目 錄
上篇 電磁場(chǎng)理論

第1章 矢量分析與場(chǎng)論基礎(chǔ) 2
　1.1 矢量代數(shù) 2
　　　　1.1.1 矢量的加減運(yùn)算 3
　　　　1.1.2 標(biāo)量與矢量相乘 3
　　　　1.1.3 矢量的點(diǎn)積 4
　　　　1.1.4 矢量的叉積 4
　1.2 三種常用的正交坐標(biāo)系 5
　　　　1.2.1 直角坐標(biāo)系 5
　　　　1.2.2 圓柱坐標(biāo)系 6
　　　　1.2.3 球坐標(biāo)系 7
　1.3 標(biāo)量場(chǎng)的梯度 8
　　　　1.3.1 標(biāo)量場(chǎng)的等值面 8
　　　　1.3.2 標(biāo)量場(chǎng)的方向?qū)��?shù) 8
　　　　1.3.3 標(biāo)量場(chǎng)的梯度 8
　1.4 矢量場(chǎng)的散度 10
　　　　1.4.1 矢量場(chǎng)的矢量線 10
　　　　1.4.2 矢量場(chǎng)的通量與散度 11
　　　　1.4.3 散度定理 13
　1.5 矢量場(chǎng)的旋度 14
　　　　1.5.1 矢量場(chǎng)的環(huán)量 14
　　　　1.5.2 矢量場(chǎng)的旋度 14
　　　　1.5.3 斯托克斯定理 17
　1.6 亥姆霍茲定理 18
　本章小結(jié) 19
　思考題 19
　習(xí)題 20
第2章 靜電場(chǎng) 21
　2.1 真空中的靜電場(chǎng) 21
　　　　2.1.1 電荷與電荷密度 21
　　　　2.1.2 庫(kù)侖定律與疊加原理 22
　　　　2.1.3 電場(chǎng)強(qiáng)度 22
　2.2 真空中靜電場(chǎng)的基本方程 24
　　　　2.2.1 靜電場(chǎng)的高斯定理 24
　　　　2.2.2 靜電場(chǎng)的環(huán)路定理 28
　2.3 電位及其梯度 28
　　　　2.3.1 電位與電位差 28
　　　　2.3.2 電位的微分方程 30
　2.4 電介質(zhì)中的靜電場(chǎng) 31
　　　　2.4.1 介質(zhì)的極化 31
　　　　2.4.2 介質(zhì)中電場(chǎng)的基本方程 32
　　　　2.4.3 靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體 34
　2.5 靜電場(chǎng)的邊界條件 34
　　　　2.5.1 法向邊界條件 34
　　　　2.5.2 切向邊界條件 35
　2.6 靜電場(chǎng)中的能量 36
　本章小結(jié) 39
　思考題 39
　習(xí)題 40
第3章 恒定電場(chǎng) 42
　3.1 導(dǎo)電媒質(zhì)中的傳導(dǎo)電流 42
　　　　3.1.1 歐姆定律 42
　　　　3.1.2 焦耳定律 43
　3.2 恒定電場(chǎng)的基本方程及邊界條件 44
　　　　3.2.1 電流連續(xù)性方程 44
　　　　3.2.2 恒定電場(chǎng)的基本方程 44
　　　　3.2.3 恒定電場(chǎng)的邊界條件 45
　3.3 恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的比較 47
　本章小結(jié) 48
　思考題 48
　習(xí)題 49
第4章 恒定磁場(chǎng) 50
　4.1 恒定磁場(chǎng)的基本方程 50
　　　　4.1.1 安培力定律 50
　　　　4.1.2 畢奧?薩伐爾定律 50
4.1.3 磁通連續(xù)性方程與安培環(huán)路
定理 52
　4.2 矢量磁位 53
　　　　4.2.1 矢量磁位的引入 53
　　　　4.2.2 矢量磁位的泊松方程 54
　　　　4.2.3 磁偶極子的磁場(chǎng) 55
　4.3 磁介質(zhì)中的場(chǎng)方程 56
　　　　4.3.1 介質(zhì)的磁化 56
