《电磁场与电磁波》 - 张洪欣、沈远茂、韩宇南 - 清华大学出版社 - 香港大書城

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『簡體書』电磁场与电磁波

書城自編碼： 3725905
分類：簡體書→大陸圖書→教材→研究生/本科/专科教材
作者：张洪欣、沈远茂、韩宇南
國際書號(ISBN)： 9787302583165
出版社：清华大学出版社
出版日期： 2022-01-01

頁數/字數： /
書度/開本： 16开釘裝：平装

售價：HK$ 73.8

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編輯推薦：

本书面向“三全育人”教育目标组织内容，体现知识、能力和素质的有机结合，以基本电磁现象的普遍规律为基础，阐述电磁场与电磁波的基本概念、原理及基本应用。在论述方法上立足通俗性，突出理工融合，注重研究性，以提升教材的深度、广度和高阶性。全书在总结教学团队丰富教学经验的基础上，从电磁场理论应用的角度出发，阐述电磁场与电磁波的基本概念、基本规律和基本计算方法，培养学生建立起“场”与“波”的概念及联系——学会“场”与“路”的分析方法；掌握用“场”的观点去观察、分析、解决电磁场问题。瞄准科学前沿，培养学生的逻辑思维和创新思维能力，提高分析和解决复杂电磁工程问题的能力。
易教易学系统阐述理论的同时，注重内容的实用性和可读性，减少理论公式的繁杂数学推导，创新并赋予公式明确的物理含义，便于理解和运用。
前后衔接强调知识内容和分析方法的前后连贯性，并妥善处理与前期课程和后续课程的衔接。
认知规律从认识和理解的规律编排内容，将数学工具工程化，将抽象问题形象化，将复杂问题简单化，将零散问题系统化，并打上作者理解的“标签”。
层次分明以“场”与“波”为主线，以麦克斯韦方程为纽带，对各知识层次按照由

內容簡介：

本书面向“三全育人”教育目标组织内容，以基本电磁现象的普遍规律为基础，系统论述电磁场与电磁波的基本概念、基本原理及基本应用。全书共分9章：第1章介绍正交坐标系和矢量分析，为后续章节奠定数学知识基础；第2章介绍静电场与恒定电场，详细论述了基本电场方程、电场边界条件、电偶极子、电容、电场能量及电场力等；第3章介绍恒定磁场，详细论述了基本磁场方程、磁场边界条件、矢量磁位、电感、磁场能量及磁场力等；第4章介绍静态场的边值问题及其解法，详细论述了分离变量法、镜像法、有限差分法及其应用等；第5章介绍时变电磁场的性质，详细论述了麦克斯韦方程组、坡印亭矢量、交变场的位等；第6章介绍无界媒质中的均匀平面波，详细论述了平面波的性质、电磁波的极化、平面波在良介质及良导体中的传播特性等；第7章介绍电磁波的反射和折射，详细论述了平面波在理想导体表面、理想介质分界面及导电媒质分界面反射和折射的性质；第8章介绍导行电磁波，详细论述了双导体传输线、波导等导波传输系统和谐振腔的性质及其基本应用；第9章介绍电磁辐射，详细论述了电磁辐射过程、电偶极子、磁偶极子、电磁场的对偶性、对称振子天线、天线基本参数及应用等。本书可以作为高等院校电子信息类与电气信息类专业“电磁场基础”相关课程的教材，也可作为从事电波传播、电磁兼容、射频与微波技术的科研和工程技术人员的参考工具书。

