Research Topics in Electromagnetic Wave Theory pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Jin Au Kong

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1981-05

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471087823

丛书系列:

图书标签:

• 电磁波理论
• 电磁学
• 微波技术
• 天线
• 传播
• 数值方法
• 材料电磁特性
• 生物电磁
• 射频电路
• 电磁兼容性

《经典电磁学原理与应用：从麦克斯韦方程组到现代工程实践》 书籍简介 本书旨在为物理学、电子工程、通信工程及相关领域的学生、研究人员和专业工程师提供一本全面、深入且极具实践指导意义的经典电磁学教材。我们聚焦于电磁现象的基本原理，从麦克斯韦方程组的严谨推导出发，系统地阐述了电磁场理论在静态、稳态和动态条件下的精确描述与应用，并将其无缝衔接到现代工程设计的前沿领域。 第一部分：电磁场基础与麦克斯韦理论的构建 本书的开篇部分奠定了坚实的理论基石。我们首先回顾了电荷、电流、电场和磁场的宏观描述，引入了矢量分析和偏微分方程的基础工具，确保读者对后续内容有必要的数学准备。 第一章：静电场与电势 详细探讨了库仑定律、高斯定律的积分与微分形式，重点分析了电荷分布产生的电场强度和电势分布。通过拉普拉斯方程和泊松方程的求解，我们深入分析了导体、介质中的静电平衡态，并引入了边界条件分析，这是理解电磁设备工作特性的关键。 第二章：静磁场与安培定律 本章聚焦于稳恒电流产生的磁场。从毕奥-萨伐尔定律出发，推导了安培环路定律，并将其应用于计算各种几何形状（如无限长导线、螺线管、环形电流）的磁感应强度。我们详尽讨论了磁介质（铁磁体、抗磁体、顺磁体）的磁化过程，并引入了磁矢量势 $mathbf{A}$ 作为求解复杂静磁场问题的替代方法。 第三章：时变电磁场与麦克斯韦方程组的统一 这是全书的核心理论支柱。本章从法拉第电磁感应定律和麦克斯韦修正的安培定律（引入位移电流 $partial mathbf{D}/partial t$）出发，完整地推导并阐释了麦克斯韦方程组在任意介质中的四个微分形式和积分形式。我们详细分析了场的守恒性、源项的物理意义，并探讨了在不同参考系下（如洛伦兹变换的初步接触）方程形式的协变性。 第二部分：电磁波的传播与辐射 在构建了麦克斯韦方程组之后，本书将理论焦点转向电磁波的产生、传播特性及其能量传输。 第四章：无源均匀介质中的平面电磁波 本章专门处理电磁波在理想均匀、各向同性和无损耗介质中的传播。推导了亥姆霍兹方程，并求解了平面波的相速、波长、特性阻抗等关键参数。深入讨论了波的极化——包括线极化、圆极化和椭圆极化，并分析了波的衰减常数和相位常数。 第五章：波的反射、折射与导引 本章是电磁波与边界相互作用的基础。详细分析了电磁波在不同材料界面上的菲涅耳系数，阐明了斯涅尔定律在电磁学中的体现，并区分了电场平行于入射面（TM）和磁场平行于入射面（TE）的反射和透射特性。随后，引入了全内反射现象，并将其自然引向波导理论。 第六章：导波理论与传输线 本章将理论应用于实际的传输结构。从分析平行板波导（Parallel Plate Waveguide）的截止频率和模式（TEM, TE, TM）入手，逐步推广到更复杂的矩形和圆柱形波导。对传输线理论，我们使用集总元件模型和分布参数模型（电压电流关系），详细分析了特性阻抗、反射系数、驻波比（VSWR）以及史密斯圆图（Smith Chart）在阻抗匹配中的应用，这对于射频电路设计至关重要。 第七章：电磁场的能量、功率与平均值 为量化电磁波的传输效率，本章引入了坡印廷矢量（Poynting Vector） $mathbf{S}$，用于描述电磁场的能量流密度。讨论了功率的瞬时值、平均值以及功率耗散，为后续的辐射计算提供了能量基础。 第三部分：辐射与散射 本书的最后部分将理论提升到天线和散射体的分析层面，连接了纯理论与实际的电磁兼容（EMC）和遥感应用。 第八章：电磁辐射基础 从矢量势的推导出发，重点分析了电磁波的辐射源——加速电荷。详细推导了电偶极子（如 $lambda/2$ 天线）的远场辐射方向图和辐射功率，并解释了磁偶极子和缝隙天线的辐射特性。 第九章：大型天线与阵列 本章探讨了复杂天线系统的设计，包括振子长度对辐射特性的影响，以及多天线单元组成的阵列（Array）如何通过相位控制实现波束赋形（Beamforming），这是现代通信系统的核心技术。 第十章：电磁散射与互作用 本章概述了电磁波与不规则物体相互作用的理论基础。通过瑞利散射和米氏散射的定性分析，解释了不同尺度物体对电磁波的反射和吸收机制，为雷达截面积（RCS）的初步理解奠定基础。 总结与展望 本书的编写始终坚持从物理直觉出发，结合严格的数学推导，并辅以大量的工程实例和习题，旨在帮助读者建立起对电磁场理论的深刻理解，使其能够自信地应对从微波工程到光通信等广泛领域中的电磁问题。本书不仅是理论学习的阶梯，更是解决实际工程挑战的有力工具。

