电磁波传播、辐射和散射（第2版）

本书主要对基本电磁理论以及电磁波传播、辐射、散射在相关应用领域的研究进展进行系统全面的论述，主要介绍了电磁理论的基本概念以及电磁理论中的公式；结合具体应用场景和需求分析了鞍点技术、积分方程、GTD、T矩阵法等数学理论和公式的应用；阐述了衍射层析成像、矢量辐射传输；论述了偏振测量在地球物理遥感、生物医学、超材料、光纤传播等领域的应用。

前言第一版前言致谢第一部分 基础知识1 引言2 基本方程2.1 麦克斯韦方程2.2 时谐形式2.3 本构关系2.4 边界条件2.5 能量关系和坡印亭定理2.6 矢量势和标量势2.7 电场赫兹矢量2.8 麦克斯韦方程的对偶性和对称性2.9 磁场赫兹矢量2.10 唯一性定理2.11 互易性定理2.12 声波习题3 非均匀和分层介质中的波3.1 时谐形式波方程3.2 均匀介质中的时谐平面波传播3.3 极化3.4 平面波入射到平面边界：垂直极化（s极化）3.5 电场平行于入射平面：平行极化（p极化）3.6 菲涅尔公式，布儒斯特角和全反射3.7 分层介质中的波3.8 边界上声波的反射和传输3.9 复杂波3.10 俘获表面波（慢波）和漏波3.11 沿电介质平板的表面波3.12 Zenneck波和等离子体激元 3.13 非均匀介质中的波3.14 WKB方法3.15 Bremer级数3.16 转折点的WKB解3.17 非均匀平板中的受限表面波模3.18 规定轮廓的介质习题4 波导和空腔4.1 均匀电磁波导4.2 TM模式或者电场模4.3 TE模式或者磁场模4.4 本征函数和本征值4.5 封闭空间本征函数的一般特性4.6 k–β图，相速度和群速度4.7 矩形波导4.8 圆柱形波导4.9 TEM模4.10 波导中脉冲信号的色散4.11阶跃折射率光纤4.12渐变折射率光纤的色散4.13 径向和方位角向波导4.14 空腔共振结构4.15 球形结构中的波4.16 球形波导和空腔习题5 格林函数5.1 均匀介质中的电偶极子和磁偶极子5.2 均匀介质中电偶极子激发的电磁场5.3 均匀介质中磁偶极子激发的电磁场5.4 封闭空间标量格林函数和格林函数的本征函数展开5.5 格林函数齐次方程的解5.6 傅里叶变换方法5.7 方形波导的激发5.8 导体圆柱的激发5.9 导体球的激发习题6 孔径辐射和束状波6.1 惠根斯原理和零场定理6.2 表面场分布的结构6.3 基尔霍夫近似6.4 菲涅尔衍射和夫琅和费衍射6.5 傅里叶（谱）变换的表现形式6.6 束状波6.7古斯汉欣（Goos–Hanchen）效应6.8 高阶束状波模式6.9 矢量格林定理，斯特拉顿-朱兰成（Stratton–Chu）公式和弗兰茨公式6.10 等效定理6.11 电磁波的基尔霍夫近似习题7 周期结构和耦合模式理论7.1弗洛凯理论7.2 沿着周期结构的导波7.3 周期层7.4 周期结构上平面波的入射7.5 基于瑞利假设的周期性表面的散射7.6 耦合模式理论习题8 色散和各向异性介质8.1 电介物质和极化性8.2 色散和电介物质8.3 导体和各向同性等离子体的色散8.4 德拜弛豫方程和水的介电常数8.5 界面极化8.6 混合公式8.7 各向异性介质的介电常数和磁导率8.8 各向异性等离子体的磁离子理论8.9 各向异性介质中的平面波传播8.10 磁等离子体中的平面波传播8.11 沿着磁场的传播8.12 法拉第旋转8.13 垂直磁场的传播8.14 电离层高度8.15 各向异性介质的群速度8.16 热等离子体8.17 等离子体的波方程8.18 铁氧体及其磁导率张量展开8.19 铁氧体中的平面波传播8.20 基于铁氧体的微波器件8.21 各向异性介质的洛伦兹互易性定理8.22 双极化介质和手性介质8.23 超导体，伦敦方程和迈斯纳效应8.24 高频超导体的二流体模型习题9 天线，孔径和阵列9.1 