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第1章 电磁波的发现1

1.1 物理背景1

1.1.1 库仑定律发现以前1

1.1.2 库仑定律发现以后2

1.1.2.1 库仑定律2

1.1.2.2 安培定律3

1.1.2.3 法拉第定律4

1.2 数学背景5

1.2.1 矢量定义5

1.2.2 矢量运算5

1.2.3 坐标系7

1.2.3.1 一般曲线坐标系7

1.2.3.2 圆柱坐标系9

1.2.3.3 球坐标系12

1.2.4 矢量算子13

1.2.4.1 梯度算子13

1.2.4.2 散度算子17

1.2.4.3 旋度算子19

1.2.4.4 拉普拉斯算子23

1.2.4.5 算子在一般正交坐标系中的表示式23

1.2.5 张量24

1.2.5.1 张量的定义24

1.2.5.2 张量的运算法则25

1.2.6 矢量恒等式26

1.2.7 算子基本积分定理27

1.2.7.1 高斯散度定理27

1.2.7.2 斯托克斯定理28

1.2.7.3 格林定理29

1.3 学术传统30

1.4 麦克斯韦方程的建立33

1.4.1 场概念的提炼33

1.4.2 物理规律的系统化数学表述34

1.4.3 本构关系36

阅读与思考37

1.A一般介质的本构关系37

1.B等离子体的本构关系39

1.C超材料——金属线介质的等效电磁参数42

1.D超材料——金属开口谐振环介质的等效电磁参数45

1.5 电磁波发现及验证50

1.6 电磁波问题的确定性表述52

1.6.1 两种介质交界面的边界条件52

1.6.1.1 磁场强度H的边界条件52

1.6.1.2 电位移矢量D的边界条件53

1.6.1.3 分界面边界条件小结54

1.6.2 导体分界面上的边界条件54

1.6.3 辐射边界条件54

1.7 静电场再认识54

1.7.1 静电边值问题54

1.7.2 电容和电感56

1.8 麦克斯韦方程频域形式58

1.9 电磁波的性质60

1.9.1 惟一性定理61

1.9.2 等效原理63

1.9.3 对偶原理65

1.9.4 互易原理66

1.10 电磁波传播的仿真67

1.10.1 电磁波方程67

1.10.2 Yee格式及蛙跳机制68

1.10.3 电磁波方程的离散69

1.10.4 稳定性条件70

1.10.5 激励源71

1.10.6 边界条件71

1.10.6.1 一阶Mur吸收边界72

1.10.6.2 棱边及角点的处理73

1.10.6.3 吸收边界的精度73

1.11 电磁波的应用73

本章小结76

练习题76

思考题79

课程设计（一）80

第2章 电磁波的传播和传输81

2.1 电磁波传播81

2.1.1 无限大均匀介质中的传播82

2.1.1.1 平面波解82

2.1.1.2 相速和群速83

2.1.1.3 波的极化86

2.1.1.4 无耗介质中的电磁波传播88

2.1.1.5 有耗介质中的电磁波传播88

2.1.1.6 各向异性介质中的电磁波传播89

2.1.1.7 坡印廷定理93

2.1.2 层状介质中电磁波的传播95

阅读与思考102

2.A 坐标变换空间中的麦克斯韦方程102

2.2 波导中的传输108

2.2.1 波导传输问题的求解途径109

2.2.2 矩形波导中电磁波的传输特性111

2.2.3 波导正规模的特性117

2.2.4 任意截面空波导电磁波传输模式的有限元分析119

2.2.5 波导激励分析121

2.3 微波传输线的分析模型124

2.3.1 传输线分析模型及其解124

2.3.1.1 传输线方程——场方法124

2.3.1.2 传输线方程——路方法126

2.3.1.3 传输线方程的解128

2.3.2 传输线特征量及其变换式129

2.3.2.1 电压和电流变换式129

2.3.2.2 反射系数变换式130

2.3.2.3 输入阻抗变换式131

2.3.2.4 驻波比133

2.3.2.5 传输功率与传输效率134

2.3.3 均匀无耗传输线的工作状态135

2.3.3.1 行波状态135

