电磁场与电磁波 第2版PDF电子书下载

绪论 1

第1章 矢量分析 6

1.1 矢量代数 6

1.1.1 标量和矢量 6

1.1.2 矢量的加法和减法 6

1.1.3 矢量的乘法 7

1.2 三种常用的坐标系 8

1.2.1 正交坐标系 9

1.2.2 直角坐标系 10

1.2.3 圆柱坐标系 11

1.2.4 球坐标系 13

1.3 标量场的梯度 15

1.3.1 标量场的等值面 15

1.3.2 方向导数 15

1.3.3 梯度 16

1.4 矢量场的通量与散度 18

1.4.1 通量 19

1.4.2 散度 19

1.4.3 散度定理 21

1.5 矢量场的环量与旋度 22

1.5.1 环量 22

1.5.2 旋度 22

1.5.3 斯托克斯定理 24

1.6 无旋场与无散场 25

1.6.1 无旋场 25

1.6.2 无散场 26

1.7 拉普拉斯运算与格林定理 26

1.7.1 拉普拉斯运算 26

1.7.2 格林定理 27

1.8 亥姆霍兹定理 27

1.9 冲击函数及其性质 28

习题 29

第2章 静电场与恒定电场 33

2.1 库仑定律与电场强度 33

2.1.1 库仑定律 33

2.1.2 电场强度及其叠加原理 33

2.2 电场强度的通量和散度 35

2.2.1 电场强度的通量 35

2.2.2 电场强度的散度 36

2.3 电场强度的环量及旋度 37

2.3.1 电场强度的环量 37

2.3.2 电场强度的旋度 38

2.4 静电场的电位函数 38

2.4.1 电场强度与电位函数 38

2.4.2 电位函数的表达式 39

2.5 电偶极子 41

2.5.1 电偶极子的电位函数 41

2.5.2 电偶极子静电场的电场强度 41

2.5.3 电偶极子静电场的等位面和电场线 42

2.6 静电场中的导体和介质 43

2.6.1 静电场中的导体 43

2.6.2 静电场中的介质 44

2.6.3 介质中电位移矢量的通量和散度 46

2.6.4 电位移矢量与电场强度的关系 46

2.7 泊松方程与拉普拉斯方程 49

2.8 静电场的边界条件 50

2.8.1 电位移矢量的法向边界条件 50

2.8.2 电场强度的切向边界条件 52

2.8.3 电位函数的边界条件 53

2.9 导体系统的电容 53

2.9.1 双导体及孤立导体的电容 54

2.9.2 多导体的电容系数与部分电容 55

2.10 静电场的能量与静电力 56

2.1 0.1 静电场的能量 57

2.1 0.2 静电场的能量密度 57

2.1 0.3 静电力 59

2.11 恒定电场 60

2.1 1.1 电流与电流密度矢量 61

2.1 1.2 恒定电场的基本性质 62

2.1 1.3 恒定电场的边界条件 65

2.1 1.4 静电场比拟法与电导 66

2.1 1.5 损耗功率与焦耳定律 69

习题 70

第3章 恒定磁场 74

3.1 恒定磁场的基本定律 74

3.1.1 安培力定律 74

3.1.2 毕奥-萨伐尔定律 74

3.2 真空中的恒定磁场方程 76

3.2.1 恒定磁场的散度及磁通连续性原理 76

3.2.2 恒定磁场的旋度及安培环路定理 77

3.2.3 恒定磁场的位函数及其方程 78

3.3 磁偶极子与介质的磁化 81

3.3.1 磁偶极子及其矢量磁位 81

3.3.2 介质的磁化 82

3.3.3 介质中的恒定磁场方程 84

3.4 恒定磁场的边界条件 87

3.4.1 磁感应强度的法向边界条件 87

3.4.2 磁场强度的切向边界条件 88

3.4.3 恒定磁场位函数的边界条件 88

3.5 电感 90

3.5.1 自电感 90

3.5.2 互电感 91

3.5.3 电感的计算 91

3.6 恒定磁场的能量和磁场力 95

3.6.1 恒定磁场的能量及能量密度 95

3.6.2 恒定磁场的磁场力 97

习题 98

第4章 静态场的边值问题及其解法 102

4.1 边值问题的类型及唯一性定理 102

4.1.1 边值问题的分类 102

4.1.2 静电场解的唯一性定理 103

4.2 分离变量法 106

4.2.1 直角坐标系中的分离变量法 106

4.2.2 圆柱坐标系中的分离变量法 113

4.2.3 球坐标系中的分离变量法 116

4.3 镜像法 118

4.3.1 平面镜像 119

4.3.2 球面镜像 123

4.4 有限差分法 128

4.4.1 有限差分法基本原理 128

4.4.2 有限差分法的基本实现方法 129

习题 130

第5章 时变电磁场 134

5.1 麦克斯韦方程组 134

5.1.1 麦克斯韦第一方程 134

5.1.2 麦克斯韦第二方程 136

5.1.3 麦克斯韦第三方程 137

