電磁場(chǎng)與電磁波理論

前言

　　本書(shū)汲取了南京郵電大學(xué)電磁場(chǎng)類課程教學(xué)組長(zhǎng)期從事本科教學(xué)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在第一版的基礎(chǔ)上修訂而成，書(shū)中內(nèi)容非常適合電子信息類專業(yè)的本科生，也可供其他專業(yè)學(xué)生或工程技術(shù)人員參考。　　本書(shū)第一版一直作為南京郵電大學(xué)通信工程、電子信息工程以及電磁場(chǎng)與無(wú)線技術(shù)專業(yè)本科生的教材。根據(jù)幾年來(lái)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，本次再版做了如下修訂：在第1章中加強(qiáng)場(chǎng)的概念；對(duì)第2章的部分內(nèi)容進(jìn)行整編，增強(qiáng)其系統(tǒng)性；在第3章重點(diǎn)對(duì)分離變量法進(jìn)行修改，使得學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)更容易；在第6章對(duì)均勻平面波在理想介質(zhì)中的傳播內(nèi)容進(jìn)行全面的調(diào)整和更新，使其更實(shí)用。　　由于編者水平有限，書(shū)中的錯(cuò)誤乃至不當(dāng)之處在所難免，敬請(qǐng)讀者不吝指正。

內(nèi)容概要

　　《電磁場(chǎng)與電磁波理論（第2版）》對(duì)電磁場(chǎng)與電磁波理論作了系統(tǒng)、全面、深入淺出的論述。全書(shū)共分為8章，內(nèi)容包括矢量分析與場(chǎng)論、宏觀電磁現(xiàn)象的基本定律、靜電場(chǎng)及其邊值問(wèn)題的解法、恒定電場(chǎng)與恒定磁場(chǎng)、電磁波的輻射、均勻平面波的傳播、均勻波導(dǎo)中的導(dǎo)行電磁波、均勻傳輸線中的導(dǎo)行電磁波?！峨姶艌?chǎng)與電磁波理論（第2版）》采用“演繹法”組織教材內(nèi)容，使得電磁波部分的內(nèi)容占了全書(shū)的一半以上?！　　峨姶艌?chǎng)與電磁波理論（第2版）》可作為高等院校電子信息類專業(yè)的本科生教材，也可供其他專業(yè)學(xué)生或工程技術(shù)人員參考。

