电磁场与电磁波基础

2016年西安电子科技大学出版社出版的图书
《电磁场与电磁波基础》是2016年西安电子科技大学出版社出版的图书。
内容简介
本书主要以麦克斯韦方程组为核心，介绍宏观电磁场与电磁波的基本概念、基本原理、基本分析计算方法，电磁场和电磁波与物质的相互作用以及电磁波的传播规律等内容。
全书分为基础知识、电磁场理论以及电磁波的传播、传输与辐射三篇进行阐述。在基础知识篇中，介绍了学习电磁场与电磁波课程的数学知识，如矢量运算、常用正交坐标系、矢量分析、场论基础等。在电磁场理论篇中，根据学生学习的思维习惯，采用由典型到一般的叙述方式。首先分别介绍静电场、恒定电场、静磁场的基本特性和分析方法，总结出静态场中麦克斯韦方程组及其边界条件；然后介绍静态场的典型计算方法；后介绍时变电磁场的基本特性和分析方法，总结出适应于静态和时变情况下的一般麦克斯韦方程组和波动方程。在电磁波的传播、传输与辐射篇中，分别介绍了电磁波在无界空间和有界空间中的传播特性、规律和产生的相关效应，后简要介绍了电磁波辐射特性和规律（属于天线技术领域）。其中电磁波在有界空间中的传输特性和电磁辐射特性可为电子信息类学生进一步学习后续课程奠定基础。
本书可作为高等学校电子信息工程、通信工程、电子科学与技术、光电子科学与工程等本科电子信息类专业的教材，也可供通信技术、雷达技术、微波技术、天线技术、射频技术、电波传播、电磁兼容等领域的科研工程人员参考。
图书目录
篇  基 础 知 识
第1章  矢量分析                    2
1.1  标量与矢量                    2
1.1.1  标量                    2
1.1.2  矢量                    2
1.2  矢量代数                    3
1.2.1  矢量的加法                    3
1.2.2  矢量的减法                    4
1.2.3  矢量的数乘                    4
1.2.4  矢量的点积                    5
1.2.5  矢量的叉积                    5
1.2.6  矢量的组合运算                    6
1.3  常用正交坐标系                    7
1.3.1  直角坐标系                    7
1.3.2  圆柱坐标系                    11
1.3.3  球坐标系                    13
1.3.4  各坐标系间的转换                    17
1.4  矢量分析                    18
1.4.1  标量函数与矢量函数                    18
1.4.2  矢端曲线                    18
1.4.3  矢量函数的导数与微分                    19
1.4.4  矢量函数的积分                    19
习题                    20
第2章  场论基础                    21
2.1  标量场与矢量场                    21
2.1.1  标量场与等值面                    21
2.1.2  矢量场与矢量线                    22
2.2  哈密顿算子与拉普拉斯算子                    23
2.2.1  哈密顿算子                    23
2.2.2  拉普拉斯算子                    24
2.3  标量场的方向导数与梯度                    24
2.3.1  方向导数                    25
2.3.2  梯度                    26
2.4  矢量场的通量与散度                    29
2.4.1  矢量场的通量                    29
2.4.2  矢量场的散度                    31
2.4.3  散度定理                    33
2.5  矢量场的环量与旋度                    35
2.5.1  矢量场的环量                    35
2.5.2  矢量场的旋度                    36
2.5.3  斯托克斯定理                    39
2.6  若干常用定理与场的分类                    43
2.6.1  格林定理                    44
2.6.2  性定理                    44
2.6.3  亥姆霍兹定理                    45
2.6.4  场的分类                    46
习题                    47
第二篇  电 磁 场 理 论
第3章  静电场及其特性                    50
3.1  电荷与电荷密度                    50
3.1.1  电荷与电荷守恒定律                    50
3.1.2  电荷密度                    50
3.2  库仑定律与电场强度                    52
3.2.1  库仑定律                    52
3.2.2  电场强度                    53
3.3  真空中的静电场方程                    55
3.3.1  静电场的散度与高斯定理                    55
3.3.2  静电场的旋度与环路定理                    57
3.3.3  真空中的静电场方程                    58
3.4  电介质中的静电场方程                    60
3.4.1  电介质的极化                    60
3.4.2  极化强度与极化电荷密度                    61
3.4.3  电位移矢量与电介质中的高斯定理                    63
3.4.4  电介质分类与本构关系                    64
3.4.5  电介质的静电场方程                    65
3.5  电位与电位差                    67
3.5.1  电位                    67
3.5.2  电位差                    68
3.5.3  静电场的电位方程                    69
3.6  静电场的边界条件                    70
3.6.1  电位移矢量的法向边界条件                    70
3.6.2  电场强度的切向边界条件                    71
3.6.3  电场矢量线在分界面上的折射                    72
3.6.4  电位在分界面上的边界条件                    73
3.7  导体系统的电容                    75
3.7.1  电容与电容器                    75
3.7.2  多导体间的部分电容                    76
3.8  静电场的能量与力                    78
3.8.1  静电场的能量                    78
3.7.2  静电场的力                    81
