定 價(jià):24 元
叢書名:清華大學(xué)電子與信息技術(shù)系列教材
- 作者:王薔等
- 出版時(shí)間:2001/2/1
- ISBN:9787302042518
- 出 版 社:清華大學(xué)出版社
- 中圖法分類:O441.4
- 頁碼:
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:16
本書共分11章:矢量分析;靜電場;靜電場邊值問題的解析解;穩(wěn)恒磁場;準(zhǔn)靜態(tài)場、電感和磁場能;時(shí)變電磁場;平面電磁波;波導(dǎo)與諧振腔;數(shù)值計(jì)算方法;電磁波的輻射;電磁場理論在電磁兼容性中的應(yīng)用。
本書力求比較系統(tǒng)地介紹求解電磁問題的基本方法,在進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)學(xué)分析的同時(shí),對(duì)重要的物理概念從不同的角度加以闡述,為便于讀者理解、每章都有較多的典型例題和習(xí)題。本書在內(nèi)容安排上,恒定場與時(shí)變場相比,時(shí)變場為重點(diǎn);靜電場與恒定磁場相比,靜電場為重點(diǎn)。
本書適于作為高等院校無線電技術(shù)專業(yè)本科生的教材,也可供從事電磁場理論、微波技術(shù)、天線和電磁兼容性領(lǐng)域工作的科技人員閱讀和參考。
1865年英國學(xué)者麥克斯韋總結(jié)和概括了物理學(xué)家法拉第、安培和高斯等前人的工作,創(chuàng)造性地提出位移電流的概念,建立了宏觀電磁現(xiàn)象滿足的基本規(guī)律——麥克斯韋方程組及光的電磁波學(xué)說,至今已有一百多年。在這期間,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電磁場理論得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。尤其近三十年來,無線電電子學(xué)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,生物電磁學(xué)、環(huán)境電磁學(xué)和電磁兼容性等學(xué)科的建立,向電磁場理論提出了許多新的研究課題,使現(xiàn)代電磁場理論得到了迅速的發(fā)展。以無線電電子學(xué)領(lǐng)域?yàn)槔l(fā)展起來的新技術(shù)如雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、遙感等,均與電磁波的產(chǎn)生、輻射、傳播和接收有關(guān),作為微波技術(shù)與天線技術(shù)的理論基礎(chǔ)的電磁場理論,在這些新技術(shù)中起著極其重要的作用,同時(shí)也得以豐富和發(fā)展。反過來,電磁場理論的研究成果又不斷地促進(jìn)了其他學(xué)科的發(fā)展。因此,“電磁場理論”成為世界各國大學(xué)電類專業(yè)學(xué)生必修的一門技術(shù)基礎(chǔ)課,本書就是總結(jié)了多年來在清華大學(xué)電子工程系講授此課程的經(jīng)驗(yàn)編寫而成的。
由于電磁場理論中的物理量大多是矢量,在定量分析時(shí)要用到許多矢量公式、定義和定理,為便于讀者查閱,書中第1章概略地介紹了矢量的運(yùn)算規(guī)則、相關(guān)的定義和幾個(gè)在以后相關(guān)的章節(jié)中要用到的矢量積分定理。
第2章至第4章討論靜電場和恒定磁場。靜電場和恒定磁場是電磁場理論的基本內(nèi)容,它包含了電磁學(xué)的基本定理、定律以及求解電磁問題的基本方法。這3章涉及的物理概念多,利用的數(shù)學(xué)工具多,這些概念和處理問題的方法在一定的條件下對(duì)時(shí)變場也是有效的。
分析求解一個(gè)物理系統(tǒng)中的時(shí)變電磁問題嚴(yán)格地說都應(yīng)采用電磁場理論的方法,即通常稱為“場”的方法,但在很多情況下人們采用電路理論的方法,簡稱為“路”的方法。“路”的方法比“場”的方法要簡單得多,但“場”的方法具有普遍性,“路”的方法具有局限性,電路理論只在所研究的場滿足準(zhǔn)靜態(tài)的條件下成立,“路”的方法是“場”的方法的特例。作為討論時(shí)變場的過渡,書中第5章討論準(zhǔn)靜態(tài)場。在該章中,利用準(zhǔn)靜態(tài)條件從電磁場理論的基本方程——麥克斯韋方程,導(dǎo)出了電路理論的基本方程——環(huán)路電壓定理和節(jié)點(diǎn)電流定理。
