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第1章 电磁场基本理论1

1.1 电磁场的基本定律和电磁场方程的建立1

1.1.1 电磁场的基本定律和定理1

1.1.1.1 电荷守恒定律1

1.1.1.2 库仑定律及其推论4

1.1.1.3 安培定律及其推论10

1.1.1.4 电磁感应定律14

1.1.1.5 洛仑兹力公式14

1.1.2 电磁场方程的建立14

1.2 媒质特性方程与电磁场方程16

1.2.1 媒质特性方程与时变电磁场方程16

1.2.1.1 媒质特性方程16

1.2.1.2 时变电磁场方程20

1.2.2.1 余弦实函数的复数表示22

1.2.2 时谐媒质特性方程与时谐电磁场方程22

1.2.2.2 余弦电磁场与时谐电磁场24

1.2.2.3 时谐媒质特性方程24

1.2.2.4 时谐电磁场方程26

1.3 电磁场波动方程29

1.3.1 时变电磁场波动方程29

1.3.2 时谐电磁场波动方程（亥姆霍兹方程）30

1.4 电磁场边值关系32

1.4.1 时变电磁场边值关系32

1.4.2 时谐电磁场边值关系35

1.5 电磁场的能量36

1.5.1 时变电磁场的能量36

1.5.2 时谐电磁场的能量37

1.6 电磁场唯一性定理40

1.7.1 时变电磁场的位函数41

1.7 电磁场的位函数41

1.7.2 时谐电磁场的位函数43

1.7.2.1 时谐电磁场显式方程的位函数（磁矢量位）44

1.7.2.2 时谐电磁场隐式方程的位函数（电磁矢量位）47

1.7.3 标量波函数57

1.7.3.1 直角坐标系中的标量波函数57

1.7.3.2 圆柱坐标系中的标量波函数60

1.7.3.3 球坐标系中的标量波函数68

1.7.4 格林函数72

1.7.4.1 δ函数72

1.7.4.2 亥姆霍兹方程的格林函数73

1.7.4.3 非齐次矢量亥姆霍兹方程的积分解75

1.8.1 广义电磁场方程77

1.8.1.1 广义时变电磁场方程77

1.8 广义电磁场77

1.8.1.2 广义时谐电磁场方程80

1.8.2 广义电磁场波动方程82

1.8.2.1 广义时变电磁场波动方程82

1.8.2.2 广义时谐电磁场波动方程（亥姆霍兹方程）83

1.8.3 广义电磁场边值关系84

1.8.3.1 广义时变电磁场边值关系84

1.8.3.2 广义时谐电磁场边值关系84

1.8.4 广义电磁场唯一性定理85

1.8.5 广义电磁场位函数85

1.8.5.1 广义时变电磁场位函数85

1.8.5.2 广义时谐电磁场位函数87

1.8.6 广义电磁场方程的积分解90

1.8.6.1 线性各向同性媒质中广义电磁场方程的积分解90

1.8.6.2 均匀线性各向同性媒质中广义电磁场方程的积分解93

1.8.6.3 边界面上的积分表示式95

1.9习题96

第2章 均匀媒质中的平面电磁波98

2.1 齐次波动方程的解与平面波98

2.2 均匀理想介质中的平面电磁波101

2.3 均匀线性各向同性媒质中的余弦平面波102

2.3.1 均匀理想介质中的余弦平面波102

2.3.1.1 平面波解102

2.3.1.2 波的特性104

2.3.2 均匀导电媒质中的余弦平面波113

2.3.2.1 平面波解113

2.3.2.2 波的特性115

2.3.2.3 不良导体与良导体117

2.3.3 均匀线性各向同性媒质中的余弦平面波118

2.4.1.1 均匀磁化等离子体的媒质特性方程119

2.4.1 均匀磁化等离子体中的余弦平面波119

2.4 均匀线性各向异性媒质中的余弦平面波119

2.4.1.2 均匀磁化等离子体中的时谐场方程121

2.4.1.3 均匀磁化等离子体中的余弦平面波122

2.4.2 均匀磁化铁氧体中的余弦平面波128

2.4.2.1 均匀磁化铁氧体的媒质特性方程128

2.4.2.2 均匀磁化铁氧体的时谐场方程129

2.4.2.3 均匀磁化铁氧体中的余弦平面波129

2.4.2.4 均匀磁化等离子体与均匀磁化铁氧体的对偶关系130

2.4.2.5 均匀磁化等离子体与均匀磁化铁氧体的波数与场解131

2.5习题134

第3章 分层媒质中的平面电磁波（反射与透射）137

3.1 平面电磁波对平面界面垂直入射时的反射与透射137

3.1.1 平面电磁波对单平面界面的垂直入射137

3.1.1.1 理想介质－理想导体界面138

3.1.1.2 理想介质－理想介质界面140

3.1.2.1 理想介质－理想介质理想介质界面142

3.1.2 均匀平面电磁波对双平行平面界面的垂直入射142

3.1.2.2 理想介质－理想介质－理想导体界面146

3.1.3 均匀平面电磁波对多平行平面界面的垂直入射147

3.2 平面电磁波对平面界面斜入射时的反射与透射149

3.2.1 平面电磁波对单平面界面的斜入射149

3.2.1.1 理想介质－理想介质界面149

3.2.1.2 理想介质－理想导体界面159

3.2.1.3 理想介质－导电媒质界面161

3.2.2 均匀平面电磁波对双平行平面界面的斜入射166

3.2.3 均匀平面电磁波对多平行平面界面的斜入射169

3.3习题171

第4章 导行电磁波与电磁谐振（波导与谐振腔）174

4.1 柱坐标系中时谐平面电磁波的传播特性174

4.2.1 矩形金属波导177

4.2 导行电磁波（金属波导）177

4.2.2 圆金属波导184

