工程电磁场无单元法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:杨庆新

出品人:

页数:160

译者:

出版时间:2008-6

价格:34.00元

装帧:

isbn号码:9787030219206

丛书系列:

图书标签:

• 电磁场
• 无单元法
• 计算电磁学
• 数值方法
• 工程应用
• 有限元
• 边界元
• 数值分析
• 电磁兼容性
• 高等教育

电磁场理论与应用：从基础到前沿 引言 电磁场理论是现代物理学和工程技术领域的核心基石。它不仅揭示了电、磁现象的本质及其相互关系，更是现代信息技术、能源传输、电子设备乃至生物医学等诸多领域发展不可或缺的理论支撑。本书旨在提供一个全面、深入且与时俱进的电磁场理论与应用体系，涵盖从经典理论的严谨推导到前沿技术应用的广阔范围。 第一部分：电磁场基础理论 第一章：静电场与静磁场 本章首先回顾麦克斯韦方程组的积分形式与微分形式，并着重介绍其中的静电场部分。我们将详细阐述库仑定律、电荷守恒定律，以及电场强度、电位移矢量、电势等基本概念。高斯定律作为静电场分析的核心工具，将通过多种几何构型（如无限长导线、无限大平面、带电球体）进行深入的探讨和应用。边界条件在静电学中的作用，特别是在导体、介质交界面上的表现，将作为连接理论与实际问题的关键桥梁。 随后，进入静磁场分析。我们将引入安培定律、磁感应强度、磁场强度和磁通量等概念。磁荷假设的缺失引出了磁场的闭合性特征。毕奥-萨伐尔定律（Biot-Savart Law）作为计算静磁场强度的基础，将应用于直导线、圆线圈和螺线管等典型载流结构。磁介质的引入，特别是相对磁导率和磁化强度的概念，将为后续的磁路分析奠定基础。 第二章：时变电磁场与麦克斯韦方程组 本章是全书的理论高潮，专注于理解电场和磁场如何随时间变化并相互激发。法拉第电磁感应定律将从动态角度解释磁通量变化如何产生电动势和涡旋电场。位移电流的概念，即麦克斯韦对安培定律的关键修正，是揭示电磁波产生机制的核心所在，它统一了静电场、静磁场与动态场的描述。 我们将系统地推导和分析完整的四组麦克斯韦方程（在不同介质中，如自由空间、线性均匀介质中的形式）。重点讨论这些方程如何预示了电磁场的传播特性。本章还将深入讲解坡印廷定理（Poynting Theorem），该定理以能量守恒的视角，定义了电磁场的能量流密度——坡印廷矢量，为后续的功率传输分析提供了能量学基础。 第二部分：电磁波传播与辐射 第三章：平面电磁波在均匀介质中的传播 基于麦克斯韦方程组的齐次解，本章推导了理想介质（无损耗）中均匀平面电磁波的波动方程。详细分析了传播常数、相位常数、波长和传播速度之间的关系。对于理想电介质和理想导体，波的传播特性（如衰减常数、相移）将进行对比研究。 电磁波在不同介质界面上的反射与透射是本章的重点。