關於作者：

张洪欣北京邮电大学电子工程学院教授/博士生导师，北京市教学名师，北京市师德先锋，中国研究生电子设计竞赛优秀指导教师，一流本科课程负责人，及北京市一流本科专业负责人。先后兼任全国高等学校电磁场教学与教材研究会常务理事、国家教材委员会专家、航天军民融合产业众创空间首席专家、航天装备技术领域专家、教育部学位与研究生教育发展中心评议专家、中国电子学会DSP应用专家委员会副主任委员、北京生理科学会董事、中华预防医学会自由基预防医学专业委员会常委、北京电子电器协会电磁兼容分会委员、中国电子学会电磁兼容分会委员、北京市科学技术奖励评审专家、中国电机工程学会电磁干扰委员会委员、中国电子学会电波传播分会委员、IET高级会员。长期从事无线通信、信号与信息处理、电磁兼容与信息安全、生物电子等领域的教学和研究工作。先后开设“电磁场与电磁波”“物理光学”“计算电磁学的数值方法”“电磁兼容原理”“生物电子学”“通信原理”“计算机原理”“电路分析”“数字电路技术”等本科生及研究生课程。发表学术论文200余篇，主持国家自然科学基金、“十三五”计划、航空基金等50多项科研项目。申请国家发明专利20余项，出版图书5部。获得中国产学研合作创新与促进奖、第五届中国创新挑战赛专题赛优秀奖、北京市教学成果奖等40多项。担任《电波科学学报》专刊主编、《The Journal of China university of posts and telecommunications》《Iraqi Journal for Electrical and Electronic Engineering》编委等。

