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。为帮助读者理解教材内容，激发学习兴趣、扩大视野，每章配有丰富的拓展知识、习题及答案，相关内容可通过扫描书中的二维码获取。
尹亚兰：副教授，硕士生导师。军队院校育才奖银奖获得者。主要从事通信与信息系统方面的教学与科研工作。研究方向为移动通信、天线理论与技术、电磁场数值计算等。出版专著2部，主编教材1部；发表论文50多篇；主持和参与科研课题8项。获军队科技进步奖三等奖3项，军队级教学成果奖三等奖1项，海军优秀课程二等奖1项。王琪：博士，教授，校级教学名师。近年来主讲的课程包括微波工程、电磁场与天线技术、通信原理、电路分析、模拟电子技术等。主要研究方向为天线理论与技术、电磁场数值计算等。担任“江苏高校品牌建设工程二期（三批）项目”和“江苏省卓越工程师教育培养计划2.0专业建设项目”负责人，主持完成国家级本科一流课程1门，主持和参与完成江苏省高等教育教学改革研究课题3项，主持完成江苏省教育厅自然科学基金项目2项；指导学生完成省级以上大创类项目3项；在SCI、EI等学术期刊发表学术论文20多篇；主编通信原理教材1本。获江苏省教学成果一等奖1项。
目 录
上篇 电磁场理论
第1章 矢量分析与场论基础 2
1.1 矢量代数 2
1.1.1 矢量的加减运算 3
1.1.2 标量与矢量相乘 3
1.1.3 矢量的点积 4
1.1.4 矢量的叉积 4
1.2 三种常用的正交坐标系 5
1.2.1 直角坐标系 5
1.2.2 圆柱坐标系 6
1.2.3 球坐标系 7
1.3 标量场的梯度 8
1.3.1 标量场的等值面 8
1.3.2 标量场的方向导数 8
1.3.3 标量场的梯度 8
1.4 矢量场的散度 10
1.4.1 矢量场的矢量线 10
1.4.2 矢量场的通量与散度 11
1.4.3 散度定理 13
1.5 矢量场的旋度 14
1.5.1 矢量场的环量 14
1.5.2 矢量场的旋度 14
1.5.3 斯托克斯定理 17
1.6 亥姆霍兹定理 18
本章小结 19
思考题 19
习题 20
第2章 静电场 21
2.1 真空中的静电场 21
2.1.1 电荷与电荷密度 21
2.1.2 库仑定律与叠加原理 22
2.1.3 电场强度 22
2.2 真空中静电场的基本方程 24
2.2.1 静电场的高斯定理 24
2.2.2 静电场的环路定理 28
2.3 电位及其梯度 28
2.3.1 电位与电位差 28
2.3.2 电位的微分方程 30
2.4 电介质中的静电场 31
2.4.1 介质的极化 31
2.4.2 介质中电场的基本方程 32
2.4.3 静电场中的导体 34
2.5 静电场的边界条件 34
2.5.1 法向边界条件 34
2.5.2 切向边界条件 35
2.6 静电场中的能量 36
本章小结 39
思考题 39
习题 40
第3章 恒定电场 42
3.1 导电媒质中的传导电流 42
3.1.1 欧姆定律 42
3.1.2 焦耳定律 43
3.2 恒定电场的基本方程及边界条件 44
3.2.1 电流连续性方程 44
3.2.2 恒定电场的基本方程 44
3.2.3 恒定电场的边界条件 45
3.3 恒定电场与静电场的比较 47
本章小结 48
思考题 48
习题 49
第4章 恒定磁场 50
4.1 恒定磁场的基本方程 50
4.1.1 安培力定律 50
4.1.2 毕奥?萨伐尔定律 50
4.1.3 磁通连续性方程与安培环路
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 磁偶极子的磁场 55
4.3 磁介质中的场方程 56
4.3.1 介质的磁化 56
4.3.2 介质中磁场的基本方程 56
4.4 恒定磁场的边界条件 58
4.4.1 磁感应强度的法向边界条件 58
4.4.2 磁场强度的切向边界条件 58
4.5 恒定磁场的能量 59
本章小结 61
思考题 61
习题 62
第5章 时变电磁场 63
5.1 麦克斯韦方程组 63
5.1.1 法拉第电磁感应定律 63
5.1.2 位移电流 64
5.1.3 麦克斯韦方程组 67
5.2 时变场的边界条件 69
5.2.1 一般形式的边界条件 69
5.2.2 理想导体表面的边界条件 69
5.2.3 理想介质表面的边界条件 70
5.3 坡印亭定理与坡印亭矢量 71
5.3.1 坡印亭定理 71
5.3.2 坡印亭矢量 72
5.4 时谐电磁场 73
5.4.1 电磁场的波动方程 73
5.4.2 时谐场的复数表示 74
5.4.3 麦克斯韦方程组的复数形式 74
5.4.4 平均能流密度 75
本章小结 76
思考题 77
习题 78
第6章 平面电磁波 79
6.1 无界理想介质中的均匀平面波 79
6.1.1 无源区域波动方程的解 79
6.1.2 无源区域时谐场波动方程的解 80
6.1.3 均匀平面波传播特性 81
6.2 无界导电介质中的均匀平面波 84
6.2.1 导电介质中的波动方程 84