書(shū)籍目錄

第二版前言第一版前言主要物理量的符號(hào)、單位和量綱第1章　矢量分析與場(chǎng)論1.1　矢量的代數(shù)運(yùn)算1.1.1　矢量及其表示法1.1.2　矢量的代數(shù)運(yùn)算1.2　場(chǎng)的微分運(yùn)算1.2.1　場(chǎng)的基本概念1.2.2　標(biāo)量場(chǎng)的方向?qū)?shù)和梯度1.2.3　矢量場(chǎng)的通量和散度1.2.4　矢量場(chǎng)的環(huán)量和旋度1.2.5　梯度、散度、旋度的比較1.3　矢量的恒等式和基本定理1.3.1　三個(gè)重要的恒等式1.3.2　矢量場(chǎng)的基本定理1.4　常用正交曲線坐標(biāo)系1.4.1　三種常用的正交曲線坐標(biāo)系1.4.2　三種常用坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換1.4.3　三種坐標(biāo)系中的梯度、散度、旋度和拉普拉斯展開(kāi)式習(xí)題第2章　宏觀電磁現(xiàn)象的基本定律2.1　基本電磁物理量2.1.1　電荷密度2.1.2　電場(chǎng)強(qiáng)度2.1.3　電極化強(qiáng)度2.1.4　電位移2.1.5　電流密度2.1.6　磁感應(yīng)強(qiáng)度2.1.7　磁化強(qiáng)度2.1.8　磁場(chǎng)強(qiáng)度2.2　電磁場(chǎng)基本定律2.2.1　庫(kù)侖定律2.2.2　環(huán)量定律和高斯定律2.2.3　安培定律與畢奧-薩伐爾定律2.2.4　磁通連續(xù)性定律和安培環(huán)路定律2.2.5　法拉第電磁感應(yīng)定律2.2.6　電荷守恒定律2.3　麥克斯韋方程組2.3.1　麥克斯韋的兩個(gè)假設(shè)2.3.2　麥克斯韋方程組的積分形式2.3.3　麥克斯韋方程組的微分形式2.4　時(shí)變電磁場(chǎng)的邊界條件2.4.1　邊界條件的一般形式2.4.2　邊界條件的三種常用形式習(xí)題第3章　靜電場(chǎng)及其邊值問(wèn)題的解法3.1　靜電場(chǎng)的基本方程與邊界條件3.1.1　靜電場(chǎng)的基本方程3.1.2　靜電場(chǎng)的邊界條件3.2　電位及其電位方程3.2.1　電位和電位梯度3.2.2　電位的微分方程和邊界條件3.3　靜電場(chǎng)的能量和導(dǎo)體的電容3.3.1　靜電場(chǎng)的能量和能量密度3.3.2　導(dǎo)體系統(tǒng)的電容3.4　靜電場(chǎng)邊值問(wèn)題的分類以及唯一性定理3.4.1　靜電場(chǎng)邊值問(wèn)題的分類3.4.2　靜電場(chǎng)唯一性定理3.5　直接積分法3.6　分離變量法3.6.1　直角坐標(biāo)系中的分離變量法3.6.2　圓柱坐標(biāo)系中的分離變量法3.6.3　球面坐標(biāo)系中的分離變量法3.7　鏡像法3.7.1　點(diǎn)電荷關(guān)于無(wú)限大導(dǎo)體平面的鏡像法3.7.2　點(diǎn)電荷關(guān)于導(dǎo)體球面的鏡像法3.7.3　點(diǎn)電荷關(guān)于無(wú)限大介質(zhì)平面的鏡像法3.7.4　線電荷關(guān)于無(wú)限長(zhǎng)圓柱導(dǎo)體面的鏡像法3.8　靜電場(chǎng)的數(shù)值解法3.8.1　有限差分法3.8.2　矩量法習(xí)題第4章　恒定電場(chǎng)與恒定磁場(chǎng)4.1　恒定電場(chǎng)的基本方程與邊界條件4.1.1　恒定電場(chǎng)的基本方程4.1.2　恒定電場(chǎng)的邊界條件4.2　恒定電場(chǎng)的電位與靜電比擬法4.2.1　恒定電場(chǎng)的電位4.2.2　恒定電場(chǎng)的功率損耗與電容器的漏電導(dǎo)4.2.3　靜電比擬法4.3　恒定磁場(chǎng)的基本方程與邊界條件4.3.1　恒定磁場(chǎng)的基本方程4.3.2　恒定磁場(chǎng)的邊界條件4.4　矢量磁位和標(biāo)量磁位4.4.1　恒定磁場(chǎng)的矢量磁位4.4.2　恒定磁場(chǎng)的標(biāo)量磁位4.5　恒定磁場(chǎng)的能量和載流回路的電感4.5.1　恒定磁場(chǎng)的能量和能量密度4.5.2　載流回路的電感習(xí)題第5章　電磁波的輻射5.1　時(shí)諧電磁場(chǎng)5.1.1　基本場(chǎng)量的復(fù)數(shù)表示式5.1.2　電磁場(chǎng)基本方程的復(fù)數(shù)形式5.1.3　電磁場(chǎng)邊界條件的復(fù)數(shù)形式5.1.4　復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率5.2　矢量磁位和標(biāo)量電位5.2.1　