电磁场与微波工程基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:毛钧杰

出品人:

页数:336

译者:

出版时间:2004-5

价格:28.00元

装帧:平装

isbn号码:9787505397910

丛书系列:

图书标签:

• 电磁场
• 微波工程
• 电磁学
• 微波技术
• 通信工程
• 电子工程
• 高等教育
• 教材
• 理工科
• 电磁兼容

电磁场与电磁波基础理论研究 本书聚焦于电磁场与电磁波的物理本质、数学描述及其在工程应用中的核心原理，旨在为读者构建坚实而深入的理论框架。全书内容摒弃了直接的工程实例操作讲解，而是致力于阐述支配这些现象的普适性规律和严谨的数学推导过程。 本书的结构设计遵循了电磁学理论的逻辑演进路径，从最基本的电磁现象观察出发，逐步上升到抽象的数学模型和矢量分析。 第一部分：静电场与静磁场基础 本部分内容奠定了理解时变电磁场的基石，详尽阐述了静态场域的数学表示和物理内涵。 1.1 电荷与库仑定律的矢量描述： 首先，详细回顾了电荷的基本性质，并以三维空间矢量形式精确表达了库仑定律。着重分析了电荷密度（面密度、体密度）的概念，以及如何利用积分运算计算复杂电荷分布产生的合力与电场强度 $mathbf{E}$。特别对点电荷、线电荷和平面电荷的场分布进行了严格的几何分析。 1.2 静电场的性质与电势： 本章深入探讨了静电场的保守性，引入了电势 $phi$ 的概念，并推导了电场强度与电势之间的梯度关系（$mathbf{E} = - abla phi$）。详细阐述了电场强度线与等势面的正交性。针对有源区域和无源区域，分别讨论了泊松方程和拉普拉斯方程的数学形式及其在求解静电势分布中的应用。书中对边值问题，如狄利克雷问题和诺依曼问题，在二维和轴对称三维问题中的求解方法进行了理论探讨，强调了唯一性定理的物理意义。 1.3 静磁场的产生与安培定律的积分形式： 本部分转向稳恒电流的研究。从毕奥-萨伐尔定律出发，推导了电流元产生的磁感应强度 $mathbf{B}$ 的积分表达式。随后，深入分析了安培环路定理的普适性，重点在于确定适用该定理的对称性条件。通过安培定律，对无限长直线电流、平面电流、螺线管内部磁场进行了严谨的数学推导，并讨论了磁荷这一假设在物理学中的地位。 1.4 磁矢量势与磁标量势： 为简化磁场问题的求解，本章引入了磁矢量势 $mathbf{A}$，推导了其满足的泊松型偏微分方程。阐述了磁矢量势的规范选择自由度，并详细讨论了仅适用于无源区的磁标量势 $psi$ 的概念。通过对磁矢量势的分析，展示了如何将复杂的磁场问题转化为求解矢量波动方程的特定形式。 1.5 物质中的电磁场： 本章系统地介绍了电介质和磁性材料对场的影响。详细解释了电位移矢量 $mathbf{D}$ 和磁场强度 $mathbf{H}$ 的引入背景及其与 $mathbf{E}$、$mathbf{B}$ 的本构关系（线性、各向同性介质）。讨论了宏观平均场与微观场的关系，并对电介质中的边界条件进行了详尽的矢量分析，包括界面处的法向和切向分量连续性要求。 第二部分：时变电磁场与麦克斯韦方程组 本部分是全书的核心，系统地阐述了电磁现象的时空耦合特性，从静态场过渡到动态场。 2.1 法拉第电磁感应定律与麦克斯韦修正项： 本章从法拉第的实验现象出发，建立了感应电动势与磁通量时间变化率的定量关系。随后，对安培定律进行了关键性修正——引入了麦克斯韦的“位移电流”概念，论证了电荷守恒定律在时变场中的积分形式。 2.2 麦克斯韦方程组的微分形式与积分形式： 基于前述的定律，本章完整地给出了描述所有经典电磁现象的四组偏微分方程（麦克斯韦方程组）的微分形式。详细分析了每一条方程的物理意义，例如 $ abla cdot mathbf{B} = 0$ 意味着磁单极子不存在；$ abla imes mathbf{E} = -frac{partial mathbf{B}}{partial t}$ 揭示了变化的磁场如何产生涡旋电场。同时，推导并对比了这些方程在宏观尺度下的积分形式，强调了它们在处理系统边界问题时的等效性。 2.3 自由空间中的电磁波： 以无源、无界、无损的理想自由空间为研究对象，从麦克斯韦方程组出发，推导了电场和磁场分量满足的齐次波动方程。详细分析了电磁波的平面波解的性质，包括相速度、波长、波数（传播常数）之间的关系。重点讨论了电场、磁场以及传播方向三者之间的横向关系，确立了电磁波的横波特性和 $mathbf{E}$、$mathbf{H}$ 之间的相位关系。 2.4 坡印廷矢量与能量流动： 本章将电磁场与能量概念联系起来。推导了坡印廷（Poynting）矢量 $mathbf{S} = frac{1}{mu_0} (mathbf{E} imes mathbf{B})$，阐明了它代表单位时间内通过单位面积的电磁能流密度。导出了坡印廷定理（能量守恒的微分形式），用于分析在任意闭合体积内电磁能的存储与耗散平衡关系。对于平面波，计算了其在单位时间内平均通过单位面积的能量（平均坡印廷矢量）。 第三部分：导行介质中的电磁波 本部分侧重于分析电磁波在有限约束（波导和传输线）中的传播特性，不涉及具体工程结构的设计细节，而是着眼于模式分析的理论基础。 3.1 导行介质中的本构方程与边界条件： 首先回顾了具有损耗的介质（如有限电导率的导体、具有介质损耗角的电介质）的电磁特性。详述了在含有源和无源分界面上，电磁场需要满足的六组基本边界条件，这些条件是分析波导和腔体问题的基础。 3.2 亥姆霍兹方程的推导与分离变量法： 在特定频率下，时谐电磁场（$mathbf{E}(x,y,z,t) = mathbf{E}(x,y,z)e^{jomega t}$）的波动方程简化为亥姆霍兹方程。本章系统地阐述了如何利用坐标系分离变量法，将亥姆霍兹方程分解为描述空间分布的常微分方程组，这是求解所有导行模式的通用数学工具。 3.3 理想导波管中的模式分析： 以理想电导体（PEC）构成的矩形波导为例，严格推导出横电模式（TE）和横磁模式（TM）的电磁场分量必须满足的偏微分方程。分析了截止频率的概念，并推导了任意 TE/TM 模式的色散关系 $omega$ 与传播常数 $eta$ 之间的函数关系。重点论述了主模的选择原理及其在波导内传播的相速和群速的理论计算。 3.4 传输线上的相变与阻抗概念的理论渊源： 本章从场论角度审视传输线现象。阐述了特勒根定理（Tellegen's Theorem）的理论基础，以及其在电路理论和场论之间的桥梁作用。探讨了准TEM 模的概念，并从电场和磁场的空间分布出发，推导了单位长度的电容和电感参数的场论定义。讨论了反射系数和电压驻波比的数学表达式，这些量是基于场量在特定参考平面上的叠加和干涉理论推导得出的。 本书的价值在于提供一套完整、严谨的电磁场与波的理论演绎体系，强调从基本公设到复杂数学模型的逻辑链条，为后续进行精密的工程设计与理论创新奠定不可或缺的数学和物理基础。

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