电磁场与电磁波（第2版） 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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编辑推荐

　 本教材严格参照教育部《普通高等学校本科专业目录（2012年）》、教育部高等学校电子电气基础课程教学指导分委员会《电子电气基础课程教学基本要求》编写。在总结教学团队丰富教学经验的基础上，从电磁场应用的角度出发，阐述电磁场与电磁波的基本概念、基本规律和基本的计算方法，培养学生建立起“场”与“波”的概念及联系——学会“场”与“路”的分析方法；掌握用“场”的观点去观察、分析、解决电磁场问题。力争从科学前沿的高度，培养逻辑思维和创新思维能力，提高分析、解决实际电磁工程问题的能力。

（1） 易教易学 系统阐述理论的同时，注重内容的实用性和可读性，减少理论公式的繁杂数学推导，为公式赋予明确的物理含义，便于理解和运用。

（2） 前后衔接 强调知识内容和分析方法的前后连贯性，并妥善处理好与前期课程和后续课程的衔接性。

（3） 认知规律 从认识和理解的规律编排内容，将数学工具工程化，将抽象问题形象化，将复杂问题简单化，将零散问题系统化，并打上作者理解的“标签”。

（4） 层次分明 以“场”与“波”为主线，以麦克斯韦方程为纽带，对各知识层次按照由浅入深、循序渐进的方式进行划分，环环相扣，前后呼应。

（5） 技术前沿 介绍电磁科学领域的新进展，激发学习兴趣，启迪创新思想。

（6） 教学课件 配书教案（PPT）可到清华大学出版社网站本书页面下载。

（7） 学习辅导 《电磁场与电磁波教学、学习与考研指导》（张洪欣等编著，清华大学出版社）。

（8） 实验指导 《电磁场与微波技术测量及仿真》（赵同刚等编著，清华大学出版社）。

内容简介

　　本书以基本电磁现象和电磁规律为基础，系统分析和阐述电磁场与电磁波的基本概念、原理及其基本应用，注重展现电磁工程领域的新科技成果。

　　全书共分9章，主要内容安排如下：

　　第1章介绍正交坐标系和矢量分析的基本方法、基本定理；第2章分析静电场、恒定电场的基本方程及其性质，讨论静电场的边界条件，介绍电位、电偶极子、静电场中的导体及电容、电场能量及电场力等；第3章分析恒定磁场的基本方程及其性质，讨论恒定磁场的边界条件，介绍矢量磁位、电感、磁场能量及磁场力等；第4章介绍静态场的边值问题，阐述镜像法、分离变量法、有限差分法等；第5章以麦克斯韦方程组为核心研究时变电磁场的性质，并分析边界条件、坡印亭矢量、交变场的位等；第6章介绍平面电磁波在无界媒质中的传播，包括平面波的性质、电磁波的极化、平面波在良介质及良导体中的传播特性等，介绍时域有限差分法；第7章研究电磁波在理想导体表面、理想介质分界面及导电媒质分界面的反射和折射，分析入射空间及透射空间场的性质，并介绍菲涅耳公式、人工电磁材料等；第8章介绍导行电磁波的种类、双导体传输线的性质，分析波导管中电磁场的分布规律、电磁波的传播特性，介绍导波传输系统、谐振腔的基本应用及基片集成波导的概念；第9章介绍电磁波的辐射，包括电偶极子、磁偶极子辐射、电磁场的对偶性、对称振子天线的辐射特性、天线基本参数及应用等。

　　本书可以作为电子信息工程、通信工程、电子科学技术等专业的教材，也可供从事电波传播、射频技术、微波技术、电磁兼容技术的科研和工程技术人员参考。

作者简介

?张洪欣 北京邮电大学电子工程学院教授、博士生导师，电子工程学院学术委员会委员，通信与微波工程研究室主任。兼任国家自然科学基金同行评议专家、教育部学位与研究生教育发展中心评议专家、中国电子学会DSP应用专家委员会委员、北京电子电器协会电磁兼容分会委员、中国通信学会电磁兼容分会委员、中华预防医学会自由基预防医学专业委员会委员、北京市科学技术奖励评审专家、工信部科技人才库专家、江苏省科技计划评审专家、浙江省自然科学基金评议专家、IET高级会员。长期从事无线通信、信号与信息处理、微波工程与电磁兼容、生物电子等领域的教学和研究工作。先后开设“电磁场与电磁波”、“物理光学”、“计算电磁学的数值方法”、“生物电子学”、“通信原理”、“计算机原理”、“电路分析”、“数字电路技术”、“电工测量”等多门本科生及研究生课程。发表学术论文140余篇，其中SCI检索20余篇、EI检索80余篇。主持及主研省部级及企业合作科研项目30余项。申请国家发明专利5项，出版著作2部，主审教材1部，编写标准1部。获得优秀论文奖5项、教学成果奖2项。