第6章至第8章討論時(shí)變場,內(nèi)容涉及時(shí)變場滿足的基本方程式和時(shí)變場的波動(dòng)特性,包括各種位函數(shù)、麥克斯韋方程組、波動(dòng)方程,電磁波在各種媒質(zhì)中自由傳播的特性和導(dǎo)波。第10章則討論電磁波的激勵(lì)。這4章是電磁場理論的核心內(nèi)容,它是正確理解各種宏觀電磁現(xiàn)象和正確解決工程電磁問題必備的基本知識(shí)。
20世紀(jì)60年代末開始,出現(xiàn)了稱之為“計(jì)算電磁學(xué)”的新學(xué)科,它是計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)電磁場理論相結(jié)合的產(chǎn)物。它的出現(xiàn)大大拓寬了電磁場理論的研究范圍,使許多原來不能解決的復(fù)雜工程電磁問題能順利求解。書中第9章介紹了計(jì)算電磁學(xué)中常用的幾種數(shù)值計(jì)算方法的基本原理。
本書最后的第11章介紹電磁場理論在電磁兼容性中的應(yīng)用。由于電子設(shè)備的應(yīng)用已滲透到各個(gè)領(lǐng)域,工作時(shí)伴有寄生輻射的通信設(shè)備和各種信息處理設(shè)備往往同時(shí)配置在同一個(gè)場地中,且場地的空間越來越小(尤其在移動(dòng)的場地中),而設(shè)備和系統(tǒng)的靈敏度越來越高,無線通信的頻道日趨擁擠,加上有限的頻譜資源被非法濫用,使得系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間的電磁干擾問題變得越來越嚴(yán)重。信息處理設(shè)備在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的信息電磁泄漏失密問題已成為主要的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此從20世紀(jì)60年代中期開始,逐漸形成了一門稱之為“電磁兼容性”的學(xué)科。電磁兼容性中的許多問題是必須用電磁場理論才能解決的。第11章中除介紹了電磁兼容性的一些基本概念外,還推導(dǎo)了一些在文獻(xiàn)中經(jīng)常被引用的公式。
本書力求比較系統(tǒng)地介紹求解電磁問題的基本方法,在進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)學(xué)分析的同時(shí),對(duì)重要的物理概念從不同的角度加以闡述,為便于讀者理解,每章都有較多的典型例題和習(xí)題。
本書在內(nèi)容安排上,恒定場與時(shí)變場相比,時(shí)變場為重點(diǎn);靜電場與恒定磁場相比,靜電場為重點(diǎn)。本書目錄中標(biāo)注有的內(nèi)容屬于較深的內(nèi)容,可由任課教師自行選擇講授。
全書第1,5,9,10,11章由李國定編寫,第2,3,4章由王薔編寫,第6,7,8章由龔克編寫。
閱讀本書應(yīng)具備大學(xué)物理電磁學(xué)和高等數(shù)學(xué)中的矢量分析、復(fù)變函數(shù)、數(shù)理方程、特殊函數(shù)和線性代數(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)。
由于作者水平有限,書中難免存在缺點(diǎn)與不足,歡迎廣大讀者與同行專家批評(píng)指正。
第1章矢量分析1
11矢量及其代數(shù)運(yùn)算1
111矢量的基本概念1
112矢量函數(shù)的代數(shù)運(yùn)算規(guī)則2
12矢量函數(shù)和微分3
121矢量函數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)3
122梯度、散度和旋度的定義4
13矢量微分算子5
131微分算子的定義5
132含有算子算式的定義與性質(zhì)6
133二重算子7
134包含算子的恒等式8
14并矢及其運(yùn)算規(guī)則9
141并矢的導(dǎo)出及其表達(dá)式9
142并矢的運(yùn)算規(guī)則11
143并矢的幾點(diǎn)性質(zhì)12
15矢量積分定理14
151高斯散度定理14
152斯托克斯定理14
153平面格林定理14
154標(biāo)量格林定理15
155矢量格林定理15
156并矢格林定理16
157其他積分定理16
158亥姆霍茲定理18
16正交曲線坐標(biāo)系18
161正交曲線坐標(biāo)系的基本概念19
162正交曲線坐標(biāo)系中的梯度、散度和旋度21
習(xí)題26
第2章靜電場28
