電磁場與波基礎教程

《電磁場與波基礎教程》是2016年機械工業出版社出版的圖書，作者是周希朗。

基本介紹

• 書名：電磁場與波基礎教程
• 作者：周希朗
• ISBN：978-7-111-45251-5
• 定價：45.0
• 出版社：機械工業出版社
• 出版時間：2017-08-10
• 開本：16

內容簡介

本書講述“電磁場與波”的基本概念、基本分析與計算方法以及基本原理。本書力求內容精練，物理概念清晰，文字易懂，便於自學。本書包括：矢量分析、靜電場、恆定電場、靜磁場、時變電磁場、故判寒平面電磁波、規則傳輸系統以及電磁波的輻射和接收的理論8章，本書每章均精選了適量的例題和習題，例題和習題涵蓋核心內容，選題重付妹廣泛，難易適中。本書可供工科信息工程、電子科學與技術、微電子以及電氣工程等專業的本科生以及專科生用作教材，也可供高校有關專業的學生和有關科技人員用作參考書

目錄

前言

教學建議

本書採用的主要符號和函式

第1章　矢量分析與場論1

1.1　矢量的表示及其代數運算1

1.1.1　矢量的表示及距離矢量1

1.1.2　矢量的代數運算2

1.2　標量場和矢量場4

1.3　標量場的梯度5

1.3.1　梯度的定義5

1.3.2　梯度運算的基本公式7

1.4　矢量場的通量、散度與散度定請棄理7

1.4.1　通量7

1.4.2　散度的定義8

1.4.3　散度運算的基本公式10

1.4.4　散度定理與梯度積分公式10

1.5　矢量場的環量、旋度與斯托克斯定理11

1.5.1　環量11

1.5.2　旋度的定義12

1.5.3　旋度運算的基本公式14

1.5.4　斯托克斯定理與旋度定理14

1.6　標量場、矢量場的重要性質和定理15

1.6.1　兩個重要性質15

1.6.2　戒采地提三個重要定理16

1.7　正交曲線坐標系19

1.7.1　正交曲線坐標系的單位矢量和度量因子19

1.7.2　正交曲線坐標系中場論的表達式24

習題27

第2章　靜電場30

2.1　真空中靜電場的基本方程30

2.1.1　靜電場的源——電荷和電荷密度30

2.1.2　真空中靜電場的基本方程31

2.2　電位及其電位方程35

2.2.1　電位35

2.2.2　電位方程38

2.3　電介質中的靜電場39

2.3.1　電偶極子的電位和電場強度39

2.3.2　電介質中的靜電場41

2.4　靜電場中的導體與帶電系統中的電容45

2.4.1　靜電場中導體的特點45

2.4.2　電容46

2.4.3　部分電容47

2.5　靜電場的邊界條件49

2.5.1　場矢量E和D的邊界條件49

2.5.2　電位的邊界條件50

2.6　靜電場邊值問題的解法52

2.6.1　分離變數法53

2.6.2　鏡像法59

2.7　靜電場的能量、能量密度與電場力69

2.7.1　靜電場的能量和能量密度69

2.7.2　用虛位移法求電場力71

習題73

第3章　恆定電場77

3.1　恆定電場的源——恆定電和遷雄流77

3.1.1　運流電流與電流密度77

3.1.2　傳導電流與電流密度78

3.2　電荷守恆定律（電流連續性方程）79

3.3　恆定電場的形成81

3.4　恆定電場的基本方程82

3.5　恆定電場的邊奔定墓界條件83

3.6　損耗功率與焦耳定律84

3.7　靜電比擬與接地電阻85

3.7.1　靜電比擬85

3.7.2　接地電阻86

習題87

第4章　靜磁場90

4.1　真空中靜磁場的基本方程90

4.1.1　畢奧薩伐爾定律與磁通量密度90

4.1.2　磁通量與磁通連續性原理93

4.1.3　安培環路定律與磁場強度94

4.2　靜磁場的矢量磁位及其方程96

4.2.1　矢量磁位96

4.2.2　矢量磁位方程97

4.3　磁介質中的靜磁場98

4.3.1　磁偶極子蒸詢臭懂的矢量磁位和磁通量密度98

