电磁场与电磁波基础教程

第1章场论基础

1.1场的概念及其表示法

1.1.1场的分类

1.1.2矢量场的基本运算

1.1.3常用正交坐标系

1.2场的性质和描述

1.2.1场域性质

1.2.2场点性质

1.3梯度、散度和旋度的比较

1.4常用恒等式和公式

1.5亥姆霍兹定理

思考题

习题

第2章电磁实验定律和场量基本方程

2.1源量的定义和定律

2.1.1电荷和电荷分布

2.1.2电流和电流密度

2.1.3电荷守恒定律与电流连续性方程

2.2静止电荷的实验定律

2.2.1库仑和库仑定律的建立

2.2.2库仑定律和电场强度

2.2.3静电场基本方程

2.3稳恒电流的实验定律

2.3.1安培和安培定律的建立

2.3.2安培定律和磁感应强度

2.3.3静磁场基本方程

2.4时变电流的实验定律

2.4.1法拉第和法拉第电磁感应定律的建立

2.4.2法拉第电磁感应定律

思考题

习题

第3章静态场

3.1辅助位和辅助位方程

3.1.1静电场的标量电位和标量电位方程

3.1.2静磁场的矢量磁位和矢量磁位方程

3.2介质中的静态场辅助场量方程

3.2.1电介质中的静电场

3.2.2磁介质中的静磁场

3.3导体中的静态场稳恒电流场和稳恒电场方程

3.3.1导体的传导性和欧姆定律

3.3.2导体的能量损耗和焦耳定律

3.3.3含源电流回路的电源电动势

3.3.4稳恒电流场和稳恒电场方程

3.4静态场中的导体

3.4.1电容和电容器

3.4.2电感和电感器

3.4.3电阻和电阻器

3.5静态场的边界条件

3.5.1静电场的边界条件

3.5.2静磁场的边界条件

3.5.3稳恒电流场和稳恒电场的边界条件

*3.6静态场的能量

3.6.1静电场的能量

3.6.2静磁场的能量

3.7静态场的计算方法

3.7.1静态场的分布型问题

3.7.2静态场的边值型问题

3.7.3直接积分法

*3.7.4分离变量法

3.7.5镜像法

3.7.6无源区问题的类比解法

3.8静态场的应用

3.8.1静电比拟在电解槽中的应用

3.8.2带电粒子流的电、磁偏转在喷墨打印机和回旋加速器中的应用

3.8.3霍尔效应在磁流体发电机中的应用

3.8.4超导现象在磁悬浮技术中的应用

思考题

习题

第4章动态场

4.1静态场方程在时变条件下的推广

4.1.1法拉第电磁感应定律的启示涡旋电场

4.1.2问题的提出位移电流

4.1.3动态场基本方程麦克斯韦方程

4.2辅助动态位

4.2.1时变电磁场的标量电位和矢量磁位

4.2.2时变电磁场动态位的波动方程

4.3时变电磁场的边界条件

4.3.1边界条件的一般形式

4.3.2边界条件的特殊形式

4.4时变电磁场的能量、能流和能量守恒定律

4.4.1时变电磁场的能量

4.4.2时变电磁场的能流坡印廷矢量

4.4.3时变电磁场的能量守恒定律坡印廷定理

4.5时谐电磁场

4.5.1时谐电磁场的复数表示法

4.5.2时谐电磁场的麦克斯韦方程和本构方程

4.5.3时谐电磁场的辅助动态位

4.5.4时谐电磁场的复坡印廷定理

4.6动态场的应用

4.6.1电磁感应在电子感应加速器中的应用

4.6.2电磁屏蔽在电磁兼容技术中的应用

4.6.3瞬变电磁场在雷达中的应用冲激脉冲雷达

4.7麦克斯韦和麦克斯韦理论建立的意义

4.7.1麦克斯韦生平简介

4.7.2麦克斯韦理论的建立过程

4.7.3麦克斯韦理论的意义

思考题

习题

第5章电磁波的传播

5.1一般波动方程

5.2无界均匀媒质中平面电磁波的传播

5.2.1理想介质中的平面电磁波

5.2.2导电媒质中的平面电磁波

5.2.3任意方向传播的均匀平面电磁波

5.2.4平面电磁波的极化

5.3有界均匀媒质中平面电磁波的传播

5.3.1不同理想介质平面边界上入射的均匀平面电磁波

