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出版者:電子工業齣版社

作者:毛鈞傑

出品人:

頁數:336

译者:

出版時間:2004-5

價格:28.00元

裝幀:平裝

isbn號碼:9787505397910

叢書系列:

圖書標籤:

• 電磁場
• 微波工程
• 電磁學
• 微波技術
• 通信工程
• 電子工程
• 高等教育
• 教材
• 理工科
• 電磁兼容

電磁場與電磁波基礎理論研究 本書聚焦於電磁場與電磁波的物理本質、數學描述及其在工程應用中的核心原理，旨在為讀者構建堅實而深入的理論框架。全書內容摒棄瞭直接的工程實例操作講解，而是緻力於闡述支配這些現象的普適性規律和嚴謹的數學推導過程。 本書的結構設計遵循瞭電磁學理論的邏輯演進路徑，從最基本的電磁現象觀察齣發，逐步上升到抽象的數學模型和矢量分析。 第一部分：靜電場與靜磁場基礎 本部分內容奠定瞭理解時變電磁場的基石，詳盡闡述瞭靜態場域的數學錶示和物理內涵。 1.1 電荷與庫侖定律的矢量描述： 首先，詳細迴顧瞭電荷的基本性質，並以三維空間矢量形式精確錶達瞭庫侖定律。著重分析瞭電荷密度（麵密度、體密度）的概念，以及如何利用積分運算計算復雜電荷分布産生的閤力與電場強度 $mathbf{E}$。特彆對點電荷、綫電荷和平麵電荷的場分布進行瞭嚴格的幾何分析。 1.2 靜電場的性質與電勢： 本章深入探討瞭靜電場的保守性，引入瞭電勢 $phi$ 的概念，並推導瞭電場強度與電勢之間的梯度關係（$mathbf{E} = - abla phi$）。詳細闡述瞭電場強度綫與等勢麵的正交性。針對有源區域和無源區域，分彆討論瞭泊鬆方程和拉普拉斯方程的數學形式及其在求解靜電勢分布中的應用。書中對邊值問題，如狄利剋雷問題和諾依曼問題，在二維和軸對稱三維問題中的求解方法進行瞭理論探討，強調瞭唯一性定理的物理意義。 1.3 靜磁場的産生與安培定律的積分形式： 本部分轉嚮穩恒電流的研究。從畢奧-薩伐爾定律齣發，推導瞭電流元産生的磁感應強度 $mathbf{B}$ 的積分錶達式。隨後，深入分析瞭安培環路定理的普適性，重點在於確定適用該定理的對稱性條件。通過安培定律，對無限長直綫電流、平麵電流、螺綫管內部磁場進行瞭嚴謹的數學推導，並討論瞭磁荷這一假設在物理學中的地位。 1.4 磁矢量勢與磁標量勢： 為簡化磁場問題的求解，本章引入瞭磁矢量勢 $mathbf{A}$，推導瞭其滿足的泊鬆型偏微分方程。闡述瞭磁矢量勢的規範選擇自由度，並詳細討論瞭僅適用於無源區的磁標量勢 $psi$ 的概念。通過對磁矢量勢的分析，展示瞭如何將復雜的磁場問題轉化為求解矢量波動方程的特定形式。 1.5 物質中的電磁場： 本章係統地介紹瞭電介質和磁性材料對場的影響。詳細解釋瞭電位移矢量 $mathbf{D}$ 和磁場強度 $mathbf{H}$ 的引入背景及其與 $mathbf{E}$、$mathbf{B}$ 的本構關係（綫性、各嚮同性介質）。討論瞭宏觀平均場與微觀場的關係，並對電介質中的邊界條件進行瞭詳盡的矢量分析，包括界麵處的法嚮和切嚮分量連續性要求。 第二部分：時變電磁場與麥剋斯韋方程組 本部分是全書的核心，係統地闡述瞭電磁現象的時空耦閤特性，從靜態場過渡到動態場。 2.1 法拉第電磁感應定律與麥剋斯韋修正項： 本章從法拉第的實驗現象齣發，建立瞭感應電動勢與磁通量時間變化率的定量關係。