4.3.2　磁介質中的靜磁場101

4.4　靜磁場的邊界條件106

4.4.1　場矢量B和H的邊界條件106

4.4.2　矢量磁位A的邊界條件107

4.5　標量磁位及其方程109

4.5.1　標量磁位109

4.5.2　標量磁位方程110

4.5.3　鏡像法113

4.6　電感114

4.6.1　自感114

4.6.2　互感116

4.7　靜磁場的能量、能量密度與磁場力117

4.7.1　靜磁場的能量與能量密度117

4.7.2　用虛位移法求磁場力120

4.8　磁路121

習題124

第5章　時變電磁場130

5.1　電磁感應定律與全電流定律130

5.1.1　電磁感應定律130

5.1.2　全電流定律132

5.2　麥克斯韋方程組133

5.2.1　微分形式的麥克斯韋方程組133

5.2.2　時變電磁場的本構關係134

5.2.3　積分形式的麥克斯韋方程組134

5.3　時變電磁場的邊界條件135

5.3.1　一般情況135

5.3.2　特殊情況137

5.4　坡印亭定理與坡印亭矢量138

5.4.1　坡印亭定理138

5.4.2　坡印亭矢量139

5.4.3　時變電磁場的唯一性定理140

5.5　波動方程與電磁位函式141

5.5.1　波動方程141

5.5.2　電磁位函式的方程及其解141

5.6　時諧（正弦）電磁場的複數表示146

5.6.1　複數形式的麥克斯韋方程組147

5.6.2　複數形式的邊界條件147

5.6.3　復矢量E和H的矢量亥姆霍茲方程148

5.6.4　復坡印亭矢量與復坡印亭定理149

習題151

第6章　平面電磁波155

6.1　理想媒質中的平面波155

6.1.1　平面波的電磁場155

6.1.2　平面波的傳播特性參量與傳播特性158

6.1.3　平面波的一般解——沿任意方向傳播的平面波159

6.2　導電媒質中的平面波163

6.2.1　導電媒質的分類163

6.2.2　平面波在導電媒質中的傳播特性165

6.2.3　群速170

6.3　平面波的極化171

6.3.1　線極化172

6.3.2　圓極化172

6.3.3　橢圓極化173

6.4　平面波在兩種媒質的平面交界面上的垂直入射174

6.4.1　兩種理想媒質平面交界面上的垂直入射174

6.4.2　理想媒質與導體平面交界面上的垂直入射177

6.4.3　多層介質表面的垂直入射181

6.5　平面波在兩種媒質平面交界面上的斜入射185

6.5.1　兩種理想媒質平面交界面上的斜入射185

6.5.2　理想媒質與導體平面交界面上的斜入射191

6.5.3　全反射與全透射195

習題198

第7章　導行電磁波203

7.1　柱形傳輸系統中的導波及其特性204

7.1.1　柱形傳輸系統中導波的電磁場204

7.1.2　導波的分類及其傳輸特性206

7.2　TEM模傳輸線的理論基礎214

7.2.1　傳輸線的分布參數及其等效電路215

7.2.2　一般形式傳輸線的方程及其解217

7.2.3　輸入阻抗和反射係數223

7.2.4　均勻無耗傳輸線端接不同負載時的工作狀態225

7.2.5　傳輸線的傳輸功率與回波損耗232

7.2.6　傳輸線的阻抗匹配236

7.3　金屬波導與同軸線中的導波243

7.3.1　平行板波導中的導波243

7.3.2　矩形波導中的導波247

7.3.3　圓形波導中的導波259

7.3.4　同軸線中的導波268

7.3.5　金屬波導的激勵與耦合273

7.4　其他TEM模和準TEM模傳輸線中的導波274

7.4.1　帶狀線中的導波275

7.4.2　微帶線中的導波277

7.4.3　其他準TEM模和非TEM模傳輸線中的導波284

習題286

第8章　電磁波的輻射和接收的基礎理論292

