电磁场理论基础

　　本书共分11章：矢量分析；静电场；静电场边值问题的解析解；稳恒磁场；准静态场、电感和磁场能；时变电磁场；平面电磁波；波导与谐振腔；数值计算方法；电磁波的辐射；电磁场理论在电磁兼容性中的应用。本书力求比较系统地介绍求解电磁问题的基本方法，在进行严格的数学分析的同时，对重要的物理概念从不同的角度加以阐述，为便于读者理解、每章都有较多的典型例题和习题。本书在内容安排上，恒定场与时变场相比，时变场为重点；静电场与恒定磁场相比，静电场为重点。本书适于作为高等院校无线电技术专业本科生的教材，也可供从事电磁场理论、微波技术、天线和电磁兼容性领域工作的科技人员阅读和参考。本书前言1865年英国学者麦克斯韦总结和概括了物理学家法拉第、安培和高斯等前人的工作，创造性地提出位移电流的概念，建立了宏观电磁现象满足的基本规律——麦克斯韦方程组及光的电磁波学说，至今已有一百多年。在这期间，随着科学技术的发展，电磁场理论得到了广泛的应用和发展。尤其近三十年来，无线电电子学、计算机和网络技术的飞速发展，生物电磁学、环境电磁学和电磁兼容性等学科的建立，向电磁场理论提出了许多新的研究课题，使现代电磁场理论得到了迅速的发展。以无线电电子学领域为例，近代发展起来的新技术如雷达、通信、导航、遥感等，均与电磁波的产生、辐射、传播和接收有关，作为微波技术与天线技术的理论基础的电磁场理论，在这些新技术中起着极其重要的作用，同时也得以丰富和发展。反过来，电磁场理论的研究成果又不断地促进了其他学科的发展。因此，“电磁场理论”成为世界各国大学电类专业学生必修的一门技术基础课，本书就是总结了多年来在清华大学电子工程系讲授此课程的经验编写而成的。由于电磁场理论中的物理量大多是矢量，在定量分析时要用到许多矢量公式、定义和定理，为便于读者查阅，书中第1章概略地介绍了矢量的运算规则、相关的定义和几个在以后相关的章节中要用到的矢量积分定理。第2章至第4章讨论静电场和恒定磁场。静电场和恒定磁场是电磁场理论的基本内容，它包含了电磁学的基本定理、定律以及求解电磁问题的基本方法。这3章涉及的物理概念多，利用的数学工具多，这些概念和处理问题的方法在一定的条件下对时变场也是有效的。分析求解一个物理系统中的时变电磁问题严格地说都应采用电磁场理论的方法，即通常称为“场”的方法，但在很多情况下人们采用电路理论的方法，简称为“路”的方法。“路”的方法比“场”的方法要简单得多，但“场”的方法具有普遍性，“路”的方法具有局限性，电路理论只在所研究的场满足准静态的条件下成立，“路”的方法是“场”的方法的特例。作为讨论时变场的过渡，书中第5章讨论准静态场。在该章中，利用准静态条件从电磁场理论的基本方程——麦克斯韦方程，导出了电路理论的基本方程——环路电压定理和节点电流定理。第6章至第8章讨论时变场，内容涉及时变场满足的基本方程式和时变场的波动特性，包括各种位函数、麦克斯韦方程组、波动方程，电磁波在各种媒质中自由传播的特性和导波。第10章则讨论电磁波的激励。这4章是电磁场理论的核心内容，它是正确理解各种宏观电磁现象和正确解决工程电磁问题必备的基本知识。20世纪60年代末开始，出现了称之为“计算电磁学”的新学科，它是计算机技术与传统电磁场理论相结合的产物。它的出现大大拓宽了电磁场理论的研究范围，使许多原来不能解决的复杂工程电磁问题能顺利求解。书中第9章介绍了计算电磁学中常用的几种数值计算方法的基本原理。本书最后的第11章介绍电磁场理论在电磁兼容性中的应用。由于电子设备的应用已渗透到各个领域，工作时伴有寄生辐射的通信设备和各种信息处理设备往往同时配置在同一个场地中，且场地的空间越来越小（尤其在移动的场地中），而设备和系统的灵敏度越来越高，无线通信的频道日趋拥挤，加上有限的频谱资源被非法滥用，使得系统内和系统间的电磁干扰问题变得越来越严重。信息处理设备在运行过程中产生的信息电磁泄漏失密问题已成为主要的安全风险。因此从20世纪60年代中期开始，逐渐形成了一门称之为“电磁兼容性”的学科。电磁兼容性中的许多问题是必须用电磁场理论才能解决的。第11章中除介绍了电磁兼容性的一些基本概念外，还推导了一些在文献中经常被引用的公式。本书力求比较系统地介绍求解电磁问题的基本方法，在进行严格的数学分析的同时，对重要的物理概念从不同的角度加以阐述，为便于读者理解，每章都有较多的典型例题和习题。本书在内容安排上，恒定场与时变场相比，时变场为重点；静电场与恒定磁场相比，静电场为重点。