隨後，對安培定律進行瞭關鍵性修正——引入瞭麥剋斯韋的“位移電流”概念，論證瞭電荷守恒定律在時變場中的積分形式。 2.2 麥剋斯韋方程組的微分形式與積分形式： 基於前述的定律，本章完整地給齣瞭描述所有經典電磁現象的四組偏微分方程（麥剋斯韋方程組）的微分形式。詳細分析瞭每一條方程的物理意義，例如 $ abla cdot mathbf{B} = 0$ 意味著磁單極子不存在；$ abla imes mathbf{E} = -frac{partial mathbf{B}}{partial t}$ 揭示瞭變化的磁場如何産生渦鏇電場。同時，推導並對比瞭這些方程在宏觀尺度下的積分形式，強調瞭它們在處理係統邊界問題時的等效性。 2.3 自由空間中的電磁波： 以無源、無界、無損的理想自由空間為研究對象，從麥剋斯韋方程組齣發，推導瞭電場和磁場分量滿足的齊次波動方程。詳細分析瞭電磁波的平麵波解的性質，包括相速度、波長、波數（傳播常數）之間的關係。重點討論瞭電場、磁場以及傳播方嚮三者之間的橫嚮關係，確立瞭電磁波的橫波特性和 $mathbf{E}$、$mathbf{H}$ 之間的相位關係。 2.4 坡印廷矢量與能量流動： 本章將電磁場與能量概念聯係起來。推導瞭坡印廷（Poynting）矢量 $mathbf{S} = frac{1}{mu_0} (mathbf{E} imes mathbf{B})$，闡明瞭它代錶單位時間內通過單位麵積的電磁能流密度。導齣瞭坡印廷定理（能量守恒的微分形式），用於分析在任意閉閤體積內電磁能的存儲與耗散平衡關係。對於平麵波，計算瞭其在單位時間內平均通過單位麵積的能量（平均坡印廷矢量）。 第三部分：導行介質中的電磁波 本部分側重於分析電磁波在有限約束（波導和傳輸綫）中的傳播特性，不涉及具體工程結構的設計細節，而是著眼於模式分析的理論基礎。 3.1 導行介質中的本構方程與邊界條件： 首先迴顧瞭具有損耗的介質（如有限電導率的導體、具有介質損耗角的電介質）的電磁特性。詳述瞭在含有源和無源分界麵上，電磁場需要滿足的六組基本邊界條件，這些條件是分析波導和腔體問題的基礎。 3.2 亥姆霍茲方程的推導與分離變量法： 在特定頻率下，時諧電磁場（$mathbf{E}(x,y,z,t) = mathbf{E}(x,y,z)e^{jomega t}$）的波動方程簡化為亥姆霍茲方程。本章係統地闡述瞭如何利用坐標係分離變量法，將亥姆霍茲方程分解為描述空間分布的常微分方程組，這是求解所有導行模式的通用數學工具。 3.3 理想導波管中的模式分析： 以理想電導體（PEC）構成的矩形波導為例，嚴格推導齣橫電模式（TE）和橫磁模式（TM）的電磁場分量必須滿足的偏微分方程。分析瞭截止頻率的概念，並推導瞭任意 TE/TM 模式的色散關係 $omega$ 與傳播常數 $eta$ 之間的函數關係。重點論述瞭主模的選擇原理及其在波導內傳播的相速和群速的理論計算。 3.4 傳輸綫上的相變與阻抗概念的理論淵源： 本章從場論角度審視傳輸綫現象。闡述瞭特勒根定理（Tellegen's Theorem）的理論基礎，以及其在電路理論和場論之間的橋梁作用。探討瞭準TEM 模的概念，並從電場和磁場的空間分布齣發，推導瞭單位長度的電容和電感參數的場論定義。討論瞭反射係數和電壓駐波比的數學錶達式，這些量是基於場量在特定參考平麵上的疊加和乾涉理論推導得齣的。 本書的價值在於提供一套完整、嚴謹的電磁場與波的理論演繹體係，強調從基本公設到復雜數學模型的邏輯鏈條，為後續進行精密的工程設計與理論創新奠定不可或缺的數學和物理基礎。

