內容簡介
本書從矢量分析入手，主要介紹電磁場與微波技術的基本概念、基本理論和基本分析方法，並對天線做簡單介紹。
本書為《電磁場與微波技術》第 2版。全書共分為10章，內容包括矢量分析、靜態電磁場、時變電磁場、平面電磁波、傳輸線理論、微波傳輸線、微波網路基礎、常用微波元件、天線、電磁場與微波技術實驗。本書注重知識體系的基礎性和完整性，加強了基本概念和基本理論的闡述，對大篇幅的數學推導進行了刪選，並對實驗做了簡要介紹。書中例題豐富，每章配有小結和一定數量的習題，並在書末給出了習題答案。
本書面向套用型本科教學，可供高等學校電子工程、通信工程、自動控制、微電子學、儀器儀表及相關專業的本科生作為教材使用，也可作為相關專業技術人員的參考書。
目 錄
第 1章 矢量分析 1
1.1 矢量代數 2
1.1.1 矢量的加法和減法 2
1.1.2 標量與矢量相乘 2
1.1.3 矢量的點積 2
1.1.4 矢量的叉積 3
1.2 矢量場的散度 4
1.2.1 矢量場的矢量線 4
1.2.2 矢量場的通量 4
1.2.3 矢量場的散度 5
1.2.4 散度定理 7
1.3 矢量場的旋度 8
1.3.1 矢量場的環流 8
1.3.2 矢量場的旋度 9
1.3.3 斯托克斯定理 10
1.4 標量場的梯度 11
1.4.1 標量場的等值面 11
1.4.2 標量場的梯度 12
1.4.3 標量場的方嚮導數 12
1.4.4 保守場 13
1.5 亥姆霍茲定理 15
1.6 常用坐標系 16
1.6.1 直角坐標系 16
1.6.2 圓柱坐標系 17
1.6.3 球坐標系 19
本章小結 21
習題 22
第 2章 靜態電磁場 25
2.1 靜態電磁場的基本實驗定律 25
2.1.1 電荷及電荷密度 25
2.1.2 電流及電流密度 26
2.1.3 庫侖定律和電場強度 27
2.1.4 安培力定律和磁感應強度 30
2.2 靜電場 31
2.2.1 真空中靜電場的基本方程 32
2.2.2 電位函式 35
2.2.3 電介質中的高斯定理及邊界條件 38
2.2.4 靜電場的能量 42
2.2.5 直角坐標系中的分離變數法 43
2.2.6 鏡像法 46
2.3 恆定電場 48
2.3.1 恆定電場的基本方程 48
2.3.2 導電媒質中的傳導電流 49
2.3.3 恆定電場與靜電場的比擬 51
2.4 恆定磁場 52
2.4.1 真空中恆定磁場的基本方程 52
2.4.2 矢量磁位 54
2.4.3 磁介質中的安培定律及邊界條件 56
2.4.4 恆定磁場的能量 59
本章小結 61
習題 62
第3章 時變電磁場 67
3.1 麥克斯韋方程組 67
3.1.1 法拉第電磁感應定律 67
3.1.2 位移電流 69
3.1.3 麥克斯韋方程組 71
3.2 邊界條件 72
3.2.1 邊界條件的一般形式 72
3.2.2 理想導體表面的邊界條件 72
3.2.3 理想介質分界面上的邊界條件 73
3.3 坡印廷定理 73
3.4 波動方程 75
3.5 時諧電磁場 76
3.5.1 時諧電磁場的複數表示法 76
3.5.2 複數形式的麥克斯韋方程組和亥姆霍茲方程 77
3.5.3 平均能流密度矢量 77
本章小結 78
習題 79
第4章 平面電磁波 81
4.1 無界理想介質中的均勻平面波 81
4.2 波的極化 86
4.2.1 線極化 87
4.2.2 圓極化 87
4.2.3 橢圓極化 88
4.3 無界損耗媒質中的均勻平面波 89
4.3.1 等效介電常數 90
4.3.2 損耗媒質中的電場和磁場 90
4.3.3 良介質和良導體中的電磁波參數 92
4.4 均勻平面波對平面分界面的垂直入射 94
4.4.1 對理想導體平面的垂直入射 94
4.4.2 對理想介質分界面的垂直入射 96
4.4.3 對導電媒質分界面的垂直入射 98
4.5 均勻平面波對平面分界面的斜入射 100
4.5.1 對理想導體平面的斜入射 100
4.5.2 對理想介質分界面的斜入射 102
4.5.3 全反射和全透射 104
本章小結 105
習題 106
第5章 傳輸線理論 109
5.1 傳輸線方程和傳輸線的場分析方法 110
5.1.1 長線及分布參數等效電路 110
5.1.2 傳輸線方程及其解 112
5.1.3 用場的概念分析傳輸線 115
5.2 傳輸線的基本特性參數 117
5.2.1 特性阻抗 117
5.2.2 傳播常數 118
5.2.3 輸入阻抗 119
5.2.4 反射係數 120
5.2.5 傳輸功率 122
5.3 均勻無耗傳輸線工作狀態分析 123
5.3.1 行波工作狀態 123
5.3.2 駐波工作狀態 124
5.3.3 行駐波工作狀態 128
5.4 有耗傳輸線 132
5.4.1 有耗傳輸線的參數以及電壓、電流和阻抗的分布 132
5.4.2 傳輸功率和效率 134
5.5 史密斯阻抗圓圖和導納圓圖 135
5.5.1 史密斯阻抗圓圖 135
5.5.2 史密斯導納圓圖 138
5.5.3 史密斯圓圖的套用 138
5.6 傳輸線的阻抗匹配 144
5.6.1 信號源與傳輸線的阻抗匹配 144
5.6.2 負載與傳輸線的阻抗匹配 146
本章小結 153
習題 154
第6章 微波傳輸線 160
6.1 金屬波導傳輸線的一般分析 161