目录
绪论
第1章矢量分析
1.1矢量代数
1.1.1标量和矢量
1.1.2矢量的加法和减法
1.1.3矢量的乘法
1.2三种常用的坐标系
1.2.1正交坐标系
1.2.2直角坐标系
1.2.3圆柱坐标系
1.2.4球坐标系
1.3标量场的梯度
1.3.1标量场的等值面
1.3.2方向导数
1.3.3梯度
1.4矢量场的通量与散度
1.4.1通量
1.4.2散度
1.4.3散度定理
1.5矢量场的环量与旋度
1.5.1环量
1.5.2旋度
1.5.3斯托克斯定理
1.6无旋场与无散场
1.6.1无旋场
1.6.2无散场
1.7拉普拉斯运算与格林定理
1.7.1拉普拉斯运算
1.7.2格林定理
1.8亥姆霍兹定理
1.9冲激函数及其性质
习题
第2章静电场与恒定电场
2.1库仑定律与电场强度
2.1.1库仑定律
2.1.2电场强度及其叠加原理
2.2电场强度的通量和散度
2.2.1电场强度的通量
2.2.2电场强度的散度
2.3电场强度的环量及旋度
2.3.1电场强度的环量
2.3.2电场强度的旋度
2.4静电场的电位函数
2.4.1电场强度与电位函数
2.4.2电位函数的表达式
2.5电偶极子
2.5.1电偶极子的电位函数
2.5.2电偶极子静电场的电场强度
2.5.3电偶极子静电场的等位面和电场线
2.6静电场中的导体和介质
2.6.1静电场中的导体
2.6.2静电场中的介质
2.6.3介质中电位移矢量的通量和散度
2.6.4电位移矢量与电场强度的关系
2.7泊松方程与拉普拉斯方程
2.8静电场的边界条件
2.8.1电位移矢量的法向边界条件
2.8.2电场强度的切向边界条件
2.8.3电位函数的边界条件
2.9导体系统的电容
2.9.1双导体及孤立导体的电容
2.9.2多导体的电容系数与部分电容
2.10静电场的能量与静电力
2.10.1静电场的能量
2.10.2静电场的能量密度
2.10.3静电力
2.11恒定电场
2.11.1电流与电流密度矢量
2.11.2恒定电场的基本性质
2.11.3恒定电场的边界条件
2.11.4静电场比拟法与电导
2.11.5损耗功率与焦耳定律
习题
第3章恒定磁场
3.1恒定磁场的基本定律
3.1.1安培力定律
3.1.2毕奥萨伐尔定律
3.2真空中的恒定磁场方程
3.2.1恒定磁场的散度及磁通连续性原理
3.2.2矢量磁位及其方程
3.2.3恒定磁场的旋度及安培环路定理
3.2.4标量磁位
3.3磁偶极子与介质的磁化
3.3.1磁偶极子及其矢量磁位
3.3.2介质的磁化
3.3.3介质中的恒定磁场方程
3.4恒定磁场的边界条件
3.4.1磁感应强度的法向边界条件
3.4.2磁场强度的切向边界条件
3.4.3恒定磁场位函数的边界条件
3.5电感
3.5.1自电感
3.5.2互电感
3.5.3电感的计算
3.6恒定磁场的能量和磁场力
3.6.1恒定磁场的能量及能量密度
3.6.2恒定磁场的磁场力
习题
第4章静态场的边值问题及其解法
4.1边值问题的类型及性定理
4.1.1边值问题的分类
4.1.2静电场解的性定理
4.2分离变量法
4.2.1直角坐标系中的分离变量法
4.2.2圆柱坐标系中的分离变量法
4.2.3球坐标系中的分离变量法
4.3镜像法
4.3.1平面镜像
4.3.2球面镜像与柱面镜像
4.4有限差分法
4.4.1有限差分法基本原理
4.4.2有限差分法的基本实现方法
习题
第5章时变电磁场
5.1麦克斯韦方程组
5.1.1麦克斯韦方程
5.1.2麦克斯韦第二方程
