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電磁場(chǎng)與光波、電磁波——MATLAB實(shí)踐版 
定 價(jià)：92 元 叢書名：普通高等教育電子信息類系列教材
9 7 6 8 6 7 7 5 0 6 7 0 2 
本書是作者多年來(lái)從事電磁場(chǎng)與電磁波理論課程教學(xué)成果的總結(jié)。全書共分15章。第1章為矢量分析和場(chǎng)論基礎(chǔ)；第2至5章分別為靜電場(chǎng)、靜電場(chǎng)邊值問(wèn)題的求解、恒定電流與恒定電場(chǎng)、恒定電流的磁場(chǎng)；后10章分別為時(shí)變電磁場(chǎng)、無(wú)界空間電磁波的傳播、平面電磁波的反射與透射、光的干涉、光的衍射、平面光波在各向異性線性介質(zhì)中的傳播、傳輸線、金屬波導(dǎo)、光波導(dǎo)和天線基礎(chǔ)。
本書系統(tǒng)地把電磁場(chǎng)與電磁波的數(shù)學(xué)原理用MATLAB仿真程序進(jìn)行數(shù)值模擬，從而把數(shù)學(xué)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為易于理解的可視化圖形。這樣不僅可以幫助學(xué)生理解電磁場(chǎng)的分布特性和光波、電磁波的傳播特性，還可以提升學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣，進(jìn)而提升其學(xué)習(xí)電磁理論課的興趣。通過(guò)本書的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅可以學(xué)到扎實(shí)的電磁場(chǎng)與電磁波基礎(chǔ)理論知識(shí)，還可以把學(xué)到的理論知識(shí)運(yùn)用到MATLAB中去創(chuàng)建簡(jiǎn)單的程序。MATLAB仿真既可以展現(xiàn)理論概念，又可以幫助學(xué)生更好地理解物理參數(shù)的意義和價(jià)值。
本書內(nèi)容翔實(shí)，概念清晰，數(shù)學(xué)描述細(xì)膩而嚴(yán)謹(jǐn)，層次分明，取材具有一定的廣度和深度，在內(nèi)容上作了適當(dāng)取舍，可作為不同層次、不同電類專業(yè)和光類專業(yè)本科生學(xué)習(xí)電磁場(chǎng)與電磁波理論的教材，也可作為低年級(jí)研究生深入學(xué)習(xí)電磁場(chǎng)理論的參考書。 同時(shí)，本書還可為從事電磁場(chǎng)與電磁波理論教學(xué)、光學(xué)教學(xué)和光通信及天線設(shè)計(jì)的科研人員提供參考。
在21世紀(jì)這一信息化時(shí)代，科技進(jìn)步和創(chuàng)新成為推動(dòng)人類社會(huì)發(fā)展的重要引擎。因此，高等教育體制面臨著前所未有的變革，必須面向當(dāng)前急需和未來(lái)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提前進(jìn)行人才布局，培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)、數(shù)字化思維和跨界整合能力的“新工科”人才，以適應(yīng)未來(lái)社會(huì)對(duì)人才的需求。
電磁理論廣泛應(yīng)用于通信、廣播電視、導(dǎo)航、遙感遙測(cè)、工業(yè)自動(dòng)化、家用電器、電力系統(tǒng)和醫(yī)用電子設(shè)備等，是許多新興學(xué)科的增長(zhǎng)點(diǎn)和交叉點(diǎn)。所以，電磁理論課是高等學(xué)校通信工程、電子信息、微波技術(shù)、電磁兼容和光學(xué)工程等眾多專業(yè)本科生必修的一門重要的學(xué)科理論基礎(chǔ)課，學(xué)習(xí)電磁理論課是信息類技術(shù)人才培養(yǎng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。這是因?yàn)椋和ㄟ^(guò)學(xué)習(xí)電磁理論課，學(xué)生不僅能夠掌握電磁場(chǎng)的基本理論，包括電磁場(chǎng)的基本實(shí)驗(yàn)定律和電磁場(chǎng)基本方程，從而掌握電磁場(chǎng)的分析方法，而且能夠掌握無(wú)界空間電磁波的傳播特性以及波導(dǎo)和天線電磁波的傳播特性，并掌握電磁波傳播特性的分析和計(jì)算方法，提高自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力，為后續(xù)學(xué)習(xí)、從事研究和工作打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