　　　　4.3.2 介質(zhì)中磁場(chǎng)的基本方程 56
　4.4 恒定磁場(chǎng)的邊界條件 58
　　　　4.4.1 磁感應(yīng)強(qiáng)度的法向邊界條件 58
　　　　4.4.2 磁場(chǎng)強(qiáng)度的切向邊界條件 58
　4.5 恒定磁場(chǎng)的能量 59
　本章小結(jié) 61
　思考題 61
　習(xí)題 62
第5章 時(shí)變電磁場(chǎng) 63
　5.1 麥克斯韋方程組 63
　　　　5.1.1 法拉第電磁感應(yīng)定律 63
　　　　5.1.2 位移電流 64
　　　　5.1.3 麥克斯韋方程組 67
　5.2 時(shí)變場(chǎng)的邊界條件 69
　　　　5.2.1 一般形式的邊界條件 69
　　　　5.2.2 理想導(dǎo)體表面的邊界條件 69
　　　　5.2.3 理想介質(zhì)表面的邊界條件 70
　5.3 坡印亭定理與坡印亭矢量 71
　　　　5.3.1 坡印亭定理 71
　　　　5.3.2 坡印亭矢量 72
　5.4 時(shí)諧電磁場(chǎng) 73
　　　　5.4.1 電磁場(chǎng)的波動(dòng)方程 73
　　　　5.4.2 時(shí)諧場(chǎng)的復(fù)數(shù)表示 74
　　　　5.4.3 麥克斯韋方程組的復(fù)數(shù)形式 74
　　　　5.4.4 平均能流密度 75
　本章小結(jié) 76
　思考題 77
　習(xí)題 78
第6章 平面電磁波 79
　6.1 無(wú)界理想介質(zhì)中的均勻平面波 79
　　　　6.1.1 無(wú)源區(qū)域波動(dòng)方程的解 79
　　　　6.1.2 無(wú)源區(qū)域時(shí)諧場(chǎng)波動(dòng)方程的解 80
　　　　6.1.3 均勻平面波傳播特性 81
　6.2 無(wú)界導(dǎo)電介質(zhì)中的均勻平面波 84
　　　　6.2.1 導(dǎo)電介質(zhì)中的波動(dòng)方程 84
　　　　6.2.2 導(dǎo)電介質(zhì)中的均勻平面波 85
　　　　6.2.3 良導(dǎo)體中的主要電磁參數(shù) 87
　　　　6.2.4 良介質(zhì)中的主要電磁參數(shù) 89
　6.3 電磁波的極化 89
　　　　6.3.1 線極化 90
　　　　6.3.2 圓極化 91
　　　　6.3.3 橢圓極化 92
6.4 均勻平面波對(duì)平面分界面的
反射與折射 93
　　　　6.4.1 對(duì)理想介質(zhì)平面的垂直入射 93
　　　　6.4.2 對(duì)理想導(dǎo)體平面的垂直入射 96
　　　　6.4.3 對(duì)理想介質(zhì)平面的斜入射 97
　本章小結(jié) 101
　思考題 102
　習(xí)題 103

下篇 天線技術(shù)

第7章 電波傳播基本理論 106
　7.1 電波及電波傳播概述 106
　　　　7.1.1 電磁波基本知識(shí) 106
　　　　7.1.2 無(wú)線電波的特點(diǎn) 107
　　　　7.1.3 電波傳播的媒質(zhì)特性 109
　　　　7.1.4 電波傳播方式 109
　　　　7.1.5 無(wú)線電波的基本傳輸特性 110
　7.2 地波傳播 112
　　　　7.2.1 地面的電參數(shù) 112
　　　　7.2.2 波前傾現(xiàn)象 112
　　　　7.2.3 地波傳播特性 113
　　　　7.2.4 地波傳播的應(yīng)用 114
　7.3 電離層與天波傳播 114
7.3.1 電離層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和對(duì)天波
傳播的影響 114
　　　　7.3.2 短波天波傳播 117
　7.4 視距傳播 121
7.4.1 影響視距傳播的
地面菲涅耳區(qū) 122
　　　　7.4.2 平面地對(duì)視距傳播的影響 125
