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出版者:电子工业出版社

作者:崔金辉

出品人:

页数:224

译者:

出版时间:2005-1

价格:18.50元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787505399402

丛书系列:

图书标签:

• 电路基础
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• 电工学
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《电磁场与波：从理论到应用》 内容简介： 本书旨在为读者提供一个全面而深入的电磁场与波的理论基础，并着重强调其在现代工程技术中的广泛应用。全书内容体系严谨，逻辑清晰，从麦克斯韦方程组的建立与阐述入手，逐步深入到静电场、静磁场、时变场，并最终拓展至电磁波的产生、传播、散射与接收。本书力求在保持理论深度与广度的同时，兼顾工程实践的需求，使读者能够真正理解电磁现象背后的物理本质，并掌握解决实际工程问题的工具与方法。 第一部分：基础理论的构建 第一章：矢量分析与坐标系 本章作为后续所有电磁理论的基础，系统回顾了必要的数学工具。详细介绍了笛卡尔、圆柱和球坐标系下的矢量表示、微分运算（梯度、散度、旋度）及其物理意义。特别强调了高斯散度和斯托克斯定理在线性场论中的关键作用。内容详实地阐述了矢量运算在描述电场和磁场分布时的便利性与直观性。 第二章：静电场 静电场是电磁学的基石。本章首先从库仑定律出发，定义了电场强度和电位，引入了电势的概念，并推导了静电场中的基本方程——拉普拉斯方程和泊松方程。重点讨论了有界和无界区域的边界条件，通过解析法（如分离变量法）求解了常见几何结构下的电位分布，例如平行板电容器、同轴圆柱等。此外，还深入探讨了电介质中的场分布，包括电位移矢量和电容的计算，为理解介质中的电磁现象奠定了基础。 第三章：静磁场 本章聚焦于稳恒电流产生的磁场。从毕奥-萨伐尔定律出发，推导了安培环路定律，并将其应用于计算对称结构下的磁感应强度。随后，引入了磁场强度 $mathbf{H}$ 和磁矢量磁位 $mathbf{A}$。与静电场类似，本章也详细分析了磁介质的特性，讨论了磁化强度和磁导率，并阐述了静磁场中的能量存储与边界条件。对磁滞回线和软磁、硬磁材料的特性进行了简要介绍。 第四章：麦克斯韦方程组与本构关系 本章是全书的枢纽。首先，系统地回顾了法拉第电磁感应定律、麦克斯韦修正的安培定律，并将前三章的静电场和静磁场方程整合，构建出完整的四组麦克斯韦方程组（微分形式和积分形式）。详细解释了位移电流的物理意义及其在时变场中的决定性作用。同时，深入探讨了各种介质（导体、绝缘体、铁磁体）对电磁场的影响，定义了场强度、磁感应强度、电位移和磁场强度之间的本构关系。 