2.3.3.2 纯驻波状态135

2.3.3.3 行驻波状态138

2.3.4 圆图140

2.3.5 阻抗匹配144

2.3.5.1 信号源与传输线的匹配145

2.3.5.2 负载与传输线的匹配145

2.4 微波网络的分析模型148

2.4.1 不均匀性等效网络148

2.4.2 微波网络参量148

2.4.2.1 归一化参量148

2.4.2.2 微波网络的电路参量149

2.4.2.3 微波网络的波参量150

2.4.2.4 波导不连续性问题分析154

本章小结156

练习题157

思考题160

课程设计（二）161

第3章 电磁波的辐射163

3.1 激励源在自由空间中的辐射164

3.1.1 自由空间中带源麦克斯韦方程的解164

3.1.2 电流与磁流辐射场的其他数学表达形式168

3.1.2.1 Stratton-Chu公式168

3.1.2.2 基尔霍夫公式形式169

阅读与思考171

3.A 电流与磁流辐射表达式的另类推导171

3.A.1 电流与磁流源辐射场的两种表达式的等效性证明171

3.A.2 电流与磁流源辐射场的另类计算方法172

3.1.3 激励源辐射场的远场近似173

3.1.4 辐射条件177

3.2 天线178

3.2.1 赫兹偶极子180

3.2.1.1 近区场182

3.2.1.2 远区场183

3.2.1.3 天线的重要参数186

3.2.2 线天线187

3.2.2.1 传输线模型187

3.2.2.2 积分方程模型192

3.2.2.3 积分方程的求解194

3.2.2.4 实际馈电系统的数学模型197

3.2.3 微带天线199

3.2.3.1 微带天线的发展历程199

3.2.3.2 腔模型理论200

阅读与思考204

3.B微带天线的全波分析法204

3.2.4 天线阵211

3.2.5 天线馈电215

3.2.5.1 馈电系统要求215

3.2.5.2 天线馈线系统常用微波器件216

3.2.6 天线测量217

3.2.6.1 概述217

3.2.6.2 源天线与待测天线之距离218

3.2.6.3 天线测量环境219

3.2.6.4 天线测量典型仪器设备220

本章小结221

练习题221

思考题223

课程设计（三）225

第4章 电磁波的散射227

4.1 确定性目标的散射227

4.1.1 规则目标的散射228

4.1.1.1 导体圆柱的散射228

4.1.1.2 导体圆柱的绕射231

4.1.1.3 导体球的散射233

4.1.1.4 规则目标散射的解析求解法239

阅读与思考243

4.A半平面导体散射的解析解243

4.1.2 不规则形状目标的散射251

4.1.3 目标散射机理253

4.2 随机目标的散射255

4.2.1 随机面的几何模型256

4.2.2 光滑型随机面的散射257

阅读与思考259

4.B 光滑型随机表面散射解析解的证明259

4.2.3 微粗糙型随机面的散射261

阅读与思考263

4.C 微粗糙度随机表面散射解析解的证明263

4.2.4 蒙特卡洛（Monte Carlo）方法266

4.2.5 随机面散射和辐射的关系267

4.3 雷达267

4.3.1 目标特性268

4.3.1.1 雷达散射截面268

4.3.1.2 角闪烁269

4.3.1.3 散射中心272

4.3.2 雷达原理280

4.3.2.1 测距原理280

4.3.2.2 测速原理281

4.3.2.3 测角原理281

4.3.2.4 雷达成像原理282

4.3.3 单脉冲雷达系统284

4.3.3.1 单脉冲测角的技术方案284

4.3.3.2 单脉冲雷达系统各部件功能实现287

4.3.3.3 系统测角误差分析291

阅读与思考294

4.D 扩展目标角闪烁的计算公式推导294

4.E 目标散射中心参数的估计方法301

本章小结303

练习题303

思考题304

课程设计（四）305

附录A307

附录B309

附录C310

附录D312

附录E314

附录F317

附录G320

参考文献321

索引323