8.1　電磁波輻射的基本概念與電磁對偶性原理292

8.1.1　輻射的基本概念292

8.1.2　時諧場的滯後位293

8.1.3　電磁對偶性原理294

8.2　基本振子與基本面元的輻射295

8.2.1　基本電振子的輻射295

8.2.2　基本磁振子的輻射300

8.2.3　基本面元（惠更斯元）的輻射304

8.3　天線的基本參數306

8.3.1　天線的方向圖及其有關參數306

8.3.2　效率310

8.3.3　增益係數311

8.3.4　有效長度與有效長度矢量312

8.3.5　輸入阻抗312

8.3.6　天線的極化313

8.4　對稱振子天線314

8.4.1　對稱振子的電流分布與遠區輻射場314

8.4.2　對稱振子的方向圖與輻射電阻316

8.4.3　對稱振子的有效長度317

8.5　天線陣318

8.5.1　增強天線方向性的基本原理318

8.5.2　二元陣319

8.5.3　導電體對天線的影響324

8.5.4　均勻直線陣326

8.6　平面口徑的輻射329

8.7　互易定理與接收天線理論331

8.7.1　互易定理331

8.7.2　接收天線理論332

習題340

附錄A　主要矢量分析與場論公式345

附錄B　常用正交曲線坐標系中的場論恆等式347

附錄C　空間δ函式的定義與性質348

附錄D　常用材料的參數和物理常數351

參考文獻353

2.7.1　靜電場的能量和能量密度69

2.7.2　用虛位移法求電場力71

習題73

第3章　恆定電場77

3.1　恆定電場的源——恆定電流77

3.1.1　運流電流與電流密度77

3.1.2　傳導電流與電流密度78

3.2　電荷守恆定律（電流連續性方程）79

3.3　恆定電場的形成81

3.4　恆定電場的基本方程82

3.5　恆定電場的邊界條件83

3.6　損耗功率與焦耳定律84

3.7　靜電比擬與接地電阻85

3.7.1　靜電比擬85

3.7.2　接地電阻86

習題87

第4章　靜磁場90

4.1　真空中靜磁場的基本方程90

4.1.1　畢奧薩伐爾定律與磁通量密度90

4.1.2　磁通量與磁通連續性原理93

4.1.3　安培環路定律與磁場強度94

4.2　靜磁場的矢量磁位及其方程96

4.2.1　矢量磁位96

4.2.2　矢量磁位方程97

4.3　磁介質中的靜磁場98

4.3.1　磁偶極子的矢量磁位和磁通量密度98

4.3.2　磁介質中的靜磁場101

4.4　靜磁場的邊界條件106

4.4.1　場矢量B和H的邊界條件106

4.4.2　矢量磁位A的邊界條件107

4.5　標量磁位及其方程109

4.5.1　標量磁位109

4.5.2　標量磁位方程110

4.5.3　鏡像法113

4.6　電感114

4.6.1　自感114

4.6.2　互感116

4.7　靜磁場的能量、能量密度與磁場力117

4.7.1　靜磁場的能量與能量密度117

4.7.2　用虛位移法求磁場力120

4.8　磁路121

習題124

第5章　時變電磁場130

5.1　電磁感應定律與全電流定律130

5.1.1　電磁感應定律130

5.1.2　全電流定律132

5.2　麥克斯韋方程組133

5.2.1　微分形式的麥克斯韋方程組133

5.2.2　時變電磁場的本構關係134

5.2.3　積分形式的麥克斯韋方程組134

5.3　時變電磁場的邊界條件135

5.3.1　一般情況135

5.3.2　特殊情況137

5.4　坡印亭定理與坡印亭矢量138

5.4.1　坡印亭定理138

5.4.2　坡印亭矢量139

5.4.3　時變電磁場的唯一性定理140

5.5　波動方程與電磁位函式141

5.5.1　波動方程141

5.5.2　電磁位函式的方程及其解141

5.6　時諧（正弦）電磁場的複數表示146

