《電磁場與電磁波基礎》是2016年西安電子科技大學出版社出版的圖書。
基本介紹
- 中文名：電磁場與電磁波基礎
- 作者：張瑜
- 出版社：西安電子科技大學出版社
- 出版時間：2016年
- ISBN：9787560640150
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
本書主要以麥克斯韋方程組為核心，介紹巨觀電磁場與電磁波的基本概念、基本原理、基本分析計算方法，電磁場和電磁波與物質的相互作用以及電磁波的傳播規律等內容。
全書分為基礎知識、電磁場理論以及電磁波的傳播、傳輸與輻射三篇進行闡述。在基礎知識篇中，介紹了學習電磁場與電磁波課程的數學知識，如矢量運算、常用正交坐標系、矢量分析、場論基礎等。在電磁場理論篇中，根據學生學習的思維習慣，採用由典型到一般的敘述方式。首先分別介紹靜電場、恆定電場、靜磁場的基本特性和分析方法，總結出靜態場中麥克斯韋方程組及其邊界條件；然後介紹靜態場的典型計算方法；後介紹時變電磁場的基本特性和分析方法，總結出適應於靜態和時變情況下的一般麥克斯韋方程組和波動方程。在電磁波的傳播、傳輸與輻射篇中，分別介紹了電磁波在無界空間和有界空間中的傳播特性、規律和產生的相關效應，後簡要介紹了電磁波輻射特性和規律（屬於天線技術領域）。其中電磁波在有界空間中的傳輸特性和電磁輻射特性可為電子信息類學生進一步學習後續課程奠定基礎。
本書可作為高等學校電子信息工程、通信工程、電子科學與技術、光電子科學與工程等本科電子信息類專業的教材，也可供通信技術、雷達技術、微波技術、天線技術、射頻技術、電波傳播、電磁兼容等領域的科研工程人員參考。
圖書目錄
篇 基 礎 知 識
第1章 矢量分析2
1.1 標量與矢量2
1.1.1 標量2
1.1.2 矢量2
1.2 矢量代數3
1.2.1 矢量的加法3
1.2.2 矢量的減法4
1.2.3 矢量的數乘4
1.2.4 矢量的點積5
1.2.5 矢量的叉積5
1.2.6 矢量的組合運算6
1.3 常用正交坐標系7
1.3.1 直角坐標系7
1.3.2 圓柱坐標系11
1.3.3 球坐標系13
1.3.4 各坐標系間的轉換17
1.4 矢量分析18
1.4.1 標量函式與矢量函式18
1.4.2 矢端曲線18
1.4.3 矢量函式的導數與微分19
1.4.4 矢量函式的積分19
習題20
第2章 場論基礎21
2.1 標量場與矢量場21
2.1.1 標量場與等值面21
2.1.2 矢量場與矢量線22
2.2 哈密頓運算元與拉普拉斯運算元23
2.2.1 哈密頓運算元23
2.2.2 拉普拉斯運算元24
2.3 標量場的方嚮導數與梯度24
2.3.1 方嚮導數25
2.3.2 梯度26
2.4 矢量場的通量與散度29
2.4.1 矢量場的通量29
2.4.2 矢量場的散度31
2.4.3 散度定理33
2.5 矢量場的環量與旋度35
2.5.1 矢量場的環量35
2.5.2 矢量場的旋度36
2.5.3 斯托克斯定理39
2.6 若干常用定理與場的分類43
2.6.1 格林定理44
2.6.2 性定理44
2.6.3 亥姆霍茲定理45
2.6.4 場的分類46
習題47
第二篇 電 磁 場 理 論
第3章 靜電場及其特性50
3.1 電荷與電荷密度50
3.1.1 電荷與電荷守恆定律50
3.1.2 電荷密度50
3.2 庫侖定律與電場強度52
3.2.1 庫侖定律52
3.2.2 電場強度53
3.3 真空中的靜電場方程55
3.3.1 靜電場的散度與高斯定理55
3.3.2 靜電場的旋度與環路定理57
3.3.3 真空中的靜電場方程58
3.4 電介質中的靜電場方程60
3.4.1 電介質的極化60
3.4.2 極化強度與極化電荷密度61
3.4.3 電位移矢量與電介質中的高斯定理63
3.4.4 電介質分類與本構關係64
3.4.5 電介質的靜電場方程65
3.5 電位與電位差67
3.5.1 電位67
3.5.2 電位差68
