高等院校信息與通信工程係列教材：電磁場與電磁波 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張洪欣，瀋遠茂，韓寜南 著

圖書標籤:

• 電磁場與電磁波
• 電磁理論
• 信息與通信工程
• 高等教育
• 教材
• 物理學
• 通信工程
• 電子工程
• 電磁兼容
• 大學教材

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302298687

版次：1

商品編碼：11169609

品牌：清華大學

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2013-01-01

用紙：膠版紙

頁數：291

字數：479000

正文語種：中文

編輯推薦

　　《高等院校信息與通信工程係列教材：電磁場與電磁波》特色：
　　易教易學：係統闡述理論的同時，注重內容的實用性和可讀性，減少理論公式的繁雜數學推導，為公式賦予明確的物理含義，便於理解和運用。
　　前後銜接：強調知識內容和分析方法的前後連貫性，並妥善處理好與前期課程和後續課程的銜接關係。
　　認知規律：從認識和理解的規律編排內容，將數學工具工程化，將抽象問題形象化，將復雜問題簡單化，將孤立問題係統化，並打上作者理解的“標簽”。
　　層次分明：以“場”與“波”為主綫，以麥剋斯韋方程為紐帶，對各知識層次按照由淺入深、循序漸進的方式進行劃分，環環相扣，前後呼應。技術前沿介紹電磁科學領域的新進展，激發學習興趣，啓迪創新思想。

內容簡介

　　《高等院校信息與通信工程係列教材：電磁場與電磁波》以基本電磁現象的普遍規律為基礎，分析和闡述電磁場與電磁波的基本概念、原理及其基本應用，注重展現電磁場理論與微波技術領域的最新科技成果。全書共分9章，主要內容安排如下：
　　第1章介紹正交坐標係和矢量分析的基本方法、基本定理；第2章分析靜電場、恒定電場的基本方程及其性質，討論靜態電場的邊界條件，介紹電位、電偶極子、靜電場中的導體及電容、電場能量及電場力等；第3章分析恒定磁場的基本方程及其性質，討論恒定磁場的邊界條件，介紹矢量磁位、電感、磁場能量及磁場力等；第4章介紹靜態場的邊值問題，闡述鏡像法、分離變量法、有限差分法及其應用等；第5章以麥剋斯韋方程組為核心研究時變電磁場的性質，並分析其邊界條件，介紹坡印亭矢量、交變場的位等；第6章介紹平麵電磁波在無界媒質中的傳播，包括平麵波的性質、電磁波的極化、平麵波在良介質及良導體中的傳播特性等，並介紹時域有限差分法；第7章研究電磁波在理想導體錶麵、理想介質分界麵及導電媒質分界麵的反射和摺射，分析入射空間及透射空間場的性質，並介紹菲涅耳公式、人工電磁材料等；第8章介紹導行電磁波的種類、雙導體傳輸綫的性質，分析波導管中電磁場的分布規律、電磁波的傳播特性，介紹導波傳輸係統、諧振腔的基本應用及基片集成波導的概念；第9章介紹電磁波的輻射，包括電偶極子、磁偶極子輻射、電磁場的對偶性、對稱振子天綫的輻射特性、天綫基本參數及應用等。
　　《高等院校信息與通信工程係列教材：電磁場與電磁波》可以作為電子科學與技術、電子信息工程、通信工程、電磁場與無綫技術等專業的教材，也可供從事電波傳播、射頻技術、微波技術、電磁兼容技術的科研和工程技術人員參考。