2010年作者編著出版《電磁場(chǎng)與電磁波理論基礎(chǔ)》一書，該書曾在十多所院校使用，得到了許多老師和學(xué)生的好評(píng)。經(jīng)過(guò)十多年的教學(xué)實(shí)踐和教學(xué)研究，同時(shí)考慮使用該書的教師和學(xué)生提出的寶貴意見和建議，作者在原書的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改編。改編主要涉及四個(gè)方面：
（1） 注重物理概念與數(shù)學(xué)概念的結(jié)合，重點(diǎn)突出電磁場(chǎng)物理問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述。由于電磁理論物理概念抽象，理論性強(qiáng)，要求學(xué)生具有較深厚的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)（掌握矢量分析和場(chǎng)論、數(shù)學(xué)物理方法等），因此對(duì)于初學(xué)者有一定的難度，其難點(diǎn)在于對(duì)電磁理論概念的理解、對(duì)數(shù)學(xué)語(yǔ)言的理解和掌握。因此，學(xué)習(xí)電磁理論本身就是鍛煉學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問(wèn)題的能力，也是數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的深入和繼續(xù)，這對(duì)學(xué)習(xí)其他理論課程與從事科學(xué)研究和創(chuàng)新都是非常有益的。
（2） 對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行精心編排。2018年6月21日，教育部陳寶生部長(zhǎng)在新時(shí)代全國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議上第一次提出，對(duì)大學(xué)生要有效“增負(fù)”，提升大學(xué)生的學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度，合理增加課程難度，拓展課程深度，擴(kuò)大課程的可選擇性，真正把“水課”轉(zhuǎn)變成有深度、有難度、有挑戰(zhàn)度的“金課”。鑒于此，本書在取材的深度和廣度上充分考慮了電磁理論前沿科學(xué)領(lǐng)域的知識(shí)內(nèi)容。
（3） 電磁場(chǎng)和電磁波求解結(jié)果與MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。MATLAB可以把抽象而復(fù)雜的電磁場(chǎng)和電磁波數(shù)學(xué)公式轉(zhuǎn)化為可視化圖形，這樣不僅可以幫助學(xué)生理解電磁場(chǎng)的分布特性和電磁波的傳播特性，還可以提升學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣。目前MATLAB軟件已成為科學(xué)計(jì)算和仿真的主流軟件，適用于各門信息類課程的教學(xué)。近年來(lái)，我國(guó)理工科高等院校已經(jīng)把MATLAB作為一門選修課或必修課，學(xué)生已具備電磁理論課MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)�；诖�，本書選擇用MATLAB進(jìn)行實(shí)踐。
（4） 增加光波內(nèi)容。由于歷史原因和光波具有的特點(diǎn)，一般電磁場(chǎng)與電磁波教材很少涉及光波內(nèi)容。但是，隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，光和電深度融合，因此本書增加了光波的內(nèi)容，以適應(yīng)光電和光學(xué)工程專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)。
