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出版者:科学出版

作者:德马雷斯特

出品人:

页数:672

译者:

出版时间:2003-3

价格:48.00元

装帧:

isbn号码:9787030111487

丛书系列:国外高校电子信息类优秀教材

图书标签:

• 电磁学
• 工程电磁学
• 电磁场
• 麦克斯韦方程
• 电磁波
• 传输线
• 天线
• 电磁兼容性
• 数值电磁学
• 高等数学

《现代电磁场理论与应用》 内容简介 本书旨在为读者提供一套全面、深入且与现代工程实践紧密结合的电磁场理论与应用知识体系。全书从麦克斯韦方程组的精妙构建入手，层层递进，覆盖了从静电场、静磁场到时变电磁场的全部核心概念，并重点阐述了这些基础理论在当代高新技术领域中的实际应用。 第一部分：电磁场理论基础与分析方法 第一章：静电场基础 本章首先复习了矢量分析的基础，包括散度和旋度在物理中的意义，为理解电磁场奠定了数学工具。随后，深入讲解了库仑定律、电荷密度概念以及电场强度的定义。重点分析了电场强度与电位之间的关系，特别是电势梯度的物理意义。在介绍高斯定律时，不仅阐述了其在有界和无界空间中的应用，还详细讨论了电介质中的电场行为，如电位移矢量（$mathbf{D}$）的引入及其在边界条件处理中的重要性。库仑定律的积分形式和微分形式贯穿始终，确保读者对电荷分布与场分布之间的内在联系有深刻的理解。本章最后通过多个工程实例，如同轴电容器的电容计算、电场线密度分析等，巩固了静电场的分析方法。 第二章：静磁场与磁介质 本章从毕奥-萨伐尔定律（Biot-Savart Law）出发，系统地推导了电流元产生磁场的规律。随后引入安培环路定律（Ampère's Circuital Law），并着重讨论了该定律在求解具有高对称性电流分布（如直线电流、圆环电流、螺线管）磁场中的应用优势与局限性。磁矢量磁位（$mathbf{A}$）的概念被引入，作为求解复杂静磁场问题的有效工具。磁介质部分深入探讨了磁化强度（$mathbf{M}$）的概念，并详细分析了磁感应强度（$mathbf{B}$）和磁场强度（$mathbf{H}$）之间的关系，以及铁磁材料的磁化曲线、磁滞现象等。磁能与磁力计算是本章的另一重点，为后续的电磁能量转换提供了理论基础。 第三章：麦克斯韦方程组与电磁波的起源 这是全书的理论核心。本章首先整合了前两章的静场和稳恒场结论，引入法拉第电磁感应定律，揭示了变化的磁场如何产生电场。随后，结合位移电流的概念，完整地构建了时变电磁场的麦克斯韦方程组的四个基本方程（积分形式和微分形式）。通过对这些方程组的分析，导出了无源、无损介质中的齐次亥姆霍兹方程，并明确了电场和磁场之间的耦合关系。本章的落脚点在于，从理论上证明了电磁波的自持传播特性，为下一部分的应用分析奠定了坚实的理论基石。 第二部分：电磁波的传播与辐射 第四章：平面电磁波的传播 本章聚焦于最理想化的传播模型——平面波。详细分析了在理想导体、低损耗介质（如空气）和有损介质（如导体、电离层）中平面波的传播特性。深入讨论了波阻抗（Intrinsic Impedance）、传播常数、衰减常数和相移常数等关键参数的物理意义。