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目录

绪论

第1章矢量分析

1.1矢量代数

1.1.1标量和矢量

1.1.2矢量的加法和减法

1.1.3矢量的乘法

1.2三种常用的坐标系

1.2.1正交坐标系

1.2.2直角坐标系

1.2.3圆柱坐标系

1.2.4球坐标系

1.3标量场的梯度

1.3.1标量场的等值面

1.3.2方向导数

1.3.3梯度

1.4矢量场的通量与散度

1.4.1通量

1.4.2散度

1.4.3散度定理

1.5矢量场的环量与旋度

1.5.1环量

1.5.2旋度

1.5.3斯托克斯定理

1.6无旋场与无散场

1.6.1无旋场

1.6.2无散场

1.7拉普拉斯运算与格林定理

1.7.1拉普拉斯运算

1.7.2格林定理

1.8亥姆霍兹定理

1.9冲击函数及其性质

习题

第2章静电场与恒定电场

2.1库仑定律与电场强度

2.1.1库仑定律

2.1.2电场强度及其叠加原理

2.2电场强度的通量和散度

2.2.1电场强度的通量

2.2.2电场强度的散度

2.3电场强度的环量及旋度

2.3.1电场强度的环量

2.3.2电场强度的旋度

2.4静电场的电位函数

2.4.1电场强度与电位函数

2.4.2电位函数的表达式

2.5电偶极子

2.5.1电偶极子的电位函数

2.5.2电偶极子静电场的电场强度

2.5.3电偶极子静电场的等位面和电场线

2.6静电场中的导体和介质

2.6.1静电场中的导体

2.6.2静电场中的介质

2.6.3介质中电位移矢量的通量和散度

2.6.4电位移矢量与电场强度的关系

2.7泊松方程与拉普拉斯方程

2.8静电场的边界条件

2.8.1电位移矢量的法向边界条件

2.8.2电场强度的切向边界条件

2.8.3电位函数的边界条件

2.9导体系统的电容

2.9.1双导体及孤立导体的电容

2.9.2多导体的电容系数与部分电容

2.10静电场的能量与静电力

2.10.1静电场的能量

2.10.2静电场的能量密度

2.10.3静电力

2.11恒定电场

2.11.1电流与电流密度矢量

2.11.2恒定电场的基本性质

2.11.3恒定电场的边界条件

2.11.4静电场比拟法与电导

2.11.5损耗功率与焦耳定律

习题

第3章恒定磁场

3.1恒定磁场的基本定律

3.1.1安培力定律

3.1.2毕奥�踩�伐尔定律

3.2真空中的恒定磁场方程

3.2.1恒定磁场的散度及磁通连续性原理

3.2.2恒定磁场的旋度及安培环路定理

3.2.3恒定磁场的位函数及其方程

3.3磁偶极子与介质的磁化

3.3.1磁偶极子及其矢量磁位

3.3.2介质的磁化

3.3.3介质中的恒定磁场方程

3.4恒定磁场的边界条件

3.4.1磁感应强度的法向边界条件

3.4.2磁场强度的切向边界条件

3.4.3恒定磁场位函数的边界条件

3.5电感

3.5.1自电感

3.5.2互电感

3.5.3电感的计算

3.6恒定磁场的能量和磁场力

3.6.1恒定磁场的能量及能量密度

3.6.2恒定磁场的磁场力

习题

第4章静态场的边值问题及其解法

4.1边值问题的类型及唯一性定理

4.1.1边值问题的分类

4.1.2静电场解的唯一性定理

4.2分离变量法

4.2.1直角坐标系中的分离变量法

4.2.2圆柱坐标系中的分离变量法

4.2.3球坐标系中的分离变量法

4.3镜像法

4.3.1平面镜像

4.3.2球面镜像

4.4有限差分法

4.4.1有限差分法基本原理

4.4.2有限差分法的基本实现方法

习题

第5章时变电磁场

5.1麦克斯韦方程组

5.1.1麦克斯韦第一方程

5.1.2麦克斯韦第二方程

5.1.3麦克斯韦第三方程

5.1.4麦克斯韦第四方程

5.1.5麦克斯韦方程组的形式

5.1.6媒质的本构方程

5.2时变电磁场的边界条件

5.2.1法向场的边界条件