5.3.2理想介质和理想导体平面边界上入射的均匀平面电磁波

5.4无线电波的传播

5.4.1无线电波传播概论

5.4.2地波传播

5.4.3天波传播

5.4.4空间波传播

5.5电磁波传播的应用

5.5.1极化技术在目标识别中的应用

5.5.2反射特性在对流层散射通信中的应用

第6章电磁波的传输

6.1传输线概述

6.2导行电磁波的一般传输特性分析

6.2.1纵向场量法

6.2.2各类导波模式的一般传输特性

6.3矩形波导中导行电磁波的传输特性

6.3.1导波模式的横场分布特性

6.3.2导波模式的纵场传输特性

6.3.3导波主模式的传输特性

6.4其他导波系统简介

6.4.1圆形波导

6.4.2同轴波导

6.4.3微带线和类微带线

6.4.4介质波导和光波导

6.5微波传输线

6.5.1一般传输线方程

6.5.2传输波的传输特性

6.5.3传输线的工作状态

6.5.4传输线的阻抗匹配

6.6电磁波传输的应用

6.6.1数字微波通信在军事上的应用

6.6.2卫星通信在全球卫星定位系统中的应用

6.6.3光纤通信传输系统在全光网络通信技术中的应用

6.6.4宽带传输技术在多媒体通信中的应用

思考题

习题

第7章电磁波的辐射

7.1赫兹和赫兹实验

7.2振荡偶极子的辐射

7.2.1滞后位

7.2.2振荡电偶极子(赫兹偶极子)的辐射

7.2.3振荡磁偶极子的辐射

7.3天线的电参量

7.3.1方向性图、主瓣宽度和副瓣电平

7.3.2方向性系数、效率和增益系数

7.3.3输入阻抗和辐射阻抗

7.4线形天线

7.4.1对称振子天线

7.4.2引向天线

7.4.3宽频带天线

7.4.4螺旋天线

7.4.5旋转场天线

7.4.6槽隙天线

7.4.7微带天线

7.5面形天线

7.5.1面形天线辐射场的分析方法

*7.5.2惠更斯面元的辐射

7.5.3喇叭天线

7.5.4抛物面天线

7.5.5双反射面天线

7.6天线阵

7.6.1方向性相乘原理

7.6.2常见二元阵天线

7.6.3直线阵天线

7.7电磁波辐射的应用

7.7.1方向性相乘原理在相控阵天线中的应用

7.7.2智能天线在移动通信系统中的应用

7.7.3电磁辐射在电子战中的应用

7.7.4电磁辐射在生物电磁学中的应用

思考题

习题

第8章综论

8.1电磁理论的进展与科技发展的关系

8.2对场本质的探索与认识进程

8.3场源、场量和媒质的相互作用规律和转化关系

8.4电磁定律、定理和方程的推演关系

8.5理解、分析和计算场问题的重要方法

附录A重要矢量公式

附录B常用坐标系的变换关系

附录C梯度、散度、旋度和拉普拉斯的常用坐标表示式

部分习题参考答案

参考文献

　　本书是为初学者编写的“电磁场与电磁波”的入门教程，适合作为普通高等学校电子、信息和通信等专业的本、专科生教材，也供相关科技人员作为电磁场与电磁波的学习参考。“电磁场与电磁波”课程的特点可以概括为：抽象化、数学化、难教难学。读者对象与课程特点间不相适应的差距所带来的困难，要求在教学上采用一定的方法来加以化解。本书着重基于教学角度考虑，从历史背景、物理概念、分析思路、计算方法和工程应用几方面全方位介绍电磁场与电磁波的基本知识，以麦克斯韦方程的建立与应用的历史发展脉络为主线展开论述，符合认识规律，便于阅读，易于理解。　　本书从历史背景、物理概念、分析思路、计算方法和工程应用几方面全方位介绍电磁场与电磁波的基本知识，以麦克斯韦方程的建立与应用的历史发展脉络为主线展开论述，符合认识规律，便于阅读，易于理解。主要内容包括：场论基础、电磁实验定律和场量基本方程、静态场、动态场、电磁波的传播、电磁波的传输、电磁波的辐射等，并从综合分析的角度对电磁场和电磁波进行了概括和总结。本书提供配套电子课件和习题解答。　　本书可作为高等学校电子、信息和通信等专业本专科生入门教材，也供相关科技人员作为电磁场与电磁波的学习参考。