本章特别关注了电磁波在不同材料界面上的反射与透射问题，全面推导了菲涅耳公式（Fresnel’s Equations），并结合斯涅尔定律，分析了全内反射现象在光纤通信和雷达隐身技术中的潜在应用。坡印廷矢量（Poynting Vector）被引入，用于精确描述电磁能量的传输方向和大小。 第五章：导波理论与传输线 传输线作为最基础的导波结构，在本章得到了详尽的分析。从集总参数模型（Lumped Element Model）出发，推导了传输线上的电压和电流分布方程，引入了特性阻抗、传播常数和电压驻波比（VSWR）。重点讲解了史密斯圆图（Smith Chart）的应用，演示了如何利用该图进行阻抗匹配、负载调谐和反射系数的快速计算，这是射频电路设计中的必备工具。在解析波导部分，本章导出了平行板波导中的横电波（TE）和横磁波（TM）模式的截止频率和场分布，并讨论了矩形波导的工作模式选择和能量传输效率问题。 第六章：电磁波的辐射与天线基础 本章将理论应用于辐射现象的分析。从小电流元（如单位长度振子）开始，推导了其产生的远场电磁波表达式，引入了天线的概念。重点分析了振子天线（半波长偶极子、四分之一波长垂直天线）的辐射方向图、输入阻抗、辐射功率和天线增益等关键参数。对于大型阵列天线，本章简要介绍了阵因子（Array Factor）的概念，解释了如何通过相位控制实现波束的赋形与扫描，为雷达和卫星通信系统提供了理论基础。 第三部分：工程应用与现代电磁场问题 第七章：边界值问题的求解技术 本章侧重于介绍求解复杂几何结构中电磁场分布的数值方法。详细阐述了有限差分法（FDM），特别是其在求解静电场和稳态导热问题中的应用，并引入了时域有限差分法（FDTD）来处理瞬态电磁现象和宽带问题。边界元法（BEM）因其在处理无限大空间和不规则边界方面的优势也被作了介绍。对于特定类型的边界问题，如静电场中的分离变量法和格林函数法，也提供了详细的步骤和案例分析。 第八章：电磁兼容性（EMC）与屏蔽设计 在高速电路和微电子系统中，电磁兼容性成为核心挑战。本章将电磁理论应用于实际的干扰抑制。详细分析了串扰（Crosstalk）的产生机理，并基于传输线理论给出了抑制串扰的工程措施。电磁屏蔽的原理被深入剖析，包括反射屏蔽和吸收屏蔽的机制，并结合材料的电导率和频率，量化了屏蔽效能（Shielding Effectiveness, SE）。此外，本章还讨论了接地和去耦技术在降低电路辐射和抗干扰能力中的关键作用。 第九章：散射与光学应用 本章探讨了电磁波与物体的相互作用。从瑞利散射（Rayleigh Scattering）到米氏散射（Mie Scattering）的理论发展，解释了天空颜色的形成和微粒对电磁波的影响。重点引入了雷达截面积（RCS）的概念，并探讨了如何通过改变目标物体的几何形状和表面材料来控制电磁波的散射特性，这在隐身技术中至关重要。最后，本章简要触及了光学中的折射率、色散现象，并将其与电磁场理论联系起来，为后续的光电领域学习做好铺垫。 全书特色： 本书结构严谨，逻辑清晰，从基础理论到工程实践的过渡自然流畅。每章末均附有大量的习题和工程案例分析，旨在培养读者利用麦克斯韦方程组解决实际工程难题的分析能力。本书的深度和广度兼顾，理论推导详实而不失灵活性，是高等院校电磁场与电磁波课程，以及相关电子、通信、微波工程领域专业人员的重要参考书。