除此之外，本書每個(gè)MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)都給出了仿真計(jì)算參數(shù)，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
本書共包含15章。
第1章為矢量分析和場(chǎng)論基礎(chǔ)，講述了電磁場(chǎng)理論必要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。
第2～5章為靜態(tài)場(chǎng)，包括靜電場(chǎng)、靜電場(chǎng)邊值問(wèn)題的求解、恒定電流與恒定電場(chǎng)、恒定電流的磁場(chǎng)，主要介紹靜態(tài)場(chǎng)的基本概念和基本方程，并將靜態(tài)場(chǎng)基本方程應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的分析和計(jì)算。通過(guò)靜態(tài)場(chǎng)的學(xué)習(xí)，學(xué)生可在掌握靜態(tài)場(chǎng)基本原理的基礎(chǔ)上，掌握運(yùn)用數(shù)學(xué)方法和MATLAB進(jìn)行仿真計(jì)算，以解決工程中的一些實(shí)際問(wèn)題。
第6～8章分別為時(shí)變電磁場(chǎng)、無(wú)界空間電磁波的傳播、平面電磁波的反射與透射。時(shí)變電磁場(chǎng)一章討論時(shí)變場(chǎng)的基本方程——麥克斯韋方程和物質(zhì)方程、時(shí)變場(chǎng)的邊界條件、坡印廷定理和坡印廷矢量、時(shí)域形式的波動(dòng)方程和時(shí)諧電磁場(chǎng)。無(wú)界空間電磁波的傳播一章討論理想介質(zhì)中的矢量平面電磁波、有耗介質(zhì)和良導(dǎo)體中的矢量平面電磁波、矢量平面電磁波的極化和標(biāo)量光波。平面電磁波的反射與透射一章討論平面電磁波對(duì)分界平面的垂直入射和對(duì)理想介質(zhì)分界平面的斜入射、反射系數(shù)和透射系數(shù)隨入射角的變化特性、斯托克斯倒逆關(guān)系，以及理想介質(zhì)與理想介質(zhì)分界面的反射率和透射率。這三章是后續(xù)光波、電磁波傳播的基礎(chǔ)。
第9～11章為光波內(nèi)容。第9章光的干涉，討論的是無(wú)界空間矢量平面光波雙光束干涉、標(biāo)量柱面光波雙光束干涉、標(biāo)量球面光波雙光束干涉、標(biāo)量柱面光波分波陣面楊氏雙縫干涉、矢量平面光波平行平板分振幅雙光束干涉，以及矢量平面光波多光束干涉光刻。第10章光的衍射，首先討論基爾霍夫衍射理論，給出標(biāo)量球面光波衍射積分公式和標(biāo)量平面光波衍射積分公式，以及在旁軸和距離近似條件下的菲涅耳衍射積分公式、夫瑯和費(fèi)衍射積分公式。然后討論基爾霍夫矢量衍射理論，并給出標(biāo)量格林函數(shù)表述的平面衍射屏矢量平面光波入射的基爾霍夫矢量衍射公式。第11章平面光波在各向異性線性介質(zhì)中的傳播，主要討論矢量平面光波在單軸晶體中的傳播特性以及矢量平面光波在各向異性線性介質(zhì)表面的反射與透射。光的干涉、衍射和偏振（極化）是研究各種光學(xué)現(xiàn)象的基礎(chǔ)，通過(guò)學(xué)習(xí)，學(xué)生可在掌握光干涉和衍射基本原理的基礎(chǔ)上，用MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)得到不同干涉和衍射裝置的光強(qiáng)分布曲線和干涉衍射條紋，并與干涉和衍射實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)果進(jìn)行定量比較，從而掌握研究光干涉和衍射的理論及方法。
第12～14章分別為傳輸線、金屬波導(dǎo)和光波導(dǎo)。傳輸線一章采用電路分析方法對(duì)均勻無(wú)耗傳輸線的傳輸特性進(jìn)行了較為深入的討論。通過(guò)學(xué)習(xí)傳輸線，學(xué)生可掌握均勻無(wú)耗傳輸線應(yīng)用中實(shí)用而簡(jiǎn)單的分析方法。金屬波導(dǎo)一章采用場(chǎng)的分析方法，從矢量赫姆霍茲方程出發(fā)，分別討論金屬矩形波導(dǎo)和金屬圓波導(dǎo)的傳播特性。對(duì)于波導(dǎo)中電磁波的不同傳播模式，結(jié)合MATLAB仿真計(jì)算，給出波導(dǎo)中的場(chǎng)分布和壁面電流分布。通過(guò)學(xué)習(xí)，學(xué)生可掌握金屬波導(dǎo)中的電磁波在不同傳播模式的分析方法，而這種分析方法具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。