暂缺《电磁场理论基础》作者简介

第1章矢量分析
1.1矢量及其代数运算
1.2矢量函数和微分
1.3矢量微分算子
1.4并矢及其运算规则
1.5矢量积分定理
1.6正交曲线坐标系
习题
第2章静电场
2.1静电场中的基本定律
2.2静电场中的标量电位
2.3存在电介质时的静电场
2.4电介质的分类
2.5静电场中的导体与电容
2.6静电场的边界条件
2.7泊松方程与拉普拉斯方程
2.8标量位的多极展开
2.9静电场的能量与力
习题
第3章静电场边值问题的解析解
3.1边值问题的分类和解的唯一性定理
3.2镜象法
3.3复变函数法
3.4分离变量法
3.5点电荷密度的函数表示
3.6格林函数法
习题
第4章稳恒磁场
4.1安培定律和磁感应强度B
4.2磁场的高斯定律和安培环路定律
4.3稳恒磁场的矢量磁位
4.4物质的磁化和磁化强度
4.5磁场的边界条件
4.6标量磁位
4.7磁场的边值问题
习题
第5章准静态场.电感和磁场能
5.1法拉第电磁感应定律
5.2电荷守恒定律
5.3准静态场
5.4作为准静态近似的电路理论
5.5电感
5.6磁场的能量与磁场力
习题
第6章时变电磁场
6.1麦克斯韦方程组
6.2时变电磁场的位函数
6.3时变电磁场的波动性和波动方程
6.4非齐次波动方程的解和时变场的格林函数
6.5时变场的坡印亭定理
6.6解的唯一性定理与辐射条件
习题
第7章平面电磁波
7.1无限大无损媒质中的均匀平面波
7.2有损媒质中均匀平面波的传播特性
7.3电磁波的极化
7.4电磁波在各向异性媒质中的传播
7.5媒质的色散与波的色散.相速.群速
7.6非均匀平面波
7.7平面电磁波的反射与折射
7.8分层媒质中的波
7.9平面电磁波对导体平面的投射
习题
第8章波导与谐振腔
8.1柱形传输结构中场的关系--纵向分量法
8.2双导体传输线--同轴线
8.3空心波导--金属矩形波导
8.4谐振腔
8.5光波导简介
习题
第9章数值计算方法
9.1有限单元法
9.2矩量法
9.3有限差分法
9.4时域有限差分法
习题
第10章电磁波的辐射
10.1推迟位的多极子展开
10.2电偶极子的辐射场
10.3磁偶极子的辐射场
10.4惠更斯原理和零值定理
习题
第11章电磁场理论在电磁兼容性中的应用
11.1综述
11.2电磁兼容性的基本概念
11.3分析和解决电磁兼容性问题的一般方法
11.4短线天线和小圆环天线的辐射场
11.5近场的阻抗
11.6屏蔽的理论和实践
习题
参考书目