电磁场与天线技术

上篇 电磁场理论

第1章 矢量分析与场论基础

1.1 矢量代数

1.1.1 矢量的加减运算

1.1.2 标量与矢量相乘

1.1.3 矢量的点积

1.1.4 矢量的叉积

1.2 三种常用的正交坐标系

1.2.1 直角坐标系

1.2.2 圆柱坐标系

1.2.3 球坐标系

1.3 标量场的梯度

1.3.1 标量场的等值面

1.3.2 标量场的方向导数

1.3.3 标量场的梯度

1.4 矢量场的散度

1.4.1 矢量场的矢量线

1.4.2 矢量场的通量与散度

1.4.3 散度定理

1.5 矢量场的旋度

1.5.1 矢量场的环量

1.5.2 矢量场的旋度

1.5.3 斯托克斯定理

1.6 亥姆霍兹定理

本章小结

思考题

习题

第2章 静电场

2.1 真空中的静电场

2.1.1 电荷与电荷密度

2.1.2 库仑定律与叠加原理

2.1.3 电场强度

2.2 真空中静电场的基本方程

2.2.1 静电场的高斯定理

2.2.2 静电场的环路定理

2.3 电位及其梯度

2.3.1 电位与电位差

2.3.2 电位的微分方程

2.4 电介质中的静电场

2.4.1 介质的极化

2.4.2 介质中电场的基本方程

2.4.3 静电场中的导体

2.5 静电场的边界条件

2.5.1 法向边界条件

2.5.2 切向边界条件

2.6 静电场中的能量

本章小结

思考题

习题

第3章 恒定电场

3.1 导电媒质中的传导电流

3.1.1 欧姆定律

3.1.2 焦耳定律

3.2 恒定电场的基本方程及边界条件

3.2.1 电流连续性方程

3.2.2 恒定电场的基本方程

3.2.3 恒定电场的边界条件

3.3 恒定电场与静电场的比较

本章小结

思考题

习题

第4章 恒定磁场

4.1 恒定磁场的基本方程

4.1.1 安培力定律

4.1.2 毕奥·萨伐尔定律

4.1.3 磁通连续性方程与安培环路定理

4.2 矢量磁位

4.2.1 矢量磁位的引入

4.2.2 矢量磁位的泊松方程

4.2.3 磁偶极子的磁场

4.3 磁介质中的场方程

4.3.1 介质的磁化

4.3.2 介质中磁场的基本方程

4.4 恒定磁场的边界条件

4.4.1 磁感应强度的法向边界条件

4.4.2 磁场强度的切向边界条件

4.5 恒定磁场的能量

本章小结

思考题

习题

第5章 时变电磁场

5.1 麦克斯韦方程组

5.1.1 法拉第电磁感应定律

5.1.2 位移电流

5.1.3 麦克斯韦方程组

5.2 时变场的边界条件

5.2.1 一般形式的边界条件

5.2.2 理想导体表面的边界条件

5.2.3 理想介质表面的边界条件

5.3 坡印亭定理与坡印亭矢量

5.3.1 坡印亭定理

5.3.2 坡印亭矢量

5.4 时谐电磁场

5.4.1 电磁场的波动方程

5.4.2 时谐场的复数表示

5.4.3 麦克斯韦方程组的复数形式

5.4.4 平均能流密度

本章小结

思考题

习题

第6章 平面电磁波

6.1 无界理想介质中的均匀平面波

6.1.1 无源区域波动方程的解

6.1.2 无源区域时谐场波动方程的解

6.1.3 均匀平面波传播特性

6.2 无界导电介质中的均匀平面波

6.2.1 导电介质中的波动方程

6.2.2 导电介质中的均匀平面波

6.2.3 良导体中的主要电磁参数

6.2.4 良介质中的主要电磁参数

6.3 电磁波的极化

6.3.1 线极化

6.3.2 圆极化

6.3.3 椭圆极化

6.4 均匀平面波对平面分界面的反射与折射

6.4.1 对理想介质平面的垂直入射

6.4.2 对理想导体平面的垂直入射

6.4.3 对理想介质平面的斜入射

本章小结

思考题

习题

下篇 天线技术

第7章 电波传播基本理论

7.1 电波及电波传播概述

7.1.1 电磁波基本知识

7.1.2 无线电波的特点

7.1.3 电波传播的媒质特性

7.1.4 电波传播方式

7.1.5 无线电波的基本传输特性

7.2 地波传播

7.2.1 地面的电参数

7.2.2 波前倾现象

7.2.3 地波传播特性

7.2.4 地波传播的应用

7.3 电离层与天波传播

7.3.1 电离层的结构特点和对天波传播的影响

7.3.2 短波天波传播

7.4 视距传播

7.4.1 影响视距传播的地面菲涅耳区

7.4.2 平面地对视距传播的影响

7.4.3 光滑平面地视距传播场强的计算

7.4.4 平面地上的地形地物对视距传播的影响

7.4.5 考虑地球曲率影响的非平面地视距传播的极限距离

7.4.6 对流层大气对视距传播的影响

7.5 无线电干扰

本章小结

习题

……

第8章蜂窝移动通信中的电波传播

第9章天线原理

第10章常用天线

第11章线天线的馈电系统

第12章天线在蜂窝移动通信系统中的应用

第13章天线的仿真设计

附录A常用的矢量计算公式

附录B无线电波波段的划分

参考文献

第1章矢量分析与场论基础

在电磁场理论中，某些物理量是标量，它们只有大小而没有方向，如电流、电位、能量:而另外有一些量则为矢量，它们既有大小，也有方向，比如电场、磁场、作用力。标量和矢量既可以是时间的函数，也可以是位置的函数。如果在空间的某区域中，某物理量在每一点都有一个确定值，则在该区域中就构成了该物理量的场。场的一个重要特点是它占有一定的空间，它的物理特性用空间和时间的数学函数来表示。因此，物理量的场可以分为标量场和矢量场。

如果场的物理状态仅是空间坐标的函数，而与时间无关，则称为静态场;如果场的物理状态既是空间坐标的函数，又是时间的函数，则称为时变场。静态场是时变场的特例，通过研究静态场物理特性，并对其相关结论进行修正，可以推广到对时变场的分析。

在电磁场理论的建立和应用过程中，会大量涉及矢量场，利用矢量分析方法，可将电磁场基本定律以简洁而优美的公式表达出来。因此熟练掌握矢量分析方法，对电磁理论的学习可以起到事半功倍的效果。

本章对矢量分析的相关数学问题进行介绍和总结，主要内容包括:(1)矢量代数，即矢量的基本运算，包括加法、减法和乘法运算等。(2)常用的正交坐标系。主要介绍使用最多的直角坐标系、柱面坐标系和球坐标系。(3)矢量微积分。要求重点掌握电磁场理论中有关梯度、散度和旋度的概念及其在不同坐标系中的表达方法。

……

本书系统地阐述了电磁场理论、电波传播理论、天线理论与技术、天线在通信中的应用及天线的工程设计，较充分地反映了电磁场与天线发展的最新技术。全书分为上、下两篇，共13章。上篇为电磁场理论(第1-6章)，内容包括：矢量分析与场论基础、静电场、恒定电场、恒定磁场、时变电磁场及平面电磁波。下篇为天线技术(第7-13章)，内容包括：电波传播基本理论、蜂窝移动通信中的电波传播、天线原理、常用天线、线天线的馈电系统、天线在蜂窝移动通信系统中的应用及天线的仿真设计。