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出版者:Oxford University Press, USA

作者:P. Hammond

出品人:

页数:264

译者:

出版时间:1994-7-21

价格:USD 57.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780198562887

丛书系列:

图书标签:

• 专业学习
• 电磁学
• 工程电磁场
• 电磁理论
• 麦克斯韦方程
• 电磁波
• 传输线
• 天线
• 电磁兼容性
• 数值电磁学
• 高等数学

现代工程电磁学：理论、应用与前沿探索 本书简介 《现代工程电磁学》是一部全面覆盖电磁场与波理论基础，并深入探讨其在当代工程领域广泛应用的权威教材。本书旨在为读者提供坚实的理论基础，同时紧密结合实际工程问题，培养解决复杂电磁现象的能力。内容涵盖从麦克斯韦方程组的经典推导与解析，到现代电磁兼容性（EMC）、射频识别（RFID）系统设计、电磁超材料等前沿技术的深入剖析。 第一部分：电磁场与波基础理论的深度构建 本书的开篇部分，致力于为读者构建清晰、严谨的电磁学理论框架。我们从静电学和静磁学出发，详细阐述了库仑定律、高斯定律、毕奥-萨伐尔定律以及安培环路定律在不同介质和几何条件下的应用。重点在于场强、通量密度、势函数（标量和矢量）的物理意义及其数学表达。 随后，我们将线性介质（导体、电介质、磁性材料）的本构关系引入体系，阐释了电磁波在这些材料中传播、反射、折射和吸收的机制。对于电磁场理论的核心——麦克斯韦方程组，本书不仅展示了其微分和积分形式，更深入探讨了其在时域和频域中的动态演化特性。 在波动方程的推导与求解部分，本书采用了清晰的步骤，详细分析了平面波在无损和有损均匀介质中的传播特性，包括相速、波长、坡印亭矢量（Poynting Vector）以及表面阻抗的概念。对于边界条件的处理，我们通过大量的二维和三维几何实例，展示了如何应用边界条件求解复杂界面上的场分布，这对于天线设计和波导分析至关重要。 第二部分：传输线与波导理论的工程实践 本部分将抽象的电磁场理论转化为具体的能量传输模型。传输线理论是理解高频电路和微波工程的基石。本书详细分析了集总元件模型向分布元件模型的过渡，重点讨论了史密斯圆图（Smith Chart）的应用，包括阻抗匹配、反射系数的计算与调谐。我们使用传输线矩阵（TLM）和时域有限差分法（FDTD）的原理，展示了如何用数值方法分析瞬态信号在传输线上的行为。 波导理论部分，我们侧重于TM（横磁）模和TE（横电）模的截止频率、场分布以及功率传输效率。无论是矩形波导、圆波导还是介质波导，本书均提供了详细的特征方程推导和模式分析，这直接服务于雷达、微波器件的腔体设计。耦合线、分支线耦合器等关键无源器件的设计原理，也被纳入本章的讨论范畴。 第三部分：辐射理论与天线工程 辐射是电磁学最直观的应用之一。本章系统介绍了辐射源的理论基础，从最基本的半波振子和全波振子开始，逐步深入到更复杂的阵列天线系统。 