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第一章 电磁场的数学物理基础1

1.1 矢量分析与场论基础1

1.1.1 标量场的梯度2

1.1.2 矢量场的散度4

1.1.3 矢量场的旋度7

1.1.4 拉普拉斯运算10

1.1.5 亥姆霍兹定理10

练习题12

1.2 电磁场的源量——电荷与电流13

1.2.1 电荷与电荷密度13

1.2.2 电流与电流密度14

1.2.3 电荷守恒定律与电流连续性方程15

练习题16

1.3 电场强度与磁感应强度16

1.3.1 电场强度16

1.3.2 磁感应强度19

练习题21

1.4 电磁场中媒质的电磁特性22

1.4.1 介质的极化·电位移矢量22

1.4.2 磁介质的磁化·磁场强度矢量24

1.4.3 导电媒质的传导特性26

练习题27

1.5 静态场的基本规律27

1.5.1 静电场的基本规律28

1.5.2 静磁场的基本规律29

练习题31

1.6 电磁感应定律和位移电流31

1.6.1 电磁感应定律31

1.6.2 位移电流33

练习题35

1.7 麦克斯韦方程组35

1.7.1 麦克斯韦方程组的微分形式35

1.7.3 麦克斯韦方程组的复数形式37

1.7.2 麦克斯韦方程组的积分形式37

练习题39

1.8 电磁场的边界条件39

1.8.1 边界条件的一般形式40

1.8.2 理想导体表面上的边界条件41

练习题43

1.9 电磁能量守恒定律43

1.9.1 坡印廷定理和坡印廷矢量44

1.9.2 正弦电磁场的平均坡印廷矢量45

练习题46

习题47

第二章 平面电磁波在无界媒质中的传播53

2.1 波动方程53

练习题54

2.2 非导电媒质中的均匀平面波54

2.2.1 一维波动方程的解54

2.2.2 均匀平面波的传播特性56

2.2.3 沿任意方向传播的均匀平面波61

练习题63

2.3 导电媒质中的均匀平面波63

2.3.1 导电媒质中的波动方程及其解63

2.3.2 良导体中的波67

2.3.3 低损耗媒质中的波69

2.3.4 色散现象和群速72

练习题74

2.4 波的极化74

2.4.1 线极化74

2.4.2 圆极化75

2.4.3 椭圆极化76

练习题79

2.5 各向异性媒质中的平面波79

2.5.1 等离子体中的平面波79

2.5.2 铁氧体中的平面波83

练习题85

习题86

第三章 平面电磁波在分界面上的反射和透射89

3.1 均匀平面波对分界面的垂直入射89

3.1.1 完纯介质与完纯导体的分界面89

3.1.2 完纯介质与完纯介质的分界面93

3.1.3 一般导体与一般导体的分界面98

练习题103

3.2 均匀平面波对多层媒质分界面的垂直入射104

3.2.1 多层媒质的场量关系和等效波阻抗104

3.2.2 两个有重要意义的特例106

练习题109

3.3 均匀平面波对分界面的斜入射109

3.3.1 垂直极化波对完纯介质表面的斜入射110

3.3.2 平行极化波对完纯介质表面的斜入射114

3.3.3 全反射和临界角116

3.3.4 全透射和布儒斯特角119

3.3.5 垂直极化波对完纯导体表面的斜入射121

3.3.6 平行极化波对完纯导体表面的斜入射124

练习题126

习题127

第四章 导行电磁波131

4.1 均匀波导的一般特性132

4.1.1 横向场分量与纵向场分量的关系132

4.1.2 TEM波134

4.1.3 TM波135

4.1.4 TE波138

练习题141

4.2 矩形波导141

4.2.1 矩形波导中的TM波142

4.2.2 矩形波导中的TE波147

4.2.3 矩形波导中的主模151

练习题157

4.3.1 纵向场分量与横向场分量的关系158

4.3 圆柱形波导158

4.3.2 圆柱形波导中的TM波159

4.3.3 圆柱形波导中的TE波162

4.3.4 圆柱形波导中波的传播特性163

4.3.5 圆柱形波导中的几个主要模式165

练习题168

4.4 同轴波导168

4.4.1 同轴波导中的TEM波169

4.4.2 同轴波导中的TM波171

4.4.3 同轴波导中的TE波173

练习题175

4.5 微波谐振器175

4.5.1 矩形谐振腔176

4.5.2 圆柱形谐振腔182

习题185

练习题185

第五章 传输线理论187

5.1 传输线方程187

5.1.1 传输线中“场”与“路”的关系187

5.1.2 等效电路及传输线方程189

5.1.3 传输线方程的解190

练习题193

