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出版者:

作者:王丽梅 编

出品人:

页数:320

译者:

出版时间:2009-3

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787561139561

丛书系列:

图书标签:

• 物理
• 大学物理
• 基础物理
• 应用物理
• 教程
• 理工科
• 高等教育
• 实验物理
• 力学
• 电磁学

《电磁场与电磁波：理论、应用与前沿探索》 内容概要 本书旨在为高等理工科学生提供一套全面、深入且与现代工程技术紧密结合的电磁场与电磁波理论教程。全书内容覆盖了从经典麦克斯韦方程组的严谨推导到复杂电磁环境下的实际问题求解，并对当前新兴的电磁技术领域进行了前瞻性探讨。本书不仅注重数学工具的完备性，更强调物理图像的清晰构建与工程应用能力的培养。 第一部分：静电场与静磁场的基础理论 本部分聚焦于场的静态特性，为后续动态场的分析奠定坚实基础。 第一章：静电场理论 本章从库仑定律出发，系统阐述了静电场的物理本质和数学描述。详细讨论了电荷守恒定律在静电学中的体现。核心内容包括电场强度（E）和电位移矢量（D）的定义、高斯定律及其在不同几何对称性问题中的应用（如无限长导线、无限大平面、球体带电分布）。随后，引入电势的概念，推导了电势与电场之间的关系，重点讨论了等势面的性质。章节深入讲解了电介质中的极化现象，包括电容的计算、电容器的充放电过程，以及在有介质存在时的边界条件。最后，对静电场的能量密度和束缚电荷进行了深入分析。 第二章：静磁场理论 本章建立在稳恒电流的基础上，构建了静磁场的理论框架。从毕奥-萨伐尔定律出发，推导出安培环路定律，这是解决稳恒电流产生的磁场问题的核心工具。详细分析了载流导线、线圈、螺线管等典型结构产生的磁场分布。引入磁感应强度（B）和磁场强度（H），阐述了磁介质（顺磁、抗磁、铁磁材料）中的磁化现象。重点讨论了磁标势的概念及其在求解无源区磁场中的应用，并详细分析了磁场的能量和安培力。 第二部分：时变电磁场与麦克斯韦方程组 本部分是全书的核心，将静电场和静磁场统一在时变电磁场的框架下，导出了描述所有经典电磁现象的麦克斯韦方程组。 第三章：电磁场的动态演化 本章着重于法拉第电磁感应定律和麦克斯韦修正项（引入位移电流）。通过对法拉第定律的深入分析，解释了磁通量变化如何产生电动势和感应电流。随后，将安培环路定律修正为麦克斯韦-安培定律，强调了位移电流在形成完整电磁场理论中的关键作用。最终，以微分和积分形式完整地给出了四个麦克斯韦方程组，并讨论了它们在不同介质（自由空间、线性介质）中的具体形式。 第四章：电磁波的产生与传播 本章是应用电磁场理论的关键一步。首先，在无源、无自由电荷、无损耗的均匀各向同性介质（自由空间）中，推导了电场和磁场的波动方程。详细分析了平面电磁波的特性，包括波的传播方向、相速、群速、波阻抗，以及电场与磁场之间的相位关系。随后，将分析扩展到有限大小的导体边界，讨论了坡印廷矢量（Poynting Vector）及其在描述电磁能流密度中的作用。引入复数表示法简化了正弦稳态电磁场的分析。 第五章：边界条件与平面波的反射和折射 本章专注于电磁波在不同介质界面上的行为。详细推导了电磁场在理想导体、电介质界面上的六组边界条件。基于这些条件，深入分析了平面电磁波以任意角度入射到理想导体界面、理想电介质界面上的反射和透射现象。核心内容包括菲涅耳公式的推导和应用，讨论了斯涅尔定律、全反射现象，以及波的偏振态（垂直偏振、平行偏振）在界面上的变化。 第三部分：导引与辐射 本部分将理论应用于实际的电磁波导引结构和电磁辐射源。 第六章：导波系统 本章侧重于如何在特定结构中有效地导引电磁波。详细分析了波导管作为高频电能传输线的原理。重点研究了矩形金属波导中的横电波（TE）、横磁波（TM）模式的场分布、截止频率、相位常数和群速度。讨论了波导管中的功率传输和损耗问题，并对圆波导和介质波导（如光纤的简化模型）进行了初步探讨。 第七章：电磁辐射与天线基础 本章面向电磁波的产生与发射。首先介绍了电偶极子辐射的概念，推导了理想短天线（赫兹偶极子）的远场辐射特性，包括方向图和总辐射功率。随后，分析了磁偶极子辐射。重点讲解了天线的基本参数，如输入阻抗、辐射效率、接收面积和天线增益。最后，对阵列天线的原理进行了简要介绍。 第四部分：先进主题与数值方法 为适应现代工程需求，本部分引入了更高级的分析工具和数值计算方法。 第八章：时域有限差分法（FDTD） 本章介绍了求解复杂电磁问题的强大数值工具——时域有限差分法。详细阐述了麦克斯韦方程组在二维和三维空间上的离散化过程，重点分析了Yee元胞结构、稳定性条件（CFL条件）以及边界吸收层（PML）的构建原理。通过FDTD方法，可以模拟瞬态电磁场、宽带响应和非均匀结构问题。 第九章：散射理论与互易性原理 本章探讨电磁波遇到物体后的散射现象。引入了散射截面和雷达散射截面（RCS）的概念，用于量化物体的散射能力。详细阐述了电磁场理论中的互易性原理，并展示了该原理在简化天线分析和散射计算中的强大应用。 第十章：电磁兼容性（EMC）与屏蔽 本部分关注电磁环境的工程实践。讨论了电磁干扰（EMI）的来源、传播路径和影响。系统分析了电磁屏蔽的原理，包括反射、吸收和模态转换机制，并给出了不同屏蔽材料和结构的设计准则，以确保电子系统的可靠运行。 适用对象： 本书适用于电子信息工程、通信工程、微波技术、应用物理学等专业的本科高年级学生及研究生作为教材或参考书。对于从事射频电路设计、天线设计、电磁兼容（EMC）和电磁场数值模拟的工程技术人员，本书亦提供了坚实的理论基础和实用的分析工具。

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