电磁场与波 电磁材料及MATLAB计算PDF电子书下载

第一部分 有界简单媒质中的电磁场 2

第1章 简单媒质中的电磁场 2

1.1 引言 2

1.2 简单媒质 2

1.3 时变电磁学 3

1.4 时谐场 5

1.5 准静态和静态近似 6

第2章 简单媒质中的电磁场：一维问题的解 7

2.1 无源媒质中的均匀平面波（pv=0，J源体积=0） 7

2.2 良导体近似 8

2.3 良导体中的均匀平面波：趋肤效应 8

2.4 PEC和电介质分界面上的边界条件 8

2.5 交流电阻 9

2.6 圆导线的交流电阻 10

2.7 电压和电流正弦波：传输线 10

2.8 有限长度传输线 12

2.9 电磁波极化 13

2.10 波沿任意传播方向 14

2.11 波的反射 15

2.12 p波的入射：平行极化情况 15

2.13 s波的入射：垂直极化情况 16

2.14 临界角和表面波 16

2.15 一维柱面波和贝塞尔函数 18

参考文献 21

第3章 二维问题和波导 22

3.1 直角坐标系中的二维解 22

3.2 矩形波导中的TMmn模式 23

3.3 矩形波导中的TEmn模式 25

3.4 矩形波导中的主模：TE10模式 26

3.5 波导中的功率流：TE10模式 26

3.6 由非理想导体和电介质引起的TE10模式的衰减 27

3.7 圆柱波导：TM模式 27

3.8 圆柱波导：TE模式 28

3.9 扇形波导 28

3.10 电介质圆柱波导——光纤 29

参考文献 30

第4章 三维问题的解 31

4.1 PEC边界矩形腔：TM模式 31

4.2 PEC边界矩形腔：TE模式 32

4.3 空腔的Q值 32

参考文献 33

第5章 球面波及其应用 34

5.1 半积分型贝塞尔函数 34

5.2 标量亥姆霍兹方程的解 35

5.3 矢量亥姆霍兹方程 36

5.4 TM模式 36

5.5 TE模式 37

5.6 球形腔 37

第6章 拉普拉斯方程：静态和低频近似 39

6.1 一维问题的解 39

6.2 二维问题的解 39

6.3 三维问题的解 46

参考文献 48

第7章 关于波的其他问题 49

7.1 群速度vg 49

7.2 格林函数 49

7.3 网络公式 51

7.4 周期介质的阻带 55

7.5 辐射 56

7.6 散射 61

7.7 衍射 64

参考文献 68

第二部分 复杂媒质中的电磁场 70

第8章 复杂材料的电磁模型 70

8.1 电偶极子体分布 70

8.2 频变介电常数 71

8.3 金属模型 72

8.4 等离子体媒质 73

8.5 电介质的极化 74

8.6 混合方程 76

8.7 良导体和半导体 77

8.8 理想导体和超导体 78

8.9 磁性材料 82

参考文献 85

第9章 人工电磁材料 86

9.1 人工电介质和等离子体模拟 86

9.2 左手材料 90

9.3 手性介质 98

参考文献 100

第10章 各向同性冷等离子体中的波：色散媒质 102

10.1 基本方程 102

10.2 电介质与电介质空间分界面 104

10.3 半空间等离子体的反射 105

10.4 等离子体平板的反射 106

10.5 穿过等离子体平板的功率隧道 109

10.6 非均匀等离子体平板问题 110

10.7 等离子体层的周期分布 111

10.8 表面波 113

10.9 半空间等离子体的暂态响应 115

10.10 孤波 117

参考文献 117

第11章 空间色散和热等离子体 118

11.1 可压缩气体中的波 118

11.2 热等离子体中的波 119

11.3 有损热等离子体的本构关系 122

11.4 无损热等离子体的电介质模型 123

11.5 有损热等离子体的导体模型 123

11.6 空间色散和非局域金属光学 124

11.7 等离子态的技术定义 124

参考文献 125

第12章 各向异性媒质和磁等离子体中的波 126

12.1 引言 126

12.2 各向异性冷等离子体媒质的基本场方程 126

12.3 一维方程：纵向传播及L波和R波 127

12.4 一维方程：横向传播及O波 129

12.5 一维解：横向传播及X波 129

12.6 有损磁等离子体媒质的介电张量 131

12.7 磁等离子体层的周期分布 132

12.8 表面磁等离子体 132

12.9 周期介质中的表面磁等离子体 133

12.10 磁导率张量 133

参考文献 133

第13章 各向异性晶体中的光波 134

13.1 双轴晶体中波沿主轴的传播 134

13.2 沿任意方向波的传播 135

13.3 沿任意方向波的传播：单轴晶体 136

13.4 k曲面 137

13.5 群速度作为极角的函数 138

13.6 各向异性半空间的反射 139

参考文献 139

第14章 运动媒质中的电磁场 140

14.1 引言 140

14.2 斯涅尔定律 140

14.3 伽利略变换 141

