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绪论 1

第1章 矢量分析 6

1.1矢量代数 6

1.1.1标量和矢量 6

1.1.2矢量的加法和减法 6

1.1.3矢量的乘法 7

1.2三种常用的坐标系 8

1.2.1正交坐标系 9

1.2.2直角坐标系 10

1.2.3圆柱坐标系 11

1.2.4球坐标系 13

1.3标量场的梯度 15

1.3.1标量场的等值面 15

1.3.2方向导数 15

1.3.3梯度 16

1.4矢量场的通量与散度 18

1.4.1通量 19

1.4.2散度 19

1.4.3散度定理 21

1.5矢量场的环量与旋度 22

1.5.1环量 22

1.5.2旋度 22

1.5.3斯托克斯定理 24

1.6无旋场与无散场 25

1.6.1无旋场 25

1.6.2无散场 26

1.7拉普拉斯运算与格林定理 26

1.7.1拉普拉斯运算 26

1.7.2格林定理 27

1.8亥姆霍兹定理 27

1.9冲击函数及其性质 28

习题 29

第2章 静电场与恒定电场 33

2.1库仑定律与电场强度 33

2.1.1库仑定律 33

2.1.2电场强度及其叠加原理 33

2.2电场强度的通量和散度 35

2.2.1电场强度的通量 35

2.2.2电场强度的散度 36

2.3电场强度的环量及旋度 37

2.3.1电场强度的环量 37

2.3.2电场强度的旋度 38

2.4静电场的电位函数 38

2.4.1电场强度与电位函数 38

2.4.2电位函数的表达式 39

2.5电偶极子 41

2.5.1电偶极子的电位函数 41

2.5.2电偶极子静电场的电场强度 41

2.5.3电偶极子静电场的等位面和电场线 42

2.6静电场中的导体和介质 43

2.6.1静电场中的导体 43

2.6.2静电场中的介质 44

2.6.3介质中电位移矢量的通量和散度 46

2.6.4电位移矢量与电场强度的关系 46

2.7泊松方程与拉普拉斯方程 49

2.8静电场的边界条件 50

2.8.1电位移矢量的法向边界条件 50

2.8.2电场强度的切向边界条件 52

2.8.3电位函数的边界条件 53

2.9导体系统的电容 53

2.9.1双导体及孤立导体的电容 54

2.9.2多导体的电容系数与部分电容 55

2.10静电场的能量与静电力 56

2.10.1静电场的能量 57

2.10.2静电场的能量密度 57

2.10.3静电力 59

2.11恒定电场 60

2.11.1电流与电流密度矢量 61

2.11.2恒定电场的基本性质 62

2.11.3恒定电场的边界条件 65

2.11.4静电场比拟法与电导 66

2.11.5损耗功率与焦耳定律 69

习题 70

第3章 恒定磁场 74

3.1恒定磁场的基本定律 74

3.1.1安培力定律 74

3.1.2毕奥-萨伐尔定律 74

3.2真空中的恒定磁场方程 76

3.2.1恒定磁场的散度及磁通连续性原理 76

3.2.2恒定磁场的旋度及安培环路定理 77

3.2.3恒定磁场的位函数及其方程 78

3.3磁偶极子与介质的磁化 81

3.3.1磁偶极子及其矢量磁位 81

3.3.2介质的磁化 82

3.3.3介质中的恒定磁场方程 84

3.4恒定磁场的边界条件 87

3.4.1磁感应强度的法向边界条件 87

3.4.2磁场强度的切向边界条件 88

3.4.3恒定磁场位函数的边界条件 88

3.5电感 90

3.5.1自电感 90

3.5.2互电感 91

3.5.3电感的计算 91

3.6恒定磁场的能量和磁场力 95

3.6.1恒定磁场的能量及能量密度 95

3.6.2恒定磁场的磁场力 97

习题 98

第4章 静态场的边值问题及其解法 102

4.1边值问题的类型及唯一性定理 102

4.1.1边值问题的分类 102

4.1.2静电场解的唯一性定理 103

4.2分离变量法 106

4.2.1直角坐标系中的分离变量法 106

4.2.2圆柱坐标系中的分离变量法 113

4.2.3球坐标系中的分离变量法 116

4.3镜像法 118

4.3.1平面镜像 119

4.3.2球面镜像 123

4.4有限差分法 128

4.4.1有限差分法基本原理 128

4.4.2有限差分法的基本实现方法 129

习题 131

第5章 时变电磁场 134

5.1麦克斯韦方程组 134

5.1.1麦克斯韦第一方程 134

5.1.2麦克斯韦第二方程 135

