电磁场与电磁波

本书是根据电子信息与通信工程专业发展对本课程的新要求，以及对学生能力培养、加强基础和拓宽专业的要求而编写。内容包括矢量分析，静电场，静态场问题的解，恒定电流的电场和磁场，时变电磁场，平面电磁波，平面电磁波的反射和透射，导行电磁波以及电磁波的辐射。本书在阐述基本理论的基础上，增加了MATLAB语言在静态场问题的解的应用及电磁场EDA仿真设计等工程应用方面的内容。
    本书可作为普通高等学校电子信息、通信工程专业本科生教材，也可供其他讲授或学习电磁场与电磁波基础的教师、学生及专业技术人员参考。

第1章  矢量分析
  1.1  三种常用坐标系
    1.1.1  坐标系构成
    1.1.2  坐标变量代换
  1.2  标量场与矢量场
    1.2.1  标量场
    1.2.2  矢量场
  1.3  描述标量场分布和变化规律的物理量
    1.3.1  等值面
    1.3.2  方向导数
    1.3.3  梯度
  1.4  描述矢量场分布和变化规律的物理量
    1.4.1  矢量线
    1.4.2  通量和散度
    1.4.3  环量和旋度
  1.5  亥姆霍兹定理
    本章小结
    习题
第2章  静电场
  2.1  电场强度
    2.1.1  电荷密度
    2.1.2  库仑定律
    2.1.3  电场强度
  2.2  静电场的高斯定理和散度
    2.2.1  真空中的高斯定理和散度
    2.2.2  电介质中高斯定理和散度
  2.3  静电场的环路定理、旋度和电位
  2.4  静电场的基本方程
    2.4.1  场矢量基本方程
    2.4.2  电位的基本方程
  2.5  静电场的边界条件
    2.5.1  电位移矢量的边界条件
    2.5.2  电场强度矢量的边界条件
    2.5.3  电位的边界条件
  2.6  导体系统的电容
    2.6.1  电容的定义
    2.6.2  电容的计算
  2.7  静电场能量与能量密度
    本章小结
    习题
第3章  静态场问题的解法
  3.1  静态场问题的类型
    3.1.1  分布型问题
    3.1.2  边值型问题
  3.2  专享性定理
    3.2.1  格林公式
    3.2.2  专享性定理
  3.3  静态场问题的解析解法
    3.3.1  镜像法
    3.3.2  分离变量法
  3.4  基于MATLAB的静态场问题的数值解法
    3.4.1  分布型问题的数值解法
    3.4.2  边值型问题的数值解法
    本章小结
    习题
第4章  恒定电流的电场和磁场
  4.1  恒定电场理论
    4.1.1  电流及电流密度
    4.1.2  欧姆定律和焦耳定律
    4.1.3  恒定电场的基本方程
    4.1.4  恒定电场的边界条件
  4.2  恒定电场与静电场比较
  4.3  恒定磁场理论
    4.3.1  恒定磁场的实验定律和磁感应强度
    4.3.2  恒定磁场的基本方程
    4.3.3  矢量磁位
    4.3.4  标量磁位
    4.3.5  恒定磁场的边界条件
    本章小结
    习题
第5章  时变电磁场
  5.1  麦克斯韦方程组
    5.1.1  电流连续性方程
    5.1.2  电磁感应定律
    5.1.3  位移电流
    5.1.4  麦克斯韦方程组
  5.2  时变电磁场的边界条件
    5.2.1  场矢量D和B的法向分量的边界条件
    5.2.2  场矢量E和H的切向分量的边界条件
  5.3  复数形式的麦克斯韦方程组
    5.3.1  谐变场量的复数表示
    5.3.2  时谐场下麦克斯韦方程组的复数形式
    5.3.3  时谐场下媒质及复介电常数
  5.4  波动方程
  5.5  电磁场能量与能流
    5.5.1  坡印廷定理
    5.5.2  坡印廷定理的复数形式
    本章小结
    习题
第6章  各向同性媒质中的平面电磁波
  6.1  理想介质中的均匀平面电磁波
    6.1.1  均匀平面波的场解