矢量磁位和標(biāo)量電位的定義5.2.2　矢量磁位和標(biāo)量電位的達(dá)朗貝爾方程5.2.3　矢量磁位和標(biāo)量電位的積分表示式5.2.4　時(shí)諧電磁場(chǎng)的矢量磁位和標(biāo)量電位5.3　坡印亭定理與坡印亭矢量5.3.1　時(shí)變電磁場(chǎng)的坡印亭定理與坡印亭矢量5.3.2　時(shí)諧電磁場(chǎng)的坡印亭定理與復(fù)坡印亭矢量5.4　電基本振子和磁基本振子5.4.1　電基本振子的輻射場(chǎng)5.4.2　磁基本振子的輻射場(chǎng)5.5　對(duì)稱天線5.5.1　對(duì)稱天線的輻射場(chǎng)5.5.2　對(duì)稱半波天線5.6　均勻直線式天線陣的輻射5.6.1　均勻直線式天線陣的輻射場(chǎng)5.6.2　均勻直線式邊射陣和端射陣5.7　惠更斯元的輻射5.7.1　閉合面積場(chǎng)源的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)5.7.2　矩形惠更斯元5.7.3　圓形惠更斯元習(xí)題第6章　均勻平面波的傳播6.1　均勻平面波在理想介質(zhì)中的傳播6.1.1　沿著+z軸方向傳播的均勻平面波6.1.2　沿任意方向傳播的均勻平面波6.2　均勻平面波在導(dǎo)電媒質(zhì)中的傳播6.2.1　導(dǎo)電媒質(zhì)中均勻平面波的電磁場(chǎng)6.2.2　均勻平面波在弱導(dǎo)電媒質(zhì)中的傳播6.2.3　均勻平面波在良導(dǎo)電媒質(zhì)中的傳播6.3　均勻平面波對(duì)不同媒質(zhì)分界面的垂直入射6.3.1　均勻平面波對(duì)介質(zhì)平面的垂直入射6.3.2　均勻平面波對(duì)導(dǎo)體平面的垂直入射6.3.3　均勻平面波對(duì)多層媒質(zhì)分界面的垂直入射6.4　均勻平面波對(duì)不同媒質(zhì)分界面的斜入射6.4.1　均勻平面波對(duì)介質(zhì)平面的斜入射6.4.2　均勻平面波對(duì)導(dǎo)體平面的斜入射習(xí)題第7章　均勻波導(dǎo)中的導(dǎo)行電磁波7.1　導(dǎo)行電磁波的一般分析方法7.1.1　橫向場(chǎng)和縱向場(chǎng)的亥姆霍茲方程7.1.2　用縱向場(chǎng)表示的橫向場(chǎng)7.1.3　傳播模式及其傳播特性7.2　矩形波導(dǎo)中的導(dǎo)行電磁波7.2.1　直角坐標(biāo)系中標(biāo)量亥姆霍茲方程的通解7.2.2　矩形波導(dǎo)中導(dǎo)行電磁波的傳播模式7.2.3　矩形波導(dǎo)中導(dǎo)行電磁波的傳播特性7.2.4　矩形波導(dǎo)中若干常用傳播模式的場(chǎng)結(jié)構(gòu)7.3　圓形波導(dǎo)中的導(dǎo)行電磁波7.3.1　圓柱坐標(biāo)系中標(biāo)量亥姆霍茲方程的通解7.3.2　圓柱形波導(dǎo)中導(dǎo)行電磁波的傳播模式7.3.3　圓形波導(dǎo)中導(dǎo)行電磁波的傳播特性7.3.4　圓形波導(dǎo)中若干常用傳播模式的場(chǎng)結(jié)構(gòu)7.4　傳輸功率與傳輸損耗7.4.1　傳輸功率7.4.2　管壁電流7.4.3　傳輸損耗7.5　同軸線中的導(dǎo)行電磁波7.5.1　同軸線中的主模7.5.2　同軸線中的高次模7.6　光導(dǎo)纖維中的導(dǎo)行電磁波7.6.1　光導(dǎo)纖維中導(dǎo)行波的特征方程7.6.2　光導(dǎo)纖維中的傳播模式及其截止條件習(xí)題第8章　均勻傳輸線中的導(dǎo)行電磁波8.1　均勻傳輸線中導(dǎo)行電磁波的傳播模式8.1.1　均勻傳輸線中的主模8.1.2　均勻傳輸線中的高次模8.2　均勻傳輸線的基本方程及其穩(wěn)態(tài)解8.2.1　均勻傳輸線的分布參數(shù)及其等效電路8.2.2　均勻傳輸線的基本方程8.2.3　均勻傳輸線基本方程的穩(wěn)態(tài)解8.2.4　均勻傳輸線基本方程穩(wěn)態(tài)解的不同表示形式8.3　均勻傳輸線的特征參數(shù)8.3.1　特性阻抗8.3.2　傳播常數(shù)8.4　均勻傳輸線的等效阻抗和反射系數(shù)8.4.1　等效阻抗8.4.2　反射系數(shù)8.4.3　等效阻抗與反射系數(shù)的關(guān)系8.5　無(wú)耗均勻傳輸線8.5.1　終端接任意負(fù)載時(shí)的無(wú)耗均勻傳輸線8.5.2　無(wú)耗均勻傳輸線上的行波8.5.3　無(wú)耗均勻傳輸線上的駐波8.6　史密斯圓圖8.6.1　復(fù)平面上的反射系數(shù)圓8.6.2　阻抗圓圖8.6.3　導(dǎo)納圓圖習(xí)題參考文獻(xiàn)附錄常用的矢量公式常用導(dǎo)體材料的參數(shù)常用介質(zhì)材料的參數(shù)常用的物理常數(shù)部分習(xí)題答案

