緒篇 電磁場理論概要第1章 電磁場與電磁波的基本概念和規律1.1 電磁場的四個基本矢量1.1.1 電場強度E1.1.2 高斯(Gauss)定律1.1.3 電通量密度D1.1.4 電位函數φ1.1.5 磁通密度B1.1.6 磁場強度H1.1.7 磁力線及磁通連續性定理1.1.8 矢量磁位A1.2 電磁場的基本方程1.2.1 全電流定律：麥克斯韋第一方程1.2.2 法拉第-楞次(Faraday-Lenz)定律：麥克斯韋第二方程1.2.3 高斯定律：麥克斯韋第三方程1.2.4 磁通連續性原理：麥克斯韋第四方程1.2.5 電磁場基本方程組的微分形式1.2.6 不同時空條件下的麥克斯韋方程組1.3 電磁場的媒質邊界條件1.3.1 電場的邊界條件1.3.2 磁場的邊界條件1.3.3 理想導體與介質界面上電磁場的邊界條件1.3.4 鏡像法1.4 電磁場的能量1.4.1 電場與磁場存儲的能量1.4.2 坡印廷(Poynting)定理1.5 依據電磁場理論形成的電路概念1.5.1 電路是特定條件下對電磁場的簡化表示1.5.2 由電磁場方程推導出的電路基本定律1.5.3 電路參量1.6 電磁波的產生——時變場源區域麥克斯韋方程的解1.6.1 達朗貝爾(D'Alembert)方程及其解1.6.2輻射的電磁波1.7 平面電磁波1.7.1 無源區域的時變電磁場方程1.7.2 理想介質中的均勻平面電磁波1.7.3 導電媒質中的均勻平面電磁波1.8 均勻平面電磁波在不同媒質界面的入射反射和折射1.8.1 電磁波的極化1.8.2 均勻平面電磁波在不同媒質界面上的垂直入射1.8.3 均勻平面電磁波在不同媒質界面上的斜入射本章小結習題一上篇 微波傳輸線件第2章 傳輸線的基本理論2.1 傳輸線方程及其解2.1.1 傳輸線的電路分布參量方程2.1.2 正弦時變條件下傳輸線方程的解2.1.3 對傳輸線方程解的討論2.2 無耗均勻傳輸線的工作狀態2.2.1 電壓反射繫數2.2.2 傳輸線的工作狀態2.2.3 傳輸線工作狀態的測定2.3 阻抗與導納圓圖及其應用2.3.1 傳輸線的匹配2.3.2 阻抗圓圖的構成原理2.3.3 阻抗圓圖上的特殊點和線及點的移動2.3.4 導納圓圖2.3.5 圓圖的應用舉例2.4 有損耗均勻傳輸線2.4.1 線上電壓、電流、輸入阻抗及電壓反射繫數的分布特性2.4.2 有損耗均勻傳輸線的傳播常數2.4.3 有損耗均勻傳輸線的傳輸功率和效率本章小結習題二第3章 微波傳輸線3.1 平行雙線與同軸線3.1.1 平行雙線傳輸線3.1.2 同軸線3.2 微帶傳輸線3.2.1 微帶線的傳輸模式3.2.2 微帶線的傳輸特性3.3 矩形截面金屬波導3.3.1 矩形截面波導中場方程的求解3.3.2 對解式的討論3.3.3 矩形截面波導中的TE10模3.3.4 矩形截面波導的使用3.4 圓截面金屬波導3.4.1 圓截面波導中場方程的求解3.4.2 基本結論3.4.3 圓截面波導中的三個重要模式TE11、TM01與TE013.4.4 同軸線中的高次模3.5 光波導3.5.1 光纖的結構形式及導光機理3.5.2 單模光纖的標量近似分析本章小結習題三第4章件及微波網絡理論概要4.1件4.1.1 波導抗流連接4.1.2 同軸線——波導轉接器4.1.3 同軸線——微帶線轉接器4.1.4 波導——微帶線轉接器4.1.5 矩形截面波導——圓截面波導轉接器4.2 波導分支接頭4.2.1 E-T分支4.2.2 H-T分支4.2.3 雙T分支4.3 波導R,件4.3.1 匹配負載和衰減器4.3.2件4.4 定向耦合器4.4.1 定向耦合器的基本指標4.4.2 波導窄壁雙孔耦合定向耦合器4.5 阻抗變換器與阻抗調配器4.5.1 阻抗變換器4.5.2 阻抗調配器4.6 微波諧振器4.6.1 角柱腔——從傳輸模到諧振模4.6.2 圓柱腔4.7 微波件4.7.1 微波鐵氧體的物理特性4.7.2 場移式隔離器4.7.3 環流器4.8件等效為微波網絡4.8.1 構成微波網絡必須考慮的一些問題4.8.2 二端口微波網絡4.9 微波網絡的散射參量與傳輸參量4.9.1 