第1章 矢量分析和場論基礎(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)量場和矢量場 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 場論 14 1.5.1 數(shù)量場的等值面和矢量場的矢量線 14 1.5.2 標(biāo)量場的梯度和方向?qū)��?shù) 16 1.5.3 矢量場的通量和散度 17 1.5.4 矢量場的環(huán)量和旋度 21 1.5.5 符號(hào)說明 27 1.6 拉普拉斯算子和拉普拉斯方程 28 1.7 電磁場的分類和赫姆霍茲定理 29 習(xí)題1 31 第2章 靜電場 34 2.1 庫侖定律和電場強(qiáng)度 34 2.1.1 庫侖定律 34 2.1.2 電場強(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 電場與電位的關(guān)系 40 2.3 電偶極子的電場 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 靜電場的基本方程 48 2.5.1 靜電場的通量和散度 48 2.5.2 靜電場的環(huán)量和旋度 53 2.5.3 靜電場的基本方程 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 電場能量 67 2.9.1 電場能量 67 2.9.2 能量密度 67 2.10 電場力 69 習(xí)題2 72 第3章 靜電場邊值問題的求解 75 3.1 靜電場邊值問題的分類 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 靜電場邊值問題解的格林函數(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 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 恒定電場的基本方程 123 4.4 恒定電場的邊界條件 123 習(xí)題4 127 第5章 恒定電流的磁場 129 5.1 恒定磁場的實(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 恒定磁場的通量 133 5.3 恒定磁場的環(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 恒定磁場的基本方程 146 5.9 恒定磁場的邊界條件 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 磁場能量 153 5.11.1 單個(gè)線圈 153 5.11.2 耦合線圈 154 5.12 磁場力 155 習(xí)題5 158 第6章 時(shí)變電磁場 162 6.1 時(shí)變電磁場的環(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)變電場的環(huán)量和旋度 162 6.1.2 全電流定律——時(shí)變磁場的環(huán)量和旋度 165 6.1.3 時(shí)變電磁場的通量和散度 166 6.2 時(shí)變電磁場的基本方程——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 無源電介質(zhì)中的齊次波動(dòng)方程 172 6.5.2 無源理想介質(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 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 179 6.7.2 電磁波譜 180 習(xí)題6 182 第7章 無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)場分量與縱向場分量之間的關(guān)系 377 13.2.2 圓波導(dǎo)橫平面內(nèi)電場和磁場縱向分量方程的解 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�！�—TE01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)縱向場分量的解 417 14.2.2 階躍型光纖電磁場問題的解 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)光纖的主模——HE11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 488 15.4.2 對(duì)稱振子天線功率方向函數(shù)和場方向函數(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