電磁場理論基礎(chǔ)

內(nèi)容概要

　　柯亨玉等編著的《電磁場理論基礎(chǔ)(第2版)》系統(tǒng)介紹了宏觀電磁場的基本理論及應(yīng)用。內(nèi)容包括電磁場理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、宏觀電磁場的實(shí)驗(yàn)定律和麥克斯韋方程、靜態(tài)電磁場基本問題及其求解方法、時變電磁場基本問題及分析方法、電磁波的輻射與天線概念、電磁波的傳播理論基礎(chǔ)、導(dǎo)行電磁波基礎(chǔ)理論和電磁場的數(shù)值分析方法簡介。此外，為了使讀者對電磁場與電磁波的應(yīng)用有所了解，在介紹電磁場和電磁波基礎(chǔ)理論的同時，分別介紹了電磁波的頻譜結(jié)構(gòu)、雷達(dá)的基本概念、相控陣天線概念、衛(wèi)星定位(GPS)技術(shù)理論基礎(chǔ)、光纖通信等內(nèi)容?！　　峨姶艌隼碚摶A(chǔ)(第2版)》可作為高等學(xué)校電子與通信類專業(yè)的教材，亦可作為從事相關(guān)領(lǐng)域科技工作者的參考書。

作者簡介

柯亨玉，理學(xué)博士，武漢大學(xué)電子信息學(xué)院教授。長期從事電波傳播與天線、無線電海洋遙感技術(shù)等領(lǐng)域的教學(xué)與研究工作。歷任國家“863”計(jì)劃海洋監(jiān)測技術(shù)專家組專家、《電波科學(xué)學(xué)報(bào)》編委、《電子學(xué)報(bào)》編委、教育部高等學(xué)校電子電氣基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會委員、中國電子學(xué)會電波傳播分會副主任、湖北省科技發(fā)展咨詢專家等職。先后主持國家自然科學(xué)基金、國家“863”計(jì)劃重大項(xiàng)目、國防重點(diǎn)預(yù)先研究等方面的科研項(xiàng)目12項(xiàng)；主持“電磁場理論”國家精品課程等教學(xué)改革與研究項(xiàng)目6項(xiàng)；發(fā)表科研論文65篇；曾獲得國家教育部科技進(jìn)步一等獎一項(xiàng)、二等獎一項(xiàng)、三等獎一項(xiàng)。

