工程電磁場與電磁波

前言

工程電磁場與電磁波是電子信息和通信等專業(yè)本科生必修的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課。在高等數(shù)學(xué)、普通物理中的電磁學(xué)和電路課程的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)本課程，將使學(xué)生對宏觀電磁場和電磁波的基本規(guī)律有更深入和完整的理解，具備定量計(jì)算簡單X-程電磁問題的能力，建立場和路的統(tǒng)一認(rèn)識。本課程也為學(xué)習(xí)微波技術(shù)、高等電磁理論等專業(yè)課程或從事電磁X-程研究準(zhǔn)備必要的知識基礎(chǔ)。在本書中，編者結(jié)合多年的電磁場課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以及從事電磁場應(yīng)用研究的體會，從學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握知識的規(guī)律出發(fā)，從便于讀者自學(xué)和查閱資料的角度考慮，研究了多本國內(nèi)外教材的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，對全書內(nèi)容和章節(jié)進(jìn)行了精心安排，在繼承傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了革新，本書在體系上與多數(shù)教材有所不同。作為技術(shù)基礎(chǔ)課程教材，本書對涉及的概念、原理、定律及專業(yè)名詞均給出了明確的物理定義和說明，以及相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。本書以電磁學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)為起點(diǎn)，首先討論了電磁學(xué)遵循的普遍規(guī)律——麥克斯韋方程組及媒質(zhì)的電磁性質(zhì)；然后分別對靜態(tài)場和時(shí)變場進(jìn)行分析。如在靜態(tài)場分析中，將靜電場、恒定電場和恒定磁場歸納在一章中，既討論了他們的對偶性，又分析了它們各自的特殊性，同時(shí)討論了靜態(tài)場遵循的普遍規(guī)律。對靜態(tài)場邊值問題的經(jīng)典解法給出了詳細(xì)介紹。本書中包含了大量精心編排的例題，這些例題不僅增強(qiáng)了學(xué)生對所學(xué)知識的理解，而且有助于提高學(xué)生分析問題和解決典型電磁問題的能力。本書的習(xí)題解答等內(nèi)容編入與之配套的教學(xué)輔導(dǎo)書，將于2006年出版。參加本書編寫的有西北2~-業(yè)大學(xué)丁君、陳國瑞、郭陳江、李春暉同志，由丁君主編。本書編寫中得到了西北2T_業(yè)大學(xué)教務(wù)處的大力支持，及西北工業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院同仁的關(guān)心和幫助，在此表示感謝。本書承蒙西安電子科技大學(xué)梁昌洪教授和西安交通大學(xué)傅君眉教授對書稿進(jìn)行了仔細(xì)審閱，并提出了很多寶貴意見和建議，在此表i-7,,衷心感謝。此外，李建周老師、李潔老師，及王珺、楊麗娜、陳志亮等碩士研究生在書稿的打印和插圖繪制方面給予的大力幫助，在此一并表示感謝。感謝高等教育出版社對本書出版的全力支持。

