电磁场与波基础教程PDF电子书下载

第1章 矢量分析与场论 1

1.1 矢量的表示及其代数运算 1

1.1.1 矢量的表示及距离矢量 1

1.1.2 矢量的代数运算 2

1.2 标量场和矢量场 4

1.3 标量场的梯度 5

1.3.1 梯度的定义 5

1.3.2 梯度运算的基本公式 7

1.4 矢量场的通量、散度与散度定理 7

1.4.1 通量 7

1.4.2 散度的定义 8

1.4.3 散度运算的基本公式 10

1.4.4 散度定理与梯度积分公式 10

1.5 矢量场的环量、旋度与斯托克斯定理 11

1.5.1 环量 11

1.5.2 旋度的定义 12

1.5.3 旋度运算的基本公式 14

1.5.4 斯托克斯定理与旋度定理 14

1.6 标量场、矢量场的重要性质和定理 15

1.6.1 两个重要性质 15

1.6.2 三个重要定理 16

1.7 正交曲线坐标系 19

1.7.1 正交曲线坐标系的单位矢量和度量因子 19

1.7.2 正交曲线坐标系中场论的表达式 24

习题 27

第2章 静电场 30

2.1 真空中静电场的基本方程 30

2.1.1 静电场的源——电荷和电荷密度 30

2.1.2 真空中静电场的基本方程 31

2.2 电位及其电位方程 35

2.2.1 电位 35

2.2.2 电位方程 38

2.3 电介质中的静电场 39

2.3.1 电偶极子的电位和电场强度 39

2.3.2 电介质中的静电场 41

2.4 静电场中的导体与带电系统中的电容 45

2.4.1 静电场中导体的特点 45

2.4.2 电容 46

2.4.3 部分电容 47

2.5 静电场的边界条件 49

2.5.1 场矢量E和D的边界条件 49

2.5.2 电位φ的边界条件 50

2.6 静电场边值问题的解法 52

2.6.1 分离变量法 53

2.6.2 镜像法 59

2.7 静电场的能量、能量密度与电场力 69

2.7.1 静电场的能量和能量密度 69

2.7.2 用虚位移法求电场力 71

习题 73

第3章 恒定电场 77

3.1 恒定电场的源——恒定电流 77

3.1.1 运流电流与电流密度 77

3.1.2 传导电流与电流密度 78

3.2 电荷守恒定律（电流连续性方程） 79

3.3 恒定电场的形成 81

3.4 恒定电场的基本方程 82

3.5 恒定电场的边界条件 83

3.6 损耗功率与焦耳定律 84

3.7 静电比拟与接地电阻 85

3.7.1 静电比拟 85

3.7.2 接地电阻 86

习题 87

第4章 静磁场 90

4.1 真空中静磁场的基本方程 90

4.1.1 毕奥-萨伐尔定律与磁通量密度 90

4.1.2 磁通量与磁通连续性原理 93

4.1.3 安培环路定律与磁场强度 94

4.2 静磁场的矢量磁位及其方程 96

4.2.1 矢量磁位 96

4.2.2 矢量磁位方程 97

4.3 磁介质中的静磁场 98

4.3.1 磁偶极子的矢量磁位和磁通量密度 98

4.3.2 磁介质中的静磁场 101

4.4 静磁场的边界条件 106

4.4.1 场矢量B和H的边界条件 106

4.4.2 矢量磁位A的边界条件 107

4.5 标量磁位及其方程 109

4.5.1 标量磁位 109

4.5.2 标量磁位方程 110

4.5.3 镜像法 113

4.6 电感 114

4.6.1 自感 114

4.6.2 互感 116

4.7 静磁场的能量、能量密度与磁场力 117

4.7.1 静磁场的能量与能量密度 117

4.7.2 用虚位移法求磁场力 120

4.8 磁路 121

习题 124

第5章 时变电磁场 130

5.1 电磁感应定律与全电流定律 130

5.1.1 电磁感应定律 130

5.1.2 全电流定律 132

5.2 麦克斯韦方程组 133

5.2.1 微分形式的麦克斯韦方程组 133

5.2.2 时变电磁场的本构关系 134

5.2.3 积分形式的麦克斯韦方程组 134

5.3 时变电磁场的边界条件 135

5.3.1 一般情况 135

5.3.2 特殊情况 137

5.4 坡印亭定理与坡印亭矢量 138

5.4.1 坡印亭定理 138

