電磁場與電磁波理論（第三版）

目錄
第1章 矢量分析與場論 1
1.1 矢量的代數(shù)運算 1
1.1.1 矢量及其表示法 1
1.1.2 矢量的代數(shù)運算 3
1.2 場的微分運算 7
1.2.1 場的基本概念 7
1.2.2 標(biāo)量場的方向?qū)?shù)和梯度 9
1.2.3 矢量場的通量和散度 11
1.2.4 矢量場的環(huán)量和旋度 15
1.2.5 梯度、散度、旋度的比較 19
1.3 矢量恒等式和基本定理 20
1.3.1 重要的恒等式和拉普拉斯算子 21
1.3.2 矢量場的基本定理 22
1.4 常用正交曲線坐標(biāo)系 27
1.4.1 三種常用的正交坐標(biāo)系 27
1.4.2 三種常用坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換 30
1.4.3 三種常用坐標(biāo)系中的梯度、散度、旋度和拉普拉斯展開式 31
思考題 32
習(xí)題 32
第2章 宏觀電磁現(xiàn)象的基本定律 35
2.1 基本電磁物理量 35
2.1.1 電荷密度 35
2.1.2 電場強度 37
2.1.3 電極化強度 38
2.1.4 電位移 40
2.1.5 電流密度 41
2.1.6 磁感應(yīng)強度 43
2.1.7 磁化強度 44
2.1.8 磁場強度 45
2.2 電磁場基本定律 46
2.2.1 庫侖定律 46
2.2.2 環(huán)量定律和高斯定律 48
2.2.3 安培定律與畢奧-薩伐爾定律 50
2.2.4 磁通連續(xù)性定律和安培環(huán)路定律 52
2.2.5 法拉第電磁感應(yīng)定律 54
2.2.6 電荷守恒定律 55
2.3 麥克斯韋方程組 56
2.3.1 麥克斯韋的兩個假設(shè) 57
2.3.2 麥克斯韋方程組的積分形式 60
2.3.3 麥克斯韋方程組的微分形式 61
2.4 時變電磁場的邊界條件 63
2.4.1 邊界條件的一般形式 64
2.4.2 邊界條件的三種常用形式 66
思考題 69
習(xí)題 69
第3章 靜電場及其邊值問題的解法 74
3.1 靜電場的基本方程與邊界條件 74
3.1.1 靜電場的基本方程 74
3.1.2 靜電場的邊界條件 75
3.2 電位及其電位方程 77
3.2.1 電位和電位梯度 77
3.2.2 電位的微分方程和邊界條件 82
3.3 靜電場的能量和導(dǎo)體的電容 84
3.3.1 靜電場的能量和能量密度 84
3.3.2 導(dǎo)體系統(tǒng)的電容 86
3.4 靜電場邊值問題的分類以及唯一性定理 89
3.4.1 靜電場邊值問題的分類 89
3.4.2 靜電場唯一性定理 89
3.5 直接積分法 91
3.6 分離變量法 94
3.6.1 直角坐標(biāo)系中的分離變量法 95
3.6.2 圓柱坐標(biāo)系中的分離變量法 103
3.6.3 球面坐標(biāo)系中的分離變量法 107
3.7 鏡像法 110
3.7.1 點電荷關(guān)于無限大導(dǎo)體平面的鏡像法 110
3.7.2 點電荷關(guān)于導(dǎo)體球面的鏡像法 114
3.7.3 點電荷關(guān)于無限大介質(zhì)平面的鏡像法 116
3.7.4 線電荷關(guān)于無限長圓柱導(dǎo)體面的鏡像法 118
3.8 靜電場的數(shù)值解法 120
3.8.1 有限差分法 121
3.8.2 矩量法 126
思考題 130
習(xí)題 130
第4章 恒定電場與恒定磁場 136
4.1 恒定電場基本方程與邊界條件 136
4.1.1 導(dǎo)體內(nèi)部恒定電場的基本方程 136
4.1.2 導(dǎo)體內(nèi)部恒定電場的邊界條件 137
4.2 恒定電場的電位與靜電比擬法 137
4.2.1 恒定電場的電位和邊界條件 137
4.2.2 恒定電場的功率損耗與電容器的漏電導(dǎo) 138
4.2.3 恒定電場的靜電比擬法 140
4.3 恒定磁場基本方程與邊界條件 141
4.3.1 恒定磁場的基本方程 141
4.3.2 恒定磁場的邊界條件 142
4.4 矢量磁位和標(biāo)量磁位 144
4.4.1 恒定磁場的矢量磁位 145
4.4.2 恒定磁場的標(biāo)量磁位 150
4.5 恒定磁場的能量和載流回路的電感 152
4.5.1 恒定磁場的能量和能量密度 153
4.5.2 載流回路的電感 153
思考題 156
習(xí)題 157
第5章 電磁波的輻射 160
5.1 時諧電磁場的基本方程和邊界條件 160
5.1.1 基本場量的復(fù)數(shù)表示式 160
5.1.2 電磁場基本方程的復(fù)數(shù)形式 162
5.1.3 電磁場邊界條件的復(fù)數(shù)形式 163
5.1.4 復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率 164
5.2 時變電磁場的矢量磁位和標(biāo)量電位 166
5.2.1 時變電磁場矢量磁位和標(biāo)量電位的定義 166
5.2.2 時變電磁場矢量磁位和標(biāo)量電位的達(dá)朗貝爾方程 167
5.2.3 時變電磁場矢量磁位和標(biāo)量電位的積分表示式 169
