Electromagnetic Field Theory And Wave Propagation pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Morgan & Claypool

作者:Mukherji, Uma

出品人:

页数:362

译者:

出版时间:

价格:69.95

装帧:HRD

isbn号码:9781842652732

丛书系列:

图书标签:

• 电磁场理论
• 电磁波传播
• 麦克斯韦方程组
• 电动力学
• 天线
• 微波技术
• 无线通信
• 电磁兼容性
• 数值电磁学
• 高等物理

无垠之境：现代电磁学与应用 本书聚焦于二十世纪以来，电磁学理论的演进、深化及其在现代工程技术中的具体应用，尤其侧重于非线性电磁现象、复杂介质中的波传播，以及涉及量子效应和数值模拟的前沿领域。 本书旨在为具有扎实经典电磁学基础的读者提供一个深入探索现代电磁学脉络的视角，内容结构严谨，逻辑推演清晰，兼顾理论的深刻性与工程实践的广度。 --- 第一部分：从麦克斯韦到量子场论的基石 第一章：经典场论的再审视与推广 本章首先对麦克斯韦方程组在均匀、各向同性介质中的标准形式进行回顾与批判性分析。重点在于探讨这些方程在非常规边界条件（如超材料界面、极高曲率结构）下的修正与推广。引入本构关系的高阶修正，讨论非线性材料（如铁电体、磁性晶体）中电场与位移矢量、磁场与磁感应强度的非线性耦合效应。详细分析在时间反演对称性被破坏的系统中，电磁场的传播特性如何发生根本性变化。 第二章：电磁场的广义相对论框架 深入探讨电磁场如何融入到爱因斯坦的狭义和广义相对论框架中。本章将电磁张量 $F^{mu u}$ 作为核心对象，用洛伦兹协变性来统一电场和磁场的描述。重点阐述电磁波在弯曲时空中的传播，包括引力对电磁波速度和偏振态的影响，特别是针对强引力场环境（如黑洞视界附近）的电磁场行为进行建模。引入电磁学在时空度规选择下的不变量分析。 第三章：电磁场与量子力学的交汇点 本章将目光转向微观世界。详细介绍半经典电磁学：如何将经典电磁场作为背景，处理带电粒子（如电子束）的运动方程（如布朗运动、朗之万方程的电磁修正）。核心内容转向量子电动力学（QED）的宏观体现：讨论虚光子、真空涨落对电磁导线中电流和电压测量的微小修正。深入分析光与物质相互作用的量子理论，包括自发辐射、受激辐射的概率计算，以及在极强激光场下电子的相对论性量子动力学。 --- 第二部分：复杂介质与动态波的传播 第四章：超材料与人工电磁结构 本章完全聚焦于人造电磁结构的设计与分析，超越了传统介质的范畴。详细介绍负折射率材料、拓扑绝缘体电磁响应的理论基础。重点分析基于等效介电常数和磁导率的张量描述，以及如何通过结构设计实现对电磁波的隐身（Cloaking）和聚焦（Super-lensing）。探讨时变超材料中的非互易性传播现象及其在单向器件中的应用潜力。 第五章：非互易与非线性波导 研究波在非对称结构和非线性响应介质中的传播特性。详细分析基于法拉第旋转（磁光效应）的非互易波导设计，以及如何利用外部磁场实现电磁波的单向传输。在非线性方面，重点讨论自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM）在光纤通信和高功率激光系统中的影响，以及孤子（Soliton）在非线性、色散平衡介质中的稳定传输机制。 第六章：时域有限差分（FDTD）与频率域求解器 本部分深入工程计算方法的核心。详细阐述FDTD方法的稳定性、色散关系，并提供其在复杂三维结构中求解瞬态电磁场问题的具体算法流程和优化技巧。对比分析有限元法（FEM）和矩量法（MoM）在处理电大尺寸问题和散射分析中的适用性、优势与局限。特别关注高频电磁场中的吸收边界条件（ABC）的精确性及其对计算误差的影响。 --- 第三部分：先进应用中的前沿议题 第七章：电磁兼容性（EMC）与屏蔽效应的深入分析 本章超越传统的屏蔽效率计算，聚焦于宽带、高频下的电磁兼容性（EMC）挑战。详细分析瞬态电磁脉冲（EMP）对电子系统的耦合机理，包括皮肤效应、趋肤深度随频率的变化。探讨电磁屏蔽的非理想效应，如材料的磁滞回线对脉冲响应的影响，以及多层屏蔽结构的优化设计，以实现对特定频率范围内噪声的有效抑制。 第八章：太赫兹（THz）波段的产生与探测 探讨太赫兹辐射源（如自由电子激光、光泵太赫兹源）和高灵敏度探测器（如Bolometers, Schottky Diodes）的工作原理。重点分析太赫兹波在生物组织、高湿度环境中的传播损耗与散射特性，并介绍其在非破坏性检测（NDT）和高分辨率成像中的应用挑战，例如如何克服太赫兹波的低能量问题。 第九章：电磁场在等离子体中的行为 研究高度电离气体（等离子体）作为一种特殊的动态电磁介质时的响应。分析等离子体频率、德拜长度对电磁波传播的影响，特别是电磁波在等离子体边界处的反射、折射与截止现象。探讨磁化等离子体中的法拉第旋转和朗之万波，及其在聚变反应堆的诊断和电磁屏蔽中的应用潜力。 第十章：高频电路的电磁效应与信号完整性 本章面向高速电子设计的实际需求。详细分析PCB走线上的串扰（Crosstalk），包括近场和远场耦合的机制。讨论地弹噪声（Ground Bounce）的电磁成因，以及如何通过平面化设计、去耦电容的电磁建模来优化电源完整性（PI）。着重强调电磁模型在S参数、TDR/TDT测量中的准确性，并引入时域分析在评估信号完整性中的优势。 --- 结语：未竟的探索 本书的最后部分对未来电磁学的发展方向进行了展望，包括将电磁场理论应用于量子计算中的拓扑保护、超导材料中的磁通钉扎，以及新型能量收集装置中的电磁波捕获效率优化等领域。强调跨学科研究，特别是电磁学与材料科学、信息论的深度融合，是解决未来工程瓶颈的关键所在。 本书内容全面覆盖了从宏观经典场论的边界拓展，到微观量子电磁效应的宏观体现，再到现代工程计算与前沿应用中的具体挑战，是理解现代电磁学复杂性的深度指南。

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