基础辐射元分析： 详细推导了偶极子和小型环形天线的远场辐射方向图、辐射阻抗和有效面积。 线源与平面波谱展开： 阐述了如何利用傅里叶变换的观点，将复杂的电流分布分解为平面波谱，这是理解孔径天线和透镜天线的基础。 阵列理论： 重点讲解了均匀线阵和平面阵列的阵因子、光束指向控制（Beam Steering）以及栅瓣抑制技术。对相控阵雷达和卫星通信中的应用进行了详尽的案例分析。 互耦与性能评估： 讨论了天线间的互耦效应、极化特性以及增益、带宽、方向性等关键参数的精确测量方法。 第四部分：电磁兼容性（EMC）与屏蔽技术 在现代电子系统中，电磁兼容性已成为产品可靠性的核心指标。本部分专注于分析和控制电磁干扰（EMI）。 干扰源识别与耦合路径： 系统分类了辐射干扰源（如快速的电压/电流变化）和传导干扰源。重点分析了四种主要的耦合机制：辐射耦合、电容耦合、电感耦合和串扰（Crosstalk）。 屏蔽与接地设计： 详细论述了电磁屏蔽的机理（反射、吸收），并根据工作频率和材料特性，指导读者设计有效的屏蔽罩和滤波器。接地技术的工程实践被细致分解，包括单点接地、多点接地和混合接地方案的适用场景与潜在陷阱。 瞬态分析： 针对雷击（Lightning Strike）和静电放电（ESD）等高能量瞬态事件，本书引入了传输线理论来分析设备对这些瞬态的响应，并提供了瞬态抑制器件（如TVS二极管）的选择标准。 第五部分：数值计算方法在工程中的应用 面对高度复杂的几何结构和材料分布，解析方法往往力不从心。本书引入了当代主流的电磁场数值仿真技术，使读者能够利用计算工具解决实际问题。 有限元法（FEM）： 重点讨论了边界条件的处理、网格划分对求解精度的影响，以及其在静磁/静电和低频问题中的优势。 时域有限差分法（FDTD）： 深入剖析了Yee单元的构建，以及如何利用FDTD高效模拟宽带瞬态电磁波的传播，特别适用于波导和散射问题。 矩量法（MoM）： 阐述了MoM如何将积分方程转化为矩阵方程，是分析天线和散射问题，特别是对于表面电流的求解的强大工具。 本书的特色在于，每一个数值方法都伴随着具体的工程案例（如复杂腔体的谐振分析、复合材料的散射截面计算），并提供了对不同方法适用性、计算成本和精度的对比分析。 第六部分：电磁学前沿与新兴技术 最后，本书展望了电磁学在交叉学科中的最新突破，激发读者的创新思维。 超材料与超表面： 详细介绍了负折射率材料、完美超透镜（Superlens）的基本原理，以及如何通过亚波长结构实现对电磁波前沿的操控，这对于隐身技术和高效辐射有深远影响。 微波与毫米波技术： 探讨了高频集成电路（RFIC）中的电磁效应，包括片上面临的损耗、耦合和封装效应。 电磁成像与传感： 介绍了地质穿透雷达（GPR）、医学成像中的微波断层扫描（MST）等应用，强调了信号处理与电磁模型结合的重要性。 通过以上六个部分的系统学习，读者将不仅掌握电磁场的深厚理论，更能熟练运用这些知识来设计、分析和优化从微米级芯片到宏观雷达系统的各类工程系统。本书适合高年级本科生、研究生以及从事相关领域的专业工程师参考使用。

