高等学校电子信息类专业系列教材 电磁场与电磁波
作者：梅中磊，曹斌照，李月娥，马阿宁 编著
出版时间：2018年版
丛编项： 高等学校电子信息类专业系列教材
内容简介
本书是为高等院校电子信息与电气工程类专业主干基础课程“电磁场与电磁波”编写的本科生教材，主要介绍电磁场与电磁波的基本特性及规律。本书从矢量分析与场论入手，着重讨论电磁场基本理论的内容。全书共分7章，内容包括矢量分析、静电场、稳恒电场与磁场、静态场边值问题的解法、时变电磁场、电磁波的传播、电磁波的辐射等。书末有附录（常用坐标系下涉及的场论公式、重要的矢量恒等式、希腊字母表、常用保角变换对照表等）、各章习题参考答案等。本教材的指导思想是在一定程度上降低教材难度，强化物理概念的理解，淡化数学计算的繁杂； 撰写力求语言简单、朴实，通俗易懂； 比喻、举例恰如其分； 精选具代表性的例题和作业题，且有些例题紧密结合科技前沿内容，力求达到举一反三的效果； 部分内容配有MATLAB程序代码，方便学习中动手操作。此外，教材中辅以与教学内容密切相关的新科研进展，方便感兴趣的读者浏览。本书适合电子信息类、电气类专业的本科生使用，尤其适合开展研究型教学的基础理论班、创新人才培养基地等使用，对于大学生科研有积极的促进作用。本书也可以作为相关专业研究生的参考教材。
目录
目录
第1章矢量分析
1.1矢量的代数运算
1.1.1标量场和矢量场
1.1.2标量积与矢量积
1.1.3矢量的混合积
1.2标量场的梯度、矢量场的散度与旋度
1.2.1标量场的梯度
1.2.2矢量场的散度
1.2.3矢量场的旋度
1.2.4标量场的拉普拉斯运算
1.3矢量积分定理
1.3.1高斯散度定理
1.3.2斯托克斯定理
1.3.3格林定理
1.4三种常用坐标系
1.4.1坐标变量和基本单位矢量
1.4.2坐标变量之间的关系
1.4.3基本单位矢量之间的关系——单位圆法
1.4.4三种常用坐标系中的线元、面元和体元
1.4.5三种常用坐标系中的梯度、散度、旋度及拉普拉斯运算表达式
*1.5MATLAB绘制矢量场和标量场
本章小结
习题
第2章静电场
2.1库仑定律和电场强度
2.1.1库仑定律
2.1.2电场强度
2.1.3场的叠加原理和库仑场强法
2.1.4点电荷密度的数学表示
2.1.5电力线
*2.1.6用MATLAB绘制电力线
2.2真空中静电场的性质
2.2.1E通量
2.2.2高斯定理
2.2.3静电场的无旋性
2.2.4真空中静电场的基本方程
2.3静电势
2.3.1静电势的基本概念
2.3.2计算电场的电势法
2.3.3等势面
2.3.4电势的微分方程
2.4电偶极子
2.4.1电偶极子的电场
2.4.2均匀外电场对电偶极子的作用
2.5电介质的极化和电位移矢量
2.5.1电介质的极化和电极化强度
2.5.2束缚电荷
2.5.3电位移矢量和介质中的高斯定理
2.5.4介质中静电场的基本方程
*2.5.5极化相消的隐形机理
2.6静电场的边界条件
2.6.1两种媒质间静电场的边界条件
2.6.2两种介质间静电场的边界条件
2.6.3介质与导体间静电场的边界条件
2.7电容
2.7.1静电场中的导体
2.7.2孤立导体和双导体的电容
2.7.3电容器的并联和串联与等效材料
2.8静电场的能量
2.8.1带电体系统的电场能量
2.8.2电场的能量密度
*2.9科技前沿： 静电隐形衣
本章小结
习题