作者簡介

　　張洪欣，北京郵電大學電子工程學院教授、博士生導師，電子工程學院學術委員會委員，通信與微波工程研究室主任。兼任國傢自然科學基金同行評議專傢、教育部學位與研究生教育發展中心評議專傢、中國電子學會DSP應用專傢委員會委員、北京電子電器協會電磁兼容分會委員、中國通信學會電磁兼容分會委員、中華預防醫學會自由基預防醫學專業委員會委員、北京市科學技術奬勵評審專傢、工信部科技人纔庫專傢、江蘇省科技計劃評審專傢、浙江省自然科學基金評議專傢、IET高級會員。長期從事無綫通信、信號與信息處理、微波工程與電磁兼容、生物電子等領域的教學和研究工作。先後開設“電磁場與電磁波”、“物理光學”、“計算電磁學的數值方法”、“生物電子學”、“通信原理”、“計算機原理”、“電路分析”、“數字電路技術”、“電工測量”等多門本科生及研究生課程。發錶學術論文140餘篇，其中SCI檢索20餘篇、E1檢索80餘篇。主持及主研國傢級、省部級及企業閤作科研項目30餘項。申請國傢發明專利5項，齣版著作2部，主審教材1部，編寫標準1部。獲得優秀論文奬5項、教學成果奬2項。

內頁插圖

目錄

緒論
第1章 矢量分析
1.1 矢量代數
1.1.1 標量和矢量
1.1.2 矢量的加法和減法
1.1.3 矢量的乘法
1.2 三種常用的坐標係
1.2.1 正交坐標係
1.2.2 直角坐標係
1.2.3 圓柱坐標係
1.2.4 球坐標係
1.3 標量場的梯度
1.3.1 標量場的等值麵
1.3.2 方嚮導數
1.3.3 梯度
1.4 矢量場的通量與散度
1.4.1 通量
1.4.2 散度
1.4.3 散度定理.
1.5 矢量場的環量與鏇度
1.5.1 環量
1.5.2 鏇度
1.5.3 斯托剋斯定理
1.6 無鏇場與無散場
1.6.1 無鏇場
1.6.2 無散場
1.7 拉普拉斯運算與格林定理
1.7.1 拉普拉斯運算
1.7.2 格林定理
1.8 亥姆霍茲定理
1.9 衝擊函數及其性質
習題

第2章 靜電場與恒定電場
2.1 庫侖定律與電場強度
2.1.1 庫侖定律
2.1.2 電場強度及其疊加原理
2.2 電場強度的通量和散度
2.2.1 電場強度的通量
2.2.2 電場強度的散度
2.3 電場強度的環量及鏇度
2.3.1 電場強度的環量
2.3.2 電場強度的鏇度
2.4 靜電場的電位函數
2.4.1 電場強度與電位函數
2.4.2 電位函數的錶達式
2.5 電偶極子
2.5.1 電偶極子的電位函數
2.5.2 電偶極子靜電場的電場強度
2.5.3 電偶極子靜電場的等位麵和電場綫
2.6 靜電場中的導體和介質
2.6.1 靜電場中的導體
2.6.2 靜電場中的介質
2.6.3 介質中電位移矢量的通量和散度
2.6.4 電位移矢量與電場強度的關係
2.7 泊鬆方程與拉普拉斯方程
2.8 靜電場的邊界條件
2.8.1 電位移矢量的法嚮邊界條件
2.8.2 電場強度的切嚮邊界條件
2.8.3 電位函數的邊界條件
2.9 導體係統的電容
2.9.1 雙導體及孤立導體的電容
2.9.2 多導體的電容係數與部分電容
2.10 靜電場的能量與靜電力
2.10.1 靜電場的能量
2.10.2 靜電場的能量密度
2.10.3 靜電力
2.11 恒定電場
2.11.1 電流與電流密度矢量
2.11.2 恒定電場的基本性質
2.11.3 恒定電場的邊界條件
2.11.4 靜電場比擬法與電導
2.11.5 損耗功率與焦耳定律
習題

第3章 恒定磁場
第4章 靜態場的邊值問題及其解法
第5章 時變電磁場
第6章 無界媒質中的均勻平麵波
第7章 均勻平麵波在分界麵的反射與摺射
第8章 導行電磁波
第9章 電磁輻射
附錄A 矢量基本運算公式
附錄B 洛倫茲規範
附錄C 無綫電頻段劃分
附錄D 常用導體材料的參數
附錄E 常用介質材料的參數
附錄F 常用物理常數
附錄G 維吸收邊界條件UPML的實現
附錄H 習題參考答案
參考文獻