光波導(dǎo)一章討論平面對(duì)稱光波導(dǎo)和圓柱形光波導(dǎo)——階躍型光纖。平面對(duì)稱光波導(dǎo)是集成光波導(dǎo)的基礎(chǔ)。光波導(dǎo)分析方法是從麥克斯韋方程出發(fā)，采用縱向場(chǎng)解法，求解滿足邊界條件的矢量赫姆霍茲方程，從而得到光波導(dǎo)中光波的不同傳播模式，結(jié)合MATLAB仿真計(jì)算，給出不同傳播模式的電磁場(chǎng)矢量分布和光強(qiáng)分布。目前，光纖已廣泛應(yīng)用于光纖通信。階躍型光纖是一種常見的光纖類型，學(xué)習(xí)其相關(guān)知識(shí)可為學(xué)生從事光纖通信和光纖光學(xué)應(yīng)用研究奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
第15章為天線基礎(chǔ)。天線既可以向外輻射電磁波，也可以接收電磁波，其廣泛應(yīng)用于無(wú)線通信、衛(wèi)星通信、雷達(dá)及導(dǎo)航等。本章從位函數(shù)波動(dòng)方程出發(fā)，討論基本振子的輻射，在此基礎(chǔ)上給出天線的輻射特性及描述參數(shù)，然后討論對(duì)稱振子天線、天線陣、接收天線和雷達(dá)基本原理。本章結(jié)合MATLAB仿真計(jì)算，給出了許多天線輻射特性場(chǎng)的方向圖算例。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，學(xué)生可掌握天線輻射特性常用的基本概念、天線設(shè)計(jì)的方法和步驟、天線場(chǎng)方向圖和功率方向圖的計(jì)算以及天線特性參數(shù)的計(jì)算，由此奠定從事天線設(shè)計(jì)和研究的基礎(chǔ)。
本書具有以下主要特點(diǎn)：
（1） 物理概念清晰，重點(diǎn)突出，數(shù)學(xué)推導(dǎo)嚴(yán)謹(jǐn)，層次分明，論述由表及里，由淺入深，便于自學(xué)。
（2） 內(nèi)容反映教學(xué)研究成果，安排合理，學(xué)生易于接受。
（3） 取材在深度和廣度上充分反映了現(xiàn)代前沿科學(xué)領(lǐng)域的知識(shí)內(nèi)容。
（4） 結(jié)合MATLAB仿真計(jì)算，內(nèi)容圖文并茂，體現(xiàn)了教學(xué)改革的新觀念和新方法。
（5） 理論聯(lián)系實(shí)際，面向工程應(yīng)用，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，夯實(shí)能力基礎(chǔ)。
本書在編寫過(guò)程中參考了國(guó)內(nèi)外許多專家和學(xué)者的優(yōu)秀教材和文獻(xiàn)，在此對(duì)所列文獻(xiàn)作者深表感謝。
雖然作者在編寫本書過(guò)程中力求做到無(wú)誤，但限于作者水平，書中難免存在不妥之處，敬請(qǐng)讀者及同行給予批評(píng)指正。
曹建章
2023年1月于深圳大學(xué)
第1章 矢量分析和場(chǎng)論基礎(chǔ) 1
1.1 標(biāo)量和矢量 1
1.2 矢量的運(yùn)算 1
1.2.1 直角坐標(biāo)系中矢量的表示 1
1.2.2 矢量的運(yùn)算 2
1.3 標(biāo)量場(chǎng)和矢量場(chǎng) 4
1.4 特殊正交曲線坐標(biāo)系 5
1.4.1 直角坐標(biāo)系 6
1.4.2 圓柱坐標(biāo)系 7
1.4.3 球坐標(biāo)系 10
1.5 場(chǎng)論 14
1.5.1 數(shù)量場(chǎng)的等值面和矢量場(chǎng)的矢量線 14
1.5.2 標(biāo)量場(chǎng)的梯度和方向?qū)?shù) 16
1.5.3 矢量場(chǎng)的通量和散度 17
1.5.4 矢量場(chǎng)的環(huán)量和旋度 21
1.5.5 符號(hào)說(shuō)明 27
1.6 拉普拉斯算子和拉普拉斯方程 28
1.7 電磁場(chǎng)的分類和赫姆霍茲定理 29
習(xí)題1 31
第2章 靜電場(chǎng) 34
2.1 庫(kù)侖定律和電場(chǎng)強(qiáng)度 34
2.1.1 庫(kù)侖定律 34
2.1.2 電場(chǎng)強(qiáng)度 35
2.2 電位 39
2.2.1 電位的定義 39
2.2.2 點(diǎn)電荷的電位 39
2.2.3 連續(xù)分布電荷的電位 40