5.2.4 時諧電磁場的矢量磁位和標(biāo)量電位 172
5.3 坡印亭定理與坡印亭矢量 174
5.3.1 時變電磁場的坡印亭定理與坡印亭矢量 174
5.3.2 時諧電磁場的坡印亭定理與復(fù)坡印亭矢量 175
5.4 基本輻射單元的輻射場 178
5.4.1 電基本振子的輻射場 178
5.4.2 磁基本振子的輻射場 182
5.4.3 惠更斯元的輻射場 186
5.5 對稱天線的輻射場和輻射特性 191
5.5.1 對稱天線的輻射場 191
5.5.2 對稱天線的輻射特性 193
5.6 均勻直線式天線陣的輻射場和輻射特性 198
5.6.1 均勻直線式天線陣的輻射場 198
5.6.2 均勻直線式邊射陣和端射陣 200
思考題 201
習(xí)題 201
第6章 均勻平面波的傳播 205
6.1 均勻平面波在理想介質(zhì)中的傳播 205
6.1.1 沿著+z 軸方向傳播的均勻平面波 205
6.1.2 沿任意方向傳播的均勻平面波 214
6.2 均勻平面波在導(dǎo)電媒質(zhì)中的傳播 218
6.2.1 導(dǎo)電媒質(zhì)中均勻平面波的電磁場 218
6.2.2 均勻平面波在弱導(dǎo)電媒質(zhì)中的傳播 222
6.2.3 均勻平面波在良導(dǎo)電媒質(zhì)中的傳播 223
6.3 均勻平面波對不同媒質(zhì)分界面的垂直入射 226
6.3.1 均勻平面波對理想介質(zhì)平面的垂直入射 226
6.3.2 均勻平面波對理想導(dǎo)體平面的垂直入射 231
6.3.3 均勻平面波對多層媒質(zhì)分界面的垂直入射 234
6.4 均勻平面波對不同媒質(zhì)分界面的斜入射 237
6.4.1 均勻平面波對理想介質(zhì)平面的斜入射 237
6.4.2 均勻平面波對理想導(dǎo)體平面的斜入射 245
思考題 248
習(xí)題 249
第7章 均勻波導(dǎo)中的導(dǎo)行電磁波 252
7.1 導(dǎo)行電磁波的一般分析方法 252
7.1.1 橫向場和縱向場的亥姆霍茲方程 253
7.1.2 用縱向場表示的橫向場 254
7.1.3 傳播模式及其傳播特性 255
7.2 矩形波導(dǎo)中的導(dǎo)行電磁波 260
7.2.1 直角坐標(biāo)系中標(biāo)量亥姆霍茲方程的通解 260
7.2.2 矩形波導(dǎo)中導(dǎo)行電磁波的傳播模式 262
7.2.3 矩形波導(dǎo)中導(dǎo)行電磁波的傳播特性 264
7.2.4 矩形波導(dǎo)中若干常用傳播模式的場結(jié)構(gòu) 267
7.3 圓形波導(dǎo)中的導(dǎo)行電磁波 271
7.3.1 圓柱坐標(biāo)系中標(biāo)量亥姆霍茲方程的通解 271
7.3.2 圓形波導(dǎo)中導(dǎo)行電磁波的傳播模式 273
7.3.3 圓形波導(dǎo)中導(dǎo)行電磁波的傳播特性 275
7.3.4 圓形波導(dǎo)中若干常用傳播模式的場結(jié)構(gòu) 278
7.4 傳輸功率與傳輸損耗 280
7.4.1 傳輸功率 281
7.4.2 管壁電流 283
7.4.3 傳輸損耗 286
7.5 同軸線中的導(dǎo)行電磁波 289
7.5.1 同軸線中的主模 289
7.5.2 同軸線中的高次模 291
7.6 光導(dǎo)纖維中的導(dǎo)行電磁波 292
7.6.1 光導(dǎo)纖維中導(dǎo)行波的特征方程 293
7.6.2 光導(dǎo)纖維中傳播模式及其截止條件 294
思考題 298
習(xí)題 299
第8章 均勻傳輸線中的導(dǎo)行電磁波 302
8.1 均勻傳輸線中導(dǎo)行電磁波的傳播模式 302
8.1.1 均勻傳輸線中的主模 302
8.1.2 均勻傳輸線中的高次模 305
8.2 均勻傳輸線的基本方程及其穩(wěn)態(tài)解 310
8.2.1 均勻傳輸線的分布參數(shù)及其等效電路 310
8.2.2 均勻傳輸線的基本方程 311
8.2.3 均勻傳輸線基本方程的穩(wěn)態(tài)解 312
8.2.4 均勻傳輸線基本方程穩(wěn)態(tài)解的不同表示形式 313
8.3 均勻傳輸線的特征參數(shù) 316
8.3.1 特性阻抗 316
8.3.2 傳播常數(shù) 318
8.4 均勻傳輸線的等效阻抗和反射系數(shù) 320
8.4.1 等效阻抗 320
8.4.2 反射系數(shù) 321
8.4.3 等效阻抗與反射系數(shù)的關(guān)系 322
8.5 無耗均勻傳輸線 324
8.5.1 終端接任意負(fù)載時的無耗均勻傳輸線 324
8.5.2 無耗均勻傳輸線上的行波 328
8.5.3 無耗均勻傳輸線上的駐波 329
8.6 史密斯圓圖 333
8.6.1 復(fù)平面上的反射系數(shù)圓 333
8.6.2 阻抗圓圖 335
8.6.3 導(dǎo)納圓圖 339
思考題 342
習(xí)題 342
參考文獻(xiàn) 346
附錄 347
常用的矢量公式 347
常用導(dǎo)體材料的參數(shù) 349
常用介質(zhì)材料的參數(shù) 349
常用的物理常數(shù) 350
習(xí)題答案(部分) 351