天线基础9.2 给定电流和磁流分布的辐射场9.3 偶极子天线，缝隙天线和还天线的辐射场9.4 等间距和非等间距的天线阵列9.5 给定孔径场分布的辐射场9.6 微带天线的辐射9.7 给定电流分布线天线的自阻抗和互阻抗9.8 线天线的电流分布习题10 导电和电介物体的波散射10.1 散射截面和散射幅度10.2 雷达方程10.3 散射截面的一般特性10.4 散射幅度的积分表示和吸收截面10.5 球体的瑞利散射10.6 小椭球体的瑞利散射10.7 瑞利-德拜散射（波恩近似）10.8 椭圆极化和斯托克斯参数10.9 部分极化和自然光10.10 散射幅度函数f11, f12,f21, 和f22以及斯托克斯矩阵10.11 声波散射10.12 导体的散射截面10.13 物理光学近似10.14 矩量法的计算机应用习题11 柱状，球状，和楔状结构中的波11.1 导电圆柱体上平面波入射11.2 介电圆柱体上平面波入射11.3 导电圆柱体附近的轴向偶极子场11.4 辐射场11.5 鞍点法11.6 偶极子辐射和帕塞瓦尔定理11.7 大圆柱体和沃森变换11.8 复数序列表示和爬波11.9 泊松求和公式，几何光学区域和福克表示法11.10 介电球的米散射11.11 导体楔附近的轴向偶极子11.12 线源和平面波入射到楔11.13 平面波激发的半平面习题12 复杂物体的散射SCATTERINGBY COMPLEX OBJECTS 40112.1 软和硬表面的标量平面积分方程12.2 可穿透均匀体的标量平面积分方程12.3 电场表面积分方程和磁场表面积分方程12.4 T矩阵法 (Extended Boundary Condition Method) 40812.5 T矩阵和散射矩阵的对称性和幺正性12.6 周期正弦表面的T矩阵解12.7 非均匀球体的体积分方程：TM模12.8 非均匀球体的体积分方程：TE模12.9 三维介电物体12.10 导电屏幕的电磁孔径积分方程12.11 小孔径12.12 巴比涅原理和缝隙天线和线天线12.13 缝隙和条带的电磁衍射12.14 相关问题习题13 衍射几何理论和低频技巧13.1 衍射的几何理论13.2 缝隙衍射的狄利克雷问题13.3 缝隙衍射的纽曼问题和斜坡衍射13.4 边缘的一致几何衍射理论13.5 点源的边缘衍射13.6 点源的楔衍射13.7 点源的斜坡衍射13.8 曲棱劈 13.9 其他高频技巧13.10 尖端衍射和表面衍射13.11 低频散射习题14 平面层，传输线，补片和孔径14.1 电介质平板中波的激发14.2 垂直非均匀介质中波的激发14.3 传输线14.4 垂直于介电层的电流和磁场激发的波14.5 介电层中的电流和磁场激发的波14.6 介电层中嵌入的传输线14.7 介电层中嵌入周期性补片和孔径习题习题15 导电地球上的偶极子辐射15.1 索末菲偶极子问题15.2 地球表面上的垂直电偶极子15.3 空气中的反射波15.4 辐射场：鞍点技巧15.5 沿表面的场和被积函数的奇异性 15.6 索末菲极子和浅涅克波15.7 索末菲问题的解15.8 侧向波：割线积分15.9 折射波15.10 水平偶极子的辐射15.11 分层媒介的辐射15.12 几何光学表征15.13 模和侧向波表征习题第二部分 应用16 逆散射16.1 拉东变换和层析16.2 考虑到希尔伯特变换的交替逆拉东变换 16.3 衍射层析16.4 物理光学逆散射16.5 全息逆散射源问题16.6 逆问题和阿贝尔积分方程的电离层探测应用16.7 雷达极化和雷达方程16.8 极化的最优化16.9 斯托克斯矢量方程和极化特征16.10 斯托克斯参数的测量习题17 辐射测量，噪声温度和干涉17.1 辐射测量17.2 亮温和通量密度17.3 黑体辐射和天线温度17.4 辐射传输方程17.5 表面的散射截面、吸收率和比辐射率17.6 