6.1.1 導波方程及其求解 161
6.1.2 波沿波導傳輸的一般特性 163
6.2 矩形波導 165
6.2.1 矩形波導中的波型及場分量 166
6.2.2 矩形波導中波的縱向傳輸特性 169
6.2.3 矩形波導中模式的場結構圖 172
6.2.4 矩形波導的管壁電流 176
6.2.5 矩形波導尺寸的設計考慮 177
6.3 圓波導 178
6.3.1 圓波導中的波型及場分量 179
6.3.2 圓波導中的主要波型及其套用 182
6.4 同軸線及其高次模 186
6.4.1 同軸線中的主模——TEM模 186
6.4.2 同軸線中的高次模——TE模和TM模 187
6.4.3 同軸線的尺寸選擇原則 189
6.5 帶狀線 190
6.5.1 特性阻抗 190
6.5.2 帶狀線的損耗和衰減 194
6.5.3 帶狀線的尺寸選擇 195
6.6 微帶線 196
6.6.1 微帶線中的模式 197
6.6.2 微帶線的傳輸特性 198
6.6.3 微帶線的損耗與衰減 202
本章小結 203
習題 204
第7章 微波網路基礎 206
7.1 導波系統的等效傳輸線 206
7.1.1 導波系統等效為雙線傳輸線 206
7.1.2 歸一化參量 208
7.2 微波元件的等效網路 209
7.2.1 微波網路參考面的選擇 209
7.2.2 微波元件等效為微波網路 210
7.2.3 微波網路的分類 212
7.2.4 微波網路的分析與綜合 212
7.3 二連線埠微波網路 212
7.3.1 二連線埠微波網路參量 213
7.3.2 各種網路參量的互相轉換 219
7.3.3 二連線埠網路參量的性質 221
7.4 多連線埠微波網路的散射矩陣 222
7.5 微波網路的工作特性參量 223
7.5.1 插入反射係數和插入駐波比 223
7.5.2 電壓傳輸係數 224
7.5.3 插入衰減 224
7.5.4 插入相移 225
本章小結 225
習題 226
第8章 常用微波元件 229
8.1 波導中的電抗元件 229
8.2 連線元件 231
8.2.1 接頭 232
8.2.2 轉接元件 232
8.3 分支元件 234
8.3.1 矩形波導的分支元件 234
8.3.2 同軸線的分支元件 235
8.3.3 微帶功率分配器 236
8.4 終端元件 237
8.4.1 匹配負載 237
8.4.2 短路器 238
8.5 衰減器和移相器 238
8.5.1 衰減器 238
8.5.2 移相器 239
8.6 定向耦合器 239
8.6.1 定向耦合器的技術指標 240
8.6.2 混合環 241
8.7 微波諧振器 242
8.7.1 微波諧振器的基本特性和參數 242
8.7.2 同軸線諧振器 244
8.7.3 矩形諧振器 245
8.7.4 圓柱形諧振器 247
本章小結 248
習題 250
第9章 天線 251
9.1 天線概述 251
9.1.1 天線的定義 251
9.1.2 天線的分類 252
9.1.3 天線的研究方法 252
9.2 動態位函式及其解 252
9.2.1 動態標量位和動態矢量位 252
9.2.2 動態位函式的方程 253
9.2.3 動態位函式的解 254
9.3 基本振子的輻射 255
9.3.1 電基本振子的輻射場 255
9.3.2 磁基本振子的輻射場 258
9.4 天線的電參數 258
9.5 對稱振子天線 262
9.5.1 對稱振子的電流分布 262
9.5.2 對稱振子的輻射場 263
9.5.3 對稱振子的輻射電阻和輸入阻抗 264
9.6 天線陣 264
9.6.1 二元陣與方向性乘積原理 265
9.6.2 均勻直線陣 266
9.7 其他類型天線簡要介紹 267
9.7.1 行波天線 267
9.7.2 縫隙天線 267
9.7.3 微帶天線 268
9.7.4 旋轉拋物面天線 268
本章小結 269
習題 270
第 10章 電磁場與微波技術實驗 272
10.1 電磁波反射和折射的測量 272
10.1.1 實驗原理與實驗裝置 272
10.1.2 電磁波在導體表面反射的測量 274
10.1.3 電磁波向介質板斜入射的全透射測量 275
10.2 電磁波參量的測量 275
10.2.1 實驗原理與實驗裝置 276
10.2.2 測量電磁波波長 276
10.2.3 測量電磁波相位常數和速度 278
10.3 微波測試系統的認知與調整 278
10.3.1 微波測試系統簡介 279
10.3.2 認知微波儀器與元件 280
10.3.3 連線與調整微波測量系統 281
10.4 晶體定標及駐波比的測量 282
10.4.1 測量線晶體定標 282
10.4.2 用交叉讀數法測量波導波長 283
10.4.3 測量駐波比 285
10.5 單連線埠網路阻抗測量及匹配 286
10.5.1 實驗原理與實驗裝置 287
10.5.2 單連線埠網路阻抗的測量 288
10.5.3 利用調配器進行阻抗匹配 289
本章小結 290
習題 291
附錄A 圓柱坐標和球坐標 293
附錄B 重要的矢量公式 295
附錄C 國產矩形波導管的結構與參數表 297
附錄D 常用硬同軸線特性參數表 299
附錄E 常用同軸射頻電纜特性參數表 300
附錄F 阻抗圓圖 301
習題答案 302
參考文獻 311
