电磁场与电磁波

第1章矢量分析

1.1标量场与矢量场

1.1.1矢量

1.1.2圆柱面坐标系和球面坐标系

1.1.3场的基本概念

1.2矢量场的通量和散度

1.2.1通量

1.2.2散度与散度定理

1.2.3散度在直角坐标系中的表示

1.2.4哈密顿算符

1.3矢量场的环量与旋度

1.3.1环量

1.3.2旋度与斯托克斯定理

1.3.3旋度在直角坐标系中的表示

1.4标量场的方向导数与梯度

1.4.1方向导数

1.4.2梯度

1.5场的性质与亥姆霍兹定理

1.5.1场的若干重要性质

1.5.2亥姆霍兹定理

1.6拉普拉斯算符与格林定理

1.6.1拉普拉斯算符

1.6.2格林定理

本章小结

习题

第2章静电场

2.1电荷与电荷密度

2.1.1体电荷

2.1.2面电荷

2.1.3线电荷

2.1.4点电荷

2.2库仑定律与电场强度

2.2.1库仑定律

2.2.2电场强度

2.3真空中高斯定理

2.3.1立体角

2.3.2高斯定理

2.4电位函数

2.4.1静电场的无旋性

2.4.2电位函数

2.4.3电位函数的泊松方程与拉普拉斯方程

2.5介质中的高斯定理

2.5.1电介质的极化

2.5.2介质中的高斯定理

2.5.3介电常数

2.5.4静电场基本方程

2.5.5介质中电位的泊松方程

2.6静电场的边界条件

2.6.1在两种电介质分界面上的边界条件

2.6.2导体表面附近的场

2.7电容与部分电容

2.7.1电容

2.7.2部分电容

2.8静电能与静电力

2.8.1静电能

2.8.2静电力

本章小结

习题

第3章恒定电场

3.1电流与电流密度

3.1.1传导电流与运流电流

3.1.2电流分布模型与电流密度矢量

3.1.3电荷守恒定律

3.2恒定电场基本方程

3.2.1恒定电流场

3.2.2欧姆定律与焦耳定律

3.2.3媒质的电特性

3.2.4恒定电场的边界条件

3.3静电场与恒定电场比较

3.4电导与部分电导

3.4.1电导

3.4.2部分电导

本章小结

习题

第4章恒定磁场

4.1安培力定律与磁感应强度

4.1.1安培力定律

4.1.2磁感应强度

4.2真空中安培环路定律

4.2.1磁通量连续性方程

4.2.2真空中的安培环路定律

4.3矢量磁位

4.3.1矢量磁位的定义

4.3.2矢量磁位的泊松方程与拉普拉斯方程

4.4介质中恒定磁场的基本方程

4.4.1磁介质的分类

4.4.2顺磁质的磁化

4.4.3磁化电流

4.4.4磁介质中恒定磁场的基本方程

4.5恒定磁场的边界条件

4.5.1B的法向分量边界条件

4.5.2H的切向分量边界条件

4.6标量磁位

4.6.1标量磁位的引入

4.6.2标量磁位的泊松方程

4.6.3标量磁位的边界条件

4.7电感

4.7.1自感

4.7.2互感

4.7.3诺依曼公式

4.8磁场能量与磁场力

4.8.1恒定磁场中的能量

4.8.2磁场能量体密度

4.8.3磁场力

本章小结

习题

第5章静态场边值问题的解法

5.1边值问题与唯一性定理

5.1.1边值问题

5.1.2唯一性定理

5.2分离变量法

5.2.1直角坐标系中的分离变量法

5.2.2圆柱坐标系中的分离变量法

5.2.3球面坐标系中的分离变量法

5.3镜像法

5.3.1平面镜像法

5.3.2圆柱面镜像法

5.3.3球面镜像法

本章小结

习题

第6章时变电磁场

6.1法拉第电磁感应定律

6.2位移电流

6.3麦克斯韦方程组

6.3.1麦克斯韦方程组简介

6.3.2麦克斯韦方程组的辅助方程——本构关系

6.4无源理想介质中的波动方程

6.5时变电磁场的边界条件

6.5.1法向分量的边界条件

6.5.2切向分量的边界条件

6.5.3两种特殊的边界条件

6.6时变电磁场的能量守恒定律与坡印廷矢量

6.7动态位函数与达朗伯方程

6.7.1动态矢量位与动态标量位

6.7.2达朗伯方程