第3章稳恒电场与磁场
3.1电流密度和电荷守恒定律
3.1.1电流与电流密度
3.1.2电流元
3.1.3传导电流与运流电流
3.1.4电动势
3.1.5电荷守恒定律——电流连续性方程
3.2稳恒电流的电场
3.2.1导电媒质中稳恒电场的基本方程
3.2.2稳恒电场的边界条件
3.2.3焦耳定律
3.2.4稳恒电场的静电比拟和电导
*3.3科技前沿： 直流电型隐身衣
3.4安培定律和磁感应强度
3.4.1安培定律
3.4.2磁感应强度： 毕奥萨伐尔定律
*3.4.3磁单极子
3.4.4洛伦兹力
3.5矢量势、稳恒磁场的基本性质
3.5.1磁通连续性原理
3.5.2矢量势及其微分方程
3.5.3安培环路定律
3.5.4真空中稳恒磁场的基本方程
3.6磁偶极子及磁场对其的作用
3.6.1磁偶极子的磁场
3.6.2稳恒磁场对磁偶极子的作用
3.7物质的磁化和磁场强度
3.7.1物质的磁化与磁化强度
3.7.2磁化电流
3.7.3磁场强度与磁介质中的安培环路定律
3.7.4磁介质中稳恒磁场的基本方程
3.7.5磁标势
3.7.6磁路
3.8磁场的边界条件
3.8.1两种磁介质间磁场的边界条件
3.8.2无自由面电流时两种磁介质间磁场的边界条件
3.8.3磁介质与理想导磁体间磁场的边界条件
3.9电感
3.9.1互感
3.9.2自感
*3.9.3互感计算和无线输电
3.10磁场能量
3.10.1电流回路系统的磁场能量
3.10.2磁场的能量密度
*3.11科技前沿： 静磁隐身衣
本章小结
习题
第4章静态场边值问题的解法
4.1静态场边值问题的分类和唯一性定理
4.1.1静态场边值问题的分类
4.1.2静态场的边值条件
4.1.3静态场边值问题的求解方法
4.1.4唯一性定理
4.1.5基于唯一性定理求解边值问题
*4.1.6科技前沿： 有源隐形的理论基础
4.2镜像法
4.2.1镜像法的原理
4.2.2导体与介质平面边界的镜像法
4.2.3导体与介质圆柱面边界的镜像法
4.2.4导体与介质球面边界的镜像法
4.2.5两种介质间平面边界的镜像法
4.3直角坐标系下的分离变量法
4.3.1分离变量法简介
4.3.2直角坐标系内的分离变量法
4.3.3边界条件的叠加
4.4圆柱坐标系内的分离变量法
4.4.1通解的三种形式
*4.4.2特殊函数不特殊： 用MATLAB绘制贝塞尔函数等曲线
*4.4.3科技前沿： 柱状隐形装置的分离变量法分析
*4.5球坐标系内的分离变量法
4.5.1球坐标系内的分离变量法
4.5.2轴对称情况下势函数的通解表达式
4.5.3特殊函数不特殊——用MATLAB绘制勒让德多项式曲线
4.5.4科技前沿： 球状静场隐形装置的分离变量法分析
4.6保角变换法
4.6.1复变函数及其性质
4.6.2保角变换法求解平面场问题的原理
4.6.3常见的保角变换
4.6.4许瓦兹克利斯多菲变换
*4.6.5神通广大的保角变换
本章小结
习题
第5章时变电磁场
5.1法拉第电磁感应定律
5.1.1法拉第电磁感应定律
5.1.2感应电动势的计算
5.1.3动生电动势的另一种推证方法
*5.1.4再议无线输电
5.2位移电流和全电流定律
5.3麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式
5.3.1麦克斯韦方程组
5.3.2正弦电磁场基本方程的复数形式