系统温度17.7 最小可检测温度17.8 雷达距离方程17.9 孔径照射和亮温分布17.10 双天线干涉习题18 随机波动理论18.1 随机波动方程和随机波动理论18.2 对流层和电离层中的散射以及大气光学18.3 混沌介质，辐射传输和互易性18.4 随机索末菲问题，地震尾波和亚表面成像18.5 随机格林函数和随机边界问题18.6 基于随机介质互相干函数的通信系统信道容量18.7 其他学科的统计波动积分18.8 随机波动理论历史发展的一些考虑19 地球物理遥感和成像19.1 极化雷达19.2 地球物理散射模型和分解定理19.3 偏振测量天气雷达19.4 非球形水滴和差分反射率19.5 随机分布非球形粒子中的传播常数19.6 矢量辐射传输理论19.7 空时辐射传输19.8 魏格纳分布函数和辐射比强度19.9 来自被动源面波和海面风向的斯托克斯矢量辐射强度19.10 考虑天线温度合成孔径辐射计范西特-泽尼克定理19.11 SAR图像中的电离层效应20 生物医学电磁、光学和超声20.1 生物电磁学20.2 组织中的生物电磁和热扩散20.3 生物光学，血液中的光吸收和散射20.4 组织中的光学扩散20.5光子密度波20.6 光学相干层析和低相干干涉20.7 组织中的超声散射和成像20.8 血液中的超声21 超材料和等离子体激元中的波21.1 折射率n和μ–ε图21.2 平面波，能量关系和群速度21.3 开口谐振环 21.4 超材料的广义本构关系21.5 空时波包入射到色散超材料和负折射21.6 反向侧面波和反向表面波21.7 负古斯汉欣位移21.8 完美透镜，亚波长聚焦和隐失波21.9 负折射率材料中的布儒斯特角和声学布儒斯特角21.10 变换电磁学与隐形斗篷 21.11 曲面展平坐标变换 22 时间反转成像22.1 自由空间时间反转镜22.2 多重散射介质中的时间反转超分辨22.3 单目标和多目标的时间反转成像以及时间反转算子分解22.4 自由空间目标的时间反转成像22.5 时间反转成像和奇异值分解（SVD）22.6 时间反转成像和多重信号分类（MUSIC）22.7 基于时间反转技术的最优能量传输23 湍流，粒子，弥散介质和粗糙表面的散射23.1 大气和电离层湍流的散射23.2 单位体积湍流中的散射截面23.3 窄波束情况下的散射23.4 单位体积雨和雾中的散射截面23.5 高斯和Henyey-Greenstein 散射方程23.6 单位体积湍流、粒子和生物介质中的散射截面23.7 视距传播，波恩和利托夫近似23.8 基于能量守恒的修正利托夫解和互相干函数23.9 湍流中视距波传播的互相干函数23.10 相关距离和角谱23.11 相干散射和谱展宽23.12 脉冲传播，相干带宽和脉冲展宽23.13 弱起伏和强起伏，闪烁指数23.14 粗糙面散射，微扰法和跃迁算符23.15 两个介质粗糙界面间的散射23.16 粗糙面散射的基尔霍夫近似23.17 粗糙表面散射波的频率和角度相关，以及记忆效应24 多重散射的相干和图解法24.1 湍流中的增强雷达散射截面24.2 粗糙面的增强后向散射24.3 粒子和光子局域化的增强后向散射24.4 多重散射公式，戴森方程和Bethe–Salpeter方程24.5 一阶平滑近似24.6 一阶和二阶散射以及后向散射增强24.7 记忆效应25 光孤子和光纤25.1 历史25.2 浅水中的KDV方程25.3 光纤中的光学孤子26 多孔介质，介电常数，页岩和地震尾波的流体透过性26.1 多孔介质和页岩，超压裂26.2 多孔介质的电容率和电导率，阿尔奇定律，渗流和分形26.3 流体透过性和达西定律26.4 地震尾波，P波，S波和瑞利表面波26.5 地震震级26.6 波包展宽和尾波26.7 脉冲源激发的非均质地球中的尾波26.8 S波尾波和瑞利表面波附录参考文献