5.1.4 麦克斯韦第四方程 137

5.1.5 麦克斯韦方程组的形式 137

5.1.6 媒质的本构方程 138

5.2 时变电磁场的边界条件 141

5.2.1 法向场的边界条件 141

5.2.2 切向场的边界条件 141

5.3 时谐电磁场及麦克斯韦方程组的复数形式 146

5.3.1 时谐电磁场的复数形式 146

5.3.2 麦克斯韦方程组的复数形式 147

5.4 时变电磁场的能量及功率 147

5.4.1 坡印亭定理 147

5.4.2 复坡印亭矢量及平均坡印亭矢量 149

5.5 时变电磁场的唯一性定理 151

5.6 电磁场的位函数及波动方程 152

习题 154

第6章 无界媒质中的均匀平面波 157

6.1 理想介质中的均匀平面波 157

6.1.1 亥姆霍兹方程与均匀平面波 157

6.1.2 理想介质中均匀平面波的特性 160

6.1.3 理想介质中均匀平面波的一般表达式 163

6.2 电磁波的极化 166

6.2.1 线极化 166

6.2.2 圆极化 167

6.2.3 椭圆极化 168

6.2.4 极化波的合成与分解 169

6.3 导电媒质中的均匀平面波 169

6.3.1 导电媒质中的波动方程与均匀平面波 170

6.3.2 导电媒质中均匀平面波的特性 171

6.3.3 良介质与良导体 176

6.3.4 趋肤效应 178

6.3.5 表面阻抗、交流电阻 179

6.3.6 损耗功率 181

6.4 时域有限差分法 182

6.4.1 麦克斯韦方程的差分格式 183

6.4.2 UPML吸收边界条件 185

习题 186

第7章 均匀平面波在不同媒质分界面的反射与折射 190

7.1 平面波垂直入射到理想导体表面 190

7.2 平面波垂直入射到理想介质间的分界面 192

7.3 平面波斜入射到理想导体表面 196

7.3.1 垂直极化波斜入射 197

7.3.2 平行极化波斜入射 198

7.4 平面波斜入射到理想介质间的分界面 200

7.4.1 平行极化波斜入射 200

7.4.2 垂直极化波斜入射 202

7.4.3 全折射、全反射与表面波 203

7.5 平面波在导电媒质分界面的反射与折射 205

7.6 平面波在多层媒质分界面的垂直入射 206

7.7 人工电磁材料 207

7.7.1 负折射效应 208

7.7.2 完美透镜效应 209

7.7.3 负相速度 210

7.7.4 逆多普勒频移 210

7.7.5 逆切伦科夫辐射 211

7.7.6 完美吸波材料 211

习题 212

第8章 导行电磁波 214

8.1 导行电磁波传播模式及其传播特性 214

8.1.1 TEM波 216

8.1.2 TM波 216

8.1.3 TE波 217

8.2 双导体传输线 217

8.2.1 平行双线传输系统 217

8.2.2 同轴传输线 225

8.2.3 微带线 228

8.3 矩形波导 230

8.3.1 矩形波导中的TM波 231

8.3.2 矩形波导中的TE波 233

8.3.3 简并模、主模及单模传输 237

8.3.4 矩形波导的传播特性参数及传输功率 238

8.4 圆波导 242

8.4.1 圆波导中的TM波 243

8.4.2 圆波导中的TE波 244

8.4.3 圆波导的传播特性 244

8.4.4 圆波导的几种主要波形 245

8.5 谐振腔 246

8.5.1 谐振腔的基本参数 247

8.5.2 矩形谐振腔 248

8.5.3 圆谐振腔 249

8.6 基片集成波导 249

习题 250

第9章 电磁辐射 253

9.1 滞后位 253

9.2 电偶极子的辐射 255

9.2.1 电偶极子电磁场的激发与辐射 255

9.2.2 电偶极子的辐射场 257

9.3 磁偶极子的辐射 261

9.4 电与磁的对偶原理 262

9.5 对称振子天线 265

9.5.1 对称振子天线上的电流分布 265

9.5.2 对称振子天线的远区场 265

9.6 天线的基本参数 266

9.6.1 方向性函数、方向图与方向性系数 267

9.6.2 输入阻抗与驻波比 268

9.6.3 极化 268

9.6.4 效率 268

9.6.5 增益 268

9.6.6 波瓣宽度 269

9.6.7 前后比和副瓣电平 269

9.6.8 有效长度与频带宽度 269

习题 270

附录A 矢量基本运算公式 272

附录B 洛伦兹规范 274

附录C 无线电频段划分 275

附录D 常用导体材料的参数 276

附录E 常用介质材料的参数 277

附录F 常用物理常数 278

附录G 一维吸收边界条件UPML的实现 279

附录H 梯度、散度和旋度的计算公式 280

附录I 习题参考答案 282

参考文献 295