习题                    83
第4章  恒定电场及其特性                    85
4.1  电流与电流密度                    85
4.1.1  电流                    85
4.1.2  电流密度                    85
4.2  导电媒质中的欧姆定律和焦耳定律                    87
4.2.1  欧姆定律                    87
4.2.2  焦耳定律                    88
4.3  恒定电场方程                    88
4.3.1  电流连续性方程                    88
4.3.2  恒定电场的散度                    89
4.3.3  恒定电场的旋度                    89
4.3.4  恒定电场的电位                    90
4.3.5  导电媒质中的恒定电场方程                    90
4.4  恒定电场的边界条件                    91
4.4.1  电流密度与电场的边界条件                    91
4.4.2  电力线在分界面上的折射                    92
4.4.3  导电媒质分界面上的电荷面密度                    93
4.4.4  电位在分界面上的边界条件                    93
4.5  恒定电场与静电场的比拟                    93
4.6  电导与接地电阻                    94
4.6.1  电导                    94
4.6.2  接地电阻                    95
习题                    97
第5章  静磁场及其特性                    98
5.1  安培定律与磁感应强度                    98
5.1.1  安培定律                    98
5.1.2  磁感应强度                    99
5.1.3  洛伦兹力                    100
5.2  真空中的静磁场方程                    101
5.2.1  静磁场的散度与磁通连续性原理                    102
5.2.2  静磁场的旋度与安培环路定理                    103
5.2.3  真空中的静磁场方程                    104
5.3  磁介质中的静磁场方程                    106
5.3.1  介质的磁化                    106
5.3.2  磁化强度与磁化电流                    107
5.3.3  磁场强度与磁介质中的安培环路定理                    108
5.3.4  磁介质的本构关系                    109
5.3.5  介质中的静磁场方程                    111
5.4  矢量磁位与标量磁位                    113
5.4.1  矢量磁位                    113
5.4.2  标量磁位                    114
5.4.3  磁矢位与磁标位的拉普拉斯方程和泊松方程                    114
5.5  静磁场的边界条件                    116
5.5.1  磁感应强度的法向边界条件                    116
5.5.2  磁场强度的切向边界条件                    117
5.5.3  磁力线在分界面上的折射                    118
5.5.4  磁矢位和磁标位在分界面上的边界条件                    119
5.6  电感                    120
5.6.1  自感                    120
5.6.2  互感                    120
5.7  静磁场的能量与力                    123
5.7.1  静磁场的能量                    123
5.7.2  静磁场的力                    126
习题                    128
第6章  静态场的计算                    130
6.1  静态场的边值与性定理                    130
6.1.1  边值问题                    130
6.1.2  边值问题类型                    131
6.1.3  性定理                    131
6.2  镜像法                    132
6.2.1  镜像法的基本思想                    133
6.2.2  导体平面镜像法                    133
6.2.3  导体球面镜像法                    138
6.2.4  导体圆柱面镜像法                    142
6.2.5  介质平面镜像法                    146
6.3  分离变量法                    149
6.3.1  直角坐标系中的分离变量法                    149
6.3.2  圆柱坐标系中的分离变量法                    154
6.3.3  球坐标系中的分离变量法                    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
习题                    167
第7章  时变电磁场及其特性                    168
7.1  法拉第电磁感应定律                    168
7.2  位移电流                    172
7.3  麦克斯韦方程组与辅助方程                    174
7.3.1  麦克斯韦方程组的积分形式                    175
7.3.2  麦克斯韦方程组的微分形式                    175
7.3.3  麦克斯韦方程组的辅助方程——本构关系                    177
7.3.4  洛伦兹力                    178
7.3.5  麦克斯韦方程组的讨论                    178
7.4  时变电磁场的边界条件                    179
7.4.1  时变电磁场的法向边界条件                    179
7.4.2  时变电磁场的切向边界条件                    180
7.4.3  典型情况下的边界条件                    181
7.5  场量与位函数的波动方程                    182
7.5.1  场量波动方程                    183
7.5.2  位函数波动方程                    184
7.6  时变电磁场的能量与能流                    188
7.6.1  坡印廷定理                    189