3.5.3 靜電場的電位方程69
3.6 靜電場的邊界條件70
3.6.1 電位移矢量的法向邊界條件70
3.6.2 電場強度的切向邊界條件71
3.6.3 電場矢量線在分界面上的折射72
3.6.4 電位在分界面上的邊界條件73
3.7 導體系統的電容75
3.7.1 電容與電容器75
3.7.2 多導體間的部分電容76
3.8 靜電場的能量與力78
3.8.1 靜電場的能量78
3.7.2 靜電場的力81
習題83
第4章 恆定電場及其特性85
4.1 電流與電流密度85
4.1.1 電流85
4.1.2 電流密度85
4.2 導電媒質中的歐姆定律和焦耳定律87
4.2.1 歐姆定律87
4.2.2 焦耳定律88
4.3 恆定電場方程88
4.3.1 電流連續性方程88
4.3.2 恆定電場的散度89
4.3.3 恆定電場的旋度89
4.3.4 恆定電場的電位90
4.3.5 導電媒質中的恆定電場方程90
4.4 恆定電場的邊界條件91
4.4.1 電流密度與電場的邊界條件91
4.4.2 電力線在分界面上的折射92
4.4.3 導電媒質分界面上的電荷面密度93
4.4.4 電位在分界面上的邊界條件93
4.5 恆定電場與靜電場的比擬93
4.6 電導與接地電阻94
4.6.1 電導94
4.6.2 接地電阻95
習題97
第5章 靜磁場及其特性98
5.1 安培定律與磁感應強度98
5.1.1 安培定律98
5.1.2 磁感應強度99
5.1.3 洛倫茲力100
5.2 真空中的靜磁場方程101
5.2.1 靜磁場的散度與磁通連續性原理102
5.2.2 靜磁場的旋度與安培環路定理103
5.2.3 真空中的靜磁場方程104
5.3 磁介質中的靜磁場方程106
5.3.1 介質的磁化106
5.3.2 磁化強度與磁化電流107
5.3.3 磁場強度與磁介質中的安培環路定理108
5.3.4 磁介質的本構關係109
5.3.5 介質中的靜磁場方程111
5.4 矢量磁位與標量磁位113
5.4.1 矢量磁位113
5.4.2 標量磁位114
5.4.3 磁矢位與磁標位的拉普拉斯方程和泊松方程114
5.5 靜磁場的邊界條件116
5.5.1 磁感應強度的法向邊界條件116
5.5.2 磁場強度的切向邊界條件117
5.5.3 磁力線在分界面上的折射118
5.5.4 磁矢位和磁標位在分界面上的邊界條件119
5.6 電感120
5.6.1 自感120
5.6.2 互感120
5.7 靜磁場的能量與力123
5.7.1 靜磁場的能量123
5.7.2 靜磁場的力126
習題128
第6章 靜態場的計算130
6.1 靜態場的邊值與性定理130
6.1.1 邊值問題130
6.1.2 邊值問題類型131
6.1.3 性定理131
6.2 鏡像法132
6.2.1 鏡像法的基本思想133
6.2.2 導體平面鏡像法133
6.2.3 導體球面鏡像法138
6.2.4 導體圓柱面鏡像法142
6.2.5 介質平面鏡像法146
6.3 分離變數法149
6.3.1 直角坐標系中的分離變數法149
6.3.2 圓柱坐標系中的分離變數法154
6.3.3 球坐標系中的分離變數法157
6.4 有限差分法160
6.4.1 有限差分方程161
6.4.2 有限差分方程求解方法162
習題167
第7章 時變電磁場及其特性168
7.1 法拉第電磁感應定律168
7.2 位移電流172
7.3 麥克斯韋方程組與輔助方程174
7.3.1 麥克斯韋方程組的積分形式175
7.3.2 麥克斯韋方程組的微分形式175
7.3.3 麥克斯韋方程組的輔助方程——本構關係177
7.3.4 洛倫茲力178
7.3.5 麥克斯韋方程組的討論178
7.4 時變電磁場的邊界條件179
7.4.1 時變電磁場的法向邊界條件179
7.4.2 時變電磁場的切向邊界條件180
7.4.3 典型情況下的邊界條件181
7.5 場量與位函式的波動方程182
