電磁場與電磁波

內(nèi)容概要

本書介紹電磁場與電磁波的基本規(guī)律、基本概念和一些基本的分析、計算方法，幫助學(xué)生學(xué)會分析、解決一些實際的工程電磁場與電磁波問題。本書保持了電磁場與電磁波基礎(chǔ)理論的系統(tǒng)性、完整性，對基本概念、基本方法力求講深講透。妥善處理好電磁場與電磁波與前期課程（矢量分析、電磁學(xué)）和后續(xù)課程（微波技術(shù)、天線等）的銜接，減少重復(fù)內(nèi)容，突出本課程中的教學(xué)重點。依據(jù)認(rèn)知的規(guī)律和作者二十多年的教學(xué)經(jīng)驗，在教學(xué)內(nèi)容的編排，重點、難點講解的方法上下了很大工夫，使教學(xué)內(nèi)容深入淺出，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。緊緊圍繞基本概念、基本方法的教學(xué)給出了精選例題、習(xí)題。增加了應(yīng)用與發(fā)展性專題，適當(dāng)介紹電磁場與電磁波的應(yīng)用和電磁科學(xué)研究領(lǐng)域中新的進(jìn)展。兼顧教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性與先進(jìn)性，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思想。    本書可以作為大學(xué)本科電子信息工程、通信工程等專業(yè)的教材，也可供從事電波傳播、射頻技術(shù)、微波技術(shù)、電磁兼容技術(shù)的科研和工程技術(shù)人員參考。

作者簡介

鄒澎，鄭州大學(xué)信息工程學(xué)院教授，河南省電磁檢測工程技術(shù)研究中心主任，河南省電工技術(shù)學(xué)會常務(wù)理事。主要從事電磁場與電磁波理論、電磁環(huán)境、電磁干擾與電磁兼容技術(shù)的研究。1992年被評為河南省首批高等學(xué)校優(yōu)秀中青年骨干教師，2006年被評為鄭州大學(xué)教學(xué)名師，主講的“電