5.1.3麦克斯韦第三方程
5.1.4麦克斯韦第四方程
5.1.5麦克斯韦方程组的形式
5.1.6媒质的本构方程
5.2时变电磁场的边界条件
5.2.1法向场的边界条件
5.2.2切向场的边界条件
5.3时谐电磁场及麦克斯韦方程组的复数形式
5.3.1时谐电磁场的复数形式
5.3.2麦克斯韦方程组的复数形式
5.4时变电磁场的能量及功率
5.4.1坡印亭定理
5.4.2复坡印亭矢量及平均坡印亭矢量
5.5时变电磁场的性定理
5.6电磁场的位函数及波动方程
习题
第6章无界媒质中的均匀平面波
6.1理想介质中的均匀平面波
6.1.1亥姆霍兹方程与均匀平面波
6.1.2理想介质中均匀平面波的特性
6.1.3理想介质中均匀平面波的一般表达式
6.2电磁波的极化
6.2.1线极化
6.2.2圆极化
6.2.3椭圆极化
6.2.4极化波的合成与分解
6.3导电媒质中的均匀平面波
6.3.1导电媒质中的波动方程与均匀平面波
6.3.2导电媒质中均匀平面波的特性
6.3.3良介质与良导体
6.3.4趋肤效应
6.3.5表面阻抗、交流电阻
6.3.6损耗功率
6.4时域有限差分法
6.4.1麦克斯韦方程的差分格式
6.4.2UPML吸收边界条件
习题
第7章均匀平面波在不同媒质分界面的反射与折射
7.1平面波垂直入射到理想导体表面
7.2平面波垂直入射到理想介质间的分界面
7.3平面波斜入射到理想导体表面
7.3.1垂直极化波斜入射
7.3.2平行极化波斜入射
7.4平面波斜入射到理想介质间的分界面
7.4.1平行极化波斜入射
7.4.2垂直极化波斜入射
7.4.3全折射、全反射与表面波
7.5平面波在导电媒质分界面的反射与折射
7.6平面波在多层媒质分界面的垂直入射
7.7人工电磁材料
7.7.1负折射效应
7.7.2完美透镜效应
7.7.3负相速度
7.7.4逆多普勒频移
7.7.5逆切伦科夫辐射
7.7.6完美吸波材料
习题
第8章导行电磁波
8.1导行电磁波传播模式及其传播特性
8.1.1TEM波
8.1.2TM波
8.1.3TE波
8.2双导体传输线
8.2.1平行双线传输系统
8.2.2同轴传输线
8.2.3微带线
8.3矩形波导
8.3.1矩形波导中的TM波
8.3.2矩形波导中的TE波
8.3.3简并模、主模及单模传输
8.3.4矩形波导的传播特性参数及传输功率
8.4圆波导
8.4.1圆波导中的TM波
8.4.2圆波导中的TE波
8.4.3圆波导的传播特性
8.4.4圆波导的几种主要波形
8.5谐振腔
8.5.1谐振腔的基本参数
8.5.2矩形谐振腔
8.5.3圆谐振腔
8.6基片集成波导
习题
第9章电磁辐射
9.1滞后位
9.2电偶极子的辐射
9.2.1电偶极子电磁场的激发与辐射
9.2.2电偶极子的辐射场
9.3磁偶极子的辐射
9.4电与磁的对偶原理
9.5对称振子天线
9.5.1对称振子天线上的电流分布
9.5.2对称振子天线的远区场
9.6天线的基本参数
9.6.1方向性函数、方向图与方向性系数
9.6.2输入阻抗与驻波比
9.6.3极化
9.6.4效率
9.6.5增益
9.6.6波瓣宽度
9.6.7前后比和副瓣电平
9.6.8有效长度与频带宽度
习题
附录A矢量基本运算公式
附录B洛伦兹规范
附录C无线电频段划分
附录D常用导体材料的参数
附录E常用介质材料的参数
附录F常用物理常数
附录G一维吸收边界条件UPML的实现
附录H梯度、散度和旋度的计算公式
附录I习题参考答案
附录J专业名词解释
参考文献