6.2.2 导电介质中的均匀平面波 85
6.2.3 良导体中的主要电磁参数 87
6.2.4 良介质中的主要电磁参数 89
6.3 电磁波的极化 89
6.3.1 线极化 90
6.3.2 圆极化 91
6.3.3 椭圆极化 92
6.4 均匀平面波对平面分界面的
反射与折射 93
6.4.1 对理想介质平面的垂直入射 93
6.4.2 对理想导体平面的垂直入射 96
6.4.3 对理想介质平面的斜入射 97
本章小结 101
思考题 102
习题 103
下篇 天线技术
第7章 电波传播基本理论 106
7.1 电波及电波传播概述 106
7.1.1 电磁波基本知识 106
7.1.2 无线电波的特点 107
7.1.3 电波传播的媒质特性 109
7.1.4 电波传播方式 109
7.1.5 无线电波的基本传输特性 110
7.2 地波传播 112
7.2.1 地面的电参数 112
7.2.2 波前倾现象 112
7.2.3 地波传播特性 113
7.2.4 地波传播的应用 114
7.3 电离层与天波传播 114
7.3.1 电离层的结构特点和对天波
传播的影响 114
7.3.2 短波天波传播 117
7.4 视距传播 121
7.4.1 影响视距传播的
地面菲涅耳区 122
7.4.2 平面地对视距传播的影响 125
7.4.3 光滑平面地视距传播场强的
计算 127
7.4.4 平面地上的地形地物对视距
传播的影响 128
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 129
7.4.6 对流层大气对视距传播的
影响 130
7.5 无线电干扰 132
本章小结 133
习题 134
第8章 蜂窝移动通信中的电波传播 135
8.1 蜂窝移动通信电波传播方式 135
8.1.1 蜂窝移动通信电波的视距传播
方式 135
8.1.2 移动通信中的电波传播路径 135
8.2 蜂窝移动通信中电波传播特性 136
8.2.1 阴影效应、远近效应和
多径效应 136
8.2.2 多普勒效应 137
8.2.3 绕射损耗 138
8.2.4 衰落现象 139
8.3 典型电波传播损耗的计算 141
8.3.1 电波在自由空间中传播 141
8.3.2 由建筑物外部向内部的
穿透传播 141
8.3.3 其他损耗 142
8.4 移动信道电波传播模型 142
8.4.1 移动信道电波传播模型的意义 142
8.4.2 移动信道电波传播模型种类 142
8.4.3 Okumura模型具体内容 143
8.4.4 传播模型在无线通信工程中的
应用 146
本章小结 146
习题 147
第9章 天线原理 148
9.1 概述 148
9.1.1 天线研究的主要内容 148
9.1.2 天线的分类 148
9.1.3 对通信天线的基本要求 148
9.2 天线辐射电磁波的原理 149
9.2.1 天线辐射电磁波的过程 149
9.2.2 天线有效辐射电磁波的条件 150
9.3 电基本振子的辐射场 151
9.3.1 电基本振子辐射场表达式 151
9.3.2 电基本振子辐射场的特点 151
9.3.3 电基本振子的辐射电阻 152
9.4 发射天线的特性参数 152
9.4.1 方向函数与方向图 152
9.4.2 方向系数 154
9.4.3 效率 156
9.4.4 增益 157
9.4.5 天线的输入阻抗 157
9.4.6 有效长度 158
9.4.7 天线的极化 158
9.4.8 工作频带宽度 159
9.4.9 功率容量 159
9.5 接收天线 159
9.5.1 天线接收无线电波的物理过程 160
9.5.2 接收天线的等效电路 160
9.5.3 接收天线的噪声温度 161
9.5.4 对接收系统的特殊要求 162
9.5.5 接收天线的分集接收技术 162
9.6 自由空间对称振子 162
9.6.1 对称振子上电流分布 162
9.6.2 对称振子的远区辐射场 163
9.6.3 对称振子的方向特性 164
9.6.4 对称振子的辐射功率与
辐射电阻 165
9.6.5 对称振子的输入阻抗 166
9.7 天线阵 168
9.7.1 天线阵基本理论 168
9.7.2 二元阵 169
9.7.3 均匀直线阵 172
9.8 无限大理想导电反射面对天线电
性能的影响 174
9.8.1 镜像天线等效无限大理想导电
反射面 174
9.8.2 无限大理想导电反射面对天线
电性能的影响 175
本章小结 176
习题 177
第10章 常用天线 179
10.1 直立天线 179
10.1.1 直立天线及其特性 179
10.1.2 直立天线的主要特性参数 179
10.1.3 直立天线的应用 180
10.1.4 加载直立天线 180
10.2 双极天线 181
10.2.1 双极天线的结构及应用 181
10.2.2 双极天线的辐射场 182
10.2.3 双极天线的方向性 182
10.2.4 双极天线的方向系数和增益 184