散射參量4.9.2 傳輸參量4.10 二端口微波網絡參量4.10.1 二端口微波網絡參量的相互轉換4.10.2 特定情況下二端口微波網絡參量的性質4.10.3 二端口微波網絡的參量4.10.4 微波網絡參量的測定4.11 微波網絡的外特性參量4.11.1 電壓傳輸繫數T4.11.2 插入衰減L4.11.3 插入相移4.11.4 輸入駐波比本章小結習題四下篇 天線基本原理與技術第5章 天線理論基礎5.1的輻射場5.2 行波長線天線5.3 自由空間中的對稱振子天線5.3.1 對稱振子上的電流5.3.2 對稱振子天線的輻射場5.4 發射天線的電特性參量5.4.1 天線的方向性特性參量5.4.2 天線輻射波的極化5.4.3 天線的輻射功率與輻射電阻5.4.4 天線的方向繫數和增益5.4.5 天線的輸入阻抗5.4.6 天線的有效長度5.4.7 天線的工作頻帶寬度5.5 接收天線5.5.1 接收天線接收電磁波的物理過程5.5.2 天線的互易定理5.5.3 天線的有效接收面積5.5.4 付裡斯(Friis)傳輸公式5.5.5 接收天線的等效噪聲溫度5.6 天線陣列5.6.天線陣列5.6.均勻直線陣列5.6.3 圓陣5.6.4 面陣、體陣陣5.6.5 對稱振子陣列的輸入阻抗5.7 相控陣與智能天線的基本原理5.7.1 相控天線陣列5.7.2 智能天線的基本原理——波束形成5.8 地面對天線特性的影響5.8.1 遠離地面架設的天線5.8.2 近地架設的天線5.9 離散陣列中其他線狀天線5.9.1 折合振子5.9.2 圓環天線5.10 以時變電場和時變磁場為源的基5.10.1 基本口徑面輻射源——惠更斯(Huy5.10.2 基本隙本章小結習題五第6章 工程中常用的典型天線6.1 電磁波在自然環境中的傳播6.1.1 地表面波(地波)傳播6.1.2 電離層反射(天波)傳播6.1.3 直視(空間)波傳播6.1.4 各波段電磁波的傳播6.2 直立天線6.2.1 直立天線的輻射場與方向性6.2.2 直立天線的特性參量6.2.3 直立天線性能的改善6.3 水平偶極天線6.3.1 方向函數與方向圖6.3.2 基本特性參量6.3.3 天線架設參數的選擇6.4 菱形天線6.4.1 菱形天線的構成及基本工作原理6.4.2 菱形天線的架設6.5 引向天線6.5.1 引向天線的工作原理6.5.2 輻射特性的分析計算方法6.5.3 引向天線特性參量的近似計算6.6 螺旋天線6.6.1 螺旋天線的結構與輻射模式6.6.2 軸向輻射模式螺旋天線的方向性6.7 正交振子與電視發射天線6.7.1 正交振子的輻射6.7.2 翼面振子6.8 移動通信用天線6.8.1 手持機(移動)臺用天線6.8.2 基站臺用天線6.9 波導隙縫陣列天線6.9.1 隙縫天線6.9.2 波導隙縫天線陣列6.10 微帶貼片天線的基本原理6.10.1 矩形貼片微6.10.2 微帶貼片天線的饋電6.11 口徑面天線6.11.1 波導終端口徑面的輻射特性6.11.2 電磁喇叭6.11.3 拋物反射面天線6.11.4 雙反射面天線本章小結習題六附錄附錄A 矢量運算公式附錄B 矩形截面波導參數附錄C 圓截面波導參數附錄D 平行雙線與同軸線的分布參數附錄E 常用硬同軸線參數附錄F 常用射頻同軸電纜參數附錄G 常用金屬導體材料性能附錄H 常用介質材料性能附錄I 電離層的基本參數附錄J 電磁波頻譜劃分附錄K 微波波段劃分附錄L 民用電磁波頻率參考文獻

序《微波技術與天線——電磁波導行與輻射工程》這本書，在講述電磁場與電磁波基本理論的基礎上，重點討論電磁波的導行傳輸與輻射傳輸及其相關問題。基於電磁波作為信息載體的基本定位，這些基本原理和技術是電子信息科學的重要組成部分，是電子信息類專業學生和工程技術人員不可缺少的知識內容。本書是根據作者多年來為電子信息工程、通信工程等專業本科生講授“電磁場與微波技術”、“天線原理”等課程的講稿整理、充實而成的，總結了作者多年教學和科研的實踐經驗。本書初版自2004年出版以來已重印多次，受到讀者的歡迎和好評；第2版保持了初版的特色，其內容取舍更為合理，敘述語言更為準確和流暢。