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这本《工程电磁学》真是让我这个初学者望而生畏，但又不得不硬着头皮啃下去的“宝典”。刚翻开目录，那些什么麦克斯韦方程组、边界条件、波导理论，一个个术语像天书一样砸过来，让我立刻感到一阵眩晕。书里对理论的推导极其详尽，几乎每一步公式的演变都有清晰的文字解释，这对数学基础薄弱的我来说，既是救命稻草，也是沉重负担。我花了大量时间在理解那些向量微积分和复变函数上，感觉自己像是在攀登一座没有台阶的悬崖，每一步都需要耗费巨大的心力去寻找支撑点。尤其是在处理特定介质中的电磁场分布时，那些复杂的偏微分方程，即便是看着书后的参考解，我也得反复演算好几遍，才能勉强跟上作者的思路。感觉作者的学术功底深厚得令人敬佩，他似乎毫不费力地就能将抽象的物理概念转化为严谨的数学形式，但对于我们这些在工程实践中摸爬滚打的读者来说，如何将这些冰冷的公式“活化”应用到实际的射频电路设计或天线布局中，书里提供的实例还是显得有些理论化和理想化，实践指导性略显不足，需要读者自己去进行大量的二次转化和猜测。

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说实话，我对这本书的整体印象是“详尽到令人发指”。我特别欣赏作者在讲解电磁波传播特性时所展现出的那种对细节的偏执。比如，他花了整整一个章节来剖析不同入射角下电磁波在理想导体和介质界面上的反射与折射，各种斯涅尔定律的推导，以及坡印廷矢量在能量流向判断中的应用，每一个公式的推导过程都像外科手术般精细。我曾经因为一个复杂的布格斯特-兰伯特公式的推导卡了整整一个下午，但最终通过对照书中的逐步分解，才恍然大悟。然而，这种详尽也带来了一个副作用——阅读体验略显枯燥。书中的配图多为二维的矢量场示意图，虽然准确，但缺乏现代教材中那种富有启发性的三维动态渲染效果，使得初学者很难在脑海中构建出电磁场在空间中真实运动的画面感。对于需要快速掌握核心概念的工程师而言，可能会觉得某些地方的赘述拖慢了学习进度，急需一个“精简版摘要”来提炼关键。

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这本书的排版和装帧质量非常高，纸张厚实，印刷清晰，这在动辄翻阅几十次的专业书籍中确实是一个加分项。我喜欢它在每章末尾设置的“思考题”，这些题目往往不是简单的代入公式计算，而是要求对物理现象进行深入的定性分析或复杂的跨章节综合应用。有一道关于黑体辐射与电磁波谱的联系的思考题，就让我重新审视了热力学和电磁学之间的深刻联系。但是，不得不提的是，这本书在处理现代通信领域，如电磁兼容性（EMC）和电磁屏蔽的最新进展方面，内容更新略显滞后。它对经典的传输线理论和辐射问题覆盖得密不透风，但对于高频下的寄生效应、串扰分析等当前工程师的痛点问题，提供的信息量相对有限，显得有些“年代感”。对于追求前沿技术的读者来说，可能需要将它与近期的期刊论文相结合阅读。

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我发现这本书最独特之处在于它对“波动性”这一核心概念的贯彻始终。从静电场和静磁场的不稳定状态，到平面波在自由空间中的完美传播，再到非均匀介质中的散射问题，作者始终围绕着电磁场如何随时间和空间变化这一主线来组织内容。这种结构上的严谨性使得知识体系非常连贯，一旦前期基础打牢，后续章节的理解会越来越顺畅。然而，这种高度的连贯性也要求读者必须按部就班，跳着读几乎是天方夜谭。我尝试跳过关于坡印廷矢量在导波管中应用的章节直接去看天线阵列理论，结果发现对相控阵的馈电网络理解得一知半解，因为缺少了对波导模式的深入理解作为铺垫。总而言之，这是一部需要投入大量时间沉淀、绝不能速成的“内功心法”，它塑造的是一个扎实的电磁场理论家，而不是一个速成的应用工程师。

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这本书在电磁场理论的深度上是无可挑剔的，它更像是一本面向研究生或资深研究人员的参考手册，而非入门教材。我尤其赞赏它对“场”的概念是如何通过积分形式和微分形式进行相互印证的阐述。作者巧妙地利用了矢量分析中的散度和旋度来描述场的源和环流特性，这种统一的视角极大地巩固了我对法拉第电磁感应定律和安培环路定律的理解。但正是这种极致的理论深度，使得我在尝试用它来解决实际工程问题时，总感觉隔了一层厚厚的玻璃。例如，当需要设计一个微带线时，书中给出的准静态近似解法虽然严谨，但涉及到实际的线宽、介电常数对特征阻抗的影响曲线时，书本提供的解析结果总是和商业仿真软件（如HFSS）跑出来的结果存在细微偏差，这让我不得不花费大量时间去寻找额外的文献资料来弥补这种“理论与实践的鸿沟”。这本书教你如何“知道”，但不太直接教你如何“做到”。

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