書籍目錄

第1章 矢量分析與場論基礎(chǔ)  1.1 正交曲線坐標(biāo)系  1.1.1 正交曲線坐標(biāo)  1.1.2 正交曲線坐標(biāo)的變換  1.1.3 空間曲線段的弧長  1.2 矢量及其運(yùn)算  1.2.1 矢量的分量表示  1.2.2 矢量代數(shù)運(yùn)算  1.2.3 矢量微分運(yùn)算  1.3 標(biāo)量場及其梯度  1.3.1 場的概念  1.3.2 標(biāo)量場的等值面  1.3.3 方向?qū)?shù)  1.3.4 標(biāo)量場的梯度  1.3.5 梯度運(yùn)算的基本公式  1.3.6 正交曲線坐標(biāo)系中梯度的表達(dá)式  1.4 矢量場及其散度  1.4.1 矢量場與矢量線  1.4.2 矢量場的通量  1.4.3 矢量場的散度與通量源  1.4.4 體積分的高斯定理  1.4.5 散度的有關(guān)公式  1.5 矢量場的旋度  1.5.1 矢量場的環(huán)量  1.5.2 矢量場的旋度與旋渦源  1.5.3 面積分的斯托克斯定理  1.5.4 旋度的有關(guān)公式  1.6 矢量場的亥姆霍茲定理  1.6.1 亥姆霍茲定理  1.6.2 d函數(shù)及其性質(zhì)  1.6.3 亥姆霍茲定理的證明  本章小結(jié)  思考與練習(xí) 第2章 宏觀電磁場理論基礎(chǔ)  2.1 電荷與電流  2.1.1 電荷與電荷密度  2.1.2 電流與電流密度  2.1.3 電荷守恒定律  2.2 靜電場  2.2.1 庫侖定律  2.2.2 電場與電場強(qiáng)度  2.2.3 靜電場的基本性質(zhì)  2.3 恒定電流的磁場  2.3.1 安培定律  2.3.2 畢奧-薩伐爾定律  2.3.3 磁感應(yīng)強(qiáng)度的基本性質(zhì)  2.4 麥克斯韋方程組  2.4.1 法拉第電磁感應(yīng)定律  2.4.2 位移電流  2.4.3 麥克斯韋方程組  2.4.4 電磁場對帶電粒子的作用力  2.5 介質(zhì)的電磁特性  2.5.1 介質(zhì)的基本概念  2.5.2 介質(zhì)的極化與束縛電荷  2.5.3 電位移矢量的高斯定理  2.5.4 介質(zhì)的磁化與磁化電流  2.5.5 介質(zhì)中的畢奧-薩伐爾定律  2.5.6 導(dǎo)電介質(zhì)與傳導(dǎo)電流  2.5.7 介質(zhì)中的麥克斯韋方程組  2.5.8 介質(zhì)的分類  2.6 電磁場的邊界條件  2.6.1 介質(zhì)分界面的電磁場  2.6.2 邊界的法向分量條件  2.6.3 邊界的切向分量條件  本章小結(jié)  思考與練習(xí) 第3章 靜態(tài)電磁場  3.1 靜電場及其方程  3.1.1 電位函數(shù)  3.1.2 靜電場的邊界條件  3.1.3 導(dǎo)體及其邊界條件  3.1.4 靜態(tài)電場的定解問題  3.2 靜電場的能量與靜電力  3.2.1 靜電場的能量  3.2.2 帶電體系的靜電作用力  3.3 導(dǎo)體系的電容  3.3.1 導(dǎo)體系的電位與電位系數(shù)  3.3.2 導(dǎo)體系的電容系數(shù)和感應(yīng)系數(shù)  3.3.3 部分電容  3.4 恒定電流的電場  3.4.1 導(dǎo)體中恒定電流與恒定電場  3.4.2 歐姆定律  3.4.3 電源及電動勢  3.4.4 恒定電場的方程  3.5 恒定電流的磁場  3.5.1 恒定電流磁場的磁矢勢  3.5.2 磁矢勢的定解問題  3.5.3 小電流環(huán)(磁偶極子)的磁場  3.5.4 恒定電流磁場的標(biāo)量磁位  3.6 載流線圈的電感  3.6.1 自電感與互電感  3.6.2 自感系數(shù)的計(jì)算  3.7 磁場的能量與磁場力  3.7.1 磁場的能量  3.7.2 載流體系的磁場作用力  本章小結(jié)  思考與練習(xí) 第4章 靜態(tài)電磁場的解析方法  4.1 靜態(tài)電磁場的唯一性定理  4.1.1 靜態(tài)電磁場的基本方程  4.1.2 靜態(tài)電磁場的唯一性定理  4.1.3 唯一性定理應(yīng)用舉例  4.2 分離變量方法  4.2.1 分離變量方法的思想  4.2.2 分離變量方法的應(yīng)用  4.3 格林函數(shù)方法  4.3.1 格林函數(shù)方法的基本思想  4.3.2 靜態(tài)電磁場的格林函數(shù)方法  4.3.3 格林函數(shù)的對稱性  4.3.4 格林函數(shù)的物理模型  4.3.5 格林函數(shù)方法的應(yīng)用  4.4 鏡像方法  4.4.1 鏡像方法的基本思想  