內(nèi)容概要

　　《工程電磁場與電磁波》具體內(nèi)容為第一章矢量分析、第二章電磁學(xué)基本理論、第三章媒質(zhì)的電磁性質(zhì)和邊界條件、第四章靜態(tài)場分析、第五章場論和路論的關(guān)系、第六章平面電磁波、第七章規(guī)則波導(dǎo)和空腔諧振器、第八章電磁波的輻射。“電磁場與電磁波”是電子信息和通信等專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課。《工程電磁場與電磁波》就是為這門課程編寫的教材（參考學(xué)時(shí)76學(xué)時(shí)）?！豆こ屉姶艌雠c電磁波》由西北工業(yè)大學(xué)具有豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的教師編寫，在章節(jié)編排上與多數(shù)教材中采用的傳統(tǒng)模式有所不同，先建立電磁學(xué)的基本理論——麥克斯韋方程，再分別對靜態(tài)場和時(shí)變場進(jìn)行討論。書中對靜電場、恒定電場和恒定磁場的知識沒有分章編寫，而是歸納在“第四章靜態(tài)場分析”中，進(jìn)行共性和個(gè)性的總結(jié)，以免與普通物理學(xué)重復(fù)。靜態(tài)場問題主要突出邊值問題的求解方法，尤其對鏡像法和分離變量法的介紹相當(dāng)詳盡?！豆こ屉姶艌雠c電磁波》側(cè)重于時(shí)變場的分析，對均勻平面波的傳播規(guī)律、極化特性、能量傳遞關(guān)系、反射和折射規(guī)律等進(jìn)行了詳細(xì)討論，并盡量結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)例。　　《工程電磁場與電磁波》可供普通高等學(xué)校電子信息、通信等專業(yè)作為“電磁場與電磁波”課程的教材使用，也可供有關(guān)工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章 矢量分析 §1.1矢量的概念 1.1.1標(biāo)量 1.1.2矢量 §1.2矢量運(yùn)算 1.2.1矢量加法 1.2.2矢量減法 1.2.3標(biāo)量和矢量的乘積 1.2.4兩矢量的標(biāo)量積 1.2.5兩矢量的矢量積 1.2.6三矢量的乘積 §1.3矢量微分元 1.3.1直角坐標(biāo)系 1.3.2圓柱坐標(biāo)系 1.3.3球坐標(biāo)系 1.3.4廣義正交曲線坐標(biāo)系 §1.4矢量在不同坐標(biāo)系中的變換 1.4.1圓柱坐標(biāo)系與直角坐標(biāo)系問的變換 1.4.2球坐標(biāo)系與直角坐標(biāo)系間的變換 §1.5標(biāo)量場的梯度 1.5.1標(biāo)量場的等值面 1.5.2標(biāo)量場的梯度 §1.6矢量場的散度 1.6.1矢量場的矢線 1.6.2通量 1.6.3矢量場的散度 1.6.4散度定理 §1.7矢量場的旋度 1.7.1矢量場的環(huán)量 1.7.2矢量場的旋度 1.7.3斯托克斯定理 §1.8重要矢量恒等式 1.8.1兩個(gè)零恒等式 1.8.2拉普拉斯算子 1.8.3常用的矢量恒等式 習(xí)題 第2章 電磁學(xué)基本理論 §2.1電場的基本物理量 2.1.1電場強(qiáng)度 2.1.2電位 §2.2磁場的基本物理量 2.2.1磁感應(yīng)強(qiáng)度 2.2.2矢量磁位 §2.3安培環(huán)路定律 2.3.1安培環(huán)路定律 2.3.2位移電流 2.3.3全電流定律 §2.4法拉第電磁感應(yīng)定律__ 2.4.1法拉第電磁感應(yīng)定律 2.4.2法拉第電磁感應(yīng)定律的推廣 §2.5電流連續(xù)性方程 §2.6高斯定律 2.6.1電場的高斯定律 2.6.2磁場的高斯定律 §2.7麥克斯韋方程組的積分形式 §2.8麥克斯韋方程組的微分形式 習(xí)題 第3章 媒質(zhì)的電磁性質(zhì)和邊界條件 §3.1電場中的導(dǎo)體 3.1.1靜電場中的導(dǎo)體 3.1.2恒定電場中的導(dǎo)體 3.1.3電導(dǎo)率 §3.2電場中的電介質(zhì) 3.2.1電介質(zhì)的極化 3.2.2束縛電荷 3.2.3電位移矢量 §3.3磁場中的磁介質(zhì) 3.3.1物質(zhì)的磁化 3.3.2磁場強(qiáng)度 3.3.3磁介質(zhì)的分類 §3.4媒質(zhì)中的麥克斯韋方程組 §3.5電磁場的邊界條件 3.5.1電場法向分量的邊界條件 3.5.2電場切向分量的邊界條件 3.5.3標(biāo)量電位的邊界條件 3.5.4磁場法向分量的邊界條件 3.5.5磁場切向分量的邊界條件 3.5.6矢量磁位的邊界條件 3.5.7標(biāo)量磁位的邊界條件 3.5.8電流密度的邊界條件 習(xí)題 第4章 靜態(tài)場分析 §4.1靜態(tài)場特性 4.1.1靜態(tài)場的麥克斯韋方程 4.1.2靜電場基本方程 4.1.3恒定電場基本方程 4.1.4恒定磁場基本方程 §4.2泊松方程和拉普拉斯方程 4.2.1靜電場的泊松方程和拉普拉斯方程 4.2.2恒定電場的拉普拉斯方程 4.2.3恒定磁場的矢量泊松方程 §4.3靜態(tài)場的重要原理和定理 4.3.1對偶原理 4.3.2疊加原理 4.3.3惟一性定理 §4.4鏡像法 4.4.1點(diǎn)電荷對無限大接地導(dǎo)體平面的鏡像 4.4.2線電荷對無限大接地導(dǎo)體平面的鏡像 4.4.3點(diǎn)電荷對無限大介質(zhì)平面的鏡像 4.4.4線電流對無限大磁介質(zhì)平面的鏡像 4.4.5點(diǎn)電荷對半無限大接地導(dǎo)體角域的鏡像 4.4.6點(diǎn)電荷對導(dǎo)體球面的鏡像 4.4.7線電荷對導(dǎo)體圓柱面的鏡像 4.4.8帶有等量異號電荷的平行長直導(dǎo)體圓柱間的鏡像 §4.5分離變量法 4.5.1直角坐標(biāo)系中的分離變量法 4.5.2圓柱坐標(biāo)系中的分離變量法 4.5.3球坐標(biāo)系中的分離變量法 §4.6復(fù)變函數(shù)法 4.6.1復(fù)變函數(shù)的性質(zhì) 4.6.2復(fù)變函數(shù)法 4.6.3保角變換法 習(xí)題 第5章 場論和路論的關(guān)系 §5.1引言 §5.2電阻 5.2.1歐姆定律 5.2.2焦耳定律 5.2.3電阻的計(jì)算 §5.3電容 5.3.1雙導(dǎo)體的電容 5.3.2部分電容 §5.4電感 5.4.1自感 5.4.2互感 §5.5基爾霍夫定律和麥克斯韋方程 5.5.1基爾霍夫電流定律 5.5.2基爾霍夫電壓定律 習(xí)題 …… 第6章 平面電磁波 第7章 規(guī)則波導(dǎo)和空腔諧振器 第8章 電磁波的輻射 附錄一 符號表 附錄二 國際單位制（SI） 索引 參考書目