7.5.1 場量波動方程183
7.5.2 位函式波動方程184
7.6 時變電磁場的能量與能流188
7.6.1 坡印廷定理189
7.6.2 坡印廷矢量190
7.7 時諧電磁場193
7.7.1 時諧電磁場的複數形式193
7.7.2 複數形式的麥克斯韋方程194
7.7.3 復介電常數與復磁導率196
7.7.4 時諧電磁場的波動方程197
7.7.5 時諧電磁場的位函式198
7.7.6 時諧電磁場的平均能量密度與平均能流密度矢量199
習題202
第三篇 電磁波的傳播、傳輸與輻射
第8章 均勻平面波在無界媒質中傳播206
8.1 均勻平面電磁波206
8.2 理想介質中的均勻平面波傳播207
8.2.1 理想介質中的均勻平面波207
8.2.2 理想介質中均勻平面波的傳播特性209
8.2.3 理想介質中沿任意方向的均勻平面波212
8.3 導電媒質中的均勻平面波傳播215
8.3.1 導電媒質中的均勻平面波215
8.3.2 導電媒質中的均勻平面波的傳播特性216
8.3.3 弱導電媒質中的均勻平面波217
8.3.4 強導電媒質中的均勻平面波218
8.3.5 趨膚深度和表面電阻219
8.4 電磁波的特性221
8.4.1 電磁波的極化222
8.4.2 電磁波的色散225
8.4.3 相速與群速225
習題228
第9章 電磁波的反射與折射230
9.1 平面電磁波在媒質界面上的反射和折射230
9.1.1 平面波的電場與磁場230
9.1.2 平面電磁波的反射和折射231
9.2 平面電磁波對媒質分界面的垂直入射232
9.2.1 對導電媒質分界面的垂直入射233
9.2.2 理想導體分界面的垂直入射235
9.2.3 理想介質分界面的垂直入射237
9.3 平面電磁波對多層媒質分界面的垂直入射242
9.3.1 多層媒質面上的電磁場量關係243
9.3.2 多層媒質的套用246
9.4 平面波對理想介質平面的斜入射248
9.4.1 反射定律和折射定律249
9.4.2 菲涅爾公式250
9.4.3 全反射與全透射254
9.5 平面波對理想導體平面的斜入射259
9.5.1 垂直極化波對理想導體平面的斜入射259
9.5.2 平行極化波對理想導體平面的斜入射261
9.6 平面波對導電媒質平面的斜入射263
習題265
第10章 導行電磁波與傳輸267
10.1 導行電磁波267
10.1.1 導波系統中的場方程268
10.1.2 TEM波、TE波及TM波270
10.1.3 TE波及TM波在波導中的傳輸特性272
10.2 雙導體傳輸線系統及其傳輸特性272
10.2.1 傳輸線方程273
10.2.2 均勻傳輸線方程的解275
10.2.3 傳輸線特性參數和狀態參量277
10.2.4 同軸線及其特性283
10.3 矩形規則金屬波導系統及其傳輸特性285
10.3.1 矩形波導中的場分布286
10.3.2 矩形波導中的電磁波傳輸特性288
10.4 圓柱形規則金屬波導系統及其特性290
10.4.1 圓柱形波導中的場分布290
10.4.2 圓柱形波導的傳輸特性292
習題294
第11章 電磁輻射與天線296
11.1 電偶極子與磁偶極子的輻射296
11.1.1 電偶極子的輻射296
11.1.2 磁偶極子的輻射300
11.2 天線的基本參數303
11.2.1 天線的方向性函式和方向性係數303
11.2.2 效率與增益306
11.2.3 天線的極化307
11.2.4 有效長度308
11.2.5 輸入阻抗308
11.2.6 頻頻寬度309
11.3 線天線309
11.3.1 對稱振子天線309
11.3.2 陣列天線312
11.4 面天線313
11.4.1 惠更斯元的輻射313
11.4.2 平面口徑面的輻射315
11.4.3 拋物面天線316
11.4.4 卡塞格倫天線318
習題321
附錄A 常用矢量運算323
附錄B 常用物理常數326
參考文獻327