6.7.3达朗伯方程的解与滞后位

6.8时谐电磁场

6.8.1时谐场及场量的复数表示

6.8.2麦克斯韦方程组的复数形式

6.8.3波动方程的复数形式

6.8.4平均坡印廷矢量

本章小结

习题

第7章平面电磁波

7.1理想介质中的均匀平面波

7.1.1亥姆霍兹方程的解

7.1.2均匀平面波的传播特性

7.2电磁波的极化

7.3导电媒质中的均匀平面波

7.4均匀平面波对平面分界面的垂直入射

7.4.1对理想介质分界面的垂直入射

7.4.2对理想导体的垂直入射

7.4.3对多层理想介质分界面的垂直入射

7.5均匀平面波对平面分界面的斜入射

7.5.1对理想介质分界面的斜入射

7.5.2对理想导体平面的斜入射

本章小结

习题

第8章导行电磁波

8.1均匀导波系统中波传播的一般特性

8.1.1横向场分量和纵向场分量之间的关系

8.1.2均匀导波系统中波传播特性

8.1.3TEM波的一般特性

8.2矩形波导

8.2.1矩形波导中电磁波的通解

8.2.2矩形波导中波的参数

8.2.3矩形波导中的TE10模

8.3圆波导

8.3.1圆波导中的场量表达式

8.3.2圆波导中波的截止波长分布图

8.3.3圆波导中常用的3种模式

8.4波导中的功率容量和损耗

8.4.1波导中的功率容量

8.4.2波导中的功率损耗

8.5谐振腔

8.5.1微波谐振器的演化过程

8.5.2矩形波导谐振腔

8.6传输线

8.6.1基本概念

8.6.2传输线方程及其解

8.6.3均匀传输线的特性参数

8.6.4均匀无耗长线终端接不同负载时的工作状态

本章小结

习题

第9章电磁波辐射

9.1电偶极子的辐射

9.1.1电偶极子的近区场

9.1.2电偶极子的远区场

9.2天线的电参数

9.2.1方向函数和方向图

9.2.2方向性系数

9.2.3天线效率

9.2.4增益系数

9.2.5输入阻抗

9.2.6有效长度

9.2.7极化

9.2.8频带宽度

9.3电磁对偶性

9.4磁偶极子与开槽天线的辐射

9.4.1磁偶极子

9.4.2开槽天线

9.5对称振子天线

9.5.1对称天线上的电流分布

9.5.2对称振子天线的辐射

9.5.3半波对称振子

9.6天线阵列

9.6.1方向图乘积原理

9.6.2均匀直线阵

本章小结

习题

附录A常用矢量公式

附录B电磁量的符号及单位

附录C国际单位制基本单位和导出单位

附录D国际单位制词头

附录E重要物理常数

參考文献

本书系统阐述了电磁场与电磁波的基本理论，主要内容包括矢量分析、静电场、恒定电场与恒定磁场、静态场边值问题的解析法、时变电磁场、平面电磁波、导行电磁波、电磁波辐射等，共9章。编写时，针对电磁场与电磁波理论性强、逻辑严谨、概念抽象的特点，着重讲解电磁现象的基本概念、定性分析过程和定量分析方法，沿着“矢量分析—静态场（静电场、恒定电场、恒定磁场）—时变电磁场—导波系统—电磁波辐射”的知识结构组织教材内容。附录中给出了常用矢量公式、电磁量的符号及单位、国际单位制基本单位和导出单位、国际单位制词头及重要物理常数，以备查用。本书可作为高等院校电子信息类与电气信息类专业的本科生教材，也可作为相关教学与工程技术人员的参考书。

本书“十二五”江苏省高等学校电子信息类重点专业建设项目建设的教材，也是安徽省省级精品课程《电磁场与电磁波》建设的教材。
内容组织上，针对电磁场与电磁波理论性强、逻辑严谨、概念抽象的特点，着重阐述电磁现象的基本概念、定性分析过程和定量分析方法，沿着矢量分析-静态场（静电场、恒定电场、恒定磁场）-时变电磁场-导波系统-电磁波辐射的知识结构组织教材内容。
附录中给出了常用矢量公式、电磁量的符号及单位、国际单位制基本单位和导出单位、国际单位制词头及重要物理常数，以备查用。
主要介绍了电磁场与电磁波的基本概念和基本规律。学生通过该课程的学习，将初步具备分析电子电气信息技术中所涉及的电磁场与电磁波基本特性的能力。在学习过程中，不仅能使学生深化对电磁规律的理解，而且有助于培养他们的科学思维方法及创新精神。