21靜電場中的基本定律28
211庫侖定律28
212電場強(qiáng)度E29
213高斯定律的積分和微分形式30
22靜電場中的標(biāo)量電位32
221靜電場的保守性32
222標(biāo)量電位φ的定義及其物理意義33
23存在電介質(zhì)時(shí)的靜電場35
231介質(zhì)的極化35
232電位移矢量D37
24電介質(zhì)的分類38
241線性和非線性電介質(zhì)38
242各向同性和各向異性電介質(zhì)38
243均勻和非均勻電介質(zhì)39
25靜電場中的導(dǎo)體與電容40
251靜電場中的導(dǎo)體40
252導(dǎo)體系與部分電容41
26靜電場的邊界條件43
261電位移矢量的法向分量43
262電場強(qiáng)度的切向分量43
263標(biāo)量電位的邊界條件44
27泊松方程與拉普拉斯方程45
271泊松方程與拉普拉斯方程的導(dǎo)出45
272一維泊松方程的解46
28標(biāo)量位的多極展開49
281電偶極子49
282標(biāo)量位的多極展開50
29靜電場的能量與力54
291點(diǎn)電荷系的能量54
292能量的場強(qiáng)表示55
293作用在導(dǎo)體上的電場力56
294作用在電介質(zhì)上的力57
295虛位移法59
習(xí)題61
第3章靜電場邊值問題的解析解65
31邊值問題的分類和解的唯一性定理65
311邊值問題的分類65
312靜電場中解的唯一性定理65
32鏡象法66
321點(diǎn)電荷對(duì)無限大接地導(dǎo)體平面的鏡象67
322點(diǎn)電荷對(duì)導(dǎo)體球面的鏡象69
323線電荷對(duì)導(dǎo)體圓柱面的鏡象70
324點(diǎn)電荷對(duì)無限大介質(zhì)平面的鏡象72
33復(fù)變函數(shù)法73
331復(fù)位函數(shù)74
332保角變換76
34分離變量法81
341直角坐標(biāo)系中的分離變量法81
342圓柱坐標(biāo)系中的分離變量法86
343圓球坐標(biāo)系中的分離變量法93
35點(diǎn)電荷密度的δ函數(shù)表示97
351δ函數(shù)98
352點(diǎn)源的δ函數(shù)表示98
36格林函數(shù)法99
361泊松方程的積分形式解99
362格林函數(shù)法102
習(xí)題107
第4章穩(wěn)恒磁場111
41安培定律和磁感應(yīng)強(qiáng)度BA的引入121
432矢量磁位A所滿足的微分方程122
44物質(zhì)的磁化和磁化強(qiáng)度125
441磁介質(zhì)的分類和磁化強(qiáng)度125
442空中存在磁介質(zhì)時(shí)對(duì)任一點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響126
443磁場強(qiáng)度H,磁化率χm,相對(duì)磁導(dǎo)率μr127
45磁場的邊界條件130
451磁感應(yīng)強(qiáng)度 B的法線分量130
452磁場強(qiáng)度H的切線分量131
453磁化強(qiáng)度M的切線分量131
454矢量磁位A所滿足的邊界條件132
46標(biāo)量磁位132
47磁場的邊值問題135
習(xí)題139
第5章準(zhǔn)靜態(tài)場、電感和磁場能142
51法拉第電磁感應(yīng)定律142
511電磁感應(yīng)定律142
512靜止系統(tǒng)中的感生電動(dòng)勢142
513運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的感生電動(dòng)勢143
52電荷守恒定律146
53準(zhǔn)靜態(tài)場146
54作為準(zhǔn)靜態(tài)近似的電路理論148
55電感149
56磁場的能量與磁場力152
561磁場中儲(chǔ)存的能量152
562磁場力154
習(xí)題157
第6章時(shí)變電磁場160
61麥克斯韋方程組160
611位移電流和麥克斯韋方程組的提出160
612麥克斯韋方程組的微分形式和場結(jié)構(gòu)關(guān)系161
613麥克斯韋方程組的積分形式162
614時(shí)諧電磁場和麥克斯韋方程組的復(fù)數(shù)形式163
615邊界條件164
616磁流、磁荷和麥克斯韋方程組的廣義形式164
62時(shí)變電磁場的位函數(shù)167
621矢量磁位A、標(biāo)量電位φ與規(guī)范不變性167
622矢量電位Am與標(biāo)量磁位φm169
623赫茲位Πe和Πm170