第二部分：时变场与电磁波传播 第五章：时变电磁场与电磁波的产生 在麦克斯韦方程组的基础上，本章研究了电磁场随时间变化的规律。通过求解无源、无损、均匀介质中的自由空间电磁波方程，推导了平面电磁波的相速、波长和波数。着重分析了平面波的传播特性，包括电场、磁场和传播方向之间的正交性。引入了相量法（频域分析）来简化时域问题的求解过程。 第六章：平面电磁波的传播与反射 本章将理论应用于更具体的场景：电磁波在不同介质界面上的行为。详细分析了平面波在理想导体表面、低损耗介质界面以及全反射/临界角情况下的反射和折射规律，严格遵循菲涅耳公式。讨论了垂直极化波（TE）和水平极化波（TM）的特性差异，并引入了输入阻抗的概念，为后续的传输线和天线理论打下基础。 第七章：坡印廷矢量与电磁场能量 理解电磁场的能量传输至关重要。本章引入坡印廷矢量 $mathbf{S}$，精确描述了电磁波的瞬时功率流密度及其方向。详细推导了坡印廷定理，揭示了电磁场能量守恒的基本原理。通过计算波导和传输线中的坡印廷矢量，展示了能量是如何被引导和传输的。 第三部分：应用导引与进阶主题 第八章：导引电磁波：传输线与波导 本章从工程实践的角度，讨论了如何有效地引导电磁波。首先，深入分析了集总元件电路理论向分布参数电路（传输线）过渡的过程，详细分析了特性的输入阻抗、反射系数和驻波比（VSWR）。接着，将理论拓展到集总电感和电容结构——波导。详细分析了矩形波导中的TE模和TM模的截止频率、场分布和色散特性，强调了波导作为高频信号传输线的关键优势。 第九章：电磁场的数值求解方法概述 鉴于许多实际工程问题无法通过解析方法求解，本章提供了几种主要的数值电磁学（CEM）方法概览。重点介绍了有限差分法（FDTD）和矩量法（MoM）的基本思想、网格划分以及它们在求解复杂边界条件下的电磁散射和天线辐射问题中的应用潜力。 第十章：天线基础理论 本章作为电磁波应用的最后一步，介绍了电磁波的辐射源——天线。讨论了基本的天线单元，如电流元、半波长偶极子和磁环，详细解释了天线的辐射方向图、最大辐射方向、有效面积、效率、输入阻抗等关键参数。特别是对天线的辐射功率密度和远场近似进行了详尽的阐述。 本书特点： 深度与广度并重： 既保证了麦克斯韦方程组推导的严密性，又覆盖了从静场到辐射的完整知识体系。 强调物理图像： 穿插大量生动的物理图像和类比，帮助读者建立对梯度、散度、旋度的直观理解。 丰富的例题与习题： 每一章节后附有大量精心设计的计算题和概念题，覆盖从基础计算到复杂边界条件分析的各个层面，确保读者能够学以致用。 注重工程关联性： 尤其在传输线、波导和天线部分，紧密结合了微波工程和高频电子学的实际需求。 本书适用于高等院校电子信息工程、通信工程、物理学等相关专业的高年级本科生及研究生作为教材或参考书，同时也非常适合需要扎实掌握电磁场理论以进行电子、射频、通信系统设计和电磁兼容性（EMC）分析的工程师参考阅读。阅读本书后，读者将能独立分析和设计涉及电磁场和电磁波传播的各类系统。