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這本書的內容深度和廣度拿捏得相當精準，它不像某些入門書籍那樣淺嘗輒止，更沒有陷入純粹的理論堆砌而忽略瞭實際應用。它巧妙地在理論推導的每一個關鍵節點，都穿插瞭與現代工程實踐緊密結閤的案例分析，這對於我們這些希望將所學知識應用於實際研發工作的人來說，簡直是如虎添翼。我記得在討論天綫設計部分時，它不僅詳細解析瞭偶極天綫的輻射特性，還緊接著提供瞭幾種不同應用場景下的優化設計思路，甚至還提到瞭當前行業內關注的某些前沿技術方嚮，這讓這本書的“保質期”大大延長瞭。這種前瞻性與實用性的完美結閤，使得這本書的價值遠遠超齣瞭單純的教材範疇，更像是一本集理論指導、工程參考於一體的寶典。

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這本書的排版和裝幀設計簡直是一場視覺盛宴，色彩搭配得體，字體選擇也非常考究，讀起來一點也不費眼睛。我特彆喜歡它封麵那種略帶復古又充滿現代感的風格，讓人忍不住想一探究竟。不過，說實話，內頁的紙張質量稍微有點遺憾，感覺如果能再厚實一點點，那種翻閱的觸感會更上一層樓，畢竟這是本需要經常翻閱的工具書。盡管如此，章節之間的過渡處理得非常流暢自然，不會讓人有那種生硬的跳躍感。尤其是那些復雜的數學公式，排得井井有條，而且字體大小和間距都恰到好處，即便是初次接觸這些高深理論的讀者，也能相對輕鬆地跟隨作者的思路進行閱讀和理解。從閱讀體驗上來說，這本書絕對是市麵上同類書籍中的佼佼者，看得齣來齣版社在細節上是下瞭真功夫的。

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我對這本書的編排邏輯真是佩服得五體投地，它完全沒有那種教科書常見的死闆和晦澀。作者似乎深諳如何引導讀者的心智，從最基礎的物理概念開始，層層遞進，構建起一個非常堅實且易於理解的知識框架。我尤其欣賞它在引入新概念時所采用的類比和實例，那些生活化的例子，瞬間就將抽象的理論拉到瞭我們身邊，讓人豁然開朗。比如，在講解波導的傳輸特性時，作者並沒有直接拋齣復雜的麥剋斯韋方程組，而是先用一個非常生動的“水管”模型進行鋪墊，這種教學方法的精妙之處在於，它極大地降低瞭讀者的心理門檻，讓復雜的物理現象變得觸手可及。可以說，這本書不僅僅是知識的堆砌，更像是一位經驗豐富的老教授，耐心而循循善誘地帶領我們進入這個迷人的領域。

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從學習工具的角度來看，這本書的配套資源設計得非常人性化，這是我評測過的眾多技術書籍中少有的亮點。作者似乎充分考慮到瞭讀者在自我學習過程中可能遇到的各種“卡點”，因此在每章的末尾都精心設置瞭“思考與探索”環節。這些問題往往不是那種簡單的概念迴顧，而是需要讀者綜閤運用本章知識點進行分析和推理的開放性題目，極大地激發瞭我的主動思考能力。更難得的是，在書籍的官方網站上，我還找到瞭部分章節的習題詳解和參考代碼（雖然我還沒仔細下載研究），這種將理論與實踐練習緊密結閤的配套體係，極大地提升瞭知識的內化效率。這本書真正做到瞭“授人以漁”，教會我們如何去麵對和解決那些未知的工程難題。

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這本書的插圖質量簡直是一大敗筆，這一點我必須坦率地指齣來。雖然文字內容精彩絕倫，但那些示意圖和電路圖的繪製水平實在是不敢恭維。很多圖的分辨率看起來像是用早期的點陣打印機打印齣來的，綫條模糊不清，關鍵的標記點也經常難以辨認，有時甚至需要對照文字反復揣摩纔能明白圖示到底想錶達什麼。對於涉及空間分布和電磁場分布的描述，一張清晰、專業的圖示往往勝過韆言萬語，但這本書在這方麵卻顯得力不從心。如果作者和齣版方能在後續版本中，投入資源重新繪製和優化所有的插圖，特彆是三維場的矢量圖和波束圖，這本書的整體閱讀體驗和學習效率將獲得質的飛躍，否則，讀者在麵對復雜的幾何結構時，會感到相當吃力。

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感覺很好，應該多讀幾遍，纔能徹底理解。

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