14.4 洛伦兹变换 143

14.5 洛伦兹标量、矢量和张量 145

14.6 四维空间中的电磁场方程 146

14.7 电磁场的洛伦兹变换 148

14.8 频率变换和相位不变性 149

14.9 运动平面的反射 149

14.10 运动电介质的本构关系 152

14.11 相对论粒子动力学 152

14.12 等离子体的参数变换 153

14.13 运动等离子体平板的反射 154

14.14 运动等离子体媒质的布儒斯特角和临界角 155

14.15 垂直于人射面运动的约束等离子体 155

14.16 运动等离子体的波导模式 155

14.17 运动等离子体媒质的脉冲响应 155

参考文献 155

第三部分 电磁计算 158

第15章 引言和一维问题 158

15.1 电磁场问题：微分和积分方程 158

15.2 离散化和代数方程组 159

15.3 一维问题 159

参考文献 172

第16章 二维问题 173

16.1 有限差分方法 173

16.2 迭代解法 175

16.3 有限元方法 176

16.4 二维泊松方程的有限元方法 184

16.5 均匀波导问题的有限元方法 187

16.6 传输线的特性阻抗：有限元方法 201

16.7 矩量法：二维问题 203

16.8 矩量法：散射问题 207

参考文献 210

第17章 有限元方法的高级专题 211

17.1 基于节点和棱边的有限元方法 211

17.2 弱形式和加权余量法 214

17.3 非均匀波导问题 216

17.4 开放边界、吸收边界、条件和散射问题 217

17.5 三维问题 225

参考文献 229

第18章 利用多个单元分析脊形波导 230

18.1 均匀脊形波导 230

18.2 非均匀波导 236

第19章 时域有限差分法 241

19.1 真空中的传输线 241

19.2 时域有限差分解 242

19.3 数值色散 244

19.4 非均匀、非色散媒质中的波：FDTD解 246

19.5 非均匀、色散媒质中的波 248

19.6 德拜材料中的波：FDTD解 250

19.7 稳定极限和courant条件 250

19.8 开放边界 250

19.9 激励源 251

19.10 频率响应 251

参考文献 252

第20章 电磁脉冲与开关等离子体平板相互作用的时域有限差分法模拟 253

20.1 引言 253

20.2 FDTD方程的建立 254

20.3 连续波与开关等离子体平板的相互作用 256

20.4 脉冲波与开关等离子体平板的相互作用 257

参考文献 260

第21章 基于微扰和变分技术的近似解析方法 261

21.1 空腔的微扰 261

21.2 变分技术和稳定公式 266

参考文献 270

第四部分 附录 272

附录1A 矢量公式和坐标系 272

附录1B 滞后位和静态位 278

附录1C 坡印廷定理 283

附录1D 麦克斯韦方程的低频近似：R、 L、 C和忆阻器M 284

附录2A 当趋肤深度δ与导线半径α可比拟时圆导线的交流电阻 288

附录2B 传输线：功率计算 291

附录2C 史密斯圆图简介 293

附录2D 非均匀传输线 304

附录4A 高频时良导体中的损耗计算：表面电阻Rs 309

附录6A 受限傅里叶级数的展开 310

附录7A 二维和三维格林函数 312

附录9A 热等离子体媒质的实验模拟 320

附录9B 波在手性媒质中的传播 325

附录10A 表面波激励引起等离子体羽衣的反向散射 327

附录10B 电磁辐射的经典光子理论 335

附录10C 时变媒质中的光子加速 338

附录11A 夹在两半无限大电介质之间的热各向同性等离子体平板的薄膜反射特性 351

附录11B 非均匀热磁等离子体中波的一阶耦合微分方程 365

附录11C 热漂移单轴电子等离子体的波导模式 367

附录12A 法拉第旋转与自然旋转 371

附录12B 铁氧体和磁导率张量 373

附录14A 电磁波与运动有界等离子体的相互作用 375

附录14B 平面电磁波斜入射到运动媒质时所产生的辐射压力 380

附录14C 斜入射在相对运动单轴等离子体平板上的电磁波的反射和透射 383

附录14D 以相对论速度运动的等离子体媒质的布儒斯特角 394

附录14E 运动等离子体对电磁波的全反射 398

附录14F 电磁波与垂直于入射面运动的有界等离子体间的相互作用 401

附录16A MATLAB程序 408

附录16B 余切公式 416

附录16C 诺依曼边界条件：有限元方法 418

附录16D 标准面积积分 422

附录16E 求场问题解的数值方法 425

附录17A 场奇异性问题 434

附录18A 输入数据 436

附录18B 主程序 452

附录18C 函数程序 455

附录21A 复坡印廷定理 465

第五部分 习题 468

习题 468

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