5.2.2切向场的边界条件

5.3时谐电磁场及麦克斯韦方程组的复数形式

5.3.1时谐电磁场的复数形式

5.3.2麦克斯韦方程组的复数形式

5.4时变电磁场的能量及功率

5.4.1坡印亭定理

5.4.2复坡印亭矢量及平均坡印亭矢量

5.5时变电磁场的唯一性定理

5.6电磁场的位函数及波动方程

习题

第6章无界媒质中的均匀平面波

6.1理想介质中的均匀平面波

6.1.1亥姆霍兹方程与均匀平面波

6.1.2理想介质中均匀平面波的特性

6.1.3理想介质中均匀平面波的一般表达式

6.2电磁波的极化

6.2.1线极化

6.2.2圆极化

6.2.3椭圆极化

6.2.4极化波的合成与分解

6.3导电媒质中的均匀平面波

6.3.1导电媒质中的波动方程与均匀平面波

6.3.2导电媒质中均匀平面波的特性

6.3.3良介质与良导体

6.3.4趋肤效应

6.3.5表面阻抗、交流电阻

6.3.6损耗功率

6.4时域有限差分法

6.4.1麦克斯韦方程的差分格式

6.4.2UPML吸收边界条件

习题

第7章均匀平面波在不同媒质分界面的反射与折射

7.1平面波垂直入射到理想导体表面

7.2平面波垂直入射到理想介质间的分界面

7.3平面波斜入射到理想导体表面

7.3.1垂直极化波斜入射

7.3.2平行极化波斜入射

7.4平面波斜入射到理想介质间的分界面

7.4.1平行极化波斜入射

7.4.2垂直极化波斜入射

7.4.3全折射、全反射与表面波

7.5平面波在导电媒质分界面的反射与折射

7.6平面波在多层媒质分界面的垂直入射

7.7人工电磁材料

7.7.1负折射效应

7.7.2完美透镜效应

7.7.3负相速度

7.7.4逆多普勒频移

7.7.5逆切伦科夫辐射

7.7.6完美吸波材料

习题

第8章导行电磁波

8.1导行电磁波传播模式及其传播特性

8.1.1TEM波

8.1.2TM波

8.1.3TE波

8.2双导体传输线

8.2.1平行双线传输系统

8.2.2同轴传输线

8.2.3微带线

8.3矩形波导

8.3.1矩形波导中的TM波

8.3.2矩形波导中的TE波

8.3.3简并模、主模及单模传输

8.3.4矩形波导的传播特性参数及传输功率

8.4圆波导

8.4.1圆波导中的TM波

8.4.2圆波导中的TE波

8.4.3圆波导的传播特性

8.4.4圆波导的几种主要波形

8.5谐振腔

8.5.1谐振腔的基本参数

8.5.2矩形谐振腔

8.5.3圆谐振腔

8.6基片集成波导

习题

第9章电磁辐射

9.1滞后位

9.2电偶极子的辐射

9.2.1电偶极子电磁场的激发与辐射

9.2.2电偶极子的辐射场

9.3磁偶极子的辐射

9.4电与磁的对偶原理

9.5对称振子天线

9.5.1对称振子天线上的电流分布

9.5.2对称振子天线的远区场

9.6天线的基本参数

9.6.1方向性函数、方向图与方向性系数

9.6.2输入阻抗与驻波比

9.6.3极化

9.6.4效率

9.6.5增益

9.6.6波瓣宽度

9.6.7前后比和副瓣电平

9.6.8有效长度与频带宽度

习题

附录A矢量基本运算公式

附录B洛伦兹规范

附录C无线电频段划分

附录D常用导体材料的参数

附录E常用介质材料的参数

附录F常用物理常数

附录G一维吸收边界条件UPML的实现

附录H梯度、散度和旋度的计算公式

附录I习题参考答案

参考文献

前言/序言

第2版前言

本书第1版自2013年出版以来，以明晰的物理概念、简练的公式推导、形象的规律描述、先进的技术导向赢得了广大读者的欢迎。2014年和2015年作者又相继组织编写了《电磁场与微波技术测量及仿真》与《电磁场与电磁波教学、学习与考研指导》教学参考用书，与主教材《电磁场与电磁波》组成了完整的配套教材系列，在理论、实验实践和练习巩固等三方面紧密配合并支撑各个教学和学习环节。该套教材系列也由此获得了北京邮电大学教学成果奖（教材类）。