4.4.2 鏡像方法的求解步驟  4.4.3 鏡像方法的應(yīng)用舉例  4.5 勢函數(shù)的多極矩展開  4.5.1 體分布源產(chǎn)生的勢  4.5.2 電位函數(shù)的電多極矩展開  4.5.3 電多極矩的意義  4.5.4 小電荷體與外場的相互作用  4.5.5 磁矢勢的磁多極矩展開  本章小結(jié)  思考與練習(xí) 第5章 時變電磁場  5.1 時變電磁場的勢函數(shù)  5.1.1 電磁場的波動方程  5.1.2 時變電磁場的勢函數(shù)  5.1.3 勢函數(shù)的規(guī)范  5.1.4 規(guī)范變換的不變性  5.2 推遲勢及其意義  5.2.1 推遲勢的定解問題  5.2.2 推遲勢的求解  5.2.3 推遲勢的物理意義  5.3 時變電磁場的能量  5.3.1 能量的守恒定律  5.3.2 時變電磁場能量的傳播  5.4 時變電磁場的唯一性定理  5.4.1 時變電磁場的唯一性定理  5.4.2 唯一性定理的證明  5.5 諧變電磁場  5.5.1 諧變電磁場及其復(fù)數(shù)表示  5.5.2 諧變電磁場的麥克斯韋方程組  5.5.3 諧變電磁場能量和能流密度  5.5.4 諧變電磁場的波動方程  5.5.5 諧變電磁場的邊界條件  5.6 時變電磁場的簡諧展開  5.6.1 時變電磁場面臨的問題  5.6.2 時變電磁場解的基本構(gòu)成  5.6.3 時變電磁場的簡諧展開  5.7 均勻平面電磁波  5.7.1 無源空間的諧變電磁場  5.7.2 理想介質(zhì)中平面電磁波  5.7.3 平面電磁波的相干疊加  5.7.4 平面電磁波的極化  本章小結(jié)  思考與練習(xí) 第6章 電磁波的輻射  6.1 天線輻射場及其特點(diǎn)  6.1.1 天線外部的電磁場  6.1.2 天線外電磁場的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)  6.1.3 磁矢勢的多極矩展開  6.2 電流振子(電偶極子)天線  6.2.1 電流振子天線的結(jié)構(gòu)  6.2.2 電流振子激發(fā)的電磁場  6.2.3 電流振子天線輻射場的特性  6.2.4 輻射功率與輻射電阻  6.3 廣義麥克斯韋方程組  6.3.1 麥克斯韋方程組的對偶性  6.3.2 廣義麥克斯韋方程組  6.3.3 電偶極子與磁偶極子的對偶性  6.3.4 廣義麥克斯韋方程的應(yīng)用——口徑天線  6.4 時變電磁場的鏡像原理  6.4.1 時變電磁場的鏡像原理  6.4.2 電(磁)振子的鏡像方法  6.5 天線的一般概念  6.5.1 半波振子天線  6.5.2 天線的基本參數(shù)  6.6 雷達(dá)的基本原理  6.6.1 雷達(dá)的基本概念  6.6.2 目標(biāo)的距離測量  6.6.3 目標(biāo)方位測量  6.6.4 目標(biāo)運(yùn)動速度測量  6.6.5 雷達(dá)方程  6.7 衛(wèi)星定位技術(shù)簡介  6.7.1 衛(wèi)星定位技術(shù)發(fā)展歷史  6.7.2 衛(wèi)星定位的基本原理  6.7.3 GPS衛(wèi)星的組成簡介  本章小結(jié)  思考與練習(xí) 第7章 電磁波的傳播  7.1 行波、駐波與波的阻抗  7.1.1 波的反射、行駐波狀態(tài)  7.1.2 介質(zhì)的等效波阻抗  7.1.3 應(yīng)用舉例  7.2 平面波對理想介質(zhì)的斜入射  7.2.1 相位匹配原則  7.2.2 菲涅耳公式  7.2.3 全透射現(xiàn)象  7.2.4 全反射與表面波  7.3 導(dǎo)電介質(zhì)中的電波傳播  7.3.1 導(dǎo)電介質(zhì)中的電荷分布  7.3.2 導(dǎo)電介質(zhì)中的電波傳播  7.3.3 趨膚效應(yīng)與穿透深度  7.3.4 表面阻抗與波的反射  7.4 電磁波速度與介質(zhì)色散  7.4.1 電磁波速度的含義  7.4.2 相位的傳播速度  7.4.3 波包的傳播速度  7.4.4 群速與相速的關(guān)系  7.4.5 色散與波形的失真  7.5 電磁波的衍射  7.5.1 惠更斯原理  7.5.2 輻射條件  7.5.3 小孔衍射  7.6 各向異性介質(zhì)中的電波傳播  7.6.1 各向異性介質(zhì)  7.6.2 磁化等離子體  7.6.3 磁化等離子體的張量介電常數(shù)  7.6.4 電離層中的平面波  本章小結(jié)  思考與練習(xí) 第8章 導(dǎo)行電磁波  8.1 電磁波的頻譜  8.1.1 電磁波的頻譜結(jié)構(gòu)  8.1.2 