电磁场与电磁波/21世纪高等院校信息与通信工程规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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法林，申宁，张延冬 等 著

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• 电磁场与电磁波
• 电磁理论
• 信息与通信工程
• 高等教育
• 教材
• 物理学
• 电子工程
• 通信工程
• 电磁兼容
• 微波技术

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115293220

版次：1

商品编码：11155689

包装：平装

开本：16开

出版时间：2013-01-01

用纸：胶版纸

页数：212

字数：360000

内容简介

　　《21世纪高等院校信息与通信工程规划教材：电磁场与电磁波》介绍电磁场与电磁波的基本规律、基本概念和一些基本的分析、计算方法，帮助学生学会分析、解决一些实际的工程电磁场与电磁波问题。在保持电磁场与电磁波基础理论的系统性、完整性的基础上，加强数学理论知识的讲述，力求对基本概念、基本方法讲深、讲透。这本书注重教学内容和实际应用相结合，调整课程章节结构，丰富物理概念知识，摒弃多余学时的内容，充实例题习题内容，利于学生学习。
　　《21世纪高等院校信息与通信工程规划教材：电磁场与电磁波》可作为普通高等院校通信工程、电子信息工程、电子科学与技术、电气工程及其自动化等专业的本科生教材，也可供从事电波传播、射频技术、微波技术、电磁兼容技术以及地球物理的科研和工程技术人员参考。

目录

第1章 矢量分析
1.1 标量场和矢量场
1.1.1 标量
1.1.2 矢量
1.1.3 标量场和矢量场
1.2 矢量运算
1.2.1 矢量加法
1.2.2 矢量减法
1.2.3 标量和矢量乘积
1.2.4 两矢量的标量积
1.2.5 两矢量的矢量积
1.2.6 矢量三重积
1.3 3种正交坐标系
1.3.1 直角坐标系
1.3.2 圆柱坐标系
1.3.3 球坐标系
1.4 矢量在不同坐标系中的变换
1.4.1 圆柱坐标系与直角坐标系间的变换
1.4.2 球坐标系与直角坐标系间的变换
1.5 标量场的梯度
1.5.1 方向导数
1.5.2 梯度
1.6 矢量场的散度
1.6.1 矢量场的矢线
1.6.2 通量
1.6.3 散度
1.6.4 散度定理
1.7 矢量场的旋度
1.7.1 矢量场的环量
1.7.2 矢量场的旋度
1.7.3 斯托克斯定理
1.8 亥姆霍兹定理
本章小结
习题

第2章 静态电场
2.1 电荷与电流
2.1.1 电荷与电荷密度
2.1.2 电流与电流密度
2.1.3 电流连续性方程
2.2 库仑定律和电场强度
2.2.1 库仑定律
2.2.2 电场强度
2.3 真空中的静电场
2.3.1 真空中静电场的高斯定理及其应用
2.3.2 静电场的环路定理
2.4 电介质中的静电场
2.4.1 电介质的极化
2.4.2 电介质中静电场的基本方程
2.4.3 电介质的本构关系
2.4.4 静电场的边界条件
2.5 电位
2.5.1 电位和电位差
2.5.2 电位的微分方程
2.5.3 电位的边界条件
2.6 电容 电场能量 电场力
2.6.1 导体系统的电容
2.6.2 静电场的能量
2.6.3 电场力
2.7 恒定电场
2.7.1 恒定电场的基本方程、传导特性和边界条件
2.7.2 弛豫时间
2.7.3 恒定电场与静电场的比拟
本章小结
习题

第3章 恒定磁场
3.1 磁感应强度
3.1.1 安培定律
3.1.2 磁感应强度
3.2 真空中恒定磁场的基本方程
3.2.1 磁通连续性方程
3.2.2 安培环路定律
3.3 矢量磁位
3.4 磁偶极子
3.5 磁介质中恒定磁场的基本方程
3.5.1 磁介质的磁化及磁化强度
3.5.2 磁介质中磁场的基本方程
3.6 恒定磁场的边界条件
3.6.1 磁感应强度B的边界条件
3.6.2 磁场强度H的边界条件
3.7 标量磁位
3.8 电感
3.8.1 自感
3.8.2 互感
3.9 磁场能量和磁场力
3.9.1 磁场能量
3.9.2 磁场力
本章小结
习题