5.1.3麦克斯韦第三方程 136

5.1.4麦克斯韦第四方程 137

5.1.5麦克斯韦方程组的形式 137

5.1.6媒质的本构方程 138

5.2时变电磁场的边界条件 141

5.2.1法向场的边界条件 141

5.2.2切向场的边界条件 141

5.3时谐电磁场及麦克斯韦方程组的复数形式 145

5.3.1时谐电磁场的复数形式 145

5.3.2麦克斯韦方程组的复数形式 146

5.4时变电磁场的能量及功率 147

5.4.1坡印亭定理 147

5.4.2复坡印亭矢量及平均坡印亭矢量 148

5.5时变电磁场的唯一性定理 150

5.6电磁场的位函数及波动方程 151

习题 153

第6章 无界媒质中的均匀平面波 156

6.1理想介质中的均匀平面波 156

6.1.1亥姆霍兹方程与均匀平面波 156

6.1.2理想介质中均匀平面波的特性 159

6.1.3理想介质中均匀平面波的一般表达式 162

6.2电磁波的极化 165

6.2.1线极化 165

6.2.2圆极化 166

6.2.3椭圆极化 167

6.2.4极化波的合成与分解 168

6.3导电媒质中的均匀平面波 168

6.3.1导电媒质中的波动方程与均匀平面波 169

6.3.2导电媒质中均匀平面波的特性 170

6.3.3良介质与良导体 175

6.3.4趋肤效应 177

6.3.5表面阻抗、交流电阻 178

6.3.6损耗功率 180

6.4时域有限差分法 181

6.4.1麦克斯韦方程的差分格式 182

6.4.2 UPML吸收边界条件 184

习题 185

第7章 均匀平面波在分界面的反射与折射 189

7.1平面波垂直入射到理想导体表面 189

7.2平面波垂直入射到理想介质间的分界面 191

7.3平面波斜入射到理想导体表面 195

7.3.1垂直极化波斜入射 196

7.3.2平行极化波斜入射 197

7.4平面波斜入射到理想介质间的分界面 199

7.4.1平行极化波斜入射 200

7.4.2垂直极化波斜入射 201

7.4.3全折射、全反射与表面波 202

7.5平面波在导电媒质分界面的反射与折射 204

7.6人工电磁材料 205

7.6.1负折射效应 206

7.6.2完美透镜效应 206

7.6.3负相速度 207

7.6.4逆多普勒频移 208

7.6.5逆切伦科夫辐射 208

7.6.6完美吸波材料 209

习题 209

第8章 导行电磁波 212

8.1导行电磁波传播模式及其传播特性 212

8.1.1 TEM波 214

8.1.2 TM波 214

8.1.3 TE波 215

8.2双导体传输线 215

8.2.1平行双线传输系统 215

8.2.2同轴传输线 223

8.2.3微带线 226

8.3矩形波导 228

8.3.1矩形波导中的TM波 229

8.3.2矩形波导中的TE波 231

8.3.3简并模、主模及单模传输 235

8.3.4矩形波导的传播特性参数及传输功率 236

8.4圆波导 240

8.4.1圆波导中的TM波 241

8.4.2圆波导中的TE波 242

8.4.3圆波导的传播特性 242

8.4.4圆波导的几种主要波型 243

8.5谐振腔 244

8.5.1谐振腔的基本参数 245

8.5.2矩形谐振腔 246

8.5.3圆谐振腔 247

8.6基片集成波导 247

习题 248

第9章 电磁辐射 251

9.1滞后位 251

9.2电偶极子的辐射 253

9.2.1电偶极子电磁场的激发与辐射 253

9.2.2电偶极子的辐射场 255

9.3磁偶极子的辐射 259

9.4电与磁的对偶原理 260

9.5对称振子天线 263

9.5.1对称振子天线上的电流分布 263

9.5.2对称振子天线的远区场 263

9.6天线的基本参数 264

9.6.1方向性函数、方向图与方向性系数 265

9.6.2输入阻抗与驻波比 265

9.6.3极化 266

9.6.4效率 266

9.6.5增益 266

9.6.6波瓣宽度 266

9.6.7前后比和副瓣电平 267

9.6.8有效长度与频带宽度 267

习题 268

附录A矢量基本运算公式 270

附录B洛伦兹规范 271

附录C无线电频段划分 272

附录D常用导体材料的参数 273

附录E常用介质材料的参数 274

附录F常用物理常数 275

附录G一维吸收边界条件UPML的实现 276

附录H习题参考答案 277

参考文献 290