电磁场与电磁波导论

第1章 绪论 1

1.1 电磁场理论建立的历史意义 1

1.2 电磁场理论与现代电子信息技术 1

1.2.1 无线通信系统 1

1.2.2 雷达系统 2

1.2.3 军事应用 3

1.3 电磁场学科的应用范围 4

1.4 麦克斯韦方程组——电磁场理论的基础 6

思考题 6

第2章 静电场与恒流电场 7

2.1 库仑定律的建立及意义 7

2.2 库仑定律和电场强度的定义 8

2.2.1 库仑定律 8

2.2.2 电场强度的定义 9

2.3 静电场的基本方程 9

2.4 电场强度的计算 10

2.4.1 离散电荷系统的电场强度 11

2.4.2 连续分布电荷的电场 13

2.5 高斯定理及其应用 14

2.6 标量电位函数 17

2.6.1 离散电荷的电位 18

2.6.2 分布电荷的电位 19

2.7 电媒质中的高斯定理 21

2.7.1 极化媒质的等效电荷分布 21

2.7.2 媒质中的合成电场 23

2.7.3 媒质中的高斯定理 23

2.7.4 媒质强度 24

2.8 静电场的边界条件 26

2.9 电容和电容器 28

2.10 静电场的能量和力 30

2.10.1 用电荷和电位函数表示的静电能量 30

2.10.2 用场量表示的静电能量 31

2.10.3 静电力 33

2.11 恒流电场 35

2.11.1 恒流电场的基本方程 35

2.11.2 导电回路中的外加电场 37

2.11.3 功率耗散和焦耳定律 38

2.11.4 恒流电场的边界条件 38

2.12 恒流电场与静电场的比拟 40

2.12.1 静电比拟法 40

2.12.2 电导 40

2.13 应用实例 42

2.14 小结 42

思考题 43

习题 43

第3章 边值问题 47

3.1 引言 47

3.2 泊松方程和拉普拉斯方程 47

3.3 静态场解的唯一性定理 49

3.4 分离变量法 50

3.4.1 直角坐标系中的分离变量法 51

3.4.2 圆柱坐标系中的分离变量法 55

3.4.3 球面坐标系中的分离变量法 59

3.5 镜像法 62

3.5.1 点电荷和导体平面 62

3.5.2 线电荷和平行导体圆柱 64

3.5.3 点电荷和导体球 66

3.6 复变函数法 67

3.6.1 复电位函数法 68

3.6.2 保角变换法 69

3.6.3 复变函数法应用的类型 71

3.6.4 许瓦兹变换 73

3.7 应用实例 76

3.8 小结 77

思考题 77

习题 78

第4章 静磁场 81

4.1 安培环路定律的建立及意义 81

4.2 静磁场的基本方程 83

4.2.1 静磁场的定义 83

4.2.2 自由空间静磁场的基本假设 83

4.3 矢量磁位 85

4.4 比奥-萨伐尔定律及应用 86

4.5 磁偶极子 88

4.6 磁媒质中的安培定律 90

4.6.1 磁化强度矢量 90

4.6.2 磁场强度和相对磁导率 91

4.7 标量磁位 92

4.8 静磁场的边界条件 93

4.9 电感和电感器 96

4.10 静磁场的能量和力 100

4.10.1 用场量表示静磁能 101

4.10.2 静磁力 102

4.10.3 用磁场储能表示力 104

4.11 应用实例 105

4.12 小结 106

思考题 106

习题 107

第5章 时变场 110

5.1 麦克斯韦理论的建立及意义 110

5.1.1 法拉第电磁感应定律的建立 110

5.1.2 麦克斯韦理论的建立 112

5.2 法拉第电磁感应定律 115

5.2.1 时变磁场中的静止回路 115

5.2.2 静磁场中的运动导体 116

5.2.3 时变磁场中的运动回路 116

5.3 全电流定律 119

5.4 麦克斯韦方程组 120

5.5 媒质分界面的边界条件 123

5.6 达朗贝尔方程 125

5.7 坡印廷定律 127

5.8 正弦电磁场 129

5.8.1 正弦电磁场的复数表示法 129

5.8.2 位函数的复数表示法 130

5.8.3 坡印廷矢量的复数表示法 130

5.9 复电容率和复磁导率 131

5.9.1 复电容率的概念 131

5.9.2 复磁导率的概念 132

5.10 核磁共振效应 132

5.11 小结 134

