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第1章 基础理论1

1.1 电磁场及其位函数1

1.1.1 电磁场的麦克斯韦方程组1

1.1.2 电场和磁场满足的微分方程2

1.1.3 电磁场的各种位函数以及它们的表达式3

1.2 用洛伦兹规范推导矢量位的亥姆霍兹方程4

1.3 洛伦兹规范不适合应用于圆球坐标系内的径向源6

1.3.1 在洛伦兹规范下直角坐标系中矢量位的直角分量满足标量亥姆霍兹方程7

1.3.2 在洛伦兹规范下圆柱坐标系中矢量位的轴向分量满足标量亥姆霍兹方程7

1.3.3 应用洛伦兹规范不能使圆球坐标系的径向矢量位满足标量亥姆霍兹方程8

1.4 标量亥姆霍兹方程的解10

1.4.1 非齐次标量亥姆霍兹方程的积分解法11

1.4.2 齐次标量亥姆霍兹方程的分离变量解法13

1.5 电磁场的边界条件17

1.5.1 电场和磁场的切线边界条件18

1.5.2 电场和磁场的法线边界条件19

1.5.3 电磁场的独立边界条件20

1.5.4 矢量位的边界条件21

1.6 电磁场的唯一性定理及其证明26

1.7 关于电磁场的对偶性问题28

1.7.1 无限大介质中电偶极子和磁偶极子的各种公式满足对偶性原理29

1.7.2 存在内边界的电磁场问题中对偶性原理不成立30

1.8 磁偶极子与小电流环的等效30

第2章 传播介质的电磁性能及其对电磁波传播的影响34

2.1 地面的电磁特性34

2.1.1 土壤、岩石和水等的电磁参数34

2.1.2 地面对均匀平面波的反射和透射，地表面阻抗和表面导纳35

2.1.3 地面上电磁场的近似边界条件38

2.1.4 电导率纵向分层情况下的地表面阻抗40

2.2 电离层的结构和电磁参数43

2.2.1 电离层的分层结构43

2.2.2 低电离层的电子密度和碰撞频率随高度的变化44

2.2.3 忽略地球磁场影响时电离层的电磁参数45

2.2.4 考虑地球磁场影响时电离层的电磁参数47

2.3 各向同性电离层下边界的表面阻抗及反射系数52

2.3.1 各向同性垂直渐变电离层的下边界表面阻抗与反射系数52

2.3.2 电离层等效下边界高度的改变及相应参数值的换算59

2.4 各向异性电离层61

2.4.1 均匀各向异性电离层中的电磁波61

2.4.2 垂直渐变各向异性电离层中的规格化阻抗矩阵的微分方程64

2.4.3 解规格化阻抗矩阵微分方程的初始值65

2.4.4 垂直渐变各向异性电离层不同高度下边界参数的换算67

2.4.5 地—各向异性电离层波导规格化波数的计算69

2.4.6 数值计算举例69

第3章 电磁波的波导传播理论75

3.1 电磁波的波导传播模式、截止频率和衰减率75

3.1.1 横磁波模式76

3.1.2 横电波模式79

3.2 平面地—电离层波导中的电磁波传播80

3.2.1 平面地—电离层波导的波数和特性阻抗80

3.2.2 垂直电偶极子产生的电磁场82

3.2.3 水平电偶极子产生的电磁场84

3.3 圆球形地—电离层波导中的电磁波传播86

3.3.1 垂直电偶极子产生的电磁场87

3.3.2 垂直磁偶极子产生的电磁场93

3.3.3 水平电偶极子产生的电磁场96

3.3.4 简化径向函数和模式方程，求解模式方程的特征值102

3.3.5 考虑电离层极化转换情况下准TEM模式的模式方程108

3.3.6 TM模式和TE模式的衰减率和相速度的计算111

第4章 勒让德函数、电磁场的近似公式和舒曼谐振115

4.1 勒让德函数及其导数的级数表达式及各种近似表达式115

4.1.1 勒让德函数及其头两阶导数的级数表达式115

4.1.2 勒让德函数及其头两阶导数的行波近似表达式116

4.1.3 勒让德函数及其头两阶导数的平面近似表达式117

4.1.4 勒让德函数及其头两阶导数在对极点附近的近似表达式118

4.1.5 近距离上勒让德函数及其头两阶导数的近似表达式120

4.2 球形波导准TEM场的平面近似公式121