7.4.3 光滑平面地視距傳播場(chǎng)強(qiáng)的
計(jì)算 127
7.4.4 平面地上的地形地物對(duì)視距
傳播的影響 128
7.4.5 考慮地球曲率影響的非平面地
視距傳播的極限距離 129
7.4.6 對(duì)流層大氣對(duì)視距傳播的
影響 130
　7.5 無(wú)線電干擾 132
　本章小結(jié) 133
　習(xí)題 134
第8章 蜂窩移動(dòng)通信中的電波傳播 135
　8.1 蜂窩移動(dòng)通信電波傳播方式 135
8.1.1 蜂窩移動(dòng)通信電波的視距傳播
方式 135
　　　　8.1.2 移動(dòng)通信中的電波傳播路徑 135
　8.2 蜂窩移動(dòng)通信中電波傳播特性 136
8.2.1 陰影效應(yīng)、遠(yuǎn)近效應(yīng)和
多徑效應(yīng) 136
　　　　8.2.2 多普勒效應(yīng) 137
　　　　8.2.3 繞射損耗 138
　　　　8.2.4 衰落現(xiàn)象 139
　8.3 典型電波傳播損耗的計(jì)算 141
　　　　8.3.1 電波在自由空間中傳播 141
8.3.2 由建筑物外部向內(nèi)部的
穿透?jìng)鞑?141
　　　　8.3.3 其他損耗 142
　8.4 移動(dòng)信道電波傳播模型 142
　　　　8.4.1 移動(dòng)信道電波傳播模型的意義 142
　　　　8.4.2 移動(dòng)信道電波傳播模型種類(lèi) 142
　　　　8.4.3 Okumura模型具體內(nèi)容 143
8.4.4 傳播模型在無(wú)線通信工程中的
應(yīng)用 146
　本章小結(jié) 146
　習(xí)題 147
第9章 天線原理 148
　9.1 概述 148
　　　　9.1.1 天線研究的主要內(nèi)容 148
　　　　9.1.2 天線的分類(lèi) 148
　　　　9.1.3 對(duì)通信天線的基本要求 148
　9.2 天線輻射電磁波的原理 149
　　　　9.2.1 天線輻射電磁波的過(guò)程 149
　　　　9.2.2 天線有效輻射電磁波的條件 150
　9.3 電基本振子的輻射場(chǎng) 151
　　　　9.3.1 電基本振子輻射場(chǎng)表達(dá)式 151
　　　　9.3.2 電基本振子輻射場(chǎng)的特點(diǎn) 151
　　　　9.3.3 電基本振子的輻射電阻 152
　9.4 發(fā)射天線的特性參數(shù) 152
　　　　9.4.1 方向函數(shù)與方向圖 152
　　　　9.4.2 方向系數(shù) 154
　　　　9.4.3 效率 156
　　　　9.4.4 增益 157
　　　　9.4.5 天線的輸入阻抗 157
　　　　9.4.6 有效長(zhǎng)度 158
　　　　9.4.7 天線的極化 158
　　　　9.4.8 工作頻帶寬度 159
　　　　9.4.9 功率容量 159
　9.5 接收天線 159
　　　　9.5.1 天線接收無(wú)線電波的物理過(guò)程 160
　　　　9.5.2 接收天線的等效電路 160
　　　　9.5.3 接收天線的噪聲溫度 161
　　　　9.5.4 對(duì)接收系統(tǒng)的特殊要求 162
　　　　9.5.5 接收天線的分集接收技術(shù) 162
　9.6 自由空間對(duì)稱(chēng)振子 162
　　　　9.6.1 對(duì)稱(chēng)振子上電流分布 162
　　　　9.6.2 對(duì)稱(chēng)振子的遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng) 163
　　　　9.6.3 對(duì)稱(chēng)振子的方向特性 164
9.6.4 對(duì)稱(chēng)振子的輻射功率與
輻射電阻 165
　　　　9.6.5 對(duì)稱(chēng)振子的輸入阻抗 166
　9.7 天線陣 168
　　　　9.7.1 天線陣基本理論 168