2.2.4 電場(chǎng)與電位的關(guān)系 40
2.3 電偶極子的電場(chǎng) 41
2.4 物質(zhì)的電特性 42
2.4.1 介質(zhì)的極化及極化強(qiáng)度 43
2.4.2 極化電荷產(chǎn)生的電位 47
2.5 靜電場(chǎng)的基本方程 48
2.5.1 靜電場(chǎng)的通量和散度 48
2.5.2 靜電場(chǎng)的環(huán)量和旋度 53
2.5.3 靜電場(chǎng)的基本方程 54
2.6 泊松方程與拉普拉斯方程 54
2.7 靜電場(chǎng)邊界條件 55
2.7.1 D的法向分量邊界條件 55
2.7.2 E的切向分量邊界條件 56
2.7.3 靜電場(chǎng)邊界條件小結(jié) 58
2.8 導(dǎo)體系統(tǒng)的電容 61
2.8.1 兩導(dǎo)體電容 61
2.8.2 部分電容 63
2.9 電場(chǎng)能量 67
2.9.1 電場(chǎng)能量 67
2.9.2 能量密度 67
2.10 電場(chǎng)力 69
習(xí)題2 72
第3章 靜電場(chǎng)邊值問(wèn)題的求解 75
3.1 靜電場(chǎng)邊值問(wèn)題的分類 75
3.2 唯一性定理 76
3.3 鏡像法 77
3.3.1 平面鏡像法 77
3.3.2 柱面鏡像法——電軸法 82
3.3.3 球面鏡像法 85
3.4 分離變量法 89
3.4.1 直角坐標(biāo)系下的分離變量法 89
3.4.2 圓柱坐標(biāo)系下的分離變量法 95
3.4.3 球坐標(biāo)系下的分離變量法 100
3.5 格林函數(shù)法 104
3.5.1 δ函數(shù)的基本概念 104
3.5.2 格林函數(shù) 106
3.5.3 靜電場(chǎng)邊值問(wèn)題解的格林函數(shù)積分表達(dá)式 108
習(xí)題3 112
第4章 恒定電流與恒定電場(chǎng) 115
4.1 電流與電流密度 115
4.1.1 電流強(qiáng)度的概念 115
4.1.2 電流密度 115
4.2 歐姆定律和焦耳定律 117
4.2.1 材料的電導(dǎo)率 117
4.2.2 歐姆定律 118
4.2.3 電動(dòng)勢(shì) 119
4.2.4 電阻 119
4.2.5 焦耳定律 120
4.3 恒定電場(chǎng)的基本方程 122
4.3.1 電流連續(xù)性方程 122
4.3.2 恒定電場(chǎng)的基本方程 123
4.4 恒定電場(chǎng)的邊界條件 123
習(xí)題4 127
第5章 恒定電流的磁場(chǎng) 129
5.1 恒定磁場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)定律 129
5.1.1 安培定律 129
5.1.2 畢奧-薩伐爾定律 130
5.2 恒定磁場(chǎng)的散度和通量 132
5.2.1 磁通密度矢量的散度 132
5.2.2 恒定磁場(chǎng)的通量 133
5.3 恒定磁場(chǎng)的環(huán)量和旋度 133
5.3.1 環(huán)量 133
5.3.2 旋度 134
5.4 矢量磁位 135
5.4.1 矢量磁位 135
5.4.2 矢量泊松方程 136
5.5 磁偶極子 136
5.6 物質(zhì)的磁特性 138
5.6.1 介質(zhì)的磁化和磁化強(qiáng)度矢量的定義 139
5.6.2 磁化強(qiáng)度矢量與外加磁場(chǎng)的關(guān)系 139
5.6.3 介質(zhì)磁化產(chǎn)生的矢量磁位 143
5.7 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定律 144
5.8 恒定磁場(chǎng)的基本方程 146
5.9 恒定磁場(chǎng)的邊界條件 147
5.9.1 法向分量的邊界條件 147
5.9.2 切向分量的邊界條件 147
5.10 電感 150
5.10.1 自感 150
5.10.2 互感 151
5.11 磁場(chǎng)能量 153
5.11.1 單個(gè)線圈 153
5.11.2 耦合線圈 154
5.12 磁場(chǎng)力 155
習(xí)題5 158
第6章 時(shí)變電磁場(chǎng) 162
6.1 時(shí)變電磁場(chǎng)的環(huán)量和旋度及通量和散度 162
6.1.1 法拉第電磁感應(yīng)定律——時(shí)變電場(chǎng)的環(huán)量和旋度 162
