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第一章 电磁场的数学物理基础 1

1.1 矢量分析与场论基础 1

1.1.1 标量场的梯度 2

1.1.2 矢量场的散度 4

1.1.3 矢量场的旋度 7

1.1.4 拉普拉斯运算 10

1.1.5 亥姆霍兹定理 10

练习题 12

1.2 电磁场的源量——电荷与电流 13

1.2.1 电荷与电荷密度 13

1.2.2 电流与电流密度 14

1.2.3 电荷守恒定律与电流连续性方程 15

练习题 16

1.3 电场强度与磁感应强度 16

1.3.1 电场强度 16

1.3.2 磁感应强度 19

练习题 21

1.4 电磁场中媒质的电磁特性 22

1.4.1 介质的极化·电位移矢量 22

1.4.2 磁介质的磁化·磁场强度矢量 24

1.4.3 导电媒质的传导特性 26

练习题 27

1.5 静态场的基本规律 27

1.5.1 静电场的基本规律 28

1.5.2 静磁场的基本规律 29

练习题 31

1.6 电磁感应定律和位移电流 31

1.6.1 电磁感应定律 31

1.6.2 位移电流 33

练习题 35

1.7 麦克斯韦方程组 35

1.7.1 麦克斯韦方程组的微分形式 35

1.7.3 麦克斯韦方程组的复数形式 37

1.7.2 麦克斯韦方程组的积分形式 37

练习题 39

1.8 电磁场的边界条件 39

1.8.1 边界条件的一般形式 40

1.8.2 理想导体表面上的边界条件 41

练习题 43

1.9 电磁能量守恒定律 43

1.9.1 坡印廷定理和坡印廷矢量 44

1.9.2 正弦电磁场的平均坡印廷矢量 45

练习题 46

习题 47

第二章 平面电磁波在无界媒质中的传播 53

2.1 波动方程 53

练习题 54

2.2 非导电媒质中的均匀平面波 54

2.2.1 一维波动方程的解 54

2.2.2 均匀平面波的传播特性 56

2.2.3 沿任意方向传播的均匀平面波 61

练习题 63

2.3 导电媒质中的均匀平面波 63

2.3.1 导电媒质中的波动方程及其解 63

2.3.2 良导体中的波 67

2.3.3 低损耗媒质中的波 69

2.3.4 色散现象和群速 72

练习题 74

2.4 波的极化 74

2.4.1 线极化 74

2.4.2 圆极化 75

2.4.3 椭圆极化 76

练习题 79

2.5 各向异性媒质中的平面波 79

2.5.1 等离子体中的平面波 79

2.5.2 铁氧体中的平面波 83

练习题 85

习题 86

第三章 平面电磁波在分界面上的反射和透射 89

3.1 均匀平面波对分界面的垂直入射 89

3.1.1 完纯介质与完纯导体的分界面 89

3.1.2 完纯介质与完纯介质的分界面 93

3.1.3 一般导体与一般导体的分界面 98

练习题 103

3.2 均匀平面波对多层媒质分界面的垂直入射 104

3.2.1 多层媒质的场量关系和等效波阻抗 104

3.2.2 两个有重要意义的特例 106

练习题 109

3.3 均匀平面波对分界面的斜入射 109

3.3.1 垂直极化波对完纯介质表面的斜入射 110

3.3.2 平行极化波对完纯介质表面的斜入射 114

3.3.3 全反射和临界角 116

3.3.4 全透射和布儒斯特角 119

3.3.5 垂直极化波对完纯导体表面的斜入射 121

3.3.6 平行极化波对完纯导体表面的斜入射 124

练习题 126

习题 127

第四章 导行电磁波 131

4.1 均匀波导的一般特性 132

4.1.1 横向场分量与纵向场分量的关系 132

4.1.2 TEM波 134

4.1.3 TM波 135

4.1.4 TE波 138

练习题 141

4.2 矩形波导 141

4.2.1 矩形波导中的TM波 142

4.2.2 矩形波导中的TE波 147

4.2.3 矩形波导中的主模 151

练习题 157

4.3.1 纵向场分量与横向场分量的关系 158

4.3 圆柱形波导 158

4.3.2 圆柱形波导中的TM波 159

4.3.3 圆柱形波导中的TE波 162

4.3.4 圆柱形波导中波的传播特性 163

4.3.5 圆柱形波导中的几个主要模式 165

练习题 168

4.4 同轴波导 168

4.4.1 同轴波导中的TEM波 169

4.4.2 同轴波导中的TM波 171

4.4.3 同轴波导中的TE波 173

练习题 175

4.5 微波谐振器 175

4.5.1 矩形谐振腔 176

4.5.2 圆柱形谐振腔 182

习题 185

练习题 185

第五章 传输线理论 187

5.1 传输线方程 187

5.1.1 传输线中“场”与“路”的关系 187

5.1.2 等效电路及传输线方程 189

5.1.3 传输线方程的解 190

练习题 193