本書思路貫通，注意內容的有機聯繫。在講述原理的過程中，注意現像的物理內涵和必要的數學邏輯思維的有機結合，注意本課程內容與相關專業課程和工程實際的交織和銜接，注意嚴謹性和可讀性相結合的講述方法。本書特別注重講清楚分析與解決問題的思路，講清楚工程問題的理論分析方法，講清楚分布的“場”與集總的“路”的關繫。本書在內容敘述上注意由淺入深，注意書的可讀性。在每一篇的開始部分都寫了提要，在每一章之後對全章內容進行小結，並附典型思考題。書後附錄彙集了與本課程相關的有用資料。本書吸收了近年來國內同類型圖書的長處，又注意改進現有圖書的不足之處，是一部優秀的教材和圖書，既可作為電子信息類大學本科生在學習電磁場與電磁波、微波技術及天線等課程的教材，也可作為相關專業本科生教學參考書或電子信息類工程技術人員參考書。2008年本書正式通過了教育部評審，已納入普通高等教育“十一五”國家級教材規劃，這是對作者治學水準的充分認可。謹向作者表示祝賀！哈爾濱工業大學賈世樓 2009年2月 前 言《微波技術與天線——電磁波導行與輻射工程》第1版於2004年6月出版發行，在短短兩年內印刷3次，這表明一些院校的教師、學生及工程技術界的同仁對本書的編寫思路、內容安排和敘述方法的認同。在汲取讀者意見和建議並融入我本人對一些問題進一步思考的基礎上，在電子工業出版社的積極支持下，本書第2版於2008年初夏完成編寫，同年12月出版，並入選普通高等教育“十一五”國家級規劃教材。“微波技術與天線”（以下簡稱場與波）課程的主旨是講述電磁波的導行與輻射傳輸，及其在電子信息技術中的應用。其基本原理與技術是電子信息科學的重要組成部分，是電子信息類專業學生和工程技術人員不可缺少的知識儲備內容。我本人從事本專業特別是場與波方面的教學和科研工作多年，深知這方面的知識概念多而抽像，運用數學知識多且工程性強，歷來是難學和難教的課程。因此我一直在思考著：面對電子信息科學的飛速發展，場與波的課程應該讓學生掌握哪些內容，達到怎樣的深度；如何更便於學生接受，使之建立起學習興趣，並給他們留有獨立思考的空間等。在本書編寫中一定程度上體現了我的上述思考和認識。本書第2版保持了第1版的編寫思路和框架結構，對一些章節的內容進行了調整和充實，使之能與電子信息技術的發展更好地銜接，並對敘述語言作了必要的修正，使之更為準確和順暢。此次修訂，對原書再次進行了審校，對書中個別敘述不確切之處以及文字、符號差錯進行了訂正。為便於課堂教學，配合本書編制了一套教學課件可供使用，任課教師可登錄華信教育資源網（www.hxedu.com.cn）免費注冊後下載。本書內容由緒篇、上篇和下篇三部分組成：緒篇建立電磁場與電磁波的基本概念和基本規律，以及在不同時空條件下的具體體現；上篇講述電磁波的導行規律和導行機構，以及對導行波控制的相關問題；下篇講述電磁波的輻射傳輸及其機構——天線。第2版的編寫還選用了王新超、李傑、孫菲和徐晶等同學畢業論文中的部分結果，這使得書中相應部分的內容更為充實和具體。本書可作為電子信息類專業大學本科生學習電磁場與電磁波、微波技術和天線等課程的教材，教學時數以80～100學時為宜。本書在編寫時也考慮到本專業工程技術人員的閱讀方便。本書第2版的編寫工作是由我和牛曉霞同志共同完成的。她繪制了書中用圖，承擔書稿的整理加工工作，並精心設計制作了配合本書的教學課件。此次修訂工作由我本人完成。燕山大學信息科學與工程學院暨電子通信工程繫的領導及我的同事們，對本書編寫工作極為關注，並給予了全力的支持。哈爾濱工業大學賈世樓教授審閱了書稿。他對本書給予了很高的評價，在充分肯定本書特色的同時，提出了寶貴的意見和建議，並為之作序，熱情地向讀者推薦本書。電子工業出版社（特別是許楷和張來盛兩位編輯）積極支持本書的編寫出版和修訂再版，他們的信任和鼓勵使我深為感動。在此我向以上各位同志表示衷心的感謝。本書第2版的編寫及修訂，正值我夫人姜克敏老師羈患重病家事陷入困境之時。她在病痛之中還勸誡我：打起精神把書寫好，要呈獻給讀者一本易讀實用、值得保存的書。我把這話記述於此，是為鏡鋻。殷際傑2012年5月於秦皇島