前言/序言

電磁場與電磁波：從理論基石到前沿應用 圖書簡介 本教材深入淺齣地闡述瞭電磁場與電磁波的基本理論、核心概念及其在現代工程技術中的廣泛應用。全書內容組織嚴謹，邏輯清晰，旨在為學習者構建一個堅實而全麵的電磁學知識體係。本書的編寫緊密結閤物理學的基本原理與工程實踐的需求，特彆注重數學工具的應用和物理圖像的建立，確保讀者不僅掌握公式，更能理解現象背後的深刻物理內涵。 第一部分：靜電場與靜磁場基礎 (The Foundations of Electrostatics and Magnetostatics) 本部分是理解整個電磁場理論的基石。我們首先從庫侖定律和高斯定律入手，係統地構建瞭靜電場的描述框架。 靜電場基礎： 詳細介紹瞭標量電勢的概念及其與電場強度的關係，著重分析瞭有界和無界區域內電荷分布所産生的電場。特彆闢齣章節討論電介質的極化現象，解釋瞭電容和介質中場強分布的復雜性，並利用邊界條件處理瞭不同介質交界麵上的電場行為。 靜磁場基礎： 從畢奧-薩伐爾定律和安培環路定律齣發，引入瞭磁感應強度和磁場強度。對穩恒電流係統産生的磁場進行瞭係統的分析，包括長直導綫、無限平麵電流和螺綫管等典型模型的計算。 磁介質與磁位： 深入探討瞭磁性材料（順磁、抗磁、鐵磁）的物理特性，討論瞭磁化強度的概念。引入瞭磁標勢（磁矢量位）的數學描述，尤其是在無源區域的應用，便於簡化復雜幾何形狀下的磁場求解。 麥剋斯韋方程組的引入： 在介紹完穩恒場的基礎上，初步引齣瞭法拉第電磁感應定律和位移電流的概念，為過渡到動態場（電磁波）做好瞭理論鋪墊。 第二部分：時變電磁場與麥剋斯韋方程組 (Time-Varying Fields and Maxwell’s Equations) 本部分是全書的核心，標誌著從靜態場理論嚮動態場理論的飛躍。 麥剋斯韋方程組的完整形式： 詳細闡述瞭四個偏微分方程（含時變化項）的物理意義及其對電磁現象的完整描述能力。重點分析瞭非保守場的特性，即變化的磁場如何産生電場，變化的電場（位移電流）如何産生磁場。 電磁場的能量、功率與散度定理： 引入坡印廷（Poynting）矢量，精確描述瞭電磁能的流動方嚮和大小，這是分析電磁波傳播特性的關鍵工具。同時，利用散度定理闡述瞭電磁場在任意控製體上的能量守恒關係。 邊界條件與波導理論的初步接觸： 重新審視瞭電場、磁場在導體、理想電介質和磁介質界麵上的動態邊界條件，這些條件是分析電磁波在不同介質中反射、摺射和傳播的數學基礎。 第三部分：平麵電磁波的傳播 (Propagation of Plane Electromagnetic Waves) 本部分聚焦於最基礎、最理想化的電磁波模型——平麵波。 均勻介質中的平麵波： 從麥剋斯韋方程組推導齣齊次波動方程，並求解瞭在無源、無損耗（如真空或理想介質）情況下平麵波的相速度、波長和傳播常數。詳細分析瞭橫電磁波（TEM）的特性，即電場和磁場相互垂直且均垂直於傳播方嚮。 相量法與復數錶示： 引入相量法來處理正弦穩態場的分析，極大地簡化瞭偏微分方程的求解過程，使其轉化為代數方程組，這是工程分析中常用的高效工具。 波的損耗與色散： 深入討論瞭在有耗介質（如導體或具有電導率的介質）中平麵波的衰減特性，引入瞭衰減常數、復傳播常數以及趨膚深度的概念。討論瞭色散關係，即介質的特性（如介電常數、磁導率）如何依賴於波的頻率。 極化分析： 係統分類和分析瞭綫極化波、圓極化波和橢圓極化波的數學描述和物理特性，特彆是圓極化波的右鏇與左鏇區分。 第四部分：導引性電磁波與波導理論 (Guided Electromagnetic Waves and Waveguide Theory) 本部分將理論應用於實際的傳輸結構，是微波和射頻工程的基礎。 導體的特性與完美導體（PEC）的邊界條件： 再次強調瞭在理想導體錶麵上電場和磁場的特殊行為，這是設計波導和腔體的前提。 TEM 波在平行闆傳輸綫上的傳輸： 作為最簡單的導引結構，分析瞭TEM波的特性阻抗、模式截止頻率等參數，為理解更復雜的波導結構奠定基礎。 矩形波導理論： 詳細推導瞭在矩形金屬波導中可能存在的TE (橫電) 模式和TM (橫磁) 模式的特徵方程、電磁場分布和截止頻率。重點闡述瞭模式的互相關性、主模（Dominant Mode）的概念以及色散的特性。 導波的能量傳輸： 分析瞭波導中能量的有效傳輸機製，並討論瞭波導的特性阻抗的概念及其在電路匹配中的應用。 第五部分：輻射與天綫基礎 (Radiation and Antenna Fundamentals) 本部分探討瞭電磁場如何從結構中輻射到自由空間，並描述瞭輻射場的特徵。 輻射源的電磁場： 從矢量磁位和電磁矢量位齣發，推導瞭遠場近似下的輻射場錶達式。 振蕩電偶極子（赫茲偶極子）： 對最基本的輻射單元進行瞭詳細的數學分析，計算瞭其輻射功率、方嚮圖和輻射阻抗，這是理解所有復雜天綫輻射特性的起點。 基本天綫參數： 引入並詳細解釋瞭輻射強度、方嚮性、最大功率增益、有效麵積和輸入阻抗等關鍵天綫性能指標。 全書貫穿瞭從物理直覺到嚴格數學推導的過程，輔以大量的實例分析和工程背景介紹，旨在培養學習者獨立分析和解決電磁兼容（EMC）與射頻/微波設計問題的能力。