內容試閱：

信息技术日新月异，物联网及人工智能将使人们的生活、生产方式发生重大变化。“电磁场基础”课程是电子、通信、微波及生物医学等众多学科领域的基础；同时，“电磁场与电磁波”又是工科院校电子信息类、电气信息类专业的基础课程。随着移动通信、大数据、物联网、人工智能、网络安全等信息技术的发展和进步，“新工科”和“新经济”对人才培养和课程建设提出了新的要求。电磁场理论与“新经济”技术应用的结合越来越密切，暴露出我国传统课程教育与新兴产业和“新经济”发展有所脱节的短板，存在“工科教学理科化”及“理工融合不足”等问题。
本书在编写过程中，按照《高等学校电子信息科学与工程类本科专业指导性专业规范》的要求，落实教育部教高函〔2018〕8号文件精神，参照《普通高等学校本科专业目录》，面向“三全育人”的教育目标，以学生为中心组织内容和题材，结合“新工科”对“电磁场基础”课程的教学改革需求和教育教学研究成果，将知识、能力和素质有机融合，注重创新意识训练，培养学生解决复杂电磁问题的综合能力和高级思维。本书从学生认识的角度出发处理教学内容，学思结合，突出科学方法、科学历史观、价值观和课程思政，强调理工融合，结合趣味性对数学公式进行通俗化处理，例如，赋予“三度”、边界条件、镜像法、电磁辐射过程等形象的物理描述，提出了“追赶法”“不等式法”等对电磁波极化和波导模式进行分析。本书在写作中结合作者多年从事电磁场与电磁波的教学经验，在叙述方法上打上作者自己理解的“标签”，将抽象的问题形象化，将复杂的问题简单化，将零散的问题系统化。
电磁波是电磁场的一种运动形式，本书以“场与波”为主线，以“麦克斯韦方程”为纽带，对知识层次按照静态场、边界条件、时变场、电磁场与物质的相互作用、电磁场应用等进行划分，形成知识的梯度化；各章节内容按主线展开，环环相扣，在叙述上由浅入深、循序渐进。在内容组织结构上，强调知识内容的连贯性，保持理论体系的系统性和完整性。在选材上结合科技发展和科教融合提升内容的先进性，结合电磁环境可持续发展培养学生的职业道德和伦理规范。
第1章介绍常用正交坐标系和矢量分析，重点介绍通量、环量、方向导数与“三度”的概念和计算方法；第2章介绍静态电场的基本性质，重点介绍静电场、恒定电场基本方程的积分和微分形式及其应用，讨论静态电场的边界条件，电位、电场能量及电场力的计算等；第3章介绍恒定磁场的基本性质，重点介绍恒定磁场基本方程的积分和微分形式，讨论恒定磁场的边界条件、矢量磁位、电感、磁场能量及磁场力的计算等；第4章介绍静态场的边值问题及其解法，结合典型示例和物理规律介绍镜像法、分离变量法的应用；第5章介绍时变电磁场的性质，重点介绍麦克斯韦方程组，并分析时变电磁场的性质和变化规律，讨论坡印亭矢量、交变场位的计算等；第6章介绍平面电磁波在无界媒质中的传播，重点介绍平面波的性质、波动的本质、电磁波的极化，讨论平面波在良介质及良导体中的传播特性、趋肤效应、功率损耗等；第7章介绍电磁波在理想导体表面、理想介质分界面的反射和折射，重点介绍入射空间及透射空间场的性质，讨论反射系数、折射系数、行波、驻波，以及能量分配等；第8章介绍导行电磁波，重点介绍同轴线、波导管及谐振器的性质，阐述导波传输系统的截止参数和传播特性参数等；第9章介绍电磁辐射，主要介绍电磁辐射过程、电偶极子、磁偶极子的辐射特性，讨论近场区和远场区的性质、对称振子天线、天线基本参数及应用等。
本书总教学时数为64学时左右（部分章节可根据需要节选），可以作为高等院校相关专业的本科生教材或者教学参考用书，也可以作为职业技术学院相关专业的教材和教学参考用书。本书配有《电磁场与电磁波教学、学习与考研指导》辅导用书、《电磁场与微波技术测量及仿真》实验指导书和教学课件。通过学习，使读者建立“场”与“波”的概念，建立解决问题的抽象模型，学会“场”与“路”的分析方法，学会用“场”的观点去观察、分析、计算一些典型和比较复杂的电磁问题，为培养实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才打下基础。
本书由张洪欣、沈远茂与韩宇南编写，其中韩宇南编写了第1章与第9章；沈远茂编写了第2章、第6章与第7章；张洪欣编写了第3～5章、第8章及前言、绪论、附录等内容，并完成全书统稿工作。本书得到了北京邮电大学电子工程学院、北京化工大学信息科学与技术学院及清华大学出版社的大力支持，在此一并表示诚挚的感谢。
由于编著者学识有限，书中难免存在一些缺点、疏漏和不足，敬请广大读者批评指正。
编著者2022年3月于北京邮电大学

第2版前言
本书第1版自2013年出版以来，以明晰的物理概念、简练的公式推导、形象的规律描述、先进的技术导向赢得了广大读者的欢迎。2014年和2015年，作者又相继组织编写了《电磁场与微波技术测量及仿真》与《电磁场与电磁波教学、学习与考研指导》教学参考用书，与主教材《电磁场与电磁波》组成了完整的配套教材系列，在理论、实验实践和练习巩固三方面紧密配合并支撑各个教学和学习环节。该系列教材也由此获得了北京邮电大学教学成果奖（教材类）。
本次修订在采纳部分高校教师使用该教材后提出的意见和建议的基础上，改正了第1版的错误和不当之处，主要改进有以下几方面：
(1) 为便于直观分析，在第7章增补了电磁波斜入射到理想介质分界面时反射系数和透射系数与入射角的关系；
(2) 为深入理解电磁波的反射和折射，在第7章增补了平面波在多层媒质分界面垂直入射的情况作为选学内容；
(3) 在第9章增补了对方向性系数的分析；
(4) 为便于查阅梯度、散度和旋度的计算公式，增补了附录H；
(5) 对习题答案进行了修订。
在本书的修订过程中得到了北京邮电大学吕英华教授的关心和指导，在此表示衷心感谢。同时，一并感谢北京邮电大学电子工程学院和清华大学出版社的支持。
对于本书中的缺点和不足之处，希望广大读者不吝批评指正。
编著者
2016年7月于北京邮电大学

