電磁場與電磁波理論基礎(chǔ)

前言

　　自從19世紀中葉麥克斯韋建立了經(jīng)典電磁場理論以來，電磁技術(shù)的應(yīng)用帶來了以電氣化、有線和無線通信為標志的技術(shù)革命，對人類的活動產(chǎn)生了深遠的影響。在信息化時代的21世紀，為了支撐能源、交通、材料和信息等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的高度發(fā)展，我國已把電子科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域納入了國家發(fā)展計劃，涵蓋的學(xué)科包括：微電子技術(shù)、光電子技術(shù)、物理電子技術(shù)、電子材料與元器件和電磁場與微波技術(shù)等專業(yè)。而“電磁場與電磁波”課程是貫穿于電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域及波動光學(xué)的極為重要的基礎(chǔ)課，不僅具有理論性，且具有實用性；不僅是各學(xué)科的重要基礎(chǔ)，也是各學(xué)科專業(yè)之間的紐帶和橋梁。因此，在“電磁場與電磁波”本科教學(xué)中，為了提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習效率，培養(yǎng)國家和市場需要的高層次技術(shù)人才，有必要進行適應(yīng)不同專業(yè)和不同層次的“電磁場與電磁波”教材建設(shè)，著重解決的問題是切實加強基礎(chǔ)和教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)代化。當代科技發(fā)展日新月異，應(yīng)該根據(jù)前沿進展對“電磁場與電磁波”的教學(xué)提出新要求、充實新內(nèi)容。　　本書是深圳大學(xué)和成都理工大學(xué)電子信息工程國家級特色專業(yè)及精品課程建設(shè)成果之一，是教育部推進“質(zhì)量工程”的結(jié)果。本書體現(xiàn)了電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展的要求，教學(xué)內(nèi)容改革在繼承傳統(tǒng)電磁場理論教材的基礎(chǔ)上，從理論和實用角度出發(fā)，也注重反映出本學(xué)科領(lǐng)域的最新成果和發(fā)展方向。對于電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域不同層次和不同專業(yè)，本書除覆蓋本專業(yè)的核心知識領(lǐng)域和知識單元外，同時體現(xiàn)了反映21世紀電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域所需的新內(nèi)容。例如，本書把多層介質(zhì)薄膜的反射和透射（即光學(xué)薄膜設(shè)計的矩陣方法）、圓柱形介質(zhì)波導(dǎo)（即階躍型光纖）、電磁波在單軸各向異性介質(zhì)中的傳播及激光雷達的內(nèi)容和概念引入本科教材，這種做法對于后續(xù)課程的學(xué)習是十分有益的。

內(nèi)容概要

　　《電磁場與電磁波理論基礎(chǔ)》是作者多年來從事電磁場與電磁波課程教學(xué)成果的總結(jié)。全書共分11章：第1章是電磁場與電磁波的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)——矢量分析和場論；第2～4章為靜態(tài)場，包括靜電場、恒定電流與恒定電場、恒定電流的磁場；后7章為時變場，包括時變電磁場、無界空間平面電磁波的傳播、平面電磁波的反射與透射、電磁波在各向異性介質(zhì)中的傳播、傳輸線、電磁波在波導(dǎo)中的傳播和電磁波的輻射與接收。鑒于光電新技術(shù)的迅速發(fā)展，《電磁場與電磁波理論基礎(chǔ)》在取材的深度和廣度上充分考慮到現(xiàn)代前沿科學(xué)領(lǐng)域的知識內(nèi)容?！　　峨姶艌雠c電磁波理論基礎(chǔ)》內(nèi)容翔實，重點突出，概念清晰，數(shù)學(xué)推導(dǎo)嚴謹、層次分明，在內(nèi)容上作適當取舍可作為不同層次、不同電類專業(yè)和光電類專業(yè)的本科生教材，同時也可作為研究生的教學(xué)參考書。