　　　　9.7.2 二元陣 169
　　　　9.7.3 均勻直線陣 172
9.8 無(wú)限大理想導(dǎo)電反射面對(duì)天線電
性能的影響 174
9.8.1 鏡像天線等效無(wú)限大理想導(dǎo)電
反射面 174
9.8.2 無(wú)限大理想導(dǎo)電反射面對(duì)天線
電性能的影響 175
　本章小結(jié) 176
　習(xí)題 177
第10章 常用天線 179
　10.1 直立天線 179
　　　　10.1.1 直立天線及其特性 179
　　　　10.1.2 直立天線的主要特性參數(shù) 179
　　　　10.1.3 直立天線的應(yīng)用 180
　　　　10.1.4 加載直立天線 180
　10.2 雙極天線 181
　　　　10.2.1 雙極天線的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用 181
　　　　10.2.2 雙極天線的輻射場(chǎng) 182
　　　　10.2.3 雙極天線的方向性 182
　　　　10.2.4 雙極天線的方向系數(shù)和增益 184
　　　　10.2.5 雙極天線的阻抗特性 184
　　　　10.2.6 雙極天線的尺寸選擇 185
10.3 自由空間的籠形和分支籠形
天線 186
　　　　10.3.1 自由空間的籠形天線 186
　　　　10.3.2 分支籠形天線 187
　10.4 角形天線 188
　　　　10.4.1 角形天線結(jié)構(gòu) 188
　　　　10.4.2 角形天線方向性 188
　　　　10.4.3 角形天線架設(shè)高度的設(shè)計(jì) 189
　10.5 引向天線 189
　　　　10.5.1 引向天線的結(jié)構(gòu) 189
　　　　10.5.2 引向天線的性能 190
　　　　10.5.3 引向天線的優(yōu)缺點(diǎn) 190
　10.6 對(duì)數(shù)周期天線 191
　　　　10.6.1 對(duì)數(shù)周期天線的結(jié)構(gòu) 191
10.6.2 對(duì)數(shù)周期天線實(shí)現(xiàn)寬頻帶的
原理 192
　　　　10.6.3 對(duì)數(shù)周期天線的性能 193
　10.7 菱形天線 194
　　　　10.7.1 菱形天線結(jié)構(gòu) 194
　　　　10.7.2 菱形天線載行波原理 194
　　　　10.7.3 菱形天線的方向性 195
　　　　10.7.4 菱形天線的輻射電阻 196
　　　　10.7.5 菱形天線方向系數(shù) 197
　　　　10.7.6 短波菱形天線的設(shè)計(jì)方法 197
　　　　10.7.7 菱形天線的優(yōu)缺點(diǎn) 199
　10.8 螺旋天線 199
　　　　10.8.1 螺旋天線結(jié)構(gòu) 199
　　　　10.8.2 螺旋天線的特性 200
　　　　10.8.3 螺旋天線的應(yīng)用 201
　10.9 魚(yú)骨形天線 201
　　　　10.9.1 魚(yú)骨形天線的結(jié)構(gòu) 201
　　　　10.9.2 魚(yú)骨形天線的工作原理 202
　　　　10.9.3 魚(yú)骨形天線的方向性 205
　　　　10.9.4 魚(yú)骨形天線的參數(shù)選擇 205
　10.10 微帶天線 206
　　　　10.10.1 微帶天線結(jié)構(gòu) 206
　　　　10.10.2 微帶天線的方向性 207
　　　　10.10.3 微帶天線優(yōu)缺點(diǎn) 209
　10.11 面天線 209
　　　　10.11.1 拋物面天線 209
　　　　10.11.2 喇叭天線 210
　10.12 智能天線 211
　　　　10.12.1 智能天線的主要功能 212
　　　　10.12.2 智能天線關(guān)鍵技術(shù) 212
　　　　10.12.3 智能天線的優(yōu)缺點(diǎn) 213