5.6.1　複數形式的麥克斯韋方程組147

5.6.2　複數形式的邊界條件147

5.6.3　復矢量E和H的矢量亥姆霍茲方程148

5.6.4　復坡印亭矢量與復坡印亭定理149

習題151

第6章　平面電磁波155

6.1　理想媒質中的平面波155

6.1.1　平面波的電磁場155

6.1.2　平面波的傳播特性參量與傳播特性158

6.1.3　平面波的一般解——沿任意方向傳播的平面波159

6.2　導電媒質中的平面波163

6.2.1　導電媒質的分類163

6.2.2　平面波在導電媒質中的傳播特性165

6.2.3　群速170

6.3　平面波的極化171

6.3.1　線極化172

6.3.2　圓極化172

6.3.3　橢圓極化173

6.4　平面波在兩種媒質的平面交界面上的垂直入射174

6.4.1　兩種理想媒質平面交界面上的垂直入射174

6.4.2　理想媒質與導體平面交界面上的垂直入射177

6.4.3　多層介質表面的垂直入射181

6.5　平面波在兩種媒質平面交界面上的斜入射185

6.5.1　兩種理想媒質平面交界面上的斜入射185

6.5.2　理想媒質與導體平面交界面上的斜入射191

6.5.3　全反射與全透射195

習題198

第7章　導行電磁波203

7.1　柱形傳輸系統中的導波及其特性204

7.1.1　柱形傳輸系統中導波的電磁場204

7.1.2　導波的分類及其傳輸特性206

7.2　TEM模傳輸線的理論基礎214

7.2.1　傳輸線的分布參數及其等效電路215

7.2.2　一般形式傳輸線的方程及其解217

7.2.3　輸入阻抗和反射係數223

7.2.4　均勻無耗傳輸線端接不同負載時的工作狀態225

7.2.5　傳輸線的傳輸功率與回波損耗232

7.2.6　傳輸線的阻抗匹配236

7.3　金屬波導與同軸線中的導波243

7.3.1　平行板波導中的導波243

7.3.2　矩形波導中的導波247

7.3.3　圓形波導中的導波259

7.3.4　同軸線中的導波268

7.3.5　金屬波導的激勵與耦合273

7.4　其他TEM模和準TEM模傳輸線中的導波274

7.4.1　帶狀線中的導波275

7.4.2　微帶線中的導波277

7.4.3　其他準TEM模和非TEM模傳輸線中的導波284

習題286

第8章　電磁波的輻射和接收的基礎理論292

8.1　電磁波輻射的基本概念與電磁對偶性原理292

8.1.1　輻射的基本概念292

8.1.2　時諧場的滯後位293

8.1.3　電磁對偶性原理294

8.2　基本振子與基本面元的輻射295

8.2.1　基本電振子的輻射295

8.2.2　基本磁振子的輻射300

8.2.3　基本面元（惠更斯元）的輻射304

8.3　天線的基本參數306

8.3.1　天線的方向圖及其有關參數306

8.3.2　效率310

8.3.3　增益係數311

8.3.4　有效長度與有效長度矢量312

8.3.5　輸入阻抗312

8.3.6　天線的極化313

8.4　對稱振子天線314

8.4.1　對稱振子的電流分布與遠區輻射場314

8.4.2　對稱振子的方向圖與輻射電阻316

8.4.3　對稱振子的有效長度317

8.5　天線陣318

8.5.1　增強天線方向性的基本原理318

8.5.2　二元陣319

8.5.3　導電體對天線的影響324

8.5.4　均勻直線陣326

8.6　平面口徑的輻射329

8.7　互易定理與接收天線理論331

8.7.1　互易定理331

8.7.2　接收天線理論332

習題340

附錄A　主要矢量分析與場論公式345

附錄B　常用正交曲線坐標系中的場論恆等式347

附錄C　空間δ函式的定義與性質348

附錄D　常用材料的參數和物理常數351

參考文獻353