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这本关于电磁波理论研究主题的著作，着实让我眼前一亮，尤其是它对于基础概念的梳理和深入探讨，堪称教科书级别的典范。作者似乎对电磁场理论的历史脉络有着深刻的理解，从麦克斯韦方程组的建立到现代散射理论的发展，每一步的逻辑推演都显得水到渠成。我尤其欣赏其中对边界条件处理的细致入微，很多我过去在学习中感到模糊不清的地方，通过书中的详细推导和丰富的图示，豁然开朗。书中不仅仅是罗列公式，更注重物理图像的构建，比如对波导中模式传播特性的可视化描述，以及对天线辐射方向图的定性分析，都极大地增强了读者的直观感受。此外，作者在引入新概念时，总会巧妙地结合实际工程中的应用背景，使得原本抽象的数学描述变得有血有肉，例如在讨论电磁兼容性（EMC）问题时，书中引用的案例极具说服力，让我体会到理论与实践结合的紧密性。这本书的深度足以满足专业研究生的需求，但其清晰的叙事结构和循序渐进的讲解方式，也为高年级本科生搭建了一个坚实的理论平台，是案头常备的参考佳作，值得反复研读。

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我一直认为，好的专业书籍应该像一位耐心的导师，引导学生跨越认知的鸿沟。这本关于电磁波理论研究的著作，完美地展现了这种特质，尤其是在处理复杂数学模型时所展现出的耐心与清晰度令人称赞。书中对于时域有限差分法（FDTD）的推导和实施，堪称典范。它不仅详细展示了如何从麦克斯韦方程组离散化到具体的迭代公式，还深入探讨了稳定性、色散误差以及吸收边界条件（ABC）的设置，甚至包括了更高级的PML（Perfectly Matched Layer）的理论基础。这种对数值方法底层原理的深度挖掘，使得读者不再是被动地套用公式，而是能够理解算法的内在机制，从而在实际编程或仿真中做出更明智的决策。与一些偏重于应用案例展示的著作不同，本书将重心放在了“理论研究”本身，对波动方程的半解析解法、本征模分析等进行了细致的讲解，这些内容往往是初学者望而却步的难点。读完相关章节，我对如何从第一性原理出发构建一个可靠的电磁仿真工具有了全新的认识，这是一种知识的升华，而非简单的信息堆砌。

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这本书最吸引我的地方，在于它对电磁学中一些经典问题所提供的现代视角和最新进展的整合。例如，在讨论辐射和接收问题时，作者巧妙地引入了格林函数理论在非均匀介质中的应用，并着重阐述了模式展开法（Mode Expansion Method）在复杂结构（如光子晶体或波导耦合器）分析中的强大威力。这种超越传统教科书范围的覆盖面，使得它在“研究主题”这个定位上名副其实。我特别关注了其中关于电磁散射理论的几个章节，它们清晰地区分了雷达截面（RCS）计算中的几何光学、物理光学和几何理论散射（GTD）等不同近似方法的适用范围和精度限制，并在讨论高频近似时，引用了现代的波前跟踪技术作为补充。这种对不同尺度和不同近似层次的系统性梳理，极大地拓宽了我对散射物理本质的理解。此外，书中的排版和图示质量极高，那些复杂的矢量图和三维结构示意图，都准确无误地传达了作者想要表达的物理情景，阅读体验非常舒适，使得那些原本枯燥的理论推导过程也变得赏心悦目。

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我发现这本书在处理电磁波与物质相互作用的量子层面时，展现出了一种跨学科的视野。虽然主轴是经典电磁理论，但作者并未回避量子电动力学（QED）对光与物质相互作用的最新阐释，特别是关于单光子操控和零点能涨落对宏观电磁现象潜在影响的探讨。这种对基础物理前沿的适度涉猎，无疑提升了本书的研究层次和深度。书中对波传播的非线性效应，如自聚焦和自散焦现象的介绍，也十分到位，它不仅描述了非线性薛定谔方程的形式，更关键的是解释了光束在介质中传播时，折射率随光强变化的物理机制。这种由现象到机理再到数学模型的完整链条式解释，是高级理论著作的标志。总而言之，这本书像一座精心构建的知识殿堂，它既有坚实的基础奠基，又有面向未来的探索精神，适合那些渴望在电磁波理论领域深耕细作，并希望了解该领域最新研究方向和深层物理内涵的学者和高级学生。

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坦率地说，初次翻开这本书时，我对其广阔的“研究主题”范畴感到一丝敬畏，但阅读体验远比我想象的要流畅得多。这本书的组织结构非常巧妙，它没有陷入对单一技术细节的过度纠缠，而是采取了一种宏观与微观相结合的视角，带领读者探索电磁波理论中几个关键的“前沿地带”。例如，在介绍超材料（Metamaterials）及其负折射率现象时，作者并没有止步于介绍其结构，而是深入剖析了等效介电常数和磁导率的定义，并用清晰的数学工具阐述了等效介质理论的适用范围和局限性。更让我印象深刻的是关于逆散射问题（Inverse Scattering）的章节，它不仅概述了几种主流的迭代算法，还探讨了病态性（Ill-posedness）对实际求解的影响，这种对问题本质的揭示，远超出了普通教材的范畴。行文风格上，作者的语言精准而凝练，没有丝毫冗余，仿佛一位经验丰富的大师在与同行进行高水平的学术交流，每一个论断背后都有扎实的数学依据支撑，读来令人心悦诚服，对于希望在理论深度上有所突破的研究人员来说，这本书无疑是提供了丰富的思想火花和扎实的理论基石。

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