章節(jié)摘錄

　　百則終止迭代而將第N次的迭代結(jié)果取為邊值問(wèn)題的最終數(shù)值解?！　〉匠蹋?.8.12）和方程（3.8.13）都是按照正方形來(lái)剖分場(chǎng)域，即均勻剖分情況下得到的。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)也需要采用非均勻的剖分方式，那時(shí)的迭代方程將有所不同。此外，對(duì)于邊界上的節(jié)點(diǎn)而言，如果是第一類邊界條件，即給出了邊界上電位，那么就可以直接利用該電位值，不用迭代求解了。但是如果邊界條件給出的不是邊界上的電位，而是電位的法向?qū)?shù)，那么邊界上的電位不僅需要迭代求解，而且迭代的方程也要由邊界條件來(lái)確定。關(guān)于這些內(nèi)容，可以參考相關(guān)的電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方面的教材?！　±糜邢薏罘址ㄇ蠼忪o電場(chǎng)邊值問(wèn)題中電位所滿足的泊松方程或拉普拉斯方程，最終得到的將是場(chǎng)域空間內(nèi)諸多離散點(diǎn)上的電位值。如果還需要求其他的物理量（如電場(chǎng)、電容、儲(chǔ)能等），還必須進(jìn)行相應(yīng)的差分計(jì)算?！　?.8.2 矩量法　　矩量法也是一種將連續(xù)方程離散化成代數(shù)方程組的方法。它既適用于求解微分方程，又適用于求解積分方程。只是由于已經(jīng)有了有效的數(shù)值方法求解微分方程，所以矩量法大都用來(lái)求解積分方程，尤其是求解邊界條件已經(jīng)包含在內(nèi)的積分方程。矩量法和有限差分法相比最大的不同在于所需要進(jìn)行剖分和分析的區(qū)域是不同的。對(duì)矩量法而言，需要進(jìn)行剖分和分析的區(qū)域僅限于所討論的問(wèn)題的邊界；而對(duì)有限差分法而言，必須對(duì)整個(gè)場(chǎng)域空間進(jìn)行剖分和差分計(jì)算。在很多邊值問(wèn)題中，邊界剖分所占用的計(jì)算機(jī)內(nèi)存往往比場(chǎng)域剖分所占用的內(nèi)存少得多，這是矩量法相對(duì)于有限差分法的一大優(yōu)點(diǎn)。但是，當(dāng)物體的材料不均勻或物體的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時(shí)，用有限差分法分析卻往往比用矩量法分析來(lái)得簡(jiǎn)便。　　矩量法的基本概念　　矩量法就是通過(guò)選取適當(dāng)?shù)恼归_(kāi)函數(shù)（基函數(shù)）和權(quán)重函數(shù)（測(cè)試函數(shù)）將各種線性算子方程（積分方程、微分方程、差分方程等）化為矩陣方程進(jìn)行求解。由于在求解過(guò)程中，需要計(jì)算廣義矩量，故此稱為矩量法。利用矩量法求解算子方程的基本步驟可以分為三步，即離散化、取樣檢驗(yàn)和矩陣求逆。

編輯推薦

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