電磁場理論基礎

　　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專業(yè)本科生的教材，也可供從事電磁場理論、微波技術、天線和電磁兼容性領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，隨著科學技術的發(fā)展，電磁場理論得到了廣泛的應用和發(fā)展。尤其近三十年來，無線電電子學、計算機和網(wǎng)絡技術的飛速發(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。以無線電電子學領域為例，近代發(fā)展起來的新技術如雷達、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，作為微波技術與天線技術的理論基礎的電磁場理論，在這些新技術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基礎課，本書就是總結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、相關的定義和幾個在以后相關的章節(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。“路”的方法比“場”的方法要簡單得多，但“場”的方法具有普遍性，“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，它是計算機技術與傳統(tǒng)電磁場理論相結合的產(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用。由于電子設備的應用已滲透到各個領域，工作時伴有寄生輻射的通信設備和各種信息處理設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)內和系統(tǒng)間的電磁干擾問題變得越來越嚴重。信息處理設備在運行過程中產(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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