第4章 静态场的边值问题
4.1 格林定理
4.2 唯一性定理
4.3 分离变量法
4.3.1 直角坐标系中的分离变量法
4.3.2 圆柱坐标系中的分离变量法
4.3.3 球坐标系中的分离变量法
4.4 镜像法
4.4.1 点电荷对导体平面的镜像
4.4.2 点电荷对介质平面的镜像
4.4.3 点电荷对导体球面的镜像
4.4.4 线电荷对导体圆柱的镜像
本章小结
习题

第5章 时变电磁场
5.1 法拉第电磁感应定律
5.1.1 动生电动势
5.1.2 感生电动势
5.1.3 时变磁场中的运动回路
5.2 位移电流
5.3 麦克斯韦方程组
5.4 时变电磁场的边界条件
5.4.1 H的边界条件
5.4.2 E的边界条件
5.4.3 B的边界条件
5.4.4 D的边界条件
5.4.5 两种特殊情况下边界条件的讨论
5.5 坡印廷定理和坡印廷矢量
5.6 波动方程
5.7 动态矢量位和标量位
5.7.1 矢量位和标量位
5.7.2 位函数的波动方程
5.7.3 磁偶极子的应用举例
5.8 时谐电磁场
5.8.1 时谐量的复数表示
5.8.2 复数形式的麦克斯韦方程
5.8.3 复数形式的波动方程——亥姆霍兹方程
5.9 平均坡印廷矢量
本章小结
习题

第6章 正弦平面电磁波
6.1 理想介质中的均匀平面波
6.2 平面波的极化
6.3 导电媒质中的均匀平面波
6.3.1 导电媒质中平面电磁波的传播特性
6.3.2 弱导电媒质和强导电媒质
6.3.3 电磁波场的衰减及度量单位
6.4 对平面分界面的垂直入射
6.4.1 对理想导体平面的垂直入射
6.4.2 对两种导电媒质分界面的垂直入射
6.5 对平面分界面的斜入射
6.5.1 对理想导体平面的斜入射
6.5.2 对理想介质分界面的斜入射
6.5.3 全反射和无反射
6.6 电磁波的相速和群速
6.6.1 相速与群速
6.6.2 群速和相速的关系
本章小结
习题