各頻段電磁波的主要特點(diǎn)  8.2 導(dǎo)波系統(tǒng)的基本原理  8.2.1 導(dǎo)波系統(tǒng)的基本要求  8.2.2 導(dǎo)波系統(tǒng)內(nèi)電磁波的方程  8.2.3 導(dǎo)波系統(tǒng)的橫電磁波模式  8.2.4 導(dǎo)波系統(tǒng)的橫電(磁)波模式  8.3 同軸線導(dǎo)波系統(tǒng)  8.3.1 橫電磁波模式的傳輸問題  8.3.2 橫電磁波模式的傳輸  8.3.3 橫電波和橫磁波模式的傳輸  8.3.4 同軸線的工程設(shè)計(jì)  8.4 矩形金屬波導(dǎo)  8.4.1 波導(dǎo)的產(chǎn)生  8.4.2 矩形波導(dǎo)中場的分布  8.4.3 矩形波導(dǎo)中電磁波傳播特性  8.4.4 矩形波導(dǎo)的主模及場的分布  8.5 圓柱形介質(zhì)波導(dǎo)——光纖  8.5.1 圓柱狀介質(zhì)波導(dǎo)  8.5.2 射線分析方法  8.5.3 光纖中場的方程  8.5.4 本征值問題及解  8.6 電磁波的激發(fā)——諧振腔  8.6.1 從LC回路到諧振腔  8.6.2 諧振腔內(nèi)場的方程  8.6.3 電磁振蕩的本征頻率  8.6.4 諧振腔的品質(zhì)因素  本章小結(jié)  思考與練習(xí) 第9章 電磁場的數(shù)值方法導(dǎo)論  9.1 計(jì)算電磁學(xué)簡介  9.2 有限差分方法  9.2.1 有限差分法的基本原理  9.2.2 二維泊松方程的差分格式  9.2.3 邊界條件的離散化處理  9.2.4 差分方程組的求解方法  9.3 矩量法  9.3.1 矩量法的基本思想  9.3.2 基函數(shù)與權(quán)函數(shù)的選擇  9.3.3 算子方程的建立  9.3.4 矩量法的應(yīng)用實(shí)例  9.4 電磁場仿真軟件簡介  9.4.1 CST工作室  9.4.2 Ansoft HFSS  9.4.3 FEKO  本章小結(jié)  思考與練習(xí) 附錄 常用符號表 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：7.6.2磁化等離子體各向異性介質(zhì)種類很多。本節(jié)以磁化等離子體（電離層）為例，討論該類媒質(zhì)中電磁波傳播的有關(guān)特性。當(dāng)物質(zhì)溫度升高或受到其他激發(fā)，組成物質(zhì)的原子或分子被電離，形成由電子、離子（正、負(fù)離子）和部分未電離的中性分子組成的混合體，稱為等離子體。等離子體既可以通過人為產(chǎn)生，也可以通過自然的相互作用形成。如核爆炸輻射電離大氣形成等離子體，太陽輻射電離地球外部空間大氣形成等離子體等。等離子體中總的正、負(fù)電荷量相等，對外顯中性，在某種意義上類似于金屬等導(dǎo)體，但等離子體中自由電子的濃度（單位體積中自由電子數(shù)）小得多。太陽輻射的紫外線或高速粒子使高空大氣電離，形成環(huán)繞地球的高空等離子體，這是我們?nèi)祟悡碛械淖畲蟮奶烊坏入x子體，對人類的生存和發(fā)展有重要的作用。由于受大氣密度、溫度、氣體的物理和化學(xué)的相互作用、太陽活動等多種因素的影響，環(huán)繞地球的高空等離子體的電子濃度是一個極為復(fù)雜的函數(shù)。但由于地球外層高空大氣受地球的引力作用，大氣密度和溫度呈現(xiàn)層狀結(jié)構(gòu)，太陽輻射形成的等離子體中的電子濃度也具有層狀特點(diǎn)，故稱地球外部空間等離子體為電離層。電離層分層結(jié)構(gòu)只是電離層狀態(tài)的理想描述，實(shí)際上電離層總是隨緯度、經(jīng)度呈現(xiàn)復(fù)雜的空間變化，并且具有晝夜、季節(jié)、年、太陽黑子周期等變化。由于電離層各層的化學(xué)結(jié)構(gòu)、熱學(xué)結(jié)構(gòu)不同，各層的形態(tài)變化也不盡相同。

編輯推薦

《電磁場理論基礎(chǔ)(第2版)》：國家精品課程配套教材修訂思路1以理工滲透為指導(dǎo)思想。突出理性思維、舉一反三能力訓(xùn)練和知識的綜合應(yīng)用。2．以實(shí)驗(yàn)-理論-技術(shù)-應(yīng)用為主線，力求理論體系完整而又與高新技術(shù)發(fā)展相兼容、3為方便教與學(xué)和課內(nèi)外的討論，結(jié)合作者科研和教學(xué)實(shí)踐。新增加了部分思考和練習(xí)題4為適應(yīng)學(xué)科發(fā)展，增加了電磁場數(shù)值分析方法簡介

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