電磁場與電磁波, 4/e

 

 

 

 

目錄

 

緒論

 

第1章矢量分析

 

1.1矢量代數

 

1.1.1標量和矢量

 

1.1.2矢量的加法和減法

 

1.1.3矢量的乘法

 

1.2幾種常用的坐標系

 

1.2.1正交坐標系

 

1.2.2直角坐標系

 

1.2.3圓柱坐標系

 

1.2.4球坐標系

 

1.3標量場的梯度

 

1.3.1標量場的等值面

 

1.3.2方向導數

 

1.3.3梯度

 

1.4矢量場的通量與散度

 

1.4.1通量

 

1.4.2散度

 

1.4.3散度定理

 

1.5矢量場的環量與旋度

 

1.5.1環量

 

1.5.2旋度

 

1.5.3斯托克斯定理

 

1.6無旋場與無散場

 

1.6.1無旋場

 

1.6.2無散場

 

1.7拉普拉斯運算與格林定理

 

1.7.1拉普拉斯運算

 

1.7.2格林定理

 

1.8亥姆霍茲定理

 

1.9沖激函數及其性質

 

習題

 

第2章靜電場與恆定電場

 

2.1庫侖定律與電場強度

 

2.1.1庫侖定律

 

2.1.2電場強度及其疊加原理

 

2.2電場強度的通量和散度

 

2.2.1電場強度的通量

 

2.2.2電場強度的散度

 

2.3電場強度的環量及旋度

 

2.3.1電場強度的環量

 

2.3.2電場強度的旋度

 

2.4靜電場的電位函數

 

2.4.1電場強度與電位函數

 

2.4.2電位函數的表達式

 

2.5電偶極子

 

2.5.1電偶極子的電位函數

 

2.5.2電偶極子靜電場的電場強度

 

2.5.3電偶極子靜電場的等位面和電場線

 

2.6靜電場中的導體和介質

 

2.6.1靜電場中的導體

 

2.6.2靜電場中的介質

 

2.6.3介質中電位移矢量的通量和散度

 

2.6.4電位移矢量與電場強度的關系

 

2.7泊松方程與拉普拉斯方程

 

2.8靜電場的邊界條件

 

2.8.1電位移矢量的法向邊界條件

 

2.8.2電場強度的切向邊界條件

 

2.8.3電位函數的邊界條件

 

2.9導體系統的電容

 

2.9.1雙導體及孤立導體的電容

 

2.9.2多導體的電容系數與部分電容

 

2.10靜電場的能量與靜電力

 

2.10.1靜電場的能量

 

2.10.2靜電場的能量密度

 

2.10.3靜電力

 

2.11恆定電場

 

2.11.1電流與電流密度矢量

 

2.11.2恆定電場的基本性質

 

2.11.3恆定電場的邊界條件

 

2.11.4靜電場比擬法與電導

 

2.11.5損耗功率與焦耳定律

 

習題

 

第3章恆定磁場

 

3.1恆定磁場的基本定律

 

3.1.1安培力定律

 

3.1.2畢奧薩伐爾定律

 

3.2真空中的恆定磁場方程

 

3.2.1恆定磁場的散度及磁通連續性原理

 

3.2.2矢量磁位及其方程

 

3.2.3恆定磁場的旋度及安培環路定理

 

3.2.4標量磁位

 

3.3磁偶極子與介質的磁化

 

3.3.1磁偶極子及其矢量磁位

 

3.3.2介質的磁化

 

3.3.3介質中的恆定磁場方程

 

3.4恆定磁場的邊界條件

 

3.4.1磁感應強度的法向邊界條件

 

3.4.2磁場強度的切向邊界條件

 

3.4.3恆定磁場位函數的邊界條件

 

3.5電感

 

3.5.1自電感

 

3.5.2互電感

 

3.5.3電感的計算

 

3.6恆定磁場的能量和磁場力

 

3.6.1恆定磁場的能量及能量密度

 

3.6.2恆定磁場的磁場力

 

習題

 

第4章靜態場的邊值問題及其解法

 

4.1邊值問題的類型及唯一性定理

 

4.1.1邊值問題的分類

 

4.1.2靜電場解的唯一性定理

 

4.2分離變量法

 

4.2.1直角坐標系中的分離變量法

 

4.2.2圓柱坐標系中的分離變量法

 

4.2.3球坐標系中的分離變量法

 

4.3鏡像法

 

4.3.1平面鏡像

 

4.3.2球面鏡像與柱面鏡像

 

4.4有限差分法

 

4.4.1有限差分法基本原理

 

4.4.2有限差分法的基本實現方法

 

習題

 

第5章時變電磁場

 

5.1麥克斯韋方程組

 

5.1.1麥克斯韋第一方程

 

5.1.2麥克斯韋第二方程

 

5.1.3麥克斯韋第三方程

 

5.1.4麥克斯韋第四方程

 

5.1.5麥克斯韋方程組的形式

 