附录A 常用矢量公式
附录B 梯度、散度、旋度和拉普拉斯算符展开式
附录C 电磁量单位
习题答案
参考文献

前言/序言

《新编电磁场与电磁波》 一、 本书特色与定位 《新编电磁场与电磁波》是一本面向21世纪高等院校信息与通信工程专业学生精心打造的教材。本书在继承经典电磁场理论精髓的基础上，紧密结合当前信息与通信技术发展的最新动态和前沿趋势，力求以清晰的逻辑、严谨的推导、丰富的实例和现代化的教学手段，帮助读者构建扎实的电磁场与电磁波理论基础，并深刻理解其在现代通信系统中的核心作用。 本书的突出特色在于： 理论与实践紧密结合： 在系统阐述麦克斯韦方程组及其应用的同时，高度重视理论知识向实际工程问题的转化。通过大量精心挑选的通信系统实例，如微带线、波导、天线、射频电路等，直观地展现电磁场与电磁波理论的工程应用价值。 循序渐进，逻辑严谨： 内容组织遵循从静态场到动态场，从基本概念到复杂应用的逻辑顺序。首先从静电场和静磁场入手，逐步过渡到变化的电磁场和电磁波的产生与传播，再深入讲解电磁波与物质的相互作用以及在工程中的具体体现。每章都力求前后呼应，构建完整的知识体系。 强调物理图像与直观理解： 除了必要的数学推导，本书非常注重培养读者的物理直观性。通过生动的比喻、形象的图示和深入的剖析，帮助读者理解抽象的电磁现象，例如电场线的性质、磁感线的意义、涡旋电场的产生机制、电磁波的能量流动等，从而克服学习难点。 紧扣时代发展，突出前沿性： 关注信息与通信工程领域的发展趋势，适当引入与当前热门技术相关的概念，如电磁兼容性（EMC）、微波器件、光波导等，为读者后续深入学习相关专业领域打下坚实基础。 丰富的习题与参考资料： 每章末均配有不同难度层次的习题，旨在巩固课堂所学，锻炼分析解决问题的能力。部分习题设计具有一定的挑战性，鼓励学生进行更深入的思考和探索。同时，提供推荐的进一步阅读文献，引导学生拓展知识边界。 本书的目标读者是高等院校信息与通信工程、电子信息工程、通信工程、电磁场与微波技术等相关专业的本科生。对于希望深入理解现代通信技术底层原理的研究生，以及从事相关领域的工程师，本书亦可作为重要的参考读物。 二、 内容概述 本书内容涵盖了电磁场与电磁波理论的经典框架，并融入了现代工程应用的视角，主要包括以下几个部分： 第一部分：静电场 绪论： 简要介绍电磁场与电磁波在现代科技和社会发展中的重要地位，回顾电磁学发展的历史脉络，并阐述本书的学习目标和内容安排。 静电场强度与电势： 介绍库仑定律、电场强度、电场强度叠加原理。深入探讨电场线与高斯定律，理解电场强度与电势的关系，包括电势差、等势面以及电势的叠加原理。重点讲解几种典型电荷分布（点电荷、线电荷、面电荷、体电荷）产生的静电场和电势的计算方法，以及一些重要的电场概念，如电偶极子。 静电场的散度和旋度： 引入散度的概念，通过高斯定律解释电场线的“源”和“汇”的物理意义，并推导散度定理。引入旋度的概念，阐述静电场是无旋场，并理解旋度在描述场线是否闭合方面的作用。 导体与电介质中的静电场： 详细分析导体在静电场中的特性，如静电平衡、导体内的场强和电势、导体表面的电荷分布等。引入电介质的概念，讲解极化现象（电偶极子极化、离子极化、电子极化），并定义电位移矢量，推导电位移矢量在电介质边界上的连续性条件。 静电场的能量： 讲解静电场能量的定义、计算方法，以及单位体积内的电场能量密度。讨论静电场的能量守恒原理。 第二部分：静磁场 稳恒磁场强度与磁感应强度： 介绍毕奥-萨伐尔定律，计算稳恒电流产生的磁场。讲解安培环路定律，掌握求解电流产生的磁场的方法。深入分析磁场强度与磁感应强度的关系，并引入磁矢势的概念，作为求解磁场的另一种途径。 磁场中的力： 讲解载流导线在磁场中受力（安培力）和带电粒子在磁场中受力（洛伦兹力）的规律，这是理解电磁相互作用的基础。 磁场中的能量： 类似静电场，讲解稳恒磁场能量的计算和能量密度，以及磁场能量守恒。 第三部分：变化的电磁场 法拉第电磁感应定律： 讲解变化的磁场如何产生电场（感应电场），介绍法拉第电磁感应定律和楞次定律，深入分析动生电动势和感生电动势的区别与联系。 麦克斯韦方程组： 这是本书的核心内容之一。系统地推导和阐述了麦克斯韦方程组的四个基本方程（高斯定律、磁场的高斯定律、法拉第电磁感应定律、安培-麦克斯韦定律），包括它们的物理意义、数学形式以及在不同介质中的具体表达式。强调其统一性和完备性，是描述宏观电磁现象的基石。 电磁场与电磁波的产生： 在麦克斯韦方程组的基础上，推导出电磁波存在的理论依据。深入分析变化的电荷和电流如何激发电磁场，以及电磁场如何以波的形式在空间传播，形成电磁波。 