5.3.3洛伦兹力
5.4电磁场的边值关系
5.4.1两种媒质间电磁场的边值关系
5.4.2两种理想介质间电磁场的边值关系
5.4.3介质与理想导体间电磁场的边值关系
5.5电磁场的能量守恒定律与坡印廷矢量
5.5.1电磁场的能量守恒定律——坡印廷定理
5.5.2坡印廷矢量——能流密度矢量
5.5.3正弦场的复数坡印廷矢量与复功率
5.6电磁场的矢量势和标量势
5.6.1电磁场的矢量势和标量势
5.6.2洛伦兹条件与动态势的波动方程——达朗贝尔方程
5.7推迟势和似稳电磁场
5.7.1达朗贝尔方程的解——推迟势
5.7.2似稳条件和似稳电磁场
5.7.3电磁理论与电路理论之间的关系
*5.8科技前沿： 麦克斯韦方程组的空间协变性——电磁隐身衣的基本原理
*5.9时变电磁场在生活中的应用
5.9.1电磁炮
5.9.2电磁秋千
5.9.3磁悬浮
5.9.4电磁阻尼
本章小结
习题
第6章电磁波的传播
6.1理想介质中的均匀平面电磁波
6.1.1电磁波的波动方程及其解——均匀平面电磁波
6.1.2复波动方程和均匀平面波的传播特性
6.1.3均匀平面波的能量密度和能流密度
6.1.4均匀平面电磁波的极化
6.1.5均匀平面电磁波的性质
*6.1.6双负电磁参数媒质中的均匀平面电磁波
6.2媒质的频散和电磁波的相速与群速
6.2.1媒质的频散及其复介电常数
6.2.2磁介质的复磁导率
6.2.3导电媒质的频散及其等效复介电常数
6.2.4电磁波的相速度和群速度
6.3电磁波在有耗媒质中的传播
6.3.1有耗介质中传播的均匀平面波
6.3.2导电媒质中传播的均匀平面波
6.4电磁波在介质分界面上的反射与折射
6.4.1反射定律与折射定律
6.4.2菲涅耳公式
6.4.3全反射
6.4.4正入射
*6.4.5负折射和零折射
6.5电磁波在导体表面上的反射与折射
6.5.1电磁波在导体表面上的反射和折射
6.5.2驻波
*6.5.3金属界面的表面波——SPP
6.5.4趋肤效应和邻近效应
6.5.5趋肤深度及表面电阻
6.5.6涡流及其应用
6.5.7电磁屏蔽
6.6波导和谐振腔
6.6.1高频电磁能量的传输
6.6.2矩形波导中的电磁波
6.6.3谐振腔
*6.7科技前沿： 左手材料的前世今生
6.7.1左手材料的基本特性
6.7.2左手材料的实现
6.7.3左手材料的应用领域
本章小结
习题
第7章电磁波的辐射
7.1天线的分类和常用电参数
7.1.1天线的分类
7.1.2天线的常用电参数
7.1.3天线辐射场的求解方法
7.2电偶极子辐射和磁偶极子辐射
7.2.1电偶极子辐射
7.2.2电磁场的对偶原理——二重性原理
7.2.3磁偶极子辐射
*7.2.4使用MATLAB绘制天线方向图
7.3振子天线
7.3.1对称半波振子天线
7.3.2任意长度的振子天线
*7.3.3MATLAB在天线场计算中的应用
7.4天线阵
7.4.1二元阵
7.4.2均匀直线式天线阵
7.4.3均匀平面天线阵
7.4.4立体天线阵
*7.5电磁超表面的相控阵解释
*7.6超材料天线介绍
本章小结
习题
部分习题参考答案
附录A三种常用坐标系中一些量的表达式
附录B矢量恒等式
B.1矢量代数恒等式
B.2矢量微分恒等式
B.3矢量积分恒等式
附录C物理常数
附录D希腊字母表
附录E用于构成十进制倍数和分数单位的词头
附录F常用保角变换对照表
参考文献