書籍目錄

緒論第1章  矢量分析  1.1  矢量運算  1.2  空間矢量  1.3  矢量場和標(biāo)量場  1.4  三種常用的正交坐標(biāo)系    1.4.1  直角坐標(biāo)系    1.4.2  圓柱坐標(biāo)系    1.4.3  球坐標(biāo)系  1.5  矢量的微分    1.5.1  矢量場的散度，散度定理    1.5.2  矢量場的旋度，斯托克斯定理    1.5.3  標(biāo)量場的梯度  1.6  亥姆霍茲定理  1.7  微分算符  習(xí)題第2章  靜電場分析  2.1  靜電場的基本規(guī)律    2.1.1  電荷與電荷分布    2.1.2  場強E和電位Φ    2.1.3  靜電場的基本方程    2.1.4  場強E和電位Φ的計算    2.1.5  靜電場中的導(dǎo)體    2.1.6  靜電場中的電介質(zhì)    2.1.7  電力線方程和等位面方程  2.2  靜電場的邊界條件    2.2.1  兩種電介質(zhì)界面上的邊界條件    2.2.2  導(dǎo)體與電介質(zhì)分界面上的邊界條件  2.3  泊松方程和拉普拉斯方程  2.4  唯一性定理    2.4.1  格林定理    2.4.2  靜電場的邊值問題    2.4.3  唯一性定理  2.5  導(dǎo)體系統(tǒng)的電容    2.5.1  兩導(dǎo)體間的電容    2.5.2  部分電容  2.6  靜電場的能量與力    2.6.1  靜電場的能量    2.6.2  利用虛位移原理計算電場力  2.7  恒定電場（恒定電流場）    2.7.1  電流與電流密度    2.7.2  恒定電場的基本方程和邊界條件    2.7.3  導(dǎo)電媒質(zhì)中的傳導(dǎo)電流    2.7.4  導(dǎo)電媒質(zhì)中恒定電場與靜電場的比擬    2.7.5  接地  2.8  靜電場的應(yīng)用    2.8.1  電偏轉(zhuǎn)和電聚焦    2.8.2  噴墨打印機    2.8.3  靜電除塵    2.8.4  靜電復(fù)印    2.8.5  靜電屏蔽    2.8.6  靜電的危害    2.8.7  接觸式靜電電壓表  習(xí)題第3章  恒定磁場  3.1  恒定磁場的基本規(guī)律    3.1.1  磁感應(yīng)強度B    3.1.2  恒定磁場的基本方程    3.1.3  磁介質(zhì)的磁化    3.1.4  磁場的計算方法    3.1.5  磁路  3.2  恒定磁場的邊界條件    3.2.1  兩種磁介質(zhì)界面上的邊界條件    3.2.2  鐵磁質(zhì)表面的邊界條件  3.3  矢量磁位    3.3.1  矢量磁位A的引入    3.3.2  矢量磁位A的微分方程及其解    3.3.3  矢量磁位A的邊界條件    3.3.4  利用矢量磁位A計算磁場    3.3.5  磁偶極子及其磁場  3.4  標(biāo)量磁位  3.5  電感    3.5.1  自感系數(shù)和互感系數(shù)    3.5.2  M和L的計算  3.6  磁場的能量和力    3.6.1  電流回路系統(tǒng)的能量    3.6.2  磁場的能量    3.6.3  磁場力  3.7  恒定磁場的應(yīng)用    3.7.1  礦物的分選    3.7.2  磁屏蔽    3.7.3  磁記錄    3.7.4  霍爾效應(yīng)及應(yīng)用    3.7.5  回旋加速器    3.7.6  磁聚焦    3.7.7  等離子體的磁約束  習(xí)題第4章  靜態(tài)場邊值問題的解法  4.1  電磁場邊值問題概述  4.2  直角坐標(biāo)系中的分離變量法  4.3  圓柱坐標(biāo)系中的分離變量法    4.3.1  圓柱坐標(biāo)系中二維場的分離變量法    4.3.2  圓柱坐標(biāo)系中三維場的分離變量法  4.4  球坐標(biāo)系中的分離變量法  4.5  鏡像法    4.5.1  點電荷對無限大導(dǎo)體平面的鏡像    4.5.2  點電荷對介質(zhì)平面的鏡像    4.5.3  電流對鐵板平面的鏡像    4.5.4  點電荷對導(dǎo)體球的鏡像    4.5.5  電軸法  4.6  有限差分法    4.6.1  差分原理    4.6.2  有限差分法的基本方法    4.6.3  軸對稱場的計算    4.6.4  場強E、H、B的計算  習(xí)題第5章  時變電磁場  5.1  電磁感應(yīng)定律  5.2  位移電流  5.3  麥克斯韋方程組  5.4  時變場的邊界條件  5.5  坡印廷定理和坡印廷矢量  5.6  時變電磁場的矢量位和標(biāo)量位    5.6.1  矢量位A和標(biāo)量位Φ的引入    5.6.2  達(dá)朗貝爾方程  習(xí)題第6章  平面電磁波  6.1  正弦電磁場的復(fù)數(shù)表示方法  6.2  平均坡印廷矢量  6.3  理想介質(zhì)中的均勻平面波    6.3.1  電磁波傳播的基本方程    6.3.2  均勻平面電磁波  6.4  波的極化特性  6.5  損耗媒質(zhì)中的均勻平面波  6.6  電磁波在各向異性介質(zhì)中的傳播    6.6.1  等離子體中的均勻平面波    6.6.2  鐵氧體中的均勻平面波  6.7  平面上的垂直入射    6.7.1  