第四部分：电磁波的传播 平面电磁波： 详细分析在无源、均匀、各向同性介质中传播的平面电磁波的特性，包括其波的形成、传播方向、振幅关系、相速度、波阻抗等。讲解电磁波的能量和动量。 电磁波的反射与折射： 探讨电磁波在不同介质界面上的反射和折射现象。推导菲涅耳方程，分析全反射和斯涅尔定律，理解惠更斯原理在解释波的传播和衍射中的应用。 导行电磁波： 引入导波的概念，讲解在有界结构（如传输线、波导）中传播的电磁波。重点分析理想传输线（集总参数模型）的特性阻抗、传播常数、驻波等概念，为理解微带线、同轴电缆等打下基础。介绍矩形和圆柱形波导的传播模式（TE、TM、TEM模式），分析其截止频率和传播特性。 电磁波的吸收、散射与衍射： 讨论电磁波在介质中的衰减（吸收），以及电磁波遇到障碍物时的反射、透射、散射和衍射现象，这对于理解雷达、光学成像等应用至关重要。 第五部分：电磁场与电磁波的应用 天线基础： 介绍天线的基本概念，如辐射体、方向图、增益、极化等。分析基本天线单元（如振子天线、偶极子天线、单极子天线）的辐射原理和特性。 射频与微波电路基础： 简要介绍射频和微波电路的基本组成和特性，如匹配网络、功率分配器、耦合器等。将电磁场理论与具体的电路实现联系起来。 电磁兼容性（EMC）初步： 引入电磁兼容性的概念，阐述电磁干扰（EMI）和电磁敏感性（EMS）的基本原理，以及在设计中需要考虑的EMC问题，这对现代电子产品的可靠性设计至关重要。 光学波导基础（选讲）： 简要介绍光纤、集成光波导等作为信息传输介质的原理，展示电磁波理论在光通信领域的应用。 三、 学习建议 扎实数学基础： 电磁场与电磁波理论高度依赖微积分、矢量分析、复数等数学工具。在学习过程中，请务必回顾和巩固相关的数学知识。 注重物理图像： 抽象的公式背后是具体的物理现象。尝试通过想象场线、能量流动等方式来理解概念，有助于克服抽象思维的困难。 勤于练习： 每章后的习题是检验学习成果、加深理解的最佳途径。务必认真完成，遇到困难及时查阅资料或与同学、老师讨论。 联系实际： 尝试将书本上的理论与现实生活中的通信设备、电磁现象联系起来，例如手机信号、电视信号、微波炉等，会使学习过程更加有趣和有意义。 拓展阅读： 对于感兴趣的章节或应用领域，可以查阅相关的文献资料，了解最新的研究进展和工程实践。 四、 结语 《新编电磁场与电磁波》旨在为信息与通信工程领域的莘莘学子搭建一座坚实的理论桥梁。我们相信，通过对本书内容的深入学习和理解，读者不仅能够掌握电磁场与电磁波的核心理论，更能深刻体会其在现代科技发展中的重要价值，为未来在信息与通信领域取得成就打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，在翻开《电磁场与电磁波》之前，我对这个领域的想象仅限于“无线电信号”这种模糊的概念。然而，这本书的出现，彻底颠覆了我固有的认知，也为我打开了一扇全新的世界。书中在论述波的传播特性时，采用了非常系统化的方法。它不仅仅停留在定义和公式的层面，而是花了大量篇幅去探讨各种传播媒介的影响，例如在不同介质中的折射、反射、衍射现象，以及这些现象如何影响信号的传输质量。书中的例子也相当贴切，比如对光纤通信中光信号衰减的解释，以及对电磁波在自由空间传播时受到的衰减机制的分析，都让我对我们日常生活中无处不在的无线通信有了更深刻的理解。更让我惊喜的是，书中还涉及了一些关于电磁兼容性的初步讨论，虽然篇幅不长，但却让我意识到了电磁波在实际应用中需要考虑的诸多挑战，比如不同设备之间产生的电磁干扰问题，以及如何进行屏蔽和滤波。这部分的介绍，对于我以后在实际工程中设计和开发产品，无疑具有非常重要的指导意义。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，一本好的教材，不仅要传授知识，更要引导思维。《电磁场与电磁波》这本书在这方面做得尤为出色。在探讨不同电磁现象时，它并没有仅仅罗列事实，而是引导我们去思考“为什么”。例如，在解释电磁波的辐射机理时，书中的内容不仅仅是给出公式，更会从电荷的加速运动出发，层层递进地解释能量是如何以电磁波的形式向外传播的。这种“溯源”式的讲解方式，让我能够更深刻地理解电磁波产生的根本原因，而不是仅仅停留在现象的层面。而且，书中在引入新的概念时，往往会将其置于一个更宏观的背景下，与其他相关概念进行对比和联系。比如，在讲解电位和磁位时，它会将其与电场强度和磁感应强度进行比较，指出它们之间的异同，以及各自在分析问题时的优势。这种“体系化”的教学方法，帮助我构建起了一个完整的知识框架，让我能够更清晰地认识到各个知识点之间的内在联系，而不是孤立地记忆。