5.2 电压波和电流波的传输特性参数 193

5.2.1 传播常数 193

5.2.2 相速度 194

5.2.3 特性阻抗 194

练习题 195

5.3 传输线的阻抗 195

5.3.1 定义 195

5.3.2 几种特殊情况下的输入阻抗 196

5.4.1 定义 200

练习题 200

5.4 传输线的反射系数 200

5.4.2 反射系数与电压、电流的关系 202

5.4.3 反射系数与输入阻抗的关系 202

5.4.4 反射系数与负载阻抗的关系 202

练习题 203

5.5 传输线的工作状态 204

5.5.1 行波状态 204

5.5.2 驻波状态 205

5.5.3 行驻波状态 207

练习题 212

5.6 传输功率与效率 213

5.6.1 传输功率的计算 213

5.6.2 传输线的功率容量 214

5.6.3 传输线的传输效率 214

5.7.1 λ/4阻抗变换器 217

5.7 传输线的阻抗匹配 217

练习题 217

5.7.2 单短截线匹配器 219

练习题 223

5.8 传输线谐振器 224

练习题 225

习题 226

第六章 电磁波的辐射与天线 228

6.1 矢量位函数和标量位函数 228

6.1.1 矢量位和标量位的波动方程 228

6.1.2 滞后位 230

练习题 231

6.2 电偶极子的辐射 231

6.2.1 电偶极子的电磁场 232

6.2.2 近区场和远区场 233

6.3.1 磁偶极子的电磁场 236

6.3 磁偶极子的辐射 236

练习题 236

6.3.2 近区场和远区场 238

练习题 239

6.4 天线的电参数 239

6.4.1 辐射方向图 239

6.4.2 辐射效率 243

6.4.3 增益系数 243

6.4.4 输入阻抗 244

6.4.5 有效长度 244

6.4.6 极化特性 245

6.4.7 频带宽度 245

练习题 245

6.5 线形天线 245

6.5.1 对称振子天线 245

6.5.2 阵列天线 249

6.5.3 单极天线 254

6.5.4 引向天线 257

6.5.5 螺旋天线 261

6.5.6 对数周期天线 264

6.5.7 平衡—不平衡变换器 266

练习题 268

6.6 面形天线 268

6.6.1 分析面形天线辐射场的方法 268

6.6.2 旋转抛物面天线 269

6.6.3 卡塞格伦天线 270

练习题 271

习题 271

第七章 静态电磁场 272

7.1 静电场的标量电位 272

7.1.1 静电位的微分方程 272

7.1.2 电位差 273

7.1.3 静电位的边界条件 274

练习题 276

7.2 恒定电场及其电位函数 277

7.2.1 恒定电场的基本方程 277

7.2.2 恒定电场的边界条件 278

练习题 280

7.3 恒定磁场的矢量位和标量位 280

7.3.1 恒定磁场的矢量位 280

7.3.2 *静磁场的标量磁位及其微分方程 284

练习题 285

7.4 电容与部分电容 286

7.4.1 电容 286

7.4.2 电介质击穿 287

7.4.3 *部分电容 288

7.4.4 静电屏蔽 291

练习题 291

7.5.1 电阻 292

7.5 电阻 292

7.5.2 接地电阻 293

7.5.3 电阻率法测井 294

练习题 295

7.6 电感 295

7.6.1 自感 295

7.6.2 互感 297

7.6.3 纽曼公式 298

练习题 300

7.7 静电能量和静电力 300

7.7.1 静电场能量 300

7.7.2 静电力 303

练习题 305

7.8 磁场能量与磁场力 305

7.8.1 磁场的能量 305

7.8.2 磁场力 307

练习题 309

习题 310

第八章 静态场边值问题的解法 315

8.1 边值问题的惟一性定理 315

8.1.1 边值问题的类型 315

8.1.2 惟一性定理 316

练习题 317

8.2 分离变量法 317

8.2.1 直角坐标系中的分离变量法 317

8.2.2 圆柱面坐标系中的分离变量法 320

8.2.3 球面坐标系中的分离变量法 324

练习题 326

8.3 镜像法 327

8.3.1 导体平面的镜像 327

8.3.2 导体球面镜像 330

8.3.3 导体圆柱面镜像 333

8.3.4 介质平面的镜像 336

练习题 338

8.4 有限差分法 338

8.4.1 有限差分方程 338

8.4.2 差分方程的求解方法 340

练习题 341

8.5 有限元法 341

8.5.1 泛函极值问题的构成 342

8.5.2 场域的剖分与插值 342

8.5.3 变分问题的离散化 343

练习题 344

8.6 矩量法 345

练习题 347

习题 347

附录 351

习题答案 356

阶段测验题 369