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本教材严格参照《普通高等学校本科专业目录(2012年)》、高等学校电子电气基础课程教学指导分委员会《电子电气基础课程教学基本要求》编写。在总结教学团队丰富教学经验的基础上,从电磁场应用的角度出发,阐述电磁场与电磁波的基本概念、基本规律和基本的计算方法,培养学生建立起“场”与“波”的概念及联系——学会“场”与“路”的分析方法;掌握用“场”的观点去观察、分析、解决电磁场问题。力争从科学前沿的高度,培养逻辑思维和创新思维能力,提高分析、解决实际电磁工程问题的能力。(1) 易教易学 系统阐述理论的同时,注重内容的实用性和可读性,减少理论公式的繁杂数学推导,为公式赋予明确的物理含义,便于理解和运用。(2) 前后衔接 强调知识内容和分析方法的前后连贯性,并妥善处理好与前期课程和后续课程的衔接性。(3) 认知规律 从认识和理解的规律编排内容,将数学工具工程化,将抽象问题形象化,将复杂问题简单化,将零散问题系统化,并打上作者理解的“标签”。(4) 层次分明 以“场”与“波”为主线,以麦克斯韦方程为纽带,对各知识层次按照由浅入深、循序渐进的方式进行划分,环环相扣,前后呼应。(5) 技术前沿 介绍电磁科学领域的新进展,激发学习兴趣,启迪创新思想。(6) 教学课件 配书教案(PPT)可到清华大学出版社网站本书页面下载。(7) 学习辅导 《电磁场与电磁波教学、学习与考研指导》(张洪欣等编著,清华大学出版社)。(8) 实验指导 《电磁场与微波技术测量及仿真》(赵同刚等编著,清华大学出版社)。
目录绪论第1章矢量分析1.1矢量代数1.1.1标量和矢量1.1.2矢量的加法和减法1.1.3矢量的乘法1.2三种常用的坐标系1.2.1正交坐标系1.2.2直角坐标系1.2.3圆柱坐标系1.2.4球坐标系1.3标量场的梯度1.3.1标量场的等值面1.3.2方向导数1.3.3梯度1.4矢量场的通量与散度1.4.1通量1.4.2散度1.4.3散度定理1.5矢量场的环量与旋度1.5.1环量1.5.2旋度1.5.3斯托克斯定理1.6无旋场与无散场1.6.1无旋场1.6.2无散场1.7拉普拉斯运算与格林定理1.7.1拉普拉斯运算1.7.2格林定理1.8亥姆霍兹定理1.9冲击函数及其性质习题第2章静电场与恒定电场2.1库仑定律与电场强度2.1.1库仑定律2.1.2电场强度及其叠加原理2.2电场强度的通量和散度2.2.1电场强度的通量2.2.2电场强度的散度2.3电场强度的环量及旋度2.3.1电场强度的环量2.3.2电场强度的旋度2.4静电场的电位函数2.4.1电场强度与电位函数2.4.2电位函数的表达式2.5电偶极子2.5.1电偶极子的电位函数2.5.2电偶极子静电场的电场强度2.5.3电偶极子静电场的等位面和电场线2.6静电场中的导体和介质2.6.1静电场中的导体2.6.2静电场中的介质2.6.3介质中电位移矢量的通量和散度2.6.4电位移矢量与电场强度的关系2.7泊松方程与拉普拉斯方程2.8静电场的边界条件2.8.1电位移矢量的法向边界条件2.8.2电场强度的切向边界条件2.8.3电位函数的边界条件2.9导体系统的电容2.9.1双导体及孤立导体的电容2.9.2多导体的电容系数与部分电容2.10静电场的能量与静电力2.10.1静电场的能量2.10.2静电场的能量密度2.10.3静电力2.11恒定电场2.11.1电流与电流密度矢量2.11.2恒定电场的基本性质2.11.3恒定电场的边界条件2.11.4静电场比拟法与电导2.11.5损耗功率与焦耳定律习题第3章恒定磁场3.1恒定磁场的基本定律3.1.1安培力定律3.1.2毕奥萨伐尔定律3.2真空中的恒定磁场方程3.2.1恒定磁场的散度及磁通连续性原理3.2.2恒定磁场的旋度及安培环路定理3.2.3恒定磁场的位函数及其方程3.3磁偶极子与介质的磁化3.3.1磁偶极子及其矢量磁位3.3.2介质的磁化3.3.3介质中的恒定磁场方程3.4恒定磁场的边界条件3.4.1磁感应强度的法向边界条件3.4.2磁场强度的切向边界条件