    6.1.2  均匀平面波的极化
  6.2  沿任意方向传播的平面电磁波
    6.2.1  平面波的一般表达式
    6.2.2  平面波的视在相速
  6.3  有损耗媒质中的均匀平面波
    6.3.1  均匀平面波的电磁场
    6.3.2  传播常数和波阻抗的意义
    6.3.3  低损耗媒质中的平面波
    6.3.4  良导电媒质中的均匀平面波
  6.4  电磁波的色散
    本章小结
    习题
第7章  均匀平面电磁波的反射和透射
  7.1  均匀平面波对平面分界面的垂直入射
    7.1.1  对理想导体的垂直入射
    7.1.2  对理想介质的垂直入射
  7.2  均匀平面波对多层媒质分界面的垂直入射
    7.2.1  多层媒质中的电磁波及边界条件
    7.2.2  等效波阻抗
    7.2.3  无反射的条件
  7.3  均匀平面波对介质分界面的斜入射
    7.3.1  相位匹配条件和斯奈尔折射定律
    7.3.2  垂直极化波对理想介质平面的斜入射
    7.3.3  平行极化波对理想介质平面的斜入射
    7.3.4  全反射和全透射
  7.4  平面电磁波对理想导体界面的斜入射
    7.4.1  垂直极化波对理想导体平面的斜入射
    7.4.2  平行极化波对理想导体平面的斜入射
    本章小结
    习题
第8章  导行电磁波
  8.1  导行波的传输特性
    8.1.1  导行波的波动方程
    8.1.2  TEM波的传播特性
    8.1.3  TE、TM波的传播特性
  8.2  矩形波导
    8.2.1  矩形波导中TE波的解
    8.2.2  矩形波导中TM波的解
    8.2.3  矩形波导中波的传播特性
  8.3  矩形波导中的TM10波
    8.3.1  TE10模的场分布
    8.3.2  TE10模的传输特性
    8.3.3  矩形波导壁TM10模的电流分布
    本章小结
    习题
第9章  电磁波的辐射
  9.1  电磁波的辐射条件
  9.2  电基本振子的辐射
    9.2.1  电基本振子的电磁场
    9.2.2  电基本振子的近区电磁场
    9.2.3  电基本振子的远区电磁场
  9.3 磁基本振子的辐射
  9.4  发射天线的电参数
    9.4.1  方向性函数和方向图
    9.4.2  方向性系数
    9.4.3  辐射效率
    9.4.4  增益
    9.4.5  输入阻抗
    9.4.6  极化
  9.5  线天线与线天线阵
    9.5.1  对称振子天线
    9.5.2  线天线阵原理
  9.6  电磁场仿真工具在天线设计中的应用
    9.6.1  现代电磁场仿真工具的介绍
    9.6.2  天线仿真实例
    本章小结
    习题
附录
  附录Ⅰ  重要矢量分析公式
  附录Ⅱ  第3章例题MATLAB程序
  附录Ⅲ  电磁场理论的物理量及单位
习题参考答案
参考文献

    **章 矢量分析
    为了在大学物理电磁学的基础上跨进电磁场理论的殿堂，必须掌握矢量分析这一利器。发表在《电磁学通论》中的麦斯韦方程多达十几个，外表相似，难以理解。本书利用矢量分析这一利器把这些方程压缩为4个，以便理解和记忆。可见，矢量分析这一数学工具功能的强大。
    本章从电磁场理论中常用的坐标系入手，在学习矢量的表示和运算的基础上，分析描述标量场和矢量场分布及变化规律的物理量。这些物理量包括标量场的等值面、方向导数、梯度以及矢量场的通量、散度、环量、旋度。学习这些物理量的定义和物理意义的同时，引入高斯定理、斯托斯定理和亥姆霍兹定理，为后续章节的学习奠定基础。
    1.1 三种常用坐标系
    直角坐标系(Rect肌gular Coordinate System)、圆柱坐标系(Cylinder Coordinate system)和球坐标系(Sphere coordinate system)是三种*常用的正交曲线坐标系，是分析场在空间中分布和变化规律的基础。可以根据被研究对象的几何形状不同采用不同的坐标系，使问
    题得到简化。
    ……