我们将运用边界条件推导并分析菲涅耳公式（Fresnel's Equations），区分垂直极化波和水平极化波，深入探讨全反射现象及其临界角。斯托克斯公式在界面问题中的应用，以及波的阻抗概念，将帮助读者量化描述能量的传输效率。 第四章：导行波与传输线 在实际工程中，电磁能量需要被引导传输。本章首先聚焦于波导理论，以矩形波导为例，详细分析了主模（TE10模）的特性，包括截止波长、群速度和相位速度。通过引入横向电场和横向磁场（TE和TM）的概念，构建了波导内的场分布模型，并讨论了波导损耗的初步分析。 随后，我们将过渡到传输线理论。传输线被视为一种特殊的导行波结构。本章将运用集总元件模型（R, L, C分布参数）推导电压和电流的传输线方程。对反射系数、驻波比（VSWR）和输入阻抗的分析，是理解匹配网络设计的基础。史密斯圆图（Smith Chart）作为传输线工程的强大图解工具，将通过实例进行详尽的讲解和应用，包括阻抗匹配的设计方法。 第五章：电磁辐射与天线基础 电磁波的产生源于非均匀的或时变的电荷和电流分布，即辐射。本章从势的概念出发，推导了利纳尔-维彻特势（Liénard-Wiechert Potentials），这是分析加速电荷辐射的基础。近场和远场的概念区分至关重要，远场区域是电磁波辐射能量的主要区域。 本章的核心是分析典型天线的辐射特性。首先从振子（如半波长偶极子天线）出发，推导其远场电磁场分布和辐射方向图。辐射强度、总辐射功率和天线增益的概念将被精确定义。最后，介绍基本的天线参数，如输入阻抗、有效面积，并简要概述了常见天线类型（如八木天线、喇叭天线）的工作原理。 第三部分：电磁场计算方法与应用 第六章：数值计算方法概述 在复杂电磁结构和非均匀介质中，解析解往往难以获得。本章系统地介绍了求解麦克斯韦方程组的常用数值方法，为工程实践提供计算工具。 有限差分法（FDM）： 侧重于在离散化的网格上直接求解微分方程。我们将详细讨论在静电/静磁问题（泊松/拉普拉斯方程）中的应用，以及在时域中如何通过FDTD（有限差分时域）方法模拟电磁波的传播和散射。 边界元法（BEM）： 强调仅在边界上进行离散化，适用于处理无限大空间中的辐射和散射问题。 矩量法（MoM）： 尤其适用于分析金属结构（如天线和散射体）的电流分布，通过将微分算子转化为积分方程来求解。 第七章：电磁兼容性与屏蔽 电磁兼容性（EMC）是现代电子系统设计中不可避免的挑战。本章讨论了电磁干扰（EMI）的产生、耦合机制（传导耦合和辐射耦合）以及抑制措施。重点分析了电磁屏蔽的原理，包括反射屏蔽和吸收屏蔽，并结合传输线理论探讨了屏蔽效能（SE）的计算方法。此外，对接地和滤波技术在EMC工程中的应用也将进行深入探讨。 结论 本书通过对经典理论的扎实奠基，结合现代计算工具和工程应用实例，力求构建一个完整、自洽的电磁场知识体系。读者在掌握了这些核心内容后，将能够有效地分析和解决从基础电路分析到高频系统设计、从电磁散射到电磁兼容等一系列复杂的工程问题。

