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第1章 矢量分析和场论基础 1

1.1 标量和矢量 1

1.2 矢量的运算 1

1.2.1 直角坐标系中矢量的表示 1

1.2.2 矢量的运算 2

1.3 标量场和矢量场 4

1.4 特殊正交曲线坐标系 5

1.4.1 直角坐标系 5

1.4.2 圆柱坐标系 6

1.4.3 球坐标系 8

1.5 场论 11

1.5.1 数量场的等值面和矢量场的矢量线 11

1.5.2 标量场的梯度和方向导数 12

1.5.3 矢量场的通量和散度 14

1.5.4 矢量场的环量和旋度 17

1.5.5 符号说明 23

1.6 拉普拉斯算子 24

1.7 电磁场的分类和亥姆霍兹定理 25

习题一 27

第2章 静电场 30

2.1 库仑定律和电场强度 30

2.1.1 库仑定律 30

2.1.2 电场强度 30

2.2 电位 34

2.2.1 电位的定义 34

2.2.2 点电荷的电位 34

2.2.3 连续分布电荷的电位 35

2.2.4 电场与电位的关系 35

2.3 电偶极子的电场 36

2.4 物质的电特性 37

2.4.1 介质的极化及极化强度 37

2.4.2 极化电荷产生的电位 39

2.5 静电场的基本方程 40

2.5.1 静电场的通量和散度 40

2.5.2 静电场的环量和旋度 45

2.5.3 静电场的基本方程 46

2.6 泊松方程与拉普拉斯方程 47

2.7 分界面的边界条件 47

2.7.1 D的法向分量 48

2.7.2 E的切向分量 49

2.7.3 静电场边界条件小结 49

2.8 导体系统的电容 52

2.8.1 两导体电容 52

2.8.2 部分电容 54

2.9 电场能量 56

2.9.1 电场能量 56

2.9.2 能量密度 56

2.10 静电场边值问题 58

2.10.1 边值问题的分类 58

2.10.2 唯一性定理 59

2.10.3 镜像法 60

2.10.4 分离变量法 69

习题二 85

第3章 恒定电流与恒定电场 89

3.1 电流与电流密度 89

3.1.1 电流强度的概念 89

3.1.2 电流密度 89

3.2 欧姆定律和焦耳定律 91

3.2.1 材料的电导率 91

3.2.2 欧姆定律 92

3.2.3 电动势 92

3.2.4 电阻 93

3.2.5 焦耳定律 94

3.3 恒定电场的基本方程 96

3.3.1 电流连续性方程 96

3.3.2 恒定电场的基本方程 97

3.4 恒定电场的边界条件 97

习题三 100

第4章 恒定电流的磁场 102

4.1 恒定磁场的实验定律 102

4.1.1 安培定律 102

4.1.2 毕奥-萨伐尔定律 103

4.2 恒定磁场的散度和通量 104

4.2.1 磁通密度矢量的散度 104

4.2.2 恒定磁场通量 105

4.3 恒定磁场的环量和旋度 105

4.3.1 环量 105

4.3.2 旋度 106

4.4 矢量磁位 107

4.4.1 矢量磁位 107

4.4.2 矢量泊松方程 108

4.5 磁偶极子 109

4.6 物质的磁特性 110

4.6.1 介质的磁化和磁化强度 111

4.6.2 介质磁化产生的矢量磁位 113

4.6.3 磁介质中的安培环路定律 114

4.7 恒定磁场的基本方程 116

4.8 恒定磁场的边界条件 117

4.8.1 法向分量的边界条件 117

4.8.2 切向分量的边界条件 117

4.9 电感 120

4.9.1 自感 120

4.9.2 互感 121

4.10 磁场能量 123

习题四 124

第5章 时变电磁场 128

5.1 时变电磁场的环量和旋度及通量和散度 128

5.1.1 法拉第电磁感应定律——时变电场的环量和旋度 128

5.1.2 全电流定律——时变磁场的环量和旋度 131

5.1.3 时变电磁场的通量和散度 132

5.2 时变电磁场的基本方程——麦克斯韦方程组和物质方程 133

5.3 介质分界面上的边界条件 134

5.3.1 介质分界面上的边界条件 134

5.3.2 理想介质分界面上的边界条件 134

5.3.3 理想导体分界面上的边界条件 135

5.4 坡印亭定理和坡印亭矢量 136

5.4.1 坡印亭定理 136

5.4.2 坡印亭矢量 137

5.5 波动方程 138

5.5.1 无源导电介质中的齐次波动方程 139

5.5.2 无源理想介质中的齐次波动方程 139

5.5.3 有源理想介质中的非齐次波动方程 139

5.5.4 位函数波动方程 140

5.6 时谐电磁场 141

5.6.1 时谐量的复数表示 141

5.6.2 麦克斯韦方程组的复数形式 142

5.6.3 复数形式的物质方程与边界条件 142

5.6.4 复坡印亭矢量和平均坡印亭矢量 143

5.6.5 复介电常数和复磁导率 143

5.6.6 复矢量波动方程——矢量亥姆霍兹方程 144

5.7 电磁波谱 146

5.7.1 波数、频率和波长 146

5.7.2 电磁波谱 146

习题五 148

