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第1章 矢量分析和场论基础1

1.1 标量和矢量1

1.2 矢量的运算1

1.2.1 直角坐标系中矢量的表示1

1.2.2 矢量的运算2

1.3 标量场和矢量场4

1.4 特殊正交曲线坐标系5

1.4.1 直角坐标系5

1.4.2 圆柱坐标系6

1.4.3 球坐标系8

1.5 场论11

1.5.1 数量场的等值面和矢量场的矢量线11

1.5.2 标量场的梯度和方向导数12

1.5.3 矢量场的通量和散度14

1.5.4 矢量场的环量和旋度17

1.5.5 符号说明23

1.6 拉普拉斯算子24

1.7 电磁场的分类和亥姆霍兹定理25

习题一27

第2章 静电场30

2.1 库仑定律和电场强度30

2.1.1 库仑定律30

2.1.2 电场强度30

2.2 电位34

2.2.1 电位的定义34

2.2.2 点电荷的电位34

2.2.3 连续分布电荷的电位35

2.2.4 电场与电位的关系35

2.3 电偶极子的电场36

2.4 物质的电特性37

2.4.1 介质的极化及极化强度37

2.4.2 极化电荷产生的电位39

2.5 静电场的基本方程40

2.5.1 静电场的通量和散度40

2.5.2 静电场的环量和旋度45

2.5.3 静电场的基本方程46

2.6 泊松方程与拉普拉斯方程47

2.7 分界面的边界条件47

2.7.1 D的法向分量48

2.7.2 E的切向分量49

2.7.3 静电场边界条件小结49

2.8 导体系统的电容52

2.8.1 两导体电容52

2.8.2 部分电容54

2.9 电场能量56

2.9.1 电场能量56

2.9.2 能量密度56

2.10 静电场边值问题58

2.10.1 边值问题的分类58

2.10.2 唯一性定理59

2.10.3 镜像法60

2.10.4 分离变量法69

习题二85

第3章 恒定电流与恒定电场89

3.1 电流与电流密度89

3.1.1 电流强度的概念89

3.1.2 电流密度89

3.2 欧姆定律和焦耳定律91

3.2.1 材料的电导率91

3.2.2 欧姆定律92

3.2.3 电动势92

3.2.4 电阻93

3.2.5 焦耳定律94

3.3 恒定电场的基本方程96

3.3.1 电流连续性方程96

3.3.2 恒定电场的基本方程97

3.4 恒定电场的边界条件97

习题三100

第4章 恒定电流的磁场102

4.1 恒定磁场的实验定律102

4.1.1 安培定律102

4.1.2 毕奥-萨伐尔定律103

4.2 恒定磁场的散度和通量104

4.2.1 磁通密度矢量的散度104

4.2.2 恒定磁场通量105

4.3 恒定磁场的环量和旋度105

4.3.1 环量105

4.3.2 旋度106

4.4 矢量磁位107

4.4.1 矢量磁位107

4.4.2 矢量泊松方程108

4.5 磁偶极子109

4.6 物质的磁特性110

4.6.1 介质的磁化和磁化强度111

4.6.2 介质磁化产生的矢量磁位113

4.6.3 磁介质中的安培环路定律114

4.7 恒定磁场的基本方程116

4.8 恒定磁场的边界条件117

4.8.1 法向分量的边界条件117

4.8.2 切向分量的边界条件117

4.9 电感120

4.9.1 自感120

4.9.2 互感121

4.10 磁场能量123

习题四124

第5章 时变电磁场128

5.1 时变电磁场的环量和旋度及通量和散度128

5.1.1 法拉第电磁感应定律——时变电场的环量和旋度128

5.1.2 全电流定律——时变磁场的环量和旋度131

5.1.3 时变电磁场的通量和散度132

5.2 时变电磁场的基本方程——麦克斯韦方程组和物质方程133

5.3 介质分界面上的边界条件134

5.3.1 介质分界面上的边界条件134

5.3.2 理想介质分界面上的边界条件134

5.3.3 理想导体分界面上的边界条件135

5.4 坡印亭定理和坡印亭矢量136

5.4.1 坡印亭定理136

5.4.2 坡印亭矢量137

5.5 波动方程138

5.5.1 无源导电介质中的齐次波动方程139

5.5.2 无源理想介质中的齐次波动方程139

5.5.3 有源理想介质中的非齐次波动方程139

5.5.4 位函数波动方程140

5.6 时谐电磁场141

5.6.1 时谐量的复数表示141

5.6.2 麦克斯韦方程组的复数形式142

5.6.3 复数形式的物质方程与边界条件142

5.6.4 复坡印亭矢量和平均坡印亭矢量143

5.6.5 复介电常数和复磁导率143

5.6.6 复矢量波动方程——矢量亥姆霍兹方程144

5.7 电磁波谱146

5.7.1 波数、频率和波长146

5.7.2 电磁波谱146

习题五148