6.1.2 全電流定律——時(shí)變磁場(chǎng)的環(huán)量和旋度 165
6.1.3 時(shí)變電磁場(chǎng)的通量和散度 166
6.2 時(shí)變電磁場(chǎng)的基本方程——麥克斯韋方程組和物質(zhì)方程 167
6.3 介質(zhì)分界面上的邊界條件 168
6.3.1 介質(zhì)分界面上的邊界條件 168
6.3.2 理想介質(zhì)分界面上的邊界條件 169
6.3.3 理想導(dǎo)體分界面上的邊界條件 169
6.4 坡印廷定理和坡印廷矢量 170
6.4.1 坡印廷定理 170
6.4.2 坡印廷矢量 171
6.5 波動(dòng)方程 172
6.5.1 無(wú)源電介質(zhì)中的齊次波動(dòng)方程 172
6.5.2 無(wú)源理想介質(zhì)中的齊次波動(dòng)方程 173
6.5.3 有源理想介質(zhì)中的非齊次波動(dòng)方程 173
6.5.4 位函數(shù)波動(dòng)方程 173
6.6 時(shí)諧電磁場(chǎng) 175
6.6.1 時(shí)諧量的復(fù)數(shù)表示 175
6.6.2 麥克斯韋方程組的復(fù)數(shù)形式 176
6.6.3 復(fù)數(shù)形式的物質(zhì)方程與邊界條件 176
6.6.4 復(fù)坡印廷矢量和平均坡印廷矢量 176
6.6.5 平均電磁能量密度 177
6.6.6 復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率 177
6.6.7 復(fù)矢量波動(dòng)方程——矢量赫姆霍茲方程 178
6.7 電磁波譜 179
6.7.1 波數(shù)、頻率和波長(zhǎng) 179
6.7.2 電磁波譜 180
習(xí)題6 182
第7章 無(wú)界空間電磁波的傳播 184
7.1 理想介質(zhì)中的矢量平面電磁波 184
7.1.1 矢量赫姆霍茲方程的平面波解 184
7.1.2 理想介質(zhì)中矢量平面電磁波的基本特性 186
7.1.3 矢量平面電磁波的能量和能流密度 189
7.2 有耗介質(zhì)和良導(dǎo)體中的矢量平面電磁波 190
7.2.1 有耗介質(zhì)中的矢量平面電磁波 190
7.2.2 良導(dǎo)體中的矢量平面電磁波 195
7.3 平面電磁波的極化 197
7.3.1 線極化波 199
7.3.2 圓極化波 200
7.3.3 橢圓極化波 201
7.4 標(biāo)量光波 204
7.4.1 標(biāo)量平面光波 204
7.4.2 標(biāo)量柱面光波 205
7.4.3 標(biāo)量球面光波 207
習(xí)題7 208
第8章 平面電磁波的反射與透射 211
8.1 平面電磁波對(duì)分界平面的垂直入射 211
8.1.1 理想介質(zhì)與理想導(dǎo)體分界平面的垂直入射 212
8.1.2 理想介質(zhì)與理想介質(zhì)分界平面的垂直入射 213
8.2 平面電磁波對(duì)理想介質(zhì)分界平面的斜入射 217
8.2.1 垂直極化 218
8.2.2 平行極化 220
8.3 反射系數(shù)、透射系數(shù)隨入射角的變化特性 222
8.3.1 全反射、表面波與倏逝波 222
8.3.2 全透射 227
8.3.3 反射系數(shù)振幅和相位隨入射角的變化 228
8.4 斯托克斯倒逆關(guān)系 231
8.5 理想介質(zhì)與理想介質(zhì)分界面的反射率和透射率 232
8.6 應(yīng)用實(shí)例 238
8.6.1 光在光纖波導(dǎo)中的傳播 238
8.6.2 全內(nèi)反射式掃描隧道光學(xué)顯微鏡 239
習(xí)題8 240
第9章 光的干涉 243
9.1 光強(qiáng)的基本概念 243
9.2 線性疊加原理 244
9.3 雙光束干涉 245
9.3.1 兩列平面光波的干涉 245
9.3.2 兩列柱面光波和兩列球面光波的干涉 249
9.3.3 分波陣面和分振幅雙光束干涉 251
9.4 多光束干涉光刻 259
9.4.1 干涉光刻的主要類型 259
9.4.2 多光束干涉光刻的基本原理 260
9.4.3 多光束干涉光刻的實(shí)現(xiàn)方法 263
9.4.4 多光束SPPs干涉的實(shí)現(xiàn)方法 264
9.4.5 激光全息光刻的實(shí)現(xiàn)方法 265
習(xí)題9 266
第10章 光的衍射 267
10.1 惠更斯-菲涅耳原理 267
10.2 基爾霍夫衍射理論——球面波衍射 269
10.2.1 標(biāo)量赫姆霍茲方程 269