7.6.2  坡印廷矢量                    190
7.7  时谐电磁场                    193
7.7.1  时谐电磁场的复数形式                    193
7.7.2  复数形式的麦克斯韦方程                    194
7.7.3  复介电常数与复磁导率                    196
7.7.4  时谐电磁场的波动方程                    197
7.7.5  时谐电磁场的位函数                    198
7.7.6  时谐电磁场的平均能量密度与平均能流密度矢量                    199
习题                    202
第三篇  电磁波的传播、传输与辐射
第8章  均匀平面波在无界媒质中传播                    206
8.1  均匀平面电磁波                    206
8.2  理想介质中的均匀平面波传播                    207
8.2.1  理想介质中的均匀平面波                    207
8.2.2  理想介质中均匀平面波的传播特性                    209
8.2.3  理想介质中沿任意方向的均匀平面波                    212
8.3  导电媒质中的均匀平面波传播                    215
8.3.1  导电媒质中的均匀平面波                    215
8.3.2  导电媒质中的均匀平面波的传播特性                    216
8.3.3  弱导电媒质中的均匀平面波                    217
8.3.4  强导电媒质中的均匀平面波                    218
8.3.5  趋肤深度和表面电阻                    219
8.4  电磁波的特性                    221
8.4.1  电磁波的极化                    222
8.4.2  电磁波的色散                    225
8.4.3  相速与群速                    225
习题                    228
第9章  电磁波的反射与折射                    230
9.1  平面电磁波在媒质界面上的反射和折射                    230
9.1.1  平面波的电场与磁场                    230
9.1.2  平面电磁波的反射和折射                    231
9.2  平面电磁波对媒质分界面的垂直入射                    232
9.2.1  对导电媒质分界面的垂直入射                    233
9.2.2  理想导体分界面的垂直入射                    235
9.2.3  理想介质分界面的垂直入射                    237
9.3  平面电磁波对多层媒质分界面的垂直入射                    242
9.3.1  多层媒质面上的电磁场量关系                    243
9.3.2  多层媒质的应用                    246
9.4  平面波对理想介质平面的斜入射                    248
9.4.1  反射定律和折射定律                    249
9.4.2  菲涅尔公式                    250
9.4.3  全反射与全透射                    254
9.5  平面波对理想导体平面的斜入射                    259
9.5.1  垂直极化波对理想导体平面的斜入射                    259
9.5.2  平行极化波对理想导体平面的斜入射                    261
9.6  平面波对导电媒质平面的斜入射                    263
习题                    265
第10章  导行电磁波与传输                    267
10.1  导行电磁波                    267
10.1.1  导波系统中的场方程                    268
10.1.2  TEM波、TE波及TM波                    270
10.1.3  TE波及TM波在波导中的传输特性                    272
10.2  双导体传输线系统及其传输特性                    272
10.2.1  传输线方程                    273
10.2.2  均匀传输线方程的解                    275
10.2.3  传输线特性参数和状态参量                    277
10.2.4  同轴线及其特性                    283
10.3  矩形规则金属波导系统及其传输特性                    285
10.3.1  矩形波导中的场分布                    286
10.3.2  矩形波导中的电磁波传输特性                    288
10.4  圆柱形规则金属波导系统及其特性                    290
10.4.1  圆柱形波导中的场分布                    290
10.4.2  圆柱形波导的传输特性                    292
习题                    294
第11章  电磁辐射与天线                    296
11.1  电偶极子与磁偶极子的辐射                    296
11.1.1  电偶极子的辐射                    296
11.1.2  磁偶极子的辐射                    300
11.2  天线的基本参数                    303
11.2.1  天线的方向性函数和方向性系数                    303
11.2.2  效率与增益                    306
11.2.3  天线的极化                    307
11.2.4  有效长度                    308
11.2.5  输入阻抗                    308
11.2.6  频带宽度                    309
11.3  线天线                    309
11.3.1  对称振子天线                    309
11.3.2  阵列天线                    312
11.4  面天线                    313
11.4.1  惠更斯元的辐射                    313
11.4.2  平面口径面的辐射                    315
11.4.3  抛物面天线                    316
11.4.4  卡塞格伦天线                    318
习题                    321
附录A  常用矢量运算                    323
附录B  常用物理常数                    326
参考文献                    327