工程电磁学与电磁波 第2版PDF电子书下载

第1章 概述 1

1.1 集总参数电路与分布参数电路 5

1.1.1 上升时间与行进时间 7

1.1.2 周期与行进时间 8

1.1.3 元件尺寸与波长 10

1.2 电磁元件 12

1.3 麦克斯韦方程组和电磁波 13

1.4 小结 15

习题 16

第2章 传输线的瞬态响应 20

2.1 传输线性能和电路模型的启发式讨论 21

2.1.1 传输线性能的启发式讨论 22

2.1.2 传输线的电路模型 23

2.2 传输线方程组和波动求解 25

2.2.1 传输线方程组 26

2.2.2 有耗传输线的行进波求解 27

2.3 在不连续处的反射 32

2.3.1 反弹图 34

2.3.2 反射过程 36

2.3.3 开路和短路传输线 38

2.4 带阻性终端的传输线瞬态响应 43

2.4.1 带阻性阻抗的单根传输线 43

2.4.2 传输线之间的连接点 50

2.5 电抗性负荷传输线的暂态响应 54

2.6 时域反射仪 63

2.7 传输线参数 67

2.8 小结 70

习题 71

第3章 传输线上的稳态波 89

3.1 采用相量的波求解法 90

3.2 带短路或开路终端的传输线上的电压和电流 93

3.2.1 短路传输线 95

3.2.2 开路传输线 99

3.2.3 作为电抗性电路元件的开路和短路传输线 101

3.3 端接任意阻抗的传输线 103

3.3.1 电压和电流驻波图形 105

3.3.2 传输线阻抗 111

3.3.3 V+的计算 120

3.4 传输线上的功率流 122

3.5 阻抗匹配 130

3.5.1 利用集总电抗性元件的匹配法 130

3.5.2 利用串联或并联短截线的匹配法 134

3.5.3 四分之一波转换匹配 138

3.6 史密斯圆图 144

3.6.1 复阻抗映射至复Г 145

3.6.2 利用史密斯圆图的例子 149

3.6.3 来自史密斯圆图的电压和电流幅度 153

3.7 有耗线的正弦稳态特性 155

3.7.1 无限长或已匹配的传输线 156

3.7.2 有耗负载传输线 161

3.8 小结 168

习题 171

第4章 静态电场 186

4.1 电荷 188

4.1.1 法拉第金箔验电器 190

4.1.2 电荷及原子结构 191

4.2 库仑定律 192

4.2.1 库仑及其实验 196

4.2.2 库仑定律的准确性和有效性 198

4.3 电场 200

4.3.1 多电荷下的电场 202

4.3.2 电荷连续分布时的电场 204

4.3.3 这就是静电学的全部吗 208

4.3.4 电场的可视化：电场线 209

4.4 电势 212

4.4.1 移动一检验电荷所要做的功：静电势 212

4.4.2 静电势和电场 217

4.4.3 多个点电荷产生的静电势 222

4.4.4 电荷连续分布时的静电势 224

4.5 电通量和高斯定理 227

4.5.1 电位移和电通密度D 228

4.5.2 高斯定理 231

4.5.3 高斯定理的应用 233

4.6 散度：高斯定理的微分形式 238

4.7 金属导体 245

4.7.1 宏观与微观领域 246

4.7.2 金属导体表面电场 248

4.7.3 导体感应电荷 250

4.7.4 静电屏蔽和平方反比定律的检验 254

4.7.5 金属导体力 256

4.8 泊松方程和拉普拉斯方程 258

4.9 电容 263

4.10 介电材料 270

4.10.1 极化率 270

4.10.2 介电常数概念 275

4.10.3 介质击穿 280

4.11 静电边界条件 285

4.12 静电能 290

4.12.1 电荷和电势角度下的静电能 291

4.12.2 电场角度下的静电能 293

4.13 静电力 299

4.13.1 导电导体上的静电力 299

4.13.2 电介质存在下的静电力 301

4.14 微机电系统（MEMS） 304

4.14.1 平行板静电致动器 306

4.14.2 间隔恒定的静电微执行器 311

4.15 总结 313

习题 317

第5章 恒定电流 325

5.1 电流密度和传导的微观视角 325

5.2 电流、欧姆定律和电阻 331

5.3 电动势和基尔霍夫电压定律 338

5.4 连续性方程和基尔霍夫电流定律 341

5.5 自由电荷的再分配 343

5.6 恒定电流流动的边界条件 345

5.6.1 在导体-电介质界面的电流和电场 345

5.6.2 两个导体之间界面处电流的弯曲 347

5.7 J和D的对偶性：电阻-电容类比 349

5.8 焦耳定律 354

5.9 面电流和线电流 355

5.9.1 面电流 356

5.9.2 线电流 357

5.10 总结 357

习题 359

第6章 静态磁场 366

6.1 安培力定律 368

6.2 毕奥-萨伐尔定律及其应用 374

6.2.1 螺线管内的磁场 383

6.2.2 B场和E场的二相性 385

6.3 安培环路定律 386

6.4 磁场旋度：安培定律的微分形式 393

6.4.1 直角坐标系中的旋度 394

6.4.2 其他坐标系下的旋度 397

6.4.3 斯基林的桨轮 400

6.4.4 斯托克斯定理 402

6.5 磁矢势 405

6.6 磁偶极子 412

6.7 磁场B的散度、磁通量及电感 417

6.7.1 磁场B的散度和磁通量 417

6.7.2 电感 419

6.7.3 一些实际用的线圈的电感 425

6.7.4 磁场中的能量 429

6.8 材料介质中的磁场 431

6.8.1 抗磁性和顺磁性的微观基础 433