第6章 无界空间平面电磁波的传播150

6.1 理想介质中的平面电磁波150

6.1.1 亥姆霍兹方程的平面波解150

6.1.2 理想介质中均匀平面电磁波的基本特性152

6.1.3 平面电磁波的能量和能流密度155

6.2 有耗介质和良导体中的平面电磁波156

6.2.1 有耗介质中的平面电磁波156

6.2.2 良导体中的平面波161

6.3 波的极化163

6.3.1 线极化波165

6.3.2 圆极化波165

6.3.3 椭圆极化波167

习题六169

第7章 平面电磁波的反射与透射171

7.1 平面电磁波对分界平面的垂直入射171

7.1.1 理想介质与理想导体分界平面的垂直入射172

7.1.2 理想介质与理想介质分界平面的垂直入射173

7.2 平面电磁波对理想介质分界平面的斜入射177

7.2.1 垂直极化波178

7.2.2 平行极化波179

7.3 反射系数、透射系数随入射角的变化特性181

7.3.1 全反射与倏逝波181

7.3.2 全透射182

7.3.3 反射系数和透射系数随入射角变化的实例分析183

7.4 反射率和透射率184

7.5 平面电磁波在分层介质中的反射和透射187

7.5.1 用法向阻抗、有效导纳表达反射和透射系数187

7.5.2 单层介质薄膜的反射和透射189

7.5.3 多层介质薄膜的反射和透射192

习题七196

第8章 电磁波在各向异性介质中的传播198

8.1 晶体的介电张量和折射率椭球198

8.1.1 晶体的介电张量198

8.1.2 折射率椭球201

8.1.3 折射率ne随方向的变化204

8.2 光波在晶体中的传播205

8.2.1 各向异性介质中的单色平面波205

8.2.2 相速度和光线速度206

8.2.3 菲涅耳法线方程207

8.2.4 单轴晶体中光波的传播特性208

8.2.5 单轴晶体中的折射率曲面和光波面212

8.3 光波在晶体表面的反射和透射216

8.3.1 光波在晶体表面上的反射和透射定律216

8.3.2 菲涅耳作图法217

8.3.3 惠更斯作图法218

习题八220

第9章 传输线221

9.1 传输线方程及其解221

9.1.1 传输线方程221

9.1.2 传输线方程的解223

9.2 无损耗传输线上的行驻波、反射系数与输入阻抗225

9.2.1 行驻波225

9.2.2 反射系数227

9.2.3 输入阻抗227

9.2.4 始端输入阻抗228

9.2.5 均匀传输线的参数分布229

9.3 传输线的工作状态分析231

9.3.1 短路线231

9.3.2 开路线233

9.3.3 匹配传输线234

9.3.4 阻抗负载传输线234

9.4 无损传输线的功率235

9.5 史密斯圆图236

9.5.1 史密斯圆图的参数方程237

9.5.2 史密斯圆图的构成238

9.5.3 阻抗圆图的应用240

习题九242

第10章 电磁波在波导中的传播244

10.1 矩形金属波导中的电磁波244

10.1.1 矩形波导横截面内场分量之间的关系244

10.1.2 矩形波导横截面内纵向场分量的解245

10.1.3 矩形波导中电磁波传播的模式248

10.1.4 TE波和TM波249

10.1.5 矩形波导的传输特性250

10.1.6 矩形波导中的TE10模253

10.1.7 矩形波导的传输功率及尺寸选择257

10.2 圆柱形金属波导中的电磁波259

10.2.1 圆波导横截面内场分量之间的关系259

10.2.2 圆波导横截面内纵向场分量的解260

10.2.3 圆波导中电磁场传播的模式264

10.2.4 圆波导的传输特性265

10.2.5 圆波导的三个主要传输模式267

10.3 圆柱形介质波导——阶跃型光纤269

10.3.1 光纤横截面内纵向场分量的解270

10.3.2 光纤中电磁场传播的模式分类及本征值方程272

10.3.3 弱导光纤的截止特性276

10.3.4 弱导光纤的单模传输条件279

10.3.5 弱导光纤的主模280

习题十282

第11章 电磁波的辐射与接收283

11.1 位函数波动方程的解——滞后位284

11.2 基本振子的辐射287

11.2.1 电基本振子287

11.2.2 磁基本振子289

11.3 天线的辐射特性291

11.4 对称振子天线与天线阵的概念296

11.4.1 对称振子天线296

11.4.2 天线阵的概念298

11.4.3 均匀直线式天线阵300

11.5 接收天线的有效面积303

11.6 雷达的概念304

11.6.1 微波雷达305

11.6.2 激光雷达306

习题十一309

附录311

附录A 符号、物理量及单位311

附录B 常用材料的电磁常数312

附录C 基本物理常数和基本国际单位314

附录D 常用矢量恒等式315

附录E 贝塞尔函数和勒让德函数317

参考文献322