評分☆☆☆☆☆

評價一： 這本書的封麵設計就散發著一種嚴謹而又充滿魅力的學術氣息，我作為一個初入信息與通信工程領域的學生，最開始是被這股“科幻感”所吸引。拿到手後，它厚實的紙張和清晰的排版瞬間打消瞭我對“難啃”的固有印象。翻開第一章，作者用一種非常引人入勝的方式，將抽象的電磁場概念具象化，從生活中的靜電現象到廣播電視的傳播原理，層層遞進，仿佛在引領我一步步探索未知的宇宙。講解過程中，例題的選取非常巧妙，既有基礎的計算，又不乏對實際應用的拓展，讓我深切體會到理論與實踐的緊密聯係。我尤其喜歡書中對電磁波傳播機理的闡述，那種從麥剋斯韋方程組齣發，推導齣波動方程，再到分析電磁波在不同介質中的行為，整個過程邏輯嚴密，層層剝繭，雖然初讀時會有些吃力，但一旦理解透徹，那種豁然開朗的成就感是無與倫比的。書中大量的插圖和圖錶更是功不可沒，它們將復雜的概念可視化，讓那些原本枯燥的公式和定理變得生動有趣，極大地降低瞭學習門檻。我常常在深夜裏，伴著颱燈的光暈，沉浸在這本書的海洋中，感受著智慧的閃光。

評分☆☆☆☆☆

評價四： 這本書在內容編排上，我認為是非常有匠心獨運的。它並沒有像一些教材那樣，將所有內容一股腦地堆砌在一起，而是有條不紊，層層遞進。從最基礎的電荷、電場、磁場開始，逐步過渡到電磁場的動態行為，再到電磁波的産生、傳播和輻射。作者在講解每一個章節時，都會先點明本章的核心概念和學習目標，這對於我們這些需要快速掌握知識點的學生來說，非常有幫助。我尤其喜歡書中對電磁波的分類和特性分析的部分，對於不同頻率、不同介質下的電磁波傳播，都有細緻的闡述，這對於理解無綫通信、雷達等技術至關重要。書中還穿插瞭一些重要的曆史發展和人物介紹，例如麥剋斯韋和他的偉大貢獻，這不僅增加瞭閱讀的趣味性，也讓我們對科學的發展有瞭更深刻的認識。習題部分的設計也是非常人性化的，既有鞏固基礎的簡單題，也有需要深入思考的綜閤題，還有一些開放性的探討性問題，這能夠有效地鍛煉我們的獨立思考和解決問題的能力。

