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電磁場與光波、電磁波:MATLAB實踐版 版權信息
- ISBN：9787560667072
- 條形碼：9787560667072 ; 978-7-5606-6707-2
- 裝幀：平裝-膠訂
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
電磁場與光波、電磁波:MATLAB實踐版 本書特色
本書具有以下主要特點：
（1） 物理概念清晰，重點突出，數學推導嚴謹，層次分明，論述由表及里，由淺入深，便于自學。
（2） 內容反映教學研究成果，安排合理，學生易于接受。
（3） 取材在深度和廣度上充分反映了現代前沿科學領域的知識內容。
（4） 結合MATLAB仿真計算，內容圖文并茂，體現了教學改革的新觀念和新方法。
（5） 理論聯系實際，面向工程應用，培養創新思維，夯實能力基礎。
電磁場與光波、電磁波:MATLAB實踐版 內容簡介
本書是作者多年來從事電磁場與電磁波理論課程教學成果的總結。全書共分15章。第1章為矢量分析和場論基礎；第2至5章分別為靜電場、靜電場邊值問題的求解、恒定電流與恒定電場、恒定電流的磁場；后10章分別為時變電磁場、無界空間電磁波的傳播、平面電磁波的反射與透射、光的干涉、光的衍射、平面光波在各向異性線性介質中的傳播、傳輸線、金屬波導、光波導和天線基礎。
本書系統地把電磁場與電磁波的數學原理用MATLAB仿真程序進行數值模擬，從而把數學問題轉化為易于理解的可視化圖形。這樣不僅可以幫助學生理解電磁場的分布特性和光波、電磁波的傳播特性，還可以提升學生學習數學的興趣，進而提升其學習電磁理論課的興趣。通過本書的學習，學生不僅可以學到扎實的電磁場與電磁波基礎理論知識，還可以把學到的理論知識運用到MATLAB中去創建簡單的程序。MATLAB仿真既可以展現理論概念，又可以幫助學生更好地理解物理參數的意義和價值。
本書內容翔實，概念清晰，數學描述細膩而嚴謹，層次分明，取材具有一定的廣度和深度，在內容上作了適當取舍，可作為不同層次、不同電類專業和光類專業本科生學習電磁場與電磁波理論的教材，也可作為低年級研究生深入學習電磁場理論的參考書。 同時，本書還可為從事電磁場與電磁波理論教學、光學教學和光通信及天線設計的科研人員提供參考。
電磁場與光波、電磁波:MATLAB實踐版 目錄
第1章 矢量分析和場論基礎 1
1.1 標量和矢量 1
1.2 矢量的運算 1
1.2.1 直角坐標系中矢量的表示 1
1.2.2 矢量的運算 2
1.3 標量場和矢量場 4
1.4 特殊正交曲線坐標系 5
1.4.1 直角坐標系 6
1.4.2 圓柱坐標系 7
1.4.3 球坐標系 10
1.5 場論 14
1.5.1 數量場的等值面和矢量場的矢量線 14
1.5.2 標量場的梯度和方向導數 16
1.5.3 矢量場的通量和散度 17
1.5.4 矢量場的環量和旋度 21
1.5.5 符號說明 27
1.6 拉普拉斯算子和拉普拉斯方程 28
1.7 電磁場的分類和赫姆霍茲定理 29
習題1 31
第2章 靜電場 34
2.1 庫侖定律和電場強度 34
2.1.1 庫侖定律 34
2.1.2 電場強度 35
2.2 電位 39
2.2.1 電位的定義 39
2.2.2 點電荷的電位 39
2.2.3 連續分布電荷的電位 40
2.2.4 電場與電位的關系 40
2.3 電偶極子的電場 41
2.4 物質的電特性 42
2.4.1 介質的極化及極化強度 43
2.4.2 極化電荷產生的電位 47
2.5 靜電場的基本方程 48
2.5.1 靜電場的通量和散度 48
2.5.2 靜電場的環量和旋度 53
2.5.3 靜電場的基本方程 54
2.6 泊松方程與拉普拉斯方程 54
2.7 靜電場邊界條件 55
2.7.1 D的法向分量邊界條件 55
2.7.2 E的切向分量邊界條件 56
2.7.3 靜電場邊界條件小結 58
2.8 導體系統的電容 61
2.8.1 兩導體電容 61
2.8.2 部分電容 63
2.9 電場能量 67
2.9.1 電場能量 67
2.9.2 能量密度 67
2.10 電場力 69
習題2 72
第3章 靜電場邊值問題的求解 75
3.1 靜電場邊值問題的分類 75
3.2 唯一性定理 76
3.3 鏡像法 77
3.3.1 平面鏡像法 77
3.3.2 柱面鏡像法——電軸法 82
3.3.3 球面鏡像法 85
3.4 分離變量法 89
3.4.1 直角坐標系下的分離變量法 89
3.4.2 圓柱坐標系下的分離變量法 95
3.4.3 球坐標系下的分離變量法 100
3.5 格林函數法 104
3.5.1 δ函數的基本概念 104
3.5.2 格林函數 106
3.5.3 靜電場邊值問題解的格林函數積分表達式 108
習題3 112
第4章 恒定電流與恒定電場 115
4.1 電流與電流密度 115
4.1.1 電流強度的概念 115
4.1.2 電流密度 115
4.2 歐姆定律和焦耳定律 117
4.2.1 材料的電導率 117
4.2.2 歐姆定律 118
4.2.3 電動勢 119
4.2.4 電阻 119
4.2.5 焦耳定律 120
4.3 恒定電場的基本方程 122
4.3.1 電流連續性方程 122
4.3.2 恒定電場的基本方程 123
4.4 恒定電場的邊界條件 123
習題4 127
第5章 恒定電流的磁場 129
5.1 恒定磁場的實驗定律 129
5.1.1 安培定律 129
5.1.2 畢奧-薩伐爾定律 130
5.2 恒定磁場的散度和通量 132
5.2.1 磁通密度矢量的散度 132
5.2.2 恒定磁場的通量 133
5.3 恒定磁場的環量和旋度 133
5.3.1 環量 133
5.3.2 旋度 134
5.4 矢量磁位 135
5.