　本章小結(jié) 213
　習(xí)題 214
第11章 線天線的饋電系統(tǒng) 216
　11.1 饋線相關(guān)概念 216
　　　　11.1.1 分布參數(shù)的概念 216
　　　　11.1.2 電磁能在饋線上的傳播 217
　　　　11.1.3 系統(tǒng)匹配的概念 218
　11.2 傳輸線性能指標(biāo) 221
　11.3 常用饋線 224
　　　　11.3.1 發(fā)信饋線 224
　　　　11.3.2 收信饋線 225
　　　　11.3.3 常用收、發(fā)信饋線的電參數(shù) 226
　11.4 天饋線的匹配裝置 228
　　　　11.4.1 分布參數(shù)阻抗變換器 228
　　　　11.4.2 平衡與非平衡變換器 230
　11.5 寬帶傳輸線阻抗變換器 232
11.5.1 寬帶傳輸線阻抗變換器的工作
原理 232
　　　　11.5.2 常用傳輸線阻抗變換器 233
　本章小結(jié) 235
　習(xí)題 236
第12章 天線在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中的
應(yīng)用 238
12.1 移動(dòng)通信系統(tǒng)中基站天線的
發(fā)展 238
　12.2 基站天線工作原理 238
12.2.1 采用多個(gè)半波振子排成一個(gè)
垂直放置的直線陣 238
　　　　12.2.2 常規(guī)板狀天線 239
　12.3 移動(dòng)通信基站天線技術(shù)指標(biāo) 240
　　　　12.3.1 天線方向性 240
　　　　12.3.2 天線增益 240
　　　　12.3.3 極化方式 241
　　　　12.3.4 下傾角的調(diào)整 242
　　　　12.3.5 基站天線電壓駐波比 243
　　　　12.3.6 端口隔離度 243
　　　　12.3.7 功率容量 243
　　　　12.3.8 互調(diào)信號(hào) 244
　　　　12.3.9 風(fēng)載荷 244
　　　　12.3.10 工作溫度和濕度 244
　　　　12.3.11 雷電防護(hù)和三防能力 244
　　　　12.3.12 天線尺寸和重量 244
12.4 不同應(yīng)用環(huán)境下基站天線的
選型 245
　　　　12.4.1 市區(qū)基站天線選型 245
　　　　12.4.2 農(nóng)村基站天線選型 246
　　　　12.4.3 郊區(qū)基站天線選型 246
　　　　12.4.4 公路覆蓋基站天線選型 247
　　　　12.4.5 山區(qū)覆蓋基站天線選型 247
　　　　12.4.6 近海覆蓋基站天線選型 248
　　　　12.4.7 隧道覆蓋基站天線選型 248
　　　　12.4.8 室內(nèi)覆蓋基站天線選型 249
　12.5 基站天饋系統(tǒng) 250
　12.6 手機(jī)天線 251
　　　　12.6.1 手機(jī)天線設(shè)計(jì)的基本要求 251
　　　　12.6.2 典型手機(jī)天線 251
　本章小結(jié) 255
　習(xí)題 255
第13章 天線的仿真設(shè)計(jì) 257
　13.1 天線仿真的意義 257
　13.2 FEKO電磁仿真軟件 258
　　　　13.2.1 FEKO主要特點(diǎn) 258
　　　　13.2.2 FEKO主要應(yīng)用領(lǐng)域 258
13.3 利用FEKO對(duì)天線進(jìn)行
仿真設(shè)計(jì) 259
　13.4 FEKO工程應(yīng)用實(shí)例 261
　　　　13.4.1 自由空間半波對(duì)稱(chēng)振子 261
　　　　13.4.2 螺旋天線 268
　　　　13.4.3 微帶天線 276
　本章小結(jié) 286
　習(xí)題 287
附錄A 常用的矢量計(jì)算公式 288
附錄B 無(wú)線電波波段的劃分 290
參考文獻(xiàn) 291