5.2 电压波和电流波的传输特性参数193

5.2.1 传播常数193

5.2.2 相速度194

5.2.3 特性阻抗194

练习题195

5.3 传输线的阻抗195

5.3.1 定义195

5.3.2 几种特殊情况下的输入阻抗196

5.4.1 定义200

练习题200

5.4 传输线的反射系数200

5.4.2 反射系数与电压、电流的关系202

5.4.3 反射系数与输入阻抗的关系202

5.4.4 反射系数与负载阻抗的关系202

练习题203

5.5 传输线的工作状态204

5.5.1 行波状态204

5.5.2 驻波状态205

5.5.3 行驻波状态207

练习题212

5.6 传输功率与效率213

5.6.1 传输功率的计算213

5.6.2 传输线的功率容量214

5.6.3 传输线的传输效率214

5.7.1 λ/4阻抗变换器217

5.7 传输线的阻抗匹配217

练习题217

5.7.2 单短截线匹配器219

练习题223

5.8 传输线谐振器224

练习题225

习题226

第六章 电磁波的辐射与天线228

6.1 矢量位函数和标量位函数228

6.1.1 矢量位和标量位的波动方程228

6.1.2 滞后位230

练习题231

6.2 电偶极子的辐射231

6.2.1 电偶极子的电磁场232

6.2.2 近区场和远区场233

6.3.1 磁偶极子的电磁场236

6.3 磁偶极子的辐射236

练习题236

6.3.2 近区场和远区场238

练习题239

6.4 天线的电参数239

6.4.1 辐射方向图239

6.4.2 辐射效率243

6.4.3 增益系数243

6.4.4 输入阻抗244

6.4.5 有效长度244

6.4.6 极化特性245

6.4.7 频带宽度245

练习题245

6.5 线形天线245

6.5.1 对称振子天线245

6.5.2 阵列天线249

6.5.3 单极天线254

6.5.4 引向天线257

6.5.5 螺旋天线261

6.5.6 对数周期天线264

6.5.7 平衡—不平衡变换器266

练习题268

6.6 面形天线268

6.6.1 分析面形天线辐射场的方法268

6.6.2 旋转抛物面天线269

6.6.3 卡塞格伦天线270

练习题271

习题271

第七章 静态电磁场272

7.1 静电场的标量电位272

7.1.1 静电位的微分方程272

7.1.2 电位差273

7.1.3 静电位的边界条件274

练习题276

7.2 恒定电场及其电位函数277

7.2.1 恒定电场的基本方程277

7.2.2 恒定电场的边界条件278

练习题280

7.3 恒定磁场的矢量位和标量位280

7.3.1 恒定磁场的矢量位280

7.3.2 *静磁场的标量磁位及其微分方程284

练习题285

7.4 电容与部分电容286

7.4.1 电容286

7.4.2 电介质击穿287

7.4.3 *部分电容288

7.4.4 静电屏蔽291

练习题291

7.5.1 电阻292

7.5 电阻292

7.5.2 接地电阻293

7.5.3 电阻率法测井294

练习题295

7.6 电感295

7.6.1 自感295

7.6.2 互感297

7.6.3 纽曼公式298

练习题300

7.7 静电能量和静电力300

7.7.1 静电场能量300

7.7.2 静电力303

练习题305

7.8 磁场能量与磁场力305

7.8.1 磁场的能量305

7.8.2 磁场力307

练习题309

习题310

第八章 静态场边值问题的解法315

8.1 边值问题的惟一性定理315

8.1.1 边值问题的类型315

8.1.2 惟一性定理316

练习题317

8.2 分离变量法317

8.2.1 直角坐标系中的分离变量法317

8.2.2 圆柱面坐标系中的分离变量法320

8.2.3 球面坐标系中的分离变量法324

练习题326

8.3 镜像法327

8.3.1 导体平面的镜像327

8.3.2 导体球面镜像330

8.3.3 导体圆柱面镜像333

8.3.4 介质平面的镜像336

练习题338

8.4 有限差分法338

8.4.1 有限差分方程338

8.4.2 差分方程的求解方法340

练习题341

8.5 有限元法341

8.5.1 泛函极值问题的构成342

8.5.2 场域的剖分与插值342

8.5.3 变分问题的离散化343

练习题344

8.6 矩量法345

练习题347

习题347

附录351

习题答案356

阶段测验题369