兩種媒質(zhì)分界面上的垂直入射    6.7.2  理想導(dǎo)體表面的反射、駐波    6.7.3  兩種理想介質(zhì)界面的反射，駐波比    6.7.4  多層介質(zhì)分界面上的垂直入射  6.8  平面上的斜入射    6.8.1  理想導(dǎo)體表面的斜入射    6.8.2  理想介質(zhì)表面的斜入射  6.9  相速度與群速度  習(xí)題第7章  導(dǎo)行電磁波  7.1  傳輸線    7.1.1  傳輸線的分布參數(shù)及其等效電路    7.1.2  均勻傳輸線方程及其解    7.1.3  傳輸線上行波的特性參數(shù)    7.1.4  傳輸線的工作參數(shù)    7.1.5  無耗傳輸線工作狀態(tài)分析    7.1.6  史密斯圓圖  7.2  波導(dǎo)    7.2.1  波導(dǎo)的一般分析方法    7.2.2  規(guī)則金屬波導(dǎo)    7.2.3  同軸線    7.2.4  光波導(dǎo)簡介  7.3  諧振腔  習(xí)題第8章  電磁波輻射  8.1  滯后位  8.2  電偶極子天線的輻射  8.3  磁偶極子天線的輻射    8.3.1  電與磁的對偶性    8.3.2  磁偶極子天線的輻射  8.4  天線的輻射特性和基本參數(shù)  8.5  接收天線  8.6  常用的線天線  8.7  天線陣    8.7.1  二元直線陣與方向圖乘積定理    8.7.2  均勻直線陣  8.8  面天線基礎(chǔ)    8.8.1  惠更斯元的輻射    8.8.2  平面口徑的輻射    8.8.3  常用的面天線  習(xí)題附錄1  習(xí)題參考答案附錄2  符號表附錄3  常用的數(shù)學(xué)公式附錄4  電磁單位制附錄5  常用的物理常數(shù)附錄6  常用材料的參數(shù)附錄7  史密斯圓圖參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　緒論　　1．電磁場與電磁波課程研究的內(nèi)容　　電磁場與電磁波是電磁學(xué)的后續(xù)課程，在電磁學(xué)課程中介紹了電場、磁場、電磁感應(yīng)現(xiàn)象……，最后總結(jié)了電磁場的基本規(guī)律，得到麥克斯韋方程組。在電磁場課程中將利用麥克斯韋方程組更深入地研究電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律，介紹在實際問題中求解電磁場和電磁波問題的一些基本方法?！　?．電磁場與電磁波在專業(yè)學(xué)習(xí)中的地位和作用　　電磁場與電磁波是電子信息工程、通信工程等專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。因為所有的信息都是通過電磁場和電磁波傳遞的，因此電子信息工程、通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的學(xué)生必須掌握電磁場和電磁波的基本規(guī)律。電磁場理論又是進(jìn)一步學(xué)習(xí)一些后續(xù)課程的基礎(chǔ)，如微波技術(shù)、天線、電波傳播、光纖通信、電磁兼容技術(shù)等?！　‰姶艌隼碚摰难芯吭诳茖W(xué)技術(shù)發(fā)展的過程中起著十分重要的作用。首先，一些重要的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明都是以電磁場理論的研究為基礎(chǔ)的，如指南針、電話、電報、電動機、發(fā)電機等。特別是無線電技術(shù)，完全是在電磁場理論研究的基礎(chǔ)上發(fā)明、發(fā)展起來的：1864年，麥克斯韋（英）總結(jié)了前人研究的成果，提出了系統(tǒng)的電磁場理論，并預(yù)言了電磁波的存在；1888年，赫茲（德）通過實驗證實了電磁波的存在；1896年，波波夫（俄）和馬克尼（意大利）各自獨立地實現(xiàn)了電磁波通信試驗，開始了無線電技術(shù)的新紀(jì)元?！　‘?dāng)前，電磁場理論在一些前沿學(xué)科，如光纖通信、超導(dǎo)技術(shù)、電子對抗、電磁兼容、生物電磁學(xué)、環(huán)境電磁學(xué)等領(lǐng)域中，仍起著十分重要的作用?！　±?：電子對抗　　電子對抗也稱為電子戰(zhàn)，是指利用電磁能量、電磁頻譜進(jìn)行的軍事對抗。包括：電子偵察（利用衛(wèi)星、預(yù)警飛機等）；電子攻擊（如電磁干擾、電磁脈沖武器、大功率微波武器、石墨炸彈等）；電子防護(hù)（抗干擾技術(shù)）?！　?991年海灣戰(zhàn)爭是美軍大規(guī)模實施電子對抗技術(shù)的戰(zhàn)例，如美軍充分利用了電磁干擾技術(shù)和隱身技術(shù)。首先利用隱形飛機、巡航導(dǎo)彈摧毀了伊軍的指揮通信系統(tǒng)，然后利用電磁干擾飛機發(fā)射強大的電磁干擾信號，覆蓋了伊拉克軍用通信信號的整個頻段，使伊軍的通信設(shè)備完全癱瘓了，以致薩達(dá)姆最后下達(dá)的?；鹈疃际怯擅儡妭鬟_(dá)的。隱身技術(shù)是利用電磁波吸收涂料和特殊的外形設(shè)計對電磁波的吸收、散射作用，使雷達(dá)接收不到飛機的回波信號。龐大的B-28轟炸機的雷達(dá)截面僅和天空中的一個小鳥相當(dāng)，以至于眼睛都看到飛機了，雷達(dá)還找不到。

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