本次修订在采纳部分高校教师使用该教材后提出的意见和建议的基础上，改正了第1版的错误和不当之处，主要改进有以下几方面：

(1) 为便于直观分析，在第7章增补了电磁波斜入射到理想介质分界面时反射系数和透射系数与入射角的关系；

(2) 为深入理解电磁波的反射和折射，在第7章增补了平面波在多层媒质分界面垂直入射的情况作为选学内容；

(3) 在第9章增补了对方向性系数的分析；

(4) 为便于查阅梯度、散度和旋度的计算公式，增补了附录H；

(5) 对习题答案进行了修订。

本书在修订过程中得到了北京邮电大学吕英华教授的关心和指导，在此表示衷心感谢。同时，一并感谢北京邮电大学电子工程学院和清华大学出版社的支持。

对于本书中的缺点和不足之处，希望广大读者不吝批评指正。

编著者

2016年7月

于北京邮电大学

前言

电磁场理论是电子、通信、微波及生物医学工程等众多学科领域的基础； 同时，电磁场与电磁波又是工科院校电子科学与技术、信息与通信工程、电磁场与无线技术等本科电类专业的重要专业基础课程。随着计算机、通信及微电子等技术的迅速发展，电磁场与其他学科交叉发展、交相辉映，新的专业和技术不断涌现； 并且，电路的集成化程度越来越高，电子设备的体积越来越小，电磁兼容、电磁干扰等电磁场问题也越来越突出，对电磁场理论和微波技术提出了更大的挑战。

电磁波是电磁场的一种运动形式，通过这门课程，应当使学生建立起“场”与“波”的概念，学会“场”与“路”的分析方法，学会用“场”的观点去观察、分析、计算一些基本、典型的问题。培养学生正确的逻辑思维方法，提高分析、解决问题的能力； 从科学前沿的战略高度出发培养学生的创新思维能力和创造力，为处理实际电磁场问题打下坚实的理论基础。本书总教学时数为68学时左右（部分章节可根据需要节选），可以作为高等院校相关专业的本科生教材或者教学参考用书，也可以作为职业技术学院相关专业的教材和教学参考用书。

本书在编写过程中参照工科院校新修订培养计划的教学要求，认真贯彻执行教育部教高［2007］1号、2号文件精神，参照教育部高等学校电子信息科学与工程类专业教学指导分委会《高等学校电子信息科学与工程类本科指导性专业规范（试行）》及2011年高等学校本科专业目录的修订意见，密切结合工科院校电子科学与技术、通信工程、信息工程等专业的特点，研究和阐述电磁现象的基本原理、电磁场的基本规律及其在科学研究和工程中的应用。本书的编写思想是从学生认识和理解的角度出发，明确电磁场理论及发展的历史脉络； 突出理论叙述、推导与趣味性的融合； 强调数学方法与物理规律的有机结合，将数学工具“工程化”，既避免繁杂的数学推导，又阐明电磁场理论的基本概念和规律。本书在作者多年从事电磁场与电磁波教学经验的基础上，结合典型问题的应用，突出电磁场理论中的概念及物理意义，将抽象的问题具体化，将复杂的问题简单化，将零散的问题系统化，打上作者自己理解的“标签”。本书以“场与波”为主线，以“麦克斯韦方程”为纽带，对知识层次按照静态场、边界条件、时变场、电磁场与物质的相互作用、电磁场应用等进行划分； 各章节内容按主线展开，环环相扣，在叙述上由浅入深、循序渐进； 在内容组织结构上，强调前后内容的连贯性，保持理论体系的系统性和完整性。本书还注重介绍电磁场领域的最新科技成果及其应用，激发学生对电磁场的学习兴趣，起到抛砖引玉的作用，为进一步的学习和研究因势利导，打下牢固的理论基础。

本书还选编了部分例题和习题，并在书后附有参考答案，便于学生自学和复习。本书由张洪欣、沈远茂、韩宇南编写，其中韩宇南编写了第1章与第9章； 沈远茂编写了第2章、第6章与第7章； 张洪欣编写了第3、4、5、8章以及绪论、附录等内容，并最后完成统稿。本书在编写过程中得到了北京邮电大学电子工程学院、北京化工大学信息科学与技术学院以及清华大学出版社的大力支持，在此一并表示诚挚的感谢。

由于编者学识有限，电磁场与电磁波技术发展迅速，书中难免存在一些疏漏和不足，恳请广大读者不吝斧正。

编者2012年8月于北京邮电大学

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