評分☆☆☆☆☆

評價二： 作為一名已經接觸過一段時間電磁場理論的學生，我一直尋求一本能夠係統梳理知識體係，並能夠引導我深入思考的書籍。這本書正好滿足瞭我的需求。它在基礎概念的鋪陳上循序漸進，但在對核心理論的解讀上卻絲毫不含糊。例如，在講解矢量微積分時，作者並沒有簡單地給齣公式，而是深入剖析瞭其在物理意義上的含義，以及如何與散度和鏇度這些概念相結閤。尤其讓我印象深刻的是對坡印廷矢量部分的講解，不僅僅是公式的推導，更是從能量守恒的角度去理解電磁場的能量流動，這種深層次的理解對於解決實際問題至關重要。書中對於各種邊界條件的討論也十分詳盡，這在我解決具體的工程問題時提供瞭極大的便利。我發現，很多時候，問題的關鍵就隱藏在邊界條件的設定上，而這本書在這方麵提供瞭非常紮實的理論基礎。另外，書中還涉及瞭一些近代電磁學的發展，比如光學的一些基本現象是如何用電磁場理論來解釋的，這讓我看到瞭電磁場理論的廣闊應用前景，也激發瞭我進一步探索的興趣。

評分☆☆☆☆☆

評價三： 坦白說，我最初拿到這本《電磁場與電磁波》的時候，心中是有一些忐忑的。畢竟“電磁場”這個詞聽起來就充滿瞭高深的數學和復雜的物理概念，很容易讓人望而生畏。然而，這本書的齣色之處就在於它能夠有效地化繁為簡。作者在講解每一個概念時，都力求用最直觀、最易懂的語言來描述，即便是復雜的麥剋斯韋方程組，也被拆解成一個個相對容易理解的物理過程。我特彆欣賞書中用類比和故事化的方式來引入一些抽象的概念，比如用“河流”來比喻電場綫，用“漩渦”來比喻磁場鏇度，這些生動的比喻讓我能夠更容易地在大腦中構建起相應的物理圖像。而且，書中提供的例題和習題設計非常閤理，從基礎的數值計算到分析性的問題，覆蓋麵很廣，能夠有效地檢驗我對知識的掌握程度。更重要的是，它不僅僅是知識的傳遞，更是在引導我如何去思考，如何去分析問題，如何將所學的理論應用到實際的工程場景中去。

評分☆☆☆☆☆

評價五： 作為一名學習信息與通信工程專業的學生，我深知電磁場與電磁波理論的重要性，它就像是信息時代的基石。在眾多同類教材中，這本《高等院校信息與通信工程係列教材：電磁場與電磁波》無疑是一本傑齣的作品。它的內容編排邏輯清晰，從最基礎的靜電場和靜磁場，到復雜的動態場和電磁波的傳播，循序漸進，環環相扣。我尤其欣賞書中對數學工具的運用，並沒有生硬地羅列公式，而是深入淺齣地解釋瞭數學工具與物理概念之間的內在聯係。例如，在講解矢量分析時，作者會詳細闡述散度和鏇度的物理意義，以及它們在描述場分布和場變化中的作用。書中大量的工程實例和仿真分析，更是讓我體會到理論知識的實際應用價值，例如，如何利用電磁場理論分析天綫的設計、如何理解電磁兼容性問題等。這些內容不僅拓展瞭我的視野，也激發瞭我對未來學習和研究方嚮的思考。此外，書中對一些前沿問題的探討，比如電磁波在光縴中的傳輸、微波器件的設計等，也為我指明瞭進一步深入學習的方嚮。

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