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这本书给我的第一印象便是其内容的深度和广度。它不仅仅满足于教科书式的知识陈述，而是深入到了许多前沿的研究领域，例如电磁场数值模拟方法（如FDTD、FEM）、高性能天线的设计原则、以及在通信、雷达、医疗影像等领域的最新应用。读完之后，我感觉自己对电磁学的理解不再停留在理论层面，而是能够开始思考如何将其应用于解决实际工程问题。作者对细节的关注令人赞叹，即便是看似简单的概念，也往往会追溯到其物理本质，并与相关的工程标准和规范联系起来，这种严谨的态度让我受益匪浅。 书中的案例分析部分更是亮点，它并非简单罗列几个例子，而是对每一个案例都进行了深入的剖析，从问题的提出、理论分析、模型建立、数值计算到结果解释，都有条不紊地展开。例如，在讨论电磁干扰（EMI）与电磁兼容性（EMC）时，书中不仅介绍了相关的理论和测试方法，还详细阐述了如何通过合理的PCB设计、滤波电路、屏蔽技术等来解决实际的EMC问题。这种“从理论到实践，再从实践反馈理论”的学习闭环，让我能够更深刻地理解知识的内涵和外延。

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一本理论与实践并重的杰作，它成功地将抽象的电磁学概念具象化，让我在学习过程中少走了许多弯路。这本书的结构安排得极为合理，从最基础的静电场和静磁场理论入手，循序渐进地引入了麦克斯韦方程组，并深入探讨了电磁波的传播、辐射和散射等复杂现象。作者在讲解过程中，并未拘泥于枯燥的公式推导，而是巧妙地运用了大量的工程实例，比如天线设计、微波器件、电磁兼容性问题等等，这些贴近实际的应用场景，极大地激发了我学习的兴趣，也让我深刻体会到电磁学在现代科技中的重要性。 我尤其欣赏书中对于数学工具的介绍和运用。作者并没有把读者置于完全陌生的数学环境，而是以一种教学者的姿态，逐步引导我们理解和掌握傅立叶变换、拉普拉斯变换、张量分析等在电磁学中至关重要的数学工具。这种“授人以渔”的方式，让我不仅仅是记住结论，更能理解推导过程的严谨性和逻辑性。同时，书中大量的图示和示意图，如同清晰的地图，为我导航在复杂的电磁场世界中，让那些抽象的矢量场、电势分布等变得触手可及。

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我一直认为，一本优秀的工程类书籍，最重要的就是其能够激发读者的求知欲，并最终帮助读者建立起解决实际问题的能力。而这本《Engineering Electromagnetism》恰恰做到了这一点。它巧妙地将枯燥的物理定律与生动的工程应用结合在一起，让我在学习的过程中，仿佛置身于一个充满挑战和机遇的工程实践场。书中对不同工程场景下电磁现象的分析，从微观的材料特性到宏观的系统设计，都展现了作者深厚的功底和丰富的实践经验。 我特别喜欢书中关于电磁波在不同介质中传播的章节，它不仅介绍了基本的传播模式，还深入探讨了表面波、波导模式等复杂情况，并结合了雷达探测、通信链路设计等实际应用。这种将基础理论与前沿技术紧密结合的方式，让我能够清晰地看到电磁学知识的演变和发展方向，也为我未来在相关领域深入研究打下了坚实的基础。

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这本书给我的最大感受是，它不仅仅是一本关于电磁学的书，更是一本关于如何运用电磁学解决工程问题的指南。作者以其深厚的学术功底和丰富的工程经验，将抽象的理论知识与生动的工程实践相结合，让我在阅读过程中受益匪浅。 我尤其对书中关于电磁波在不同介质中的传播和衰减的分析印象深刻。无论是自由空间传播、介质中的传播，还是波导传播，作者都进行了详细的阐述，并结合了雷达、通信等实际应用场景。此外，书中对电磁波与物质相互作用的讲解，例如吸收、反射、透射等，也都非常有深度，这对于我理解各种电磁器件的工作原理提供了重要的理论基础。

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一本真正能够打动人的工程学书籍，往往在于它能够用清晰的逻辑和生动的语言，将复杂晦涩的理论转化为易于理解的知识。而《Engineering Electromagnetism》正是这样一本令人称赞的著作。它没有将读者淹没在密密麻麻的公式海洋中，而是以一种“引导式”的教学方式，层层递进地解析着电磁学的奥秘。从静电场的基本性质，到动态变化的电磁场，再到无处不在的电磁波，作者一步一个脚印，让每一个概念都显得如此清晰而有条理。 我印象特别深刻的是关于麦克斯韦方程组的讲解，作者并没有简单地给出公式，而是从不同物理场景下的电荷和电流的守恒定律出发，层层引入，最终推导出普适性的麦克斯韦方程组。这种“由浅入深，由简入繁”的讲解方式，让我对这个电磁学的核心理论有了更深刻的理解，也更容易将其与实际的工程问题联系起来。此外，书中丰富的插图和图解，更是起到了画龙点睛的作用，将那些抽象的电磁场分布形象地展现在读者面前，极大地提升了阅读体验。