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这本书的叙述风格非常**“散文化”**，读起来有一种在听一位资深工程师娓娓道来的感觉，但这种感觉的代价是极度缺乏结构化和目标导向性。作者似乎非常沉迷于追溯每一个基础定律的历史渊源和哲学意义。例如，在讲解基尔霍夫定律时，他用了将近三页的篇幅去讨论欧姆的早期研究环境以及电流、电压概念在当时物理学界引起的概念革命，读到后来，我都快忘了我们最初是为了解如何计算一个串联电路的电压分配。书中的图示虽然清晰，但数量明显不足，很多关键的等效电路模型都是文字描述为主，这对于需要直观理解的读者来说，简直是一场灾难。我尝试用它来复习大学期间学过的模电知识，却发现它对运算放大器的深入分析停留在理想模型的层面，对于如何处理失真、噪声、以及不同反馈结构下的实际应用场景，几乎没有涉及。总而言之，这本书更像是作者个人的“电路哲学随笔集”，而非一本为考试或工程实践准备的教材。它要求读者必须具备极强的自主提炼信息的能力，否则很容易在作者的旁征博引中迷失方向。

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这本书最大的特点是其**“严苛的数学门槛”**。它似乎预设了读者拥有高等数学（微积分、复变函数基础）和线性代数知识，并且要求读者能够熟练运用这些工具进行推导。对于我这种背景相对薄弱的读者来说，每遇到一个涉及到拉普拉斯变换或傅里叶级数的章节，我就不得不停下来，翻阅其他高等数学书籍来补习相关知识点，极大地拖慢了学习进度。它不是一本帮你“简化”概念的书，而是帮你“证明”概念的书。例如，书中处理RLC串联谐振时，直接使用了复杂的复数运算来分析阻抗，却没有用更直观的波形图或频响曲线先行展示现象，再回头用数学工具解释。这种先入为主的数学导向，使得电路理论的魅力被淹没在复杂的代数运算之中。如果把电路学习比作学开车，这本书是直接教你如何设计和制造发动机的每一个零件，而不是教你如何平稳地挂挡和转向。因此，对于希望快速掌握电路应用技巧的读者，这本书的路径显得过于迂回和漫长。

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这本书的封面设计得极其简洁，黑白分明，倒是挺符合它名字所蕴含的严肃性。然而，当我翻开第一页，映入眼帘的内容却让我有些措手不及。它似乎将重点放在了对各种电子元件的物理结构和材料特性的深度挖掘上，而不是我所期待的那些关于如何搭建基本电路的实用教程。比如，其中有一整章都在详尽地分析半导体材料的能带理论，用复杂的数学模型去解释PN结的反向偏压特性。坦白说，作为一个想快速掌握基础电路搭建的初学者来说，这些内容显得过于“学术化”和“底层”了。我更希望看到的是，如何一步步地识图、识相、学会用面包板快速验证一个简单的RC滤波电路，而不是深陷于晶体管的内部物理过程。书中引用的参考文献大多是上世纪七八十年代的经典著作，这固然保证了理论的严谨性，但也使得全书的案例和配图显得有些陈旧，缺少现代电子设计软件仿真分析的影子。当我试图在书中寻找关于PCB设计入门的哪怕是一丁点介绍时，发现完全落空了，这使得这本书在我心中，更像是一本高等物理或者材料科学的辅读读物，而非一本“电路基础”指南。

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我的阅读体验可以用“**挫败感**”来概括。我拿起这本书，是希望建立一个清晰的、从零到一的电路概念体系。然而，这本书的内容跳跃性极大。它可能前一页还在详细讲解戴维南等效电路的推导过程，下一页就直接跳跃到了复杂的交流电路相量分析，中间缺少了对时间常数、暂态响应等关键过渡环节的充分铺垫。更让我感到困惑的是，书中的习题设计与正文内容严重脱节。正文理论讲得非常抽象和宏大，但配套的练习题却异常简单，往往是直接套用公式的数值计算，缺乏需要独立思考和电路设计思维的综合性问题。这使得学完一章后，我无法确定自己是否真正掌握了所学知识的工程应用价值。对于自学爱好者而言，这种反馈机制的缺失是致命的。我查阅了后面的“答案与提示”，发现很多步骤直接被省略了，这更像是写给已经非常熟悉这些概念的人群看的参考资料，而不是一本引导入门的“基础”读物。这本书需要读者本身已经对电路有相当的了解，才能有效利用它来“查漏补缺”，而非“从头学习”。

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这本书的装帧和排版质量相当**“朴实无华”**，用的是那种略微泛黄的纸张，字体选择也偏小且间距紧凑。这种视觉感受，使得长时间阅读非常疲劳。如果说内容是枯燥的，那么排版则无疑是雪上加霜。全书几乎没有彩图，即便是示意图也多为单色线条图，这在区分不同类型电阻、电容或者区分正负极性时，造成了极大的不便。我注意到一个细节，书中某些关键公式的编号是缺失的，导致我回溯引用时非常困难，必须花费额外的时间去定位上下文。另外，本书似乎更侧重于直流电路的稳态分析，对于现代电子学中至关重要的信号完整性、阻抗匹配这类交流特性，提及得非常含糊，仿佛那是不属于“基础”范畴的内容。我曾尝试用它来理解交流电功率的计算，结果发现书中对视在功率、有功功率和无功功率的区分讲解得不够深入，完全没有结合实际感性负载（如电机）的例子来佐证，使得概念停留在纯粹的数学符号层面，缺乏物理意义上的贴切感。

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