63時(shí)變電磁場的波動(dòng)性和波動(dòng)方程171
631波動(dòng)方程的導(dǎo)出171
632標(biāo)量波動(dòng)方程的解和標(biāo)量波函數(shù)173
633矢量波動(dòng)方程的解和矢量波函數(shù)176
64非齊次波動(dòng)方程的解和時(shí)變場的格林函數(shù)178
641非齊次波動(dòng)方程的格林函數(shù)解法178
642時(shí)變場的標(biāo)量格林函數(shù)和推遲位180
643時(shí)諧場的并矢格林函數(shù)183
65時(shí)變場的坡印亭定理184
651一般時(shí)變場的坡印亭定理184
652時(shí)諧場的坡印亭定理186
66解的唯一性定理與輻射條件188
661解的唯一性定理188
662輻射條件188
習(xí)題189
第7章平面電磁波191
71無限大無損媒質(zhì)中的均勻平面波191
711無損媒質(zhì)中均勻平面波的傳播特點(diǎn)191
712沿任意方向傳播的平面波197
72有損媒質(zhì)中均勻平面波的傳播特性198
73電磁波的極化201
74電磁波在各向異性媒質(zhì)中的傳播204
741等離子體中的電磁波204
742鐵氧體中的電磁波210
75媒質(zhì)的色散與波的色散、相速、群速213
751介質(zhì)的色散213
752導(dǎo)體的色散214
753相速與群速215
76非均勻平面波218
77平面電磁波的反射與折射219
771反射定律和折射定律219
772反射系數(shù)與折射系數(shù)220
773無反射與全反射223
78分層媒質(zhì)中的波224
781法向波阻抗224
782單層介質(zhì)的反射與折射225
783任意多層介質(zhì)的反射與折射228
79平面電磁波對(duì)導(dǎo)體平面的投射229
791對(duì)理想導(dǎo)體平面的投射229
792對(duì)非理想導(dǎo)體平面的投射231
習(xí)題234
第8章波導(dǎo)與諧振腔237
81柱形傳輸結(jié)構(gòu)中場的關(guān)系——縱向分量法238
82雙導(dǎo)體傳輸線——同軸線240
83空心波導(dǎo)——金屬矩形波導(dǎo)242
831橫磁波(TM模)242
832橫電波(TE模)244
833波導(dǎo)的截止頻率245
834波導(dǎo)中的相速度與群速度及波導(dǎo)波長246
835沿波導(dǎo)傳輸?shù)墓β?47
84諧振腔248
85光波導(dǎo)簡介250
習(xí)題252
第9章數(shù)值計(jì)算方法253
91有限單元法253
911泛函及泛函的變分253
912與邊值問題等價(jià)的變分問題254
913區(qū)域剖分和插值函數(shù)258
914單元分析261
915總體合成262
916引入強(qiáng)加邊界條件265
92矩量法271
921矩量法的基本原理271
922基函數(shù)和權(quán)函數(shù)的選擇275
93有限差分法278
94時(shí)域有限差分法281
習(xí)題287
第10章電磁波的輻射288
101推遲位的多極子展開288
102電偶極子的輻射場291
1021近區(qū)場292
1022遠(yuǎn)區(qū)場(輻射場)292
103磁偶極子的輻射場294
104惠更斯原理和零值定理295
習(xí)題300
第11章電磁場理論在電磁兼容性中的應(yīng)用302
111綜述302
112電磁兼容性的基本概念303
1121電磁兼容性問題中常用的定義303
1122造成干擾的三要素303
113分析和解決電磁兼容性問題的一般方法306
1131問題解決法306
1132規(guī)范法307
1133系統(tǒng)法307
114短線天線和小圓環(huán)天線的輻射場307
1141短線天線和小圓環(huán)天線產(chǎn)生的輻射場的一般表示式308
1142短線天線和小圓環(huán)天線的遠(yuǎn)區(qū)場和近區(qū)場309
1143近區(qū)和遠(yuǎn)區(qū)的轉(zhuǎn)換區(qū)310
1144高阻抗場和低阻抗場311
115近場的阻抗311
1151短線天線近場的波阻抗312
1152小圓環(huán)天線近場的波阻抗312
116屏蔽的理論和實(shí)踐313
1161靜態(tài)(或準(zhǔn)靜態(tài))場的屏蔽314
1162屏蔽的等效電路模型317
1163屏蔽的平面波或傳輸線模型322
1164平面波模型推廣到非理想屏蔽結(jié)構(gòu)326
習(xí)題329
參考書目330