6.8.2 磁场强度和磁导率概念 435

6.8.3 铁磁材料 441

6.8.4 超导体中的迈斯纳效应 442

6.9 静磁场的边界条件 443

6.10 磁力和力矩 447

6.10.1 运动电荷上的磁力和霍尔效应 447

6.10.2 载流导体上的磁力 450

6.10.3 载流环上的扭矩 452

6.11 总结 454

习题 457

第7章 时变场和麦克斯韦方程 466

7.1 法拉第定律 468

7.2 动生电动势 478

7.2.1 恒定磁场中的运动 479

7.2.2 在时变磁场中的移动导体 481

7.2.3 法拉第定律的微分形式 485

7.2.4 矢量位势A形式的法拉第定律 486

7.3 磁场中的能量 487

7.3.1 载流回路的自能 488

7.3.2 载流回路系统的磁能 489

7.3.3 场形式的磁能 493

7.3.4 以存储磁能形式的电磁力和扭矩 496

7.4 位移电流与麦克斯韦方程 498

7.4.1 位移电流和安培定律的一般形式 499

7.4.2 麦克斯韦方程组 503

7.4.3 横向电磁（TEM）波 505

7.4.4 时谐麦克斯韦方程 507

7.5 复习麦克斯韦方程 509

7.6 小结 512

习题 514

第8章 无界介质中的波 523

8.1 在一个简单的无源、无耗介质中传播的平面波 524

8.2 在无耗介质中的时谐均匀平面波 531

8.3 有耗介质中的平面波 541

8.3.1 均匀平面波在有耗电介质中的传播 547

8.3.2 良导体内的均匀平面波传播 555

8.4 电磁能量流和坡印廷矢量 559

8.4.1 电磁能量流动和坡印廷定理 560

8.4.2 在无耗介质中由均匀平面波携带的电磁功率 566

8.4.3 瞬时和平均功率以及复数形式的坡印廷定理 570

8.4.4 辐射压力和电磁动量 573

8.5 电磁波极化 576

8.5.1 线性极化 577

8.5.2 圆极化 578

8.5.3 椭圆极化 581

8.5.4 椭圆极化波的坡印廷矢量 586

8.5.5 实际中的极化 587

8.6 任意定向的均匀平面波 588

8.6.1 沿任意方向的均匀平面波 588

8.6.2 非均匀平面波 592

8.7 非平面电磁波 593

8.8 总结 593

习题 596

第9章 波在平面界面的反射、透射和折射 608

9.1 在理想导体上的垂直入射 609

9.2 在无耗电介质上的垂直入射 618

9.2.1 反射和透射系数 618

9.2.2 传播波和驻波 621

9.2.3 电磁功率流 623

9.3 多介质界面 625

9.3.1 边界条件的应用 625

9.3.2 阻抗转换器和传输线类比 629

9.4 在有耗介质上的垂直入射 636

9.4.1 来自非理想导电平面的反射 636

9.4.2 多个有耗界面的反射 643

9.5 在理想导体上的倾斜入射 648

9.5.1 垂直极化 649

9.5.2 平行极化 654

9.6 在电介质边界处的斜入射 658

9.6.1 垂直极化 662

9.6.2 平行极化 666

9.6.3 布儒斯特角 668

9.6.4 菲涅尔公式 672

9.7 全内反射 674

9.7.1 反射系数 675

9.7.2 介质2中的电磁场：折射波 679

9.8 有耗介质上的斜入射 685

9.8.1 介质2中的折射电磁场 687

9.8.2 来自有耗介质的斜入射反射 692

9.9 总结 693

习题 696

第10章 平行板波导和介质平板波导 714

10.1 平行金属板之间的波 717

10.1.1 TE和TM波的场解 720

10.1.2 截止频率、相速和波长 723

10.1.3 作为TEM波叠加的TE和TM模 728

10.1.4 平行板波导中的衰减 733

10.1.5 平行板波导中的电压、电流和电阻 738

10.1.6 电场和磁场分布 741

10.2 介质波导 743

10.2.1 介质平板波导：模式理论 744

10.2.2 电介质覆盖的地面 753

10.2.3 介质平板波导：射线理论 757

10.3 波速度和波导色散 761

10.3.1 群速度 763

10.3.2 （-β-ω）色散图 767

10.3.3 作为能量速度的群速度 769

10.4 总结 771

习题 774

第11章 场与物质的相互作用及超材料 781

11.1 波在电离气体（等离子体）中的传播 783

11.1.1 等离子振荡和电子等离子体频率 785

11.1.2 在等离子体中的电磁波 787

11.2 电介质和导体的频率特性 793

11.2.1 介电材料的频率响应 794

11.2.2 金属的频率响应 798

11.3 超材料 799

11.3.1 左手材料 802

11.3.2 损耗介质 803

11.3.3 材料色散 805

11.3.4 平面分界面 807

11.4 总结 815

习题 816

附录A 矢量分析 818

A.1 矢量分量、单位矢量和矢量加法 819

A.2 矢量乘法 821

A.2.1 点积 821

A.2.2 叉积 821

A.2.3 三重积 822

A.3 柱坐标系和球坐标系 823

A.3.1 柱坐标系 823

A.3.2 球坐标系 826

A.4 矢量恒等式 830

附录B 唯一性定理 833

附录C 安培环路定律由毕奥-萨伐尔定律的推导 836

基本参量的符号和单位 839

参考书目 843

基本的物理常数 844

十的量纲 845

梯度、散度和旋度 846

奇数习题的部分答案 847