10.2.2 格林定理 270
10.2.3 基爾霍夫衍射定理 271
10.2.4 平面屏幕的基爾霍夫衍射公式 273
10.3 基爾霍夫衍射公式與瑞利-索末菲衍射公式的比較 276
10.3.1 瑞利-索末菲衍射定理 276
10.3.2 基爾霍夫衍射公式與瑞利-索末菲衍射公式的比較 278
10.4 平面光波基爾霍夫衍射公式 279
10.5 基爾霍夫衍射公式的近似 280
10.5.1 傍軸近似 280
10.5.2 距離近似 281
10.6 夫瑯和費(fèi)衍射 283
10.6.1 夫瑯和費(fèi)衍射裝置 283
10.6.2 夫瑯和費(fèi)矩孔衍射 283
10.6.3 夫瑯和費(fèi)單縫衍射 286
10.7 菲涅耳衍射 291
10.7.1 直邊菲涅耳衍射 291
10.7.2 矩孔菲涅耳衍射 295
10.8 惠更斯-菲涅耳矢量衍射原理 297
10.8.1 齊次矢量赫姆霍茲方程 297
10.8.2 矢量格林定理 297
10.8.3 惠更斯-菲涅耳矢量衍射原理 298
10.9 基爾霍夫矢量衍射定理 302
10.10 平面衍射屏平面波入射的基爾霍夫矢量衍射公式 304
10.11 基爾霍夫矢量衍射公式的近似 306
10.12 夫瑯和費(fèi)圓孔衍射 307
習(xí)題10 313
第11章 平面光波在各向異性線性介質(zhì)中的傳播 314
11.1 各向異性線性介質(zhì)的物質(zhì)方程及分類 314
11.1.1 各向異性線性介質(zhì)的極化率 314
11.1.2 各向異性線性介質(zhì)的物質(zhì)方程 315
11.1.3 各向異性線性介質(zhì)的分類 317
11.2 平面光波在各向異性線性介質(zhì)中的傳播 320
11.2.1 各向異性線性介質(zhì)中的平面光波 320
11.2.2 相速度和光線速度 321
11.2.3 菲涅耳法線方程 322
11.2.4 平面光波在單軸晶體中的傳播特性 324
11.2.5 單軸晶體中的折射率曲面和光波面 328
11.3 平面光波在晶體表面的反射與透射 332
11.3.1 平面光波在晶體表面上的反射和透射 332
11.3.2 菲涅耳作圖法 333
11.3.3 惠更斯作圖法 334
習(xí)題11 336
第12章 傳輸線 337
12.1 傳輸線方程及其解 337
12.1.1 傳輸線方程 337
12.1.2 傳輸線方程的解 339
12.2 無(wú)損耗傳輸線上的行駐波、反射系數(shù)與輸入阻抗 341
12.2.1 行駐波 341
12.2.2 反射系數(shù) 343
12.2.3 輸入阻抗 344
12.2.4 始端輸入阻抗 344
12.2.5 均勻傳輸線的參數(shù)分布 345
12.3 傳輸線的工作狀態(tài)分析 347
12.3.1 短路線 347
12.3.2 開路線 349
12.3.3 匹配傳輸線 350
12.3.4 阻抗負(fù)載傳輸線 351
12.4 無(wú)耗傳輸線的功率 352
12.5 史密斯圓圖 353
12.5.1 史密斯圓圖的參數(shù)方程 353
12.5.2 史密斯圓圖的構(gòu)成 355
12.5.3 阻抗圓圖的應(yīng)用 357
習(xí)題12 359
第13章 金屬波導(dǎo) 362
13.1 矩形金屬波導(dǎo)中的電磁波 362
13.1.1 矩形波導(dǎo)橫平面內(nèi)場(chǎng)分量之間的關(guān)系 362
13.1.2 矩形波導(dǎo)橫平面內(nèi)縱向場(chǎng)分量方程的解 363
13.1.3 矩形波導(dǎo)中電磁波傳播的模式 367
13.1.4 TE波和TM波 367
13.1.5 矩形波導(dǎo)的傳輸特性 368
13.1.6 矩形波導(dǎo)中的主模TE10模 371
13.1.7 矩形波導(dǎo)的傳輸功率及尺寸選擇 375
13.2 圓柱形金屬波導(dǎo)中的電磁波 377
13.2.1 圓波導(dǎo)橫平面內(nèi)場(chǎng)分量與縱向場(chǎng)分量之間的關(guān)系 377
13.2.2 圓波導(dǎo)橫平面內(nèi)電場(chǎng)和磁場(chǎng)縱向分量方程的解 378
13.2.3 圓波導(dǎo)中的電磁波傳播模式 383
13.2.4 圓波導(dǎo)的傳輸特性 384
13.2.5 圓波導(dǎo)中的主模TE11模 387
13.2.6 圓波導(dǎo)中的TM01模 390
13.2.7 圓波導(dǎo)中的TE01模 393
13.3 圓波導(dǎo)的傳輸功率及尺寸選擇 396
13.3.1 圓波導(dǎo)的傳輸功率 396