書籍目錄

叢書序序前言第1章 矢量分析和場論基礎(chǔ)1.1 標量和矢量1.2 矢量的運算1.2.1 直角坐標系中矢量的表示1.2.2 矢量的運算1.3 標量場和矢量場1.4 特殊正交曲線坐標系1.4.1 直角坐標系1.4.2 圓柱坐標系1.4.3 球坐標系1.5 場論1.5.1 數(shù)量場的等值面和矢量場的矢1.5.2 標量場的梯度和方向?qū)?shù)1.5.3 矢量場的通量和散度1.5.4 矢量場的環(huán)量和旋度1.5.5 符號說明1.6 拉普拉斯算子1.7 電磁場的分類和亥姆霍茲定理習題第2章 靜電場2.1 庫侖定律和電場強度2.1.1 庫侖定律2.1.2 電場強度2.2 電位2.2.1 電位的定義2.2.2 點電荷的電位2.2.3 連續(xù)分布電荷的電位2.2.4 電場與電位的關(guān)系2.3 電偶極子的電場2.4 物質(zhì)的電特性2.4.1 介質(zhì)的極化及極化強度2.4.2 極化電荷產(chǎn)生的電位2.5 靜電場的基本方程2.5.1 靜電場的通量和散度2.5.2 靜電場的環(huán)量和旋度2.5.3 靜電場的基本方程2.6 泊松方程與拉普拉斯方程2.7 分界面的邊界條件2.7.1 D的法向分量2.7.2 E的切向分量2.7.3 靜電場邊界條件小結(jié)2.8 導(dǎo)體系統(tǒng)的電容2.8.1 兩導(dǎo)體電容2.8.2 部分電容2.9 電場能量2.9.1 電場能量2.9.2 能量密度2.10 靜電場邊值問題2.10.1 邊值問題的分類2.10.2 唯一性定理2.10.3 鏡像法2.10.4 分離變量法習題二第3章 恒定電流與恒定電場3.1 電流與電流密度3.1.1 電流強度的概念3.1.2 電流密度3.2 歐姆定律和焦耳定律3.2.1 材料的電導(dǎo)率3.2.2 歐姆定律3.2.3 電動勢3.2.4 電阻3.2.5 焦耳定律3.3 恒定電場的基本方程3.3.1 電流連續(xù)性方程3.3.2 恒定電場的基本方程3.4 恒定電場的邊界條件習題三第4章 恒定電流的磁場4.1 恒定磁場的實驗定律4.1.1 安培定律4.1.2 畢奧－薩伐爾定律4.2 恒定磁場的散度和通量4.2.1 磁通密度矢量的散度4.2.2 恒定磁場通量4.3 恒定磁場的環(huán)量和旋度4.3.1 環(huán)量4.3.2 旋度4.4 矢量磁位4.4.1 矢量磁位4.4.2 矢量泊松方程4.5 磁偶極子4.6 物質(zhì)的磁特性4.6.1 介質(zhì)的磁化和磁化強度4.6.2 介質(zhì)磁化產(chǎn)生的矢量磁位4.6.3 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定律4.7 恒定磁場的基本方程4.8 恒定磁場的邊界條件4.8.1 法向分量的邊界條件4.8.2 切向分量的邊界條件4.9 電感4.9.1 自感4.9.2 互感4.10 磁場能量習題四第5章 時變電磁場5.1 時變電磁場的環(huán)量和旋度及通量和散度5.1.1 法拉第電磁感應(yīng)定律——時變電場的環(huán)量和旋度5.1.2 全電流定律——時變磁場的環(huán)量和旋度5.1.3 時變電磁場的通量和散度5.2 時變電磁場的基本方程——麥克斯韋方程組和物質(zhì)方程5.3 介質(zhì)分界面上的邊界條件5.3.1 介質(zhì)分界面上的邊界條件5.3.2 理想介質(zhì)分界面上的邊界條件5.3.3 理想導(dǎo)體分界面上的邊界條件5.4 坡印亭定理和坡印亭矢量5.4.1 坡印亭定理5.4.2 坡印亭矢量5.5 波動方程5.5.1 無源導(dǎo)電介質(zhì)中的齊次波動方程5.5.2 無源理想介質(zhì)中的齊次波動方程5.5.3 有源理想介質(zhì)中的非齊次波動方程5.5.4 位函數(shù)波動方程5.6 時諧電磁場5.6.1 時諧量的復(fù)數(shù)表示5.6.2 麥克斯韋方程組的復(fù)數(shù)形式5.6.3 復(fù)數(shù)形式的物質(zhì)方程與邊界條件5.6.4 復(fù)坡印亭矢量和平均坡印亭矢量5.6.5 復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率5.6.6 復(fù)矢量波動方程——矢量亥姆霍茲方程5.7 電磁波譜5.7.1 波數(shù)、頻率和波長5.7.2 電磁波譜習題五第6章 無界空間平面電磁波的傳播6.1 理想介質(zhì)中的平面電磁波6.1.1 亥姆霍茲方程的平面波解6.1.2 理想介質(zhì)中均勻平面電磁波的基本特性6.1.3 平面電磁波的能量和能流密度6.2 有耗介質(zhì)和良導(dǎo)體中的平面電磁波6.2.1 有耗介質(zhì)中的平面電磁波6.2.2 