评分☆☆☆☆☆

这本《电磁场与电磁波》教材，对于我这个初次接触信息与通信工程领域的学生来说，无疑是一份沉甸甸的知识宝库。我尤其欣赏它在概念的引入上所花费的心思。书中的每一章都从最基础的物理定律出发，循序渐进地构建起复杂的理论体系。例如，在讲解麦克斯韦方程组时，作者并没有直接抛出微分形式，而是先通过对高斯定律、安培定律等基本定律的深入剖析，以及对电场和磁场相互关系的直观描述，让读者逐步理解其内在逻辑。这种“由浅入深”的处理方式，极大地降低了学习的门槛，让我这个理工科背景不那么深厚的读者也能逐步跟上思路。而且，教材中大量的插图和示意图，对于理解抽象的电磁现象起到了至关重要的作用。那些描绘电场线、磁力线分布的图形，以及表示波传播方向和偏振状态的示意图，都比单纯的文字描述更加生动形象，能够帮助我们建立起对物理世界的直观感知。我个人最喜欢的是书中对现实世界中电磁现象的案例分析，比如无线通信、雷达技术的原理介绍，这些都让枯燥的理论知识变得鲜活起来，让我看到了理论联系实际的可能性，也更加激发了我深入学习的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最直观的感受就是它的“前沿性”和“实用性”。在阅读过程中，我能明显感受到作者在编撰时，紧密结合了当前信息与通信工程领域的最新发展动态。例如，书中在介绍天线理论时，并没有仅仅停留在经典的偶极子天线，而是深入探讨了一些新型天线的设计原理，以及它们在现代通信系统中的应用。这让我看到了电磁场与电磁波知识在实际工程中的活力。此外，书中在讲解电磁波在复杂环境下的传播问题时，也考虑了现实世界中的各种因素，例如多径效应、阴影衰落等，并提出了相应的解决方法。这让我意识到，在实际的通信系统设计中，仅仅掌握理论知识是远远不够的，还需要考虑如何克服这些实际的传播障碍。这种“接地气”的讲解方式，让我觉得这本书不仅是一本教科书，更像是一位经验丰富的工程师在分享他的实践智慧，对于即将进入工程实践的我来说，其价值不言而喻。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对理论推导有着天然亲近感的人，《电磁场与电磁波》这本书在数学模型的构建和公式的严谨性方面，给了我极大的满足感。它在讲解过程中，并没有回避复杂的数学工具，而是将它们巧妙地融入到物理概念的阐释中。例如，在介绍矢量分析时，作者非常细致地讲解了散度、旋度等算子的物理意义，以及它们在电磁场描述中的作用。这种清晰的数学逻辑，让我能够更好地理解电磁场的变化规律。而对于像亥姆霍兹方程这样的核心方程，书中的推导过程也非常详尽，每一个步骤都清晰可见，让我能够追溯其源头，理解其形成的逻辑。更值得称赞的是，书中在给出理论结论后，往往会紧随其后的给出一些具体的应用实例，用以验证理论的正确性和实用性。比如，在推导完电磁波的波动方程后，书中会立即结合一个简单的例子，例如一个点电荷产生的电磁波，来展示如何利用这些方程进行计算和分析。这种理论与实践相结合的方式，不仅巩固了我对抽象概念的理解，也让我对数学在物理学中的强大力量有了更深刻的认识。