4.3 以对极点为中心的电磁场公式122

4.4 Bannister近似公式123

4.4.1 垂直电偶极子的Bannister近似公式123

4.4.2 水平电偶极子的Bannister近似公式125

4.4.3 Bannister公式的最大适用距离及其精度126

4.5 地—电离层波导的舒曼谐振128

第5章 椭圆极化波和地面上的合成电磁场131

5.1 电磁场的区域划分问题131

5.2 电磁场的极化132

5.2.1 极化、线极化、椭圆极化、圆极化132

5.2.2 两个正交电（磁）场的合成电（磁）场133

5.2.3 椭圆极化电场的最大值及其方向135

5.2.4 椭圆极化电磁波的接收137

5.3 单根水平天线产生的合成水平电磁场的极化139

5.4 两根交叉水平天线产生的合成电磁场分量及总的合成水平电磁场的极化146

5.4.1 两根交叉水平天线产生的合成电磁场分量146

5.4.2 两根交叉水平天线产生的总的合成水平电磁场的极化147

第6章 地面上水平天线产生的远距离电磁场的计算，电磁场的方向性及发射台的服务区153

6.1 地—电离层波导规格化波数的简化公式154

6.2 衰减率及相速度比值的实验数据与近似公式计算数值的比较161

6.3 地—电离层波导参数的计算163

6.4 两端接地水平天线电磁场的幅度和方向计算164

6.5 垂直电场分量、水平磁场分量及合成水平磁场随距离的变化曲线168

6.6 电磁场的方向性及其控制171

6.6.1 单根两端接地水平天线在地面上产生的电磁场的方向性172

6.6.2 两根交叉的两端接地水平天线在地面上产生的电磁场的方向性及方向性控制174

6.7 发射台的服务区179

6.8 昼夜变化通信线路的电磁场计算184

第7章 地（海）面附近偶极子产生的电磁场187

7.1 球面波的索末菲积分表达式187

7.2 地面附近垂直电偶极子产生的电磁场189

7.2.1 地面下垂直电偶极子电磁场的积分表达式（通过矢量磁位方法求解）190

7.2.2 地面下垂直电偶极子电磁场的积分表达式（通过傅里叶变换方法求解）195

7.2.3 电磁场公式中无法严格积分的积分项（侧面波和修正项）的估算198

7.2.4 地面下垂直电偶极子在地面下和地面上两个区域内的电磁场的积分后的代数式204

7.2.5 地面上空垂直电偶极子产生的电磁场207

7.2.6 位于分界面上、下两侧的垂直电偶极子产生的电磁场公式的比较212

7.3 地面附近水平电偶极子产生的电磁场213

7.3.1 区域1中的水平电偶极子产生的电磁场（用傅里叶变换方法求解）213

7.3.2 区域1中的水平电偶极子产生的电磁场（用矢量磁位方法求解）219

7.3.3 用傅里叶变换方法和用矢量磁位方法导出的两组公式完全相同的证明222

7.3.4 区域1中的水平电偶极子产生的电磁场的积分后的代数式225

7.3.5 区域2中的水平电偶极子产生的电磁场的积分表达式及积分后的公式232

7.3.6 位于分界面两侧的水平电偶极子产生的电磁场公式的比较237

7.4 地面附近垂直磁偶极子的电磁场238

7.4.1 地面之下垂直磁偶极子的电磁场239

7.4.2 地面上空垂直磁偶极子的电磁场242

7.5 地面附近水平磁偶极子的电磁场244

7.5.1 地面之下水平磁偶极子产生的电磁场244

7.5.2 地面上空中水平磁偶极子产生的电磁场252

7.6 地面上（上侧）偶极子在地面上空间产生的电磁场公式的另一种推导方法254

7.6.1 一次场和二次场254

7.6.2 地面上垂直电偶极子的电磁场公式255

7.6.3 地面上水平磁偶极子的电磁场公式258

7.6.4 地面上水平电偶极子的电磁场公式260

7.6.5 地面上垂直磁偶极子的电磁场公式263

7.7 地面上偶极子的准静态电磁场265

7.7.1 地面上垂直电偶极子的准静态电磁场265

7.7.2 地面上水平磁偶极子的准静态电磁场266

7.7.3 地面上水平电偶极子的准静态电磁场267