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   第8章 電磁波的輻射 §8.1 引言 第六章和第七章分別討論了均勻平面電磁波在自由空間及不同媒質(zhì)界面上的傳播特性，以及電磁波在波導(dǎo)系統(tǒng)中的傳播規(guī)律，但這些討論中均未涉及電磁波的來源，這正是本章所要研究的問題。 電磁能量脫離波源的束縛，向空間傳播的現(xiàn)象稱為電磁輻射。電磁輻射是一種客觀存在的物理現(xiàn)象，對于無線通信、導(dǎo)航和雷達(dá)而言，電磁輻射是極其重要的，需要充分地加以利用；而在某些電子系統(tǒng)中，由于存在電磁輻射或無線電泄漏會影響到其他設(shè)備或系統(tǒng)的正常工作，這時(shí)電磁輻射變成了一種有害的電磁干擾，需要對其進(jìn)行必要的限制。一般情況下，電磁輻射對人體和生物體有一定的危害，需要加以防護(hù)，而受控的電磁輻射卻可以用于醫(yī)療和生物工程中。總之，對電磁輻射的研究是十分有意義的。 產(chǎn)生電磁輻射應(yīng)具備以下條件： 1.必須存在時(shí)變源，時(shí)變源可以是時(shí)變的電荷源，時(shí)變的電流源，或時(shí)變的電磁場。為了有效地產(chǎn)生電磁輻射，時(shí)變源的頻率應(yīng)足夠高，更確切地說，輻射系統(tǒng)的尺寸大小能和電磁波波長比擬時(shí)，才有可能產(chǎn)生明顯的輻射效應(yīng)。 2.波源電路必須開放。源電路的結(jié)構(gòu)方式對輻射強(qiáng)弱有極大的影響。封閉的電路結(jié)構(gòu)，如諧振腔是不會產(chǎn)生輻射的。源電路越開放輻射越強(qiáng)。 所示電路中，電場主要集中在電容器中，磁場主要集中在線圈中，這只是一種振蕩電路，不能構(gòu)成高效電磁輻射器。如圖8.2所示電路結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中電場和磁場分布在同一空間，電場和磁場間可以直接相互轉(zhuǎn)換，形成向遠(yuǎn)處傳播的電磁波。 幾乎所有的電磁輻射器，即天線，都是開放式結(jié)構(gòu)。天線是實(shí)現(xiàn)導(dǎo)波和自由空間電磁波之間過渡和匹配的電磁結(jié)構(gòu)，也就是說天線是一種能量轉(zhuǎn)換器和匹配裝置。 本章主要研究電偶極子、磁偶極子和對稱振子三種基本輻射單元的輻射特性。并討論如何應(yīng)用這些輻射單元構(gòu)成基本工程天線的方法，分析二元陣及線性直線陣的輻射特性。

編輯推薦

《高等學(xué)校教材:工程電磁場與電磁波》側(cè)重于時(shí)變場的分析，對均勻平面波的傳播規(guī)律、極化特性、能量傳遞關(guān)系、反射和折射規(guī)律等進(jìn)行了詳細(xì)討論，并盡量結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)例。《高等學(xué)校教材:工程電磁場與電磁波》可供普通高等學(xué)校電子信息、通信等專業(yè)作為“電磁場與電磁波”課程的教材使用，也可供有關(guān)工程技術(shù)人員參考。

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