13.3.2 圓波導(dǎo)的尺寸選擇 398
習(xí)題13 398
第14章 光波導(dǎo) 400
14.1 平面對(duì)稱光波導(dǎo) 400
14.1.1 平面對(duì)稱光波導(dǎo)橫平面內(nèi)的電磁場(chǎng)方程 400
14.1.2 求解Ey(x)和Hy(x) 402
14.1.3 TE波 403
14.1.4 TM波 405
14.1.5 平面對(duì)稱光波導(dǎo)的傳輸特性 408
14.1.6 平面對(duì)稱光波導(dǎo)的主�！猅E01模和TM01模 411
14.1.7 平面對(duì)稱光波導(dǎo)橫平面內(nèi)的光強(qiáng)分布 415
14.2 圓柱形光波導(dǎo)——光纖 416
14.2.1 階躍型光纖橫平面內(nèi)縱向場(chǎng)分量的解 417
14.2.2 階躍型光纖電磁場(chǎng)問(wèn)題的解 419
14.2.3 階躍型光纖電磁波傳播模式的本征方程及分類 420
14.2.4 光纖的傳輸特性 423
14.2.5 弱導(dǎo)光纖的主�！狧E11模 433
14.2.6 直角坐標(biāo)系下TE0n模、TM0n模、HEmn模和EHmn模橫平面XY面內(nèi)電場(chǎng)矢量分量的瞬時(shí)表達(dá)式 444
14.3 階躍型光纖中的線偏振模 449
14.3.1 TEM平面波近似及方程標(biāo)量近似 450
14.3.2 標(biāo)量方程的解 450
14.3.3 線偏振模的本征方程 451
14.3.4 線偏振模與矢量模之間的關(guān)系 453
14.3.5 LP模的光強(qiáng) 460
習(xí)題14 461
第15章 天線基礎(chǔ) 463
15.1 位函數(shù)波動(dòng)方程的解——滯后位 464
15.2 基本振子的輻射 467
15.2.1 電基本振子 467
15.2.2 磁基本振子 472
15.3 天線的輻射特性 476
15.3.1 天線輻射場(chǎng)的區(qū)域劃分 476
15.3.2 天線方向圖 477
15.3.3 天線方向系數(shù) 481
15.3.4 天線半功率波束寬度 482
15.3.5 天線波束立體角 484
15.3.6 天線輻射效率、增益和輻射電阻 486
15.3.7 天線極化特性和工作帶寬 488
15.4 對(duì)稱振子天線 488
15.4.1 對(duì)稱振子天線遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng) 488
15.4.2 對(duì)稱振子天線功率方向函數(shù)和場(chǎng)方向函數(shù) 490
15.4.3 對(duì)稱振子天線輻射電阻 492
15.4.4 對(duì)稱振子天線方向系數(shù) 494
15.5 天 線 陣 基 礎(chǔ) 496
15.5.1 二元陣 496
15.5.2 均勻直線式天線陣 499
15.5.3 圓環(huán)陣 506
15.5.4 直角面陣 508
15.6 接收天線 512
15.6.1 天線接收原理 512
15.6.2 互易定理 512
15.6.3 天線收發(fā)方向圖的互易性 514
15.6.4 接收天線有效面積及弗里斯傳輸公式 516
15.6.5 接收天線的噪聲溫度 519
15.7 雷達(dá)基本原理 528
15.7.1 雷達(dá)方程 528
15.7.2 脈沖雷達(dá) 530
15.7.3 連續(xù)波雷達(dá)——多普勒雷達(dá) 533
15.7.4 激光雷達(dá) 535
習(xí)題15 539
附錄Ⅰ 符號(hào)、物理量及單位 541
附錄Ⅱ 常用材料的電磁常數(shù) 543
附錄Ⅲ 基本物理常數(shù)和基本國(guó)際單位 545
附錄Ⅳ 常用矢量恒等式 547
附錄Ⅴ 柱貝塞爾函數(shù)和勒讓德函數(shù) 549
Ⅴ.1 柱貝塞爾函數(shù) 549
Ⅴ.2 虛宗量柱貝塞爾函數(shù) 551
Ⅴ.3 Γ函數(shù) 551
Ⅴ.4 勒讓德函數(shù) 552
附錄Ⅵ 式（7-141）和式（7-142）的證明 554
附錄Ⅶ 式（13-217）和式（13-218）的證明 557
Ⅶ.1 由麥克斯韋方程求解橫向分量和縱向分量之間的關(guān)系 557
Ⅶ.2 用橫向分量表達(dá)金屬圓波導(dǎo)的傳輸功率 560
Ⅶ.3 用縱向分量表達(dá)金屬圓波導(dǎo)的傳輸功率 562
參考文獻(xiàn) 565
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