電磁場理論基礎(chǔ)

　　本書共分11章：矢量分析；靜電場；靜電場邊值問題的解析解；穩(wěn)恒磁場；準靜態(tài)場、電感和磁場能；時變電磁場；平面電磁波；波導與諧振腔；數(shù)值計算方法；電磁波的輻射；電磁場理論在電磁兼容性中的應(yīng)用。本書力求比較系統(tǒng)地介紹求解電磁問題的基本方法，在進行嚴格的數(shù)學分析的同時，對重要的物理概念從不同的角度加以闡述，為便于讀者理解、每章都有較多的典型例題和習題。本書在內(nèi)容安排上，恒定場與時變場相比，時變場為重點；靜電場與恒定磁場相比，靜電場為重點。本書適于作為高等院校無線電技術(shù)專業(yè)本科生的教材，也可供從事電磁場理論、微波技術(shù)、天線和電磁兼容性領(lǐng)域工作的科技人員閱讀和參考。本書前言1865年英國學者麥克斯韋總結(jié)和概括了物理學家法拉第、安培和高斯等前人的工作，創(chuàng)造性地提出位移電流的概念，建立了宏觀電磁現(xiàn)象滿足的基本規(guī)律——麥克斯韋方程組及光的電磁波學說，至今已有一百多年。在這期間，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，電磁場理論得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。尤其近三十年來，無線電電子學、計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，生物電磁學、環(huán)境電磁學和電磁兼容性等學科的建立，向電磁場理論提出了許多新的研究課題，使現(xiàn)代電磁場理論得到了迅速的發(fā)展。以無線電電子學領(lǐng)域為例，近代發(fā)展起來的新技術(shù)如雷達、通信、導航、遙感等，均與電磁波的產(chǎn)生、輻射、傳播和接收有關(guān)，作為微波技術(shù)與天線技術(shù)的理論基礎(chǔ)的電磁場理論，在這些新技術(shù)中起著極其重要的作用，同時也得以豐富和發(fā)展。反過來，電磁場理論的研究成果又不斷地促進了其他學科的發(fā)展。因此，“電磁場理論”成為世界各國大學電類專業(yè)學生必修的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，本書就是總結(jié)了多年來在清華大學電子工程系講授此課程的經(jīng)驗編寫而成的。由于電磁場理論中的物理量大多是矢量，在定量分析時要用到許多矢量公式、定義和定理，為便于讀者查閱，書中第1章概略地介紹了矢量的運算規(guī)則、相關(guān)的定義和幾個在以后相關(guān)的章節(jié)中要用到的矢量積分定理。第2章至第4章討論靜電場和恒定磁場。靜電場和恒定磁場是電磁場理論的基本內(nèi)容，它包含了電磁學的基本定理、定律以及求解電磁問題的基本方法。這3章涉及的物理概念多，利用的數(shù)學工具多，這些概念和處理問題的方法在一定的條件下對時變場也是有效的。分析求解一個物理系統(tǒng)中的時變電磁問題嚴格地說都應(yīng)采用電磁場理論的方法，即通常稱為“場”的方法，但在很多情況下人們采用電路理論的方法，簡稱為“路”的方法?！奥贰钡姆椒ū取皥觥钡姆椒ㄒ唵蔚枚啵皥觥钡姆椒ň哂衅毡樾?，“路”的方法具有局限性，電路理論只在所研究的場滿足準靜態(tài)的條件下成立，“路”的方法是“場”的方法的特例。作為討論時變場的過渡，書中第5章討論準靜態(tài)場。在該章中，利用準靜態(tài)條件從電磁場理論的基本方程——麥克斯韋方程，導出了電路理論的基本方程——環(huán)路電壓定理和節(jié)點電流定理。第6章至第8章討論時變場，內(nèi)容涉及時變場滿足的基本方程式和時變場的波動特性，包括各種位函數(shù)、麥克斯韋方程組、波動方程，電磁波在各種媒質(zhì)中自由傳播的特性和導波。第10章則討論電磁波的激勵。這4章是電磁場理論的核心內(nèi)容，它是正確理解各種宏觀電磁現(xiàn)象和正確解決工程電磁問題必備的基本知識。20世紀60年代末開始，出現(xiàn)了稱之為“計算電磁學”的新學科，它是計算機技術(shù)與傳統(tǒng)電磁場理論相結(jié)合的產(chǎn)物。它的出現(xiàn)大大拓寬了電磁場理論的研究范圍，使許多原來不能解決的復雜工程電磁問題能順利求解。書中第9章介紹了計算電磁學中常用的幾種數(shù)值計算方法的基本原理。本書最后的第11章介紹電磁場理論在電磁兼容性中的應(yīng)用。由于電子設(shè)備的應(yīng)用已滲透到各個領(lǐng)域，工作時伴有寄生輻射的通信設(shè)備和各種信息處理設(shè)備往往同時配置在同一個場地中，且場地的空間越來越小（尤其在移動的場地中），而設(shè)備和系統(tǒng)的靈敏度越來越高，無線通信的頻道日趨擁擠，加上有限的頻譜資源被非法濫用，使得系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間的電磁干擾問題變得越來越嚴重。信息處理設(shè)備在運行過程中產(chǎn)生的信息電磁泄漏失密問題已成為主要的安全風險。因此從20世紀60年代中期開始，逐漸形成了一門稱之為“電磁兼容性”的學科。電磁兼容性中的許多問題是必須用電磁場理論才能解決的。第11章中除介紹了電磁兼容性的一些基本概念外，還推導了一些在文獻中經(jīng)常被引用的公式。本書力求比較系統(tǒng)地介紹求解電磁問題的基本方法，在進行嚴格的數(shù)學分析的同時，對重要的物理概念從不同的角度加以闡述，為便于讀者理解，每章都有較多的典型例題和習題。本書在內(nèi)容安排上，恒定場與時變場相比，時變場為重點；靜電場與恒定磁場相比，靜電場為重點。

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