第1版前言
电磁场理论是电子、通信、微波及生物医学工程等众多学科领域的基础；同时，电磁场与电磁波又是工科院校电子科学与技术、信息与通信工程、电磁场与无线技术等本科电类专业的重要专业基础课程。随着计算机、通信及微电子等技术的迅速发展，电磁场与其他学科交叉发展、交相辉映，新的专业和技术不断涌现；并且，电路的集成化程度越来越高，电子设备的体积越来越小，电磁兼容、电磁干扰等电磁场问题也越来越突出，对电磁场理论和微波技术提出了更大的挑战。
电磁波是电磁场的一种运动形式，通过这门课程，应当使学生建立起“场”与“波”的概念，学会“场”与“路”的分析方法，学会用“场”的观点去观察、分析、计算一些基本、典型的问题。培养学生正确的逻辑思维方法，提高分析、解决问题的能力；从科学前沿的战略高度出发培养学生的创新思维能力和创造力，为处理实际电磁场问题打下坚实的理论基础。本书总教学时数为68学时左右（部分章节可根据需要节选），可以作为高等院校相关专业的本科生教材或者教学参考用书，也可以作为职业技术学院相关专业的教材和教学参考用书。
本书在编写过程中参照工科院校新修订培养计划的教学要求，认真贯彻执行教育部教高〔2007〕1号、2号文件精神，参照教育部高等学校电子信息科学与工程类专业教学指导分委会《高等学校电子信息科学与工程类本科指导性专业规范（试行）》及2011年高等学校本科专业目录的修订意见，密切结合工科院校电子科学与技术、通信工程、信息工程等专业的特点，研究和阐述电磁现象的基本原理、电磁场的基本规律及其在科学研究和工程中的应用。本书的编写思想是从学生认识和理解的角度出发，明确电磁场理论及发展的历史脉络；突出理论叙述、推导与趣味性的融合；强调数学方法与物理规律的有机结合，将数学工具“工程化”，既避免繁杂的数学推导，又阐明电磁场理论的基本概念和规律。本书在作者多年从事电磁场与电磁波教学经验的基础上，结合典型问题的应用，突出电磁场理论中的概念及物理意义，将抽象的问题具体化，将复杂的问题简单化，将零散的问题系统化，打上作者自己理解的“标签”。本书以“场与波”为主线，以“麦克斯韦方程”为纽带，对知识层次按照静态场、边界条件、时变场、电磁场与物质的相互作用、电磁场应用等进行划分；各章节内容按主线展开，环环相扣，在叙述上由浅入深、循序渐进；在内容组织结构上，强调前后内容的连贯性，保持理论体系的系统性和完整性。本书还注重介绍电磁场领域的科技成果及其应用，激发学生对电磁场的学习兴趣，起到抛砖引玉的作用，为进一步的学习和研究因势利导，打下牢固的理论基础。
本书还选编了部分例题和习题，并在书后附有参考答案，便于学生自学和复习。本书由张洪欣、沈远茂、韩宇南编写，其中韩宇南编写了第1章与第9章；沈远茂编写了第2章、第6章与第7章；张洪欣编写了第3～5章与第8章以及绪论、附录等内容，并后完成统稿。在本书的编写过程中得到了北京邮电大学电子工程学院、北京化工大学信息科学与技术学院以及清华大学出版社的大力支持，在此一并表示诚挚的感谢。
由于编者学识有限，电磁场与电磁波技术发展迅速，书中难免存在一些疏漏和不足，恳请广大读者不吝斧正。
编著者2012年8月于北京邮电大学

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