5.1.6媒質的本構方程

 

5.2時變電磁場的邊界條件

 

5.2.1法向場的邊界條件

 

5.2.2切向場的邊界條件

 

5.3時諧電磁場及麥克斯韋方程組的復數形式

 

5.3.1時諧電磁場的復數形式

 

5.3.2麥克斯韋方程組的復數形式

 

5.4時變電磁場的能量及功率

 

5.4.1坡印亭定理

 

5.4.2復坡印亭矢量及平均坡印亭矢量

 

5.5時變電磁場的唯一性定理

 

5.6電磁場的位函數及波動方程

 

習題

 

第6章無界媒質中的均勻平面波

 

6.1理想介質中的均勻平面波

 

6.1.1亥姆霍茲方程與均勻平面波

 

6.1.2理想介質中均勻平面波的特性

 

6.1.3理想介質中均勻平面波的一般表達式

 

6.2電磁波的極化

 

6.2.1線極化

 

6.2.2圓極化

 

6.2.3橢圓極化

 

6.2.4極化波的合成與分解

 

6.2.5電磁波的極化與天線的極化方式

 

6.3導電媒質中的均勻平面波

 

6.3.1導電媒質中的波動方程與均勻平面波

 

6.3.2導電媒質中均勻平面波的特性

 

6.3.3良介質與良導體

 

6.3.4趨膚效應

 

6.3.5錶面阻抗、交流電阻

 

6.3.6損耗功率

 

6.4時域有限差分法

 

6.4.1麥克斯韋方程的差分格式

 

6.4.2UPML吸收邊界條件

 

習題

 

第7章均勻平面波在不同媒質分界面的反射與折射

 

7.1平面波垂直入射到理想導體錶面

 

7.2平面波垂直入射到理想介質間的分界面

 

7.3平面波斜入射到理想導體錶面

 

7.3.1垂直極化波斜入射

 

7.3.2平行極化波斜入射

 

7.4平面波斜入射到理想介質間的分界面

 

7.4.1平行極化波斜入射

 

7.4.2垂直極化波斜入射

 

7.4.3全折射、全反射與錶面波

 

7.5平面波在導電媒質分界面的反射與折射

 

7.6平面波在多層媒質分界面的垂直入射

 

7.7人工電磁材料

 

7.7.1負折射效應

 

7.7.2完美透鏡效應

 

7.7.3負相速度

 

7.7.4逆多普勒頻移 

 

7.7.5逆切倫科夫輻射

 

7.7.6完美吸波材料

 

 

習題

 

第8章導行電磁波

 

8.1導行電磁波傳播模式及其傳播特性

 

8.1.1TEM波

 

8.1.2TM波

 

8.1.3TE波

 

8.2雙導體傳輸線

 

8.2.1平行雙線傳輸系統

 

8.2.2同軸傳輸線

 

8.2.3微帶線 

 

8.3矩形波導

 

8.3.1矩形波導中的TM波

 

8.3.2矩形波導中的TE波

 

8.3.3簡並模、主模及單模傳輸

 

8.3.4矩形波導的傳播特性參數及傳輸功率

 

8.4圓波導

 

8.4.1圓波導中的TM波

 

8.4.2圓波導中的TE波

 

8.4.3圓波導的傳播特性

 

8.4.4圓波導的幾種主要波形

 

8.5諧振腔

 

8.5.1諧振腔的基本參數

 

8.5.2矩形諧振腔

 

8.5.3圓諧振腔

 

 

8.6基片集成波導

 

習題

 

第9章電磁輻射

 

9.1滯後位

 

9.2電偶極子的輻射

 

9.2.1電偶極子電磁場的激發與輻射

 

9.2.2電偶極子的輻射場

 

 

9.3磁偶極子的輻射

 

9.4電與磁的對偶原理

 

9.5對稱振子天線

 

9.5.1對稱振子天線上的電流分佈

 

9.5.2對稱振子天線的遠區場

 

 

9.6天線的基本參數

 

9.6.1方向性函數、方向圖與方向性系數

 

9.6.2輸入阻抗與駐波比

 

9.6.3極化

 

9.6.4效率

 

9.6.5增益

 

9.6.6波瓣寬度

 

9.6.7前後比和副瓣電平

 

9.6.8有效長度與頻帶寬度

 

 

習題

 

附錄A矢量基本運算公式

 

附錄B洛倫茲規範

 

附錄C無線電頻段劃分

 

附錄D常用導體材料的參數

 

附錄E常用介質材料的參數

 

附錄F常用物理常數

 

附錄G一維吸收邊界條件UPML的實現

 

附錄H梯度、散度和旋度的計算公式

 

附錄I電位移矢量D、磁場強度H與極化電荷、磁化電流關系的討論

 

附錄J電磁波反射系數與折射系數不同表述的等效性

 

附錄K習題參考答案

 

附錄L專業名詞解釋

 

參考文獻