4.2.3 同轴线（圆环金属波导）188

4.2.4 扇形喇叭金属波导191

4.3 电磁谐振（金属谐振腔）196

4.3.1 矩形金属谐振腔196

4.3.2 圆柱金属谐振腔199

4.3.3 球形金属谐振腔202

4.4习题205

第5章 电磁波的散射与绕射（衍射）206

5.1 电磁波的散射207

5.1.1 电磁散射及其基本参数207

5.1.2 圆柱对平面波的散射210

5.1.2.1 理想导体圆柱对平面波的散射210

5.1.2.2 理想介质圆柱对平面波的散射218

5.1.3.1 理想导体球对平面波的散射224

5.1.3 球对平面波的散射224

5.1.3.2 介质球对平面波的散射233

5.2 电磁波的绕射（衍射）242

5.2.1 口面绕射243

5.2.1.1 口面的电磁场243

5.2.1.2 口面的绕射场244

5.2.1.3 平面口面的绕射场245

5.2.2 电波传播的主区与直边菲涅尔绕射246

5.2.2.1 电波传播的主区246

5.2.2.2 直边菲涅尔绕射248

5.2.2.3 菲涅尔积分250

5.3习题252

6.1.1 天线的基本概念254

第6章 电磁波的辐射（天线）254

6.1 天线的基本原理254

6.1.2 基本辐射元255

6.1.2.1 电流元255

6.1.2.2 磁流元259

6.1.2.3 辐射场的一般形式260

6.1.3 天线的特性参数261

6.1.3.1 发射天线的特性参数261

6.1.3.2 接收天线的特性参数265

6.2 天线阵269

6.2.1 方向图乘积定理269

6.2.2 二元天线阵270

6.2.2.1 二元天线阵原理270

6.2.2.2 地面对天线性能的影响271

6.2.3.1 一般直线天线阵274

6.2.3 直线天线阵274

6.2.3.2 均匀直线天线阵275

6.2.4 平面天线阵284

6.2.4.1 矩形网格平面天线阵284

6.2.4.2 圆天线阵286

6.3 线天线286

6.3.1 振子类天线286

6.3.1.1 对称振子286

6.3.1.2 水平振子天线302

6.3.1.3 折合振子天线304

6.3.1.4 引向天线304

6.3.1.5 垂直振子天线306

6.3.1.6 正交振子天线308

6.3.2 非振子类天线309

6.3.2.1 行波线天线309

6.3.2.2 小圆环天线311

6.3.2.3 螺旋天线312

6.3.2.4 缝隙天线315

6.4 面天线317

6.4.1 平面口面场的辐射317

6.4.1.1 一般平面口面场的辐射317

6.4.1.2 线极化平面口面场的辐射319

6.4.1.3 矩形口面场的辐射320

6.4.1.4 圆形口面场的辐射323

6.4.2 喇叭天线324

6.4.2.1 喇叭天线概述324

6.4.2.2 H面扇形喇叭天线325

6.4.2.3 E面扇形喇叭天线330

6.4.2.4 角锥喇叭天线334

6.4.2.5 圆锥喇叭天线336

6.4.3.1 旋转抛物面天线338

6.4.3 反射面天线338

6.4.3.2 卡塞格伦天线345

6.5习题347

第7章 地球环境中的无线电波（电波传播）349

7.1 电波传播的基本概念349

7.1.1 电磁波的频谱349

7.1.2 电波传播的方式350

7.1.3 自由空间中的传播电波352

7.1.4 媒质对电波传播的影响353

7.2 地波（地面波）354

7.2.1 地球表面的电磁特性355

7.2.2 地波的场结构与传播特性355

7.3 天波（电离层波）358

7.3.1 电离层358

7.3.2.1 电离层中的时谐电磁场方程360

7.3.2 无线电波在电离层中的传播360

7.3.2.2 电离层的折射、反射与吸收361

7.4 空间波（直射波）363

7.4.1 地面对电波传播的影响363

7.4.1.1 视线距离与传播余隙363

7.4.1.2 地面反射对电波传播的影响364

7.4.2 大气对电波传播的影响366

7.4.2.1 电波在对流层中的折射366

7.4.2.2 大气吸收与降雨影响367

7.5习题368

第8章 时不变电磁场370

8.1 静电场370

8.1.1 静电场基本方程370

8.1.2 静电位371

8.1.3 静电场边值关系373

8.1.4 分布型位场的计算方法和实例376

8.1.5 静电场中的导体和电容387

8.1.5.1 静电场中的导体387

8.1.5.2 导体的电容388

8.1.6 静电场能量392

8.1.7 静电场唯一性定理396

8.1.8 静电场边值问题397

8.1.8.1 常微分方程法397

8.1.8.2 镜像法399

8.1.8.3 分离变量法409

8.1.8.4 复变函数法435

8.2 恒定电场439

8.2.1 恒定电场基本方程440

8.2.2 导体中的恒定电场440

8.2.3 导体的电阻与电导442

8.3 恒定磁场443

8.3.1 恒定磁场基本方程443

8.3.2 磁矢量位444

8.3.3 恒定磁场边值关系447

8.3.4 磁标量位447

8.3.5 电感449

8.3.6 恒定磁场的能量450

8.3.7 恒定磁场位场的计算方法451

8.4习题454

附录457

附录A 矢量分析与正交曲线坐标系457

附录B 特殊函数469

附录C 常用符号（单位）一览表482

参考文献483