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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1 51

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2 107

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3 171

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u3 198

4.6.2 以x或y作为u3 201

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4 226

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5 301

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6 379

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7 457

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8 568

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9 609

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10 656

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

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