10.2.5 双极天线的阻抗特性 184
10.2.6 双极天线的尺寸选择 185
10.3 自由空间的笼形和分支笼形
天线 186
10.3.1 自由空间的笼形天线 186
10.3.2 分支笼形天线 187
10.4 角形天线 188
10.4.1 角形天线结构 188
10.4.2 角形天线方向性 188
10.4.3 角形天线架设高度的设计 189
10.5 引向天线 189
10.5.1 引向天线的结构 189
10.5.2 引向天线的性能 190
10.5.3 引向天线的优缺点 190
10.6 对数周期天线 191
10.6.1 对数周期天线的结构 191
10.6.2 对数周期天线实现宽频带的
原理 192
10.6.3 对数周期天线的性能 193
10.7 菱形天线 194
10.7.1 菱形天线结构 194
10.7.2 菱形天线载行波原理 194
10.7.3 菱形天线的方向性 195
10.7.4 菱形天线的辐射电阻 196
10.7.5 菱形天线方向系数 197
10.7.6 短波菱形天线的设计方法 197
10.7.7 菱形天线的优缺点 199
10.8 螺旋天线 199
10.8.1 螺旋天线结构 199
10.8.2 螺旋天线的特性 200
10.8.3 螺旋天线的应用 201
10.9 鱼骨形天线 201
10.9.1 鱼骨形天线的结构 201
10.9.2 鱼骨形天线的工作原理 202
10.9.3 鱼骨形天线的方向性 205
10.9.4 鱼骨形天线的参数选择 205
10.10 微带天线 206
10.10.1 微带天线结构 206
10.10.2 微带天线的方向性 207
10.10.3 微带天线优缺点 209
10.11 面天线 209
10.11.1 抛物面天线 209
10.11.2 喇叭天线 210
10.12 智能天线 211
10.12.1 智能天线的主要功能 212
10.12.2 智能天线关键技术 212
10.12.3 智能天线的优缺点 213
本章小结 213
习题 214
第11章 线天线的馈电系统 216
11.1 馈线相关概念 216
11.1.1 分布参数的概念 216
11.1.2 电磁能在馈线上的传播 217
11.1.3 系统匹配的概念 218
11.2 传输线性能指标 221
11.3 常用馈线 224
11.3.1 发信馈线 224
11.3.2 收信馈线 225
11.3.3 常用收、发信馈线的电参数 226
11.4 天馈线的匹配装置 228
11.4.1 分布参数阻抗变换器 228
11.4.2 平衡与非平衡变换器 230
11.5 宽带传输线阻抗变换器 232
11.5.1 宽带传输线阻抗变换器的工作
原理 232
11.5.2 常用传输线阻抗变换器 233
本章小结 235
习题 236
第12章 天线在蜂窝移动通信系统中的
应用 238
12.1 移动通信系统中基站天线的
发展 238
12.2 基站天线工作原理 238
12.2.1 采用多个半波振子排成一个
垂直放置的直线阵 238
12.2.2 常规板状天线 239
12.3 移动通信基站天线技术指标 240
12.3.1 天线方向性 240
12.3.2 天线增益 240
12.3.3 极化方式 241
12.3.4 下倾角的调整 242
12.3.5 基站天线电压驻波比 243
12.3.6 端口隔离度 243
12.3.7 功率容量 243
12.3.8 互调信号 244
12.3.9 风载荷 244
12.3.10 工作温度和湿度 244
12.3.11 雷电防护和三防能力 244
12.3.12 天线尺寸和重量 244
12.4 不同应用环境下基站天线的
选型 245
12.4.1 市区基站天线选型 245
12.4.2 农村基站天线选型 246
12.4.3 郊区基站天线选型 246
12.4.4 公路覆盖基站天线选型 247
12.4.5 山区覆盖基站天线选型 247
12.4.6 近海覆盖基站天线选型 248
12.4.7 隧道覆盖基站天线选型 248
12.4.8 室内覆盖基站天线选型 249
12.5 基站天馈系统 250
12.6 手机天线 251
12.6.1 手机天线设计的基本要求 251
12.6.2 典型手机天线 251
本章小结 255
习题 255
第13章 天线的仿真设计 257
13.1 天线仿真的意义 257
13.2 FEKO电磁仿真软件 258
13.2.1 FEKO主要特点 258
13.2.2 FEKO主要应用领域 258
13.3 利用FEKO对天线进行
仿真设计 259
13.4 FEKO工程应用实例 261
13.4.1 自由空间半波对称振子 261
13.4.2 螺旋天线 268
13.4.3 微带天线 276
本章小结 286
习题 287
附录A 常用的矢量计算公式 288
附录B 无线电波波段的划分 290
参考文献 291
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