具体描述
《高级电磁场理论与应用》 书籍简介 引言：超越电路，深入场域的本质 在现代工程与科学的宏大图景中，电磁现象是构建一切电子、通信、能源系统的基石。如果说基础电路分析为我们提供了理解电流、电压、电阻的实用工具，那么《高级电磁场理论与应用》则带领读者深入到这些现象的根源——电磁场。本书并非对传统电路理论的简单延伸，而是致力于构建一个从麦克斯韦方程组出发，贯穿静态场、动态场，直至复杂电磁波传播和散射的完整理论框架。它旨在培养读者对电磁现象背后物理原理的深刻洞察力，使之能够应对超高频、微波乃至光频范围内的设计与分析挑战。 第一部分：静电场与静磁场的基础重构 本书的开篇，着重于对静电学和静磁学的严谨复习与深化。我们不再仅仅满足于库仑定律或毕奥-萨伐尔定律的直接应用，而是将焦点放在场的概念上。 1.1 矢量分析的基石：微分算子与场描述 本章首先回顾了三维空间中的关键矢量算子：梯度（Gradient）、散度（Divergence）和旋度（Curl）。这些算子是描述场空间分布和变化的关键数学语言。我们详细探讨了直角坐标系、圆柱坐标系和球坐标系下的算子表达，并引入了拉普拉斯方程 ($
abla^2 V = 0$) 和泊松方程 ($
abla^2 V = -
ho/epsilon$)，强调了它们在求解静电势分布中的核心地位。 1.2 静电场的边界条件与唯一性定理 对于实际工程问题，导体、电介质的界面处理至关重要。本章深入分析了电场强度 ($mathbf{E}$) 和电位移矢量 ($mathbf{D}$) 在理想导体表面、不同介质交界面上的连续性和跳变关系。特别地，唯一性定理的证明，奠定了基于边界条件的数值求解方法（如有限元法的基础）。 1.3 磁场的向量势与安培定律的广义表达 在静磁场部分，我们引入了磁矢量势 ($mathbf{A}$)，作为对磁感应强度 ($mathbf{B}$) 的更基础描述，其优势在于自动满足 $
abla cdot mathbf{B} = 0$ 的约束。安培定律在无位移电流情况下的应用，被拓展到求解复杂几何结构中磁场的分布，重点讨论了磁介质中的磁化强度 ($mathbf{M}$) 和磁场强度 ($mathbf{H}$) 之间的本构关系。 第二部分：时变场与麦克斯韦方程组的统一 本书的核心驱动力在于将静态场理论统一到动态场理论中，这是电磁学从描述静态现象跃升至描述波动现象的关键一步。 2.1 法拉第电磁感应定律与麦克斯韦-法拉第方程 本章详尽阐述了法拉第定律的积分形式和微分形式。特别关注了“动生电动势”和“感生电动势”的区别，并深入探讨了磁通量随时间变化率如何产生循环的电场 ($
abla imes mathbf{E} = -partial mathbf{B} / partial t$)。 2.2 麦克斯韦-安培定律与位移电流的引入 引入麦克斯韦对安培定律的修正——位移电流 ($epsilon partial mathbf{E} / partial t$)，这是理解电磁波成因的决定性步骤。通过分析一个充气电容器充电过程，清晰展示了位移电流在保持电荷守恒（即方程组的相容性）中的不可替代性。 2.3 麦克斯韦方程组的完备形式及其物理意义 我们将上述四个方程（高斯定律、法拉第定律、安培-麦克斯韦定律、高斯磁定律）组合成完整的矢量形式，并详细剖析每个方程在描述电荷运动、场相互转化、场源产生和磁场无源性方面的物理意义。 第三部分：电磁波的传播与辐射 基于时变场理论，本书转向探讨电磁波的产生、传播特性以及能量传输机制。 3.1 导引波动方程的推导与平面波分析 通过对麦克斯韦方程组进行矢量运算，我们推导出了均匀、无源介质中的波动方程。针对均匀平面波，我们详细分析了其相速、群速、波阻抗等特性。特别强调了 $mathbf{E}$ 场、$mathbf{H}$ 场和传播方向 $mathbf{k}$ 之间的正交关系，以及坡印廷矢量 ($mathbf{S} = mathbf{E} imes mathbf{H} / mu_0$) 在描述电磁能量流中的核心作用。 3.2 复杂介质中的波传播 本章超越了理想真空或无损介质，深入研究了电导率不为零的介质（如导体）中的波传播。我们引入了传播常数 ($gamma = alpha + jeta$)、衰减常数 ($alpha$) 和相位常数 ($eta$)，解释了趋肤深度（Skin Depth）现象，并分析了低频和高频下电磁波在导体中的行为差异。 3.3 反射、折射与边界值问题 当电磁波遇到不同介质界面时，会发生反射和透射。本书详细推导了基于菲涅耳公式的垂直入射和斜入射条件下的反射系数和透射系数，并结合史托克斯定律分析了特定极化波的响应，为理解光纤通信和雷达散射奠定理论基础。 第四部分：导引结构与辐射系统 本部分将理论应用于实际的工程结构，重点关注能量的有效引导和空间辐射。 4.1 传输线理论的场论基础 传输线（如同轴线、微带线）被视为波导的低频近似。本章从场论角度重新审视传输线上的电压、电流，推导了著名的赫兹（Telegrapher's）方程，并利用史密斯圆图（Smith Chart）作为解决阻抗匹配和驻波比（VSWR）问题的图形化工具。 4.2 模式分析：波导的横向电场（TE）和横向磁场（TM） 对于金属腔体波导（如矩形波导），我们分析了截止频率、导引波长和模态（$TE_{mn}, TM_{mn}$）。重点讨论了工作在主模下的波导色散特性和功率传输能力，以及波导的衰减机制。 4.3 天线基础理论：辐射与接收 本书的收官部分转向电磁波的辐射源——天线。我们从电流元（Hertzian Dipole）开始，推导其远场辐射方向图和总辐射功率。接着，详细分析了半波长偶极子天线和小型环形天线的特性，引入了天线的有效面积、增益和输入阻抗等关键性能参数。 总结与展望 《高级电磁场理论与应用》的核心价值在于其严谨的数学推导和与实际物理现象的紧密结合。它要求读者具备扎实的微积分和矢量分析基础，目标是使工程师和研究人员能够独立分析和设计高频电路、微波器件、通信系统以及电磁兼容性（EMC）问题。本书不仅是理论的殿堂，更是通往射频与微波工程实践的坚实桥梁。
作者简介
目录信息
读后感
评分
评分
评分
评分
评分
用户评价
评分
评分
评分
评分
评分
相关图书
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2026 book.quotespace.org All Rights Reserved. 小美书屋 版权所有