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我在尝试利用这本书来辅助解决一个实际的屏蔽效能（SE）计算问题时，发现书中提供的理论工具箱完全不适用。作者在讲解电磁屏蔽时，似乎只关注了法拉第笼的简单理想模型，即完美的导电材料对均匀电磁场的完全阻挡。这与工程实践中常见的渗透、反射和吸收机制的复杂耦合完全脱节。书中对于屏蔽材料的导磁率、电导率对屏蔽效果的协同影响，以及屏蔽结构自身的谐振效应等关键工程参数的讨论几乎是空白。我需要的不仅仅是理论推导，更需要如何将材料参数转化为可测量的工程指标，并理解不同频率下哪种机制占主导地位。这本书提供给我的，只有一堆公式和一个理想化的结论，这对于一个需要解决实际工程难题的工程师来说，价值微乎其微。它更像是一个学院派的理论展示，而非面向实践需求的工程指南，实在难以称得上是一本实用的“工程”电磁场参考书。

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这本书在理论深度上显得非常肤浅和片面，它似乎只停留在对经典电磁学基础概念的简单罗列，而完全没有触及任何前沿或深入的研究方向。例如，关于波导理论的讲解，仅仅停留在TEM波和TE/TM模的基本截止频率计算上，对于非均匀介质波导、表面等离子体波导，或者更复杂的电磁兼容性（EMC）问题，书中连只言片语都没有提及。这种处理方式让这本书的适用范围大大受限，对于有志于从事射频/微波工程或电磁场数值计算的读者来说，几乎起不到任何指引作用。它更像是一本给本科低年级学生做入门科普的读物，而不是一本声称涵盖“工程”范畴的专业参考书。我期待的是能看到作者结合现代工程实例，例如高频PCB设计中的串扰分析、电磁散射问题的近似解法，或者甚至是关于电磁场仿真软件背后的算法介绍，但这些期待最终都落空了。全书的案例分析也极其老套，基本都是高中物理竞赛级别的例题，缺乏实际工程背景的复杂性和挑战性，让人感觉内容陈旧，缺乏时代气息。

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这本书的数学工具使用非常保守和笨拙，完全没有体现出高等数学在解决实际电磁问题时的强大威力。在处理许多三维场分布问题时，作者似乎执着于使用繁琐的直角坐标系下的分量运算，而不是更简洁、更具物理洞察力的矢量形式或坐标无关的算子表示。举个例子，当涉及到球坐标系下的电势求解时，对拉普拉斯方程的求解过程冗长乏味，充满了繁琐的变量分离步骤，却很少提及勒让德多项式在电磁学中的重要性及其物理意义。这使得原本优美的数学物理问题被简化成了枯燥的代数运算，削弱了读者对该学科核心美感的体会。一个好的教材应该引导学生学会使用最合适的数学工具来简化物理描述，而不是反过来被工具的局限性所束缚。对于想利用傅里叶分析、格林函数等现代数学工具来解决复杂散射或辐射问题的读者来说，这本书提供的工具箱显得太过简陋，几乎等于没有提供。

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这本书的排版和印刷质量简直是一场灾难。纸张的厚度明显不足，光线稍微暗一点，字迹就糊成一团，阅读体验极差。更令人恼火的是，很多公式的推导过程跳跃得太快，完全没有给读者留出思考和消化的空间。比如，在介绍麦克斯韦方程组的矢量微分形式时，作者似乎默认所有人都已经对梯度、散度和旋度的物理意义了如指掌，结果就是我反复翻阅了好几遍，依然无法将抽象的数学符号和实际的电磁现象联系起来。感觉作者是把自己的课堂讲义直接拿来付印，完全没有考虑到自学者的困境。很多插图的质量也堪忧，线条粗糙，缺乏必要的标注，看着就像是快速手绘的草图，根本起不到辅助理解的作用。对于这种专业性极强的教材，细节决定成败，而这本书在细节上实在是不够用心，导致学习效率大打折扣。我甚至怀疑出版商在校对环节是否认真对待过这份稿件，错别字和符号使用不一致的情况屡见不鲜，严重影响了阅读的流畅性和对知识点的准确把握。希望未来的再版能够彻底改进这些基础性的制作问题，否则，再好的内容也会因为糟糕的呈现而被埋没。

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作者的叙事逻辑和章节组织方式令人费解，阅读过程中充满了不必要的认知负担。本书试图将静电场、静磁场、时变电磁场以及麦克斯韦方程组穿插讲解，但这种交织反而打乱了学科知识的自然演进路径。通常我们学习电磁场理论，会先扎实地建立静场概念，理解高斯定律和安培定律，然后再逐步引入时间依赖性，最终推导出完整的麦克斯韦方程组。然而，这本书似乎急于展示“完整性”，导致读者在尚未完全理解稳恒电流场时，就被迫去处理复杂的涡旋场问题，基础不牢固，后续内容自然难以消化。特别是关于边界条件的讨论，分散在好几个不相关的章节中，读者需要不断地来回翻阅才能将不同情况下的切向和法向分量关系串联起来，这种碎片化的处理方式极大地考验了读者的记忆力和归纳能力。如果能按照从低频到高频，从静态到动态的清晰脉络来组织内容，学习起来会顺畅得多，这本书现在的结构更像是作者随心所欲的思维导图，而非精心设计的学习路径图。

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