第6章 无界空间平面电磁波的传播 150

6.1 理想介质中的平面电磁波 150

6.1.1 亥姆霍兹方程的平面波解 150

6.1.2 理想介质中均匀平面电磁波的基本特性 152

6.1.3 平面电磁波的能量和能流密度 155

6.2 有耗介质和良导体中的平面电磁波 156

6.2.1 有耗介质中的平面电磁波 156

6.2.2 良导体中的平面波 161

6.3 波的极化 163

6.3.1 线极化波 165

6.3.2 圆极化波 165

6.3.3 椭圆极化波 167

习题六 169

第7章 平面电磁波的反射与透射 171

7.1 平面电磁波对分界平面的垂直入射 171

7.1.1 理想介质与理想导体分界平面的垂直入射 172

7.1.2 理想介质与理想介质分界平面的垂直入射 173

7.2 平面电磁波对理想介质分界平面的斜入射 177

7.2.1 垂直极化波 178

7.2.2 平行极化波 179

7.3 反射系数、透射系数随入射角的变化特性 181

7.3.1 全反射与倏逝波 181

7.3.2 全透射 182

7.3.3 反射系数和透射系数随入射角变化的实例分析 183

7.4 反射率和透射率 184

7.5 平面电磁波在分层介质中的反射和透射 187

7.5.1 用法向阻抗、有效导纳表达反射和透射系数 187

7.5.2 单层介质薄膜的反射和透射 189

7.5.3 多层介质薄膜的反射和透射 192

习题七 196

第8章 电磁波在各向异性介质中的传播 198

8.1 晶体的介电张量和折射率椭球 198

8.1.1 晶体的介电张量 198

8.1.2 折射率椭球 201

8.1.3 折射率ne随方向的变化 204

8.2 光波在晶体中的传播 205

8.2.1 各向异性介质中的单色平面波 205

8.2.2 相速度和光线速度 206

8.2.3 菲涅耳法线方程 207

8.2.4 单轴晶体中光波的传播特性 208

8.2.5 单轴晶体中的折射率曲面和光波面 212

8.3 光波在晶体表面的反射和透射 216

8.3.1 光波在晶体表面上的反射和透射定律 216

8.3.2 菲涅耳作图法 217

8.3.3 惠更斯作图法 218

习题八 220

第9章 传输线 221

9.1 传输线方程及其解 221

9.1.1 传输线方程 221

9.1.2 传输线方程的解 223

9.2 无损耗传输线上的行驻波、反射系数与输入阻抗 225

9.2.1 行驻波 225

9.2.2 反射系数 227

9.2.3 输入阻抗 227

9.2.4 始端输入阻抗 228

9.2.5 均匀传输线的参数分布 229

9.3 传输线的工作状态分析 231

9.3.1 短路线 231

9.3.2 开路线 233

9.3.3 匹配传输线 234

9.3.4 阻抗负载传输线 234

9.4 无损传输线的功率 235

9.5 史密斯圆图 236

9.5.1 史密斯圆图的参数方程 237

9.5.2 史密斯圆图的构成 238

9.5.3 阻抗圆图的应用 240

习题九 242

第10章 电磁波在波导中的传播 244

10.1 矩形金属波导中的电磁波 244

10.1.1 矩形波导横截面内场分量之间的关系 244

10.1.2 矩形波导横截面内纵向场分量的解 245

10.1.3 矩形波导中电磁波传播的模式 248

10.1.4 TE波和TM波 249

10.1.5 矩形波导的传输特性 250

10.1.6 矩形波导中的TE10模 253

10.1.7 矩形波导的传输功率及尺寸选择 257

10.2 圆柱形金属波导中的电磁波 259

10.2.1 圆波导横截面内场分量之间的关系 259

10.2.2 圆波导横截面内纵向场分量的解 260

10.2.3 圆波导中电磁场传播的模式 264

10.2.4 圆波导的传输特性 265

10.2.5 圆波导的三个主要传输模式 267

10.3 圆柱形介质波导——阶跃型光纤 269

10.3.1 光纤横截面内纵向场分量的解 270

10.3.2 光纤中电磁场传播的模式分类及本征值方程 272

10.3.3 弱导光纤的截止特性 276

10.3.4 弱导光纤的单模传输条件 279

10.3.5 弱导光纤的主模 280

习题十 282

第11章 电磁波的辐射与接收 283

11.1 位函数波动方程的解——滞后位 284

11.2 基本振子的辐射 287

11.2.1 电基本振子 287

11.2.2 磁基本振子 289

11.3 天线的辐射特性 291

11.4 对称振子天线与天线阵的概念 296

11.4.1 对称振子天线 296

11.4.2 天线阵的概念 298

11.4.3 均匀直线式天线阵 300

11.5 接收天线的有效面积 303

11.6 雷达的概念 304

11.6.1 微波雷达 305

11.6.2 激光雷达 306

习题十一 309

附录 311

附录A 符号、物理量及单位 311

附录B 常用材料的电磁常数 312

附录C 基本物理常数和基本国际单位 314

附录D 常用矢量恒等式 315

附录E 贝塞尔函数和勒让德函数 317

参考文献 322