思考题 135

习题 135

第6章 准静态场 138

6.1 对麦克斯韦理论革命重新评价的历史 138

6.2 动态场的基本方程 140

6.3 准静态场的分类和特点 141

6.4 准静态位 141

6.5 导电媒质中自由电荷的弛豫过程 142

6.6 导电媒质分界面自由电荷的积累过程 144

6.7 通过导电媒质薄环的磁扩散过程 147

6.8 电子回旋加速器 148

6.9 小结 150

思考题 150

习题 150

第7章 平面电磁波的传播 153

7.1 海因利希?赫兹实验的贡献 153

7.2 在理想媒质中的平面电磁波 154

7.2.1 沿特定方向轴传播的平面电磁波 155

7.2.2 平面波的极化 158

7.3 在导电媒质中的平面电磁波 160

7.3.1 在低损耗媒质中?和?的特性 161

7.3.2 在良导体中?和?的特性 161

7.3.3 群速 164

7.4 各向异性媒质中的电磁波 166

7.4.1 等离子体中的电磁波 166

7.4.2 铁氧体中的电磁波 169

7.5 在导电平面边界上的垂直入射 173

7.6 在导电平面边界上的斜入射 176

7.6.1 垂直极化 176

7.6.2 平行极化 178

7.7 在媒质平面边界上的垂直入射 179

7.8 在媒质平面边界上的斜入射 182

7.8.1 垂直极化 182

7.8.2 平行极化 184

7.8.3 全反射现象 186

7.9 应用实例 187

7.10 小结 189

思考题 189

习题 190

第8章 导行电磁波 195

8.1 引言 195

8.2 导波的一般分析方法 197

8.2.1 规则波导中波的一般分析方法 197

8.2.2 TEM模传输线 200

8.2.3 导行波为横电波（TE模） 201

8.2.4 导行波为横磁波（TM模） 202

8.3 矩形波导中的导波 202

8.3.1 矩形波导中的TM波 202

8.3.2 矩形波导中的TE波 204

8.3.3 矩形波导中导波的传输特性 205

8.4 圆波导中的导波 213

8.4.1 圆波导中的TE模（H波） 214

8.4.2 圆波导中的TM模（E波） 216

8.5 同轴线中的导波 218

8.5.1 同轴线的主模TEM波 218

8.5.2 同轴线中的高次模 220

8.5.3 同轴线尺寸的选择 221

8.6 应用实例 222

8.7 小结 223

思考题 223

习题 224

第9章 谐振器原理 228

9.1 无线电技术领域中谐振器的发展历史 228

9.2 谐振器的分类 228

9.3 传输线谐振器 229

9.3.1 集总参数谐振电路 229

9.3.2 传输线的阻抗参数 231

9.3.3 终端短路谐振线 232

9.3.4 终端开路谐振器 234

9.4 同轴线谐振器 236

9.4.1 同轴腔的Q值 238

9.4.2 谐振阻抗 239

9.5 矩形波导谐振器 240

9.5.1 谐振频率 240

9.5.2 矩形谐振腔的Q值 243

9.6 圆柱波导谐振器 244

9.6.1 谐振频率 245

9.6.2 几个重要的振荡模式 246

9.6.3 圆柱腔的Q值 248

9.7 应用实例 251

9.8 小结 252

思考题 252

习题 253

附录A 矢量分析 254

附录B 单位和符号 281

附录C 一些常用材料的基本常量 283

《电磁场与电磁波导论》主要介绍电磁场与电磁波的发展历史、基本理论、基本概念、基本方法以及在现实生活中的应用，内容包括电磁场与电磁波理论建立的历史意义、静电场与恒流电场、电磁场的边值问题、静磁场、时变场和麦克斯韦方程组、准静态场、平面电磁波的传播、导行电磁波以及谐振器原理等。全书沿着电磁场与电磁波理论和实践发展的历史脉络，将历史发展的趣味性与理论叙述和推导有机结合，同时介绍了电磁场与电磁波在日常生活、经济社会以及科学研究中的广泛应用。书中的大量例题强调了基本概念并说明分析和解决典型问题的方法；每章末的思考题用于测验学生对本章内容的记忆和理解程度；每章的习题可增强学生对于公式中不同物理量的相互关系的理解，同时也可培养学生应用公式分析和解决问题的能力。
读者对象：
《电磁场与电磁波导论》可作为电子信息与电气类专业的本科生教材，也可供其他相关专业教学使用。