3.4.3恒定磁场位函数的边界条件3.5电感3.5.1自电感3.5.2互电感3.5.3电感的计算3.6恒定磁场的能量和磁场力3.6.1恒定磁场的能量及能量密度3.6.2恒定磁场的磁场力习题第4章静态场的边值问题及其解法4.1边值问题的类型及*性定理4.1.1边值问题的分类4.1.2静电场解的*性定理4.2分离变量法4.2.1直角坐标系中的分离变量法4.2.2圆柱坐标系中的分离变量法4.2.3球坐标系中的分离变量法4.3镜像法4.3.1平面镜像4.3.2球面镜像4.4有限差分法4.4.1有限差分法基本原理4.4.2有限差分法的基本实现方法习题第5章时变电磁场5.1麦克斯韦方程组5.1.1麦克斯韦*方程5.1.2麦克斯韦第二方程5.1.3麦克斯韦第三方程5.1.4麦克斯韦第四方程5.1.5麦克斯韦方程组的形式5.1.6媒质的本构方程5.2时变电磁场的边界条件5.2.1法向场的边界条件5.2.2切向场的边界条件5.3时谐电磁场及麦克斯韦方程组的复数形式5.3.1时谐电磁场的复数形式5.3.2麦克斯韦方程组的复数形式5.4时变电磁场的能量及功率5.4.1坡印亭定理5.4.2复坡印亭矢量及平均坡印亭矢量5.5时变电磁场的*性定理5.6电磁场的位函数及波动方程习题第6章无界媒质中的均匀平面波6.1理想介质中的均匀平面波6.1.1亥姆霍兹方程与均匀平面波6.1.2理想介质中均匀平面波的特性6.1.3理想介质中均匀平面波的一般表达式6.2电磁波的极化6.2.1线极化6.2.2圆极化6.2.3椭圆极化6.2.4极化波的合成与分解6.3导电媒质中的均匀平面波6.3.1导电媒质中的波动方程与均匀平面波6.3.2导电媒质中均匀平面波的特性6.3.3良介质与良导体6.3.4趋肤效应6.3.5表面阻抗、交流电阻6.3.6损耗功率6.4时域有限差分法6.4.1麦克斯韦方程的差分格式6.4.2UPML吸收边界条件习题第7章均匀平面波在不同媒质分界面的反射与折射7.1平面波垂直入射到理想导体表面7.2平面波垂直入射到理想介质间的分界面7.3平面波斜入射到理想导体表面7.3.1垂直极化波斜入射7.3.2平行极化波斜入射7.4平面波斜入射到理想介质间的分界面7.4.1平行极化波斜入射7.4.2垂直极化波斜入射7.4.3全折射、全反射与表面波7.5平面波在导电媒质分界面的反射与折射7.6平面波在多层媒质分界面的垂直入射7.7人工电磁材料7.7.1负折射效应7.7.2完美透镜效应7.7.3负相速度7.7.4逆多普勒频移 7.7.5逆切伦科夫辐射7.7.6完美吸波材料习题第8章导行电磁波8.1导行电磁波传播模式及其传播特性8.1.1TEM波8.1.2TM波8.1.3TE波8.2双导体传输线8.2.1平行双线传输系统8.2.2同轴传输线8.2.3微带线 8.3矩形波导8.3.1矩形波导中的TM波8.3.2矩形波导中的TE波8.3.3简并模、主模及单模传输8.3.4矩形波导的传播特性参数及传输功率8.4圆波导8.4.1圆波导中的TM波8.4.2圆波导中的TE波8.4.3圆波导的传播特性8.4.4圆波导的几种主要波形8.5谐振腔8.5.1谐振腔的基本参数8.5.2矩形谐振腔8.5.3圆谐振腔8.6基片集成波导习题第9章电磁辐射9.1滞后位9.2电偶极子的辐射9.2.1电偶极子电磁场的激发与辐射9.2.2电偶极子的辐射场9.3磁偶极子的辐射9.4电与磁的对偶原理9.5对称振子天线9.5.1对称振子天线上的电流分布9.5.2对称振子天线的远区场9.6天线的基本参数9.6.1方向性函数、方向图与方向性系数9.6.2输入阻抗与驻波比9.6.3极化9.6.4效率9.6.5增益9.6.6波瓣宽度9.6.7前后比和副瓣电平9.6.8有效长度与频带宽度习题附录A矢量基本运算公式附录B洛伦兹规范附录C无线电频段划分附录D常用导体材料的参数附录E常用介质材料的参数附录F常用物理常数附录G一维吸收边界条件UPML的实现附录H梯度、散度和旋度的计算公式附录I习题参考答案参考文献
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