5.4.2 坡印亭矢量 139

5.4.3 时变电磁场的唯一性定理 140

5.5 波动方程与电磁位函数 141

5.5.1 波动方程 141

5.5.2 电磁位函数的方程及其解 141

5.6 时谐（正弦）电磁场的复数表示 146

5.6.1 复数形式的麦克斯韦方程组 147

5.6.2 复数形式的边界条件 147

5.6.3 复矢量E和H的矢量亥姆霍兹方程 148

5.6.4 复坡印亭矢量与复坡印亭定理 149

习题 151

第6章 平面电磁波 155

6.1 理想媒质中的平面波 155

6.1.1 平面波的电磁场 155

6.1.2 平面波的传播特性参量与传播特性 158

6.1.3 平面波的一般解——沿任意方向传播的平面波 159

6.2 导电媒质中的平面波 163

6.2.1 导电媒质的分类 163

6.2.2 平面波在导电媒质中的传播特性 165

6.2.3 群速 170

6.3 平面波的极化 171

6.3.1 线极化 172

6.3.2 圆极化 172

6.3.3 椭圆极化 173

6.4 平面波在两种媒质的平面交界面上的垂直入射 174

6.4.1 两种理想媒质平面交界面上的垂直入射 174

6.4.2 理想媒质与导体平面交界面上的垂直入射 177

6.4.3 多层介质表面的垂直入射 181

6.5 平面波在两种媒质平面交界面上的斜入射 185

6.5.1 两种理想媒质平面交界面上的斜入射 185

6.5.2 理想媒质与导体平面交界面上的斜入射 191

6.5.3 全反射与全透射 195

习题 198

第7章 导行电磁波 203

7.1 柱形传输系统中的导波及其特性 204

7.1.1 柱形传输系统中导波的电磁场 204

7.1.2 导波的分类及其传输特性 206

7.2 TEM模传输线的理论基础 214

7.2.1 传输线的分布参数及其等效电路 215

7.2.2 一般形式传输线的方程及其解 217

7.2.3 输入阻抗和反射系数 223

7.2.4 均匀无耗传输线端接不同负载时的工作状态 225

7.2.5 传输线的传输功率与回波损耗 232

7.2.6 传输线的阻抗匹配 236

7.3 金属波导与同轴线中的导波 243

7.3.1 平行板波导中的导波 243

7.3.2 矩形波导中的导波 247

7.3.3 圆形波导中的导波 259

7.3.4 同轴线中的导波 268

7.3.5 金属波导的激励与耦合 273

7.4 其他TEM模和准TEM模传输线中的导波 274

7.4.1 带状线中的导波 275

7.4.2 微带线中的导波 277

7.4.3 其他准TEM模和非TEM模传输线中的导波 284

习题 286

第8章 电磁波的辐射和接收的基础理论 292

8.1 电磁波辐射的基本概念与电磁对偶性原理 292

8.1.1 辐射的基本概念 292

8.1.2 时谐场的滞后位 293

8.1.3 电磁对偶性原理 294

8.2 基本振子与基本面元的辐射 295

8.2.1 基本电振子的辐射 295

8.2.2 基本磁振子的辐射 300

8.2.3 基本面元（惠更斯元）的辐射 304

8.3 天线的基本参数 306

8.3.1 天线的方向图及其有关参数 306

8.3.2 效率 310

8.3.3 增益系数 311

8.3.4 有效长度与有效长度矢量 312

8.3.5 输入阻抗 312

8.3.6 天线的极化 313

8.4 对称振子天线 314

8.4.1 对称振子的电流分布与远区辐射场 314

8.4.2 对称振子的方向图与辐射电阻 316

8.4.3 对称振子的有效长度 317

8.5 天线阵 318

8.5.1 增强天线方向性的基本原理 318

8.5.2 二元阵 319

8.5.3 导电体对天线的影响 324

8.5.4 均匀直线阵 326

8.6 平面口径的辐射 329

8.7 互易定理与接收天线理论 331

8.7.1 互易定理 331

8.7.2 接收天线理论 332

习题 340

附录A 主要矢量分析与场论公式 345

附录B 常用正交曲线坐标系中的场论恒等式 347

附录C 空间δ函数的定义与性质 348

附录D 常用材料的参数和物理常数 351

参考文献 353