良導(dǎo)體中的平面波6.3 波的極化6.3.1 線極化波6.3.2 圓極化波6.3.3 橢圓極化波習題六第7章 平面電磁波的反射與透射7.1 平面電磁波對分界平面的垂直入射7.1.1 理想介質(zhì)與理想導(dǎo)體分界平面的垂直入射7.1.2 理想介質(zhì)與理想介質(zhì)分界平面的垂直入射7.2 平面電磁波對理想介質(zhì)分界平面的斜入射7.2.1 垂直極化波7.2.2 平行極化波7.3 反射系數(shù)、透射系數(shù)隨入射角的變化特性7.3.1 全反射與倏逝波7.3.2 全透射7.3.3 反射系數(shù)和透射系數(shù)隨入射角變化的實例分析7.4 反射率和透射率7.5 平面電磁波在分層介質(zhì)中的反射和透射7.5.1 用法向阻抗、有效導(dǎo)納表達反射和透射系數(shù)7.5.2 單層介質(zhì)薄膜的反射和透射7.5.3 多層介質(zhì)薄膜的反射和透射習題七第8章 電磁波在各向異性介質(zhì)中的傳播8.1 晶體的介電張量和折射率橢球8.1.1 晶體的介電張量8.1.2 折射率橢球人8.1.3 折射率nc隨方向的變化8.2 光波在晶體中的傳播8.2.1 各向異性介質(zhì)中的單色平面波8.2.2 相速度和光線速度8.2.3 菲涅耳法線方程8.2.4 單軸晶體中光波的傳播特性8.2.5 單軸晶體中的折射率曲面和光波面8.3 光波在晶體表面的反射和透射8.3.1 光波在晶體表面上的反射和透射定律8.3.2 菲涅耳作圖法8.3.3 惠更斯作圖法習題八第9章 傳輸線9.1 傳輸線方程及其解9.1.1 傳輸線方程9.1.2 傳輸線方程的解9.2 無損耗傳輸線上的行駐波、反射系數(shù)與輸入阻抗9.2.1 行駐波9.2.2 反射系數(shù)9.2.3 輸入阻抗9.2.4 始端輸入阻抗9.2.5 均勻傳輸線的參數(shù)分布9.3 傳輸線的工作狀態(tài)分析9.3.1 短路線9.3.2 開路線9.3.3 匹配傳輸線9.3.4 阻抗負載傳輸線9.4 無損傳輸線的功率9.5 史密斯圓圖9.5.1 史密斯圓圖的參數(shù)方程9.5.2 史密斯圓圖的構(gòu)成9.5.3 阻抗圓圖的應(yīng)用習題九第10章 電磁波在波導(dǎo)中的傳播10.1 矩形金屬波導(dǎo)中的電磁波10.1.1 矩形波導(dǎo)橫截面內(nèi)場分量之間的關(guān)系10.1.2 矩形波導(dǎo)橫截面內(nèi)縱向場分量的解10.1.3 矩形波導(dǎo)中電磁波傳播的模式10.1.4 TE波和TM波10.1.5 矩形波導(dǎo)的傳輸特性10.1.6 矩形波導(dǎo)中的TE10模10.1.7 矩形波導(dǎo)的傳輸功率及尺寸選擇10.2 圓柱形金屬波導(dǎo)中的電磁波10.2.1 圓波導(dǎo)橫截面內(nèi)場分量之間的關(guān)系10.2.2 圓波導(dǎo)橫截面內(nèi)縱向場分量的解10.2.3 圓波導(dǎo)中電磁場傳播的模式10.2.4 圓波導(dǎo)的傳輸特性10.2.5 圓波導(dǎo)的三個主要傳輸模式10.3 圓柱形介質(zhì)波導(dǎo)——階躍型光纖10.3.1 光纖橫截面內(nèi)縱向場分量的解10.3.2 光纖中電磁場傳播的模式分類及本征值方程10.3.3 弱導(dǎo)光纖的截止特性10.3.4 弱導(dǎo)光纖的單模傳輸條件10.3.5 弱導(dǎo)光纖的主模習題十第11章 電磁波的輻射與接收11.1 位函數(shù)波動方程的解——滯后位11.2 基本振子的輻射11.2.1 電基本振子11.2.2 磁基本振子11.3 天線的輻射特性11.4 對稱振子天線與天線陣的概念11.4.1 對稱振子天線11.4.2 天線陣的概念11.4.3 均勻直線式天線陣11.5 接收天線的有效面積11.6 雷達的概念11.6.1 微波雷達11.6.2 激光雷達習題十附錄附錄A 符號、物理量及單位附錄B 常用材料的電磁常數(shù)附錄C 基本物理常數(shù)和基本國際單位附錄D 常用矢量恒等式附錄E 貝塞爾函數(shù)和勒讓德函數(shù)參考文獻

編輯推薦

　　《電磁場與電磁波理論基礎(chǔ)》特點：論述由表及里、由淺入深，系統(tǒng)講解電磁場與電磁波基礎(chǔ)理論。數(shù)學(xué)描述嚴謹而完整，概念清晰，內(nèi)容層次分明，易于自學(xué)。內(nèi)容反映教學(xué)改革成果.安排合理，教材體現(xiàn)立體化，學(xué)生易于接受。取材在深度和廣度上充分反映現(xiàn)代前沿科學(xué)領(lǐng)域的知識內(nèi)容?！峨姶艌雠c電磁波理論基礎(chǔ)》配有習題解答并贈送電子課件

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