孔的菲涅尔衍射620

10.5 高斯波束的衍射622

10.5.1 高斯波束的夫琅和费衍射622

10.5.2 高斯波束的菲涅尔圆孔衍射625

10.6 电磁波在各向异性媒质中的衍射627

10.6.1 方孔的夫琅和费衍射628

10.6.2 圆孔的夫琅和费衍射632

10.6.3 圆孔的菲涅尔衍射635

10.7 高斯波束在各向异性媒质中的折射638

10.8 空间电磁场分布的本征波函数展开643

10.8.1 矩坐标系中电磁场平面波展开643

10.8.2 圆柱坐标系中电磁场分布的本征波函数展开645

10.8.3 非均匀媒质中电磁场本征波函数展开647

10.8.4 各向异性媒质中场分布本征滤函数展开649

10.8.5 各向异性非均匀媒质中场分布本征波函数展开651

10.9 高斯波束在介质表面的反射和折射653

习题10656

附录658

A1 物理常数658

A2 中国法定计量单位制——国际单位制（SI）658

A3 高斯单位制与国际单位制的换算660

A4 矢量微分运算在正交坐标系中的展开式662

A5 矢量恒等式665

A6 圆柱函数常用公式667

A7 球函数常用公式672

A8 矩阵与张量常用公式675

A9 史密斯圆图678

参考书目679