7.7.4 地面上垂直磁偶极子的准静态电磁场268

7.8 分层不均匀地面上空偶极子的电磁场269

7.8.1 地面上四种偶极子在地面上空产生的电磁场公式269

7.8.2 分层不均匀地面对不均匀平面波谱的反射系数273

7.8.3 分层不均匀地面上偶极子电磁场的数值计算275

第8章 地（海）面附近偶极子产生的近距离电磁场的数值计算279

8.1 索末菲型积分的数值计算方法279

8.1.1 按贝塞尔函数的0点把无穷积分变为无穷级数279

8.1.2 索末菲型积分数值计算中源点和场点高度（深度）不能都等于0283

8.1.3 数值计算中的误差287

8.2 电磁场数值积分计算精度检验289

8.2.1 地面上侧垂直电偶极子在地面上空产生的径向电场直接波的数值积分结果与代数公式计算结果的比较289

8.2.2 地面上侧水平电偶极子在地面上空产生的径向磁场直接波的数值积分结果与代数公式计算结果的比较291

8.2.3 海面下侧垂直电偶极子在海水中产生的径向电场直接波的数值积分结果与代数公式计算结果的比较293

8.3 电磁场数值积分计算及其与各种近似公式计算结果的比较294

8.3.1 海水中单位水平电偶极矩在海水中产生的电磁场294

8.3.2 海水中单位水平电偶极矩在海面上空产生的电磁场297

8.3.3 地面上单位垂直电偶极矩在地面上空产生的电磁场303

8.3.4 地面上单位垂直磁偶极矩在地面上空产生的电磁场307

8.3.5 海水中单位水平磁偶极矩在海水中产生的电磁场309

8.3.6 海水中单位水平磁偶极矩在海面上空产生的电磁场312

8.3.7 海面上空单位水平磁偶极矩在海水中产生的电磁场314

第9章 超低频和极低频的大功率发射天线317

9.1 超低频和极低频大功率发射天线的形式317

9.2 两端接地水平天线既可以看作是电偶极子，又可以看作是磁偶极子318

9.3 两端接地水平天线的性能指标319

9.3.1 两端接地水平天线电磁场的方向性319

9.3.2 两端接地水平天线的辐射能力与天线场地视电导率的关系319

9.3.3 两端接地水平天线的辐射电阻320

9.3.4 无限长导线单位长度阻抗公式的推导320

9.3.5 两端接地水平天线的效率325

9.4 地面附近无限长导线单位长度阻抗的数值积分计算325

9.5 两端接地水平天线上的电流和电压分布329

9.6 两端接地水平天线附近电磁场的计算334

9.6.1 用水平电偶极子的电磁场公式计算两端接地水平天线附近的电磁场334

9.6.2 根据无限长导线电场公式用数值积分方法计算地面上的水平电场339

9.6.3 天线电压引起的垂直电场341

9.6.4 天线终端下引线的电磁场342

9.7 天线场地电阻率的各向异性及其对天线方向性的影响343

9.7.1 各向异性岩层的电阻率矩阵343

9.7.2 各向异性场地的地表面阻抗矩阵及天线的方向性函数344

9.7.3 实际天线方向图的一种测量方法348

9.8 天线场地高电导率覆盖层对视电导率的影响349

第10章 超低频和极低频电磁波的应用351

10.1 超低频和极低频的通信应用351

10.1.1 岸上发信台对远距离、大深度海下目标的通信351

10.1.2 海面附近目标间近距离通信的可能性354

10.2 超低频以下频率电磁波在地质勘探中的应用360

10.2.1 电场和磁场的测量361

10.2.2 通过测量地表面阻抗研究大地的电性能结构362

10.2.3 海底岩层的电磁勘测368

10.2.4 无线电法用于地质资源探测的优点及试验举例373

10.3 超低频以下频率电磁波在地震预报研究中的应用377

第11章 超低频和极低频的大气噪声380

11.1 全球一些地点的噪声谱密度资料380

11.2 美国的超低频大气噪声实验资料388

11.2.1 陆地大气噪声测量资料389

11.2.2 海上大气噪声测量资料390

11.2.3 陆地和海上大气噪声测量资料的对比分析391

11.3 超低频和极低频大气噪声全球分布图393

参考文献395