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当我翻开这本书时，我预期的只是一本枯燥的工程理论读物，然而它所展现的内容却远超我的想象。作者以一种非常灵活且富有洞察力的方式，将电磁学的抽象理论与日常工程实践紧密地联系在一起。从静电场的等势面到动态磁场的感应电动势，再到复杂的电磁波传播，每一个概念都被赋予了生动的工程意义。 书中对电磁波辐射的分析，特别是关于天线的设计与性能评估，让我印象深刻。作者并没有简单地给出公式，而是深入剖析了不同类型天线的辐射机制，以及它们在实际应用中的优缺点。例如，对于阵列天线的设计，书中详细介绍了相位控制、波束形成等关键技术，这些都是在现代通信系统中不可或缺的。读完这些内容，我仿佛能够亲手设计出各种高性能的天线，并将其应用于实际的通信系统之中。

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我之所以认为这本《Engineering Electromagnetism》是一本不可多得的佳作，在于它能够将高深的电磁学理论转化为工程实践的利器。作者的叙述风格清晰明了，结构严谨，从基础的电磁理论到复杂的电磁波现象，都进行了深入浅出的讲解。 我特别关注书中关于电磁兼容性（EMC）和电磁干扰（EMI）的章节。作者不仅详细阐述了EMC/EMI的产生机理，还提供了多种实际的解决方案，例如PCB的布局设计、屏蔽措施、滤波器的选择和应用等。这些内容对于任何从事电子产品设计和开发的人员来说，都具有极其重要的指导意义，它能够帮助我们避免在产品开发后期才发现的EMC问题，从而节省大量的开发时间和成本。

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这本《Engineering Electromagnetism》在我看来，是一部真正意义上的“工程导论”。它不仅仅是传授知识，更是培养一种工程思维。作者在讲解每一个概念时，都能够巧妙地将其与实际的工程问题联系起来，让我清晰地认识到电磁学在现代科技中的核心地位。 我尤其欣赏书中对电磁场数值模拟方法的详细介绍。作者从有限差分时域（FDTD）方法开始，逐步深入到有限元方法（FEM），并结合了大量的实例，展示了如何利用这些数值方法来解决复杂的电磁问题，例如分析金属物体对电磁波的散射，设计微波器件的性能等。这种对计算工具的讲解，让我能够更好地理解那些理论上难以解析的问题，并为我未来的研究和开发提供了重要的工具。

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这本《Engineering Electromagnetism》在我眼中，不仅仅是一本教材，更像是一位经验丰富的导师，它循循善诱地引领我探索电磁学的广阔天地。书中对电磁波在不同环境下的传播特性，以及其与物质相互作用的深入分析，给我留下了深刻的印象。例如，对于电磁波在非均匀介质中的传播，以及散射理论的讲解，都与我工作中遇到的实际问题息息相关。 我特别赞赏作者对于电磁兼容性（EMC）和电磁干扰（EMI）问题的系统性阐述。书中不仅详细介绍了EMC/EMI的产生机理，还提供了多种有效的防护和抑制方法，包括PCB布局设计、屏蔽技术、滤波器的选择和应用等。这些内容对于任何从事电子产品设计和开发的人员来说，都具有极高的实用价值。通过学习这本书，我对于如何设计出符合EMC标准的电子设备有了更清晰的认识，这对于产品在市场上的成功至关重要。

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我之所以对这本书爱不释手，很大程度上是因为它在理论深度与工程实践之间的完美平衡。它并没有止步于对电磁现象的理论描述，而是更进一步地探讨了这些理论在实际工程中的应用，这对我这个希望将所学知识转化为解决实际问题能力的人来说，是极其宝贵的。书中对各种工程器件（如滤波器、耦合器、同轴电缆等）的工作原理的阐述，以及它们在不同通信系统中的应用，都让我对电磁学有了更直观的认识。 我尤其欣赏书中关于电磁场的数值计算方法的介绍。诸如有限元法（FEM）、时域有限差分法（FDTD）等方法的原理和应用，都被清晰地阐述。作者通过具体的例子，展示了如何利用这些数值方法来分析复杂的电磁问题，例如分析天线的辐射方向图、计算屏蔽箱的衰减性能等。这种对计算方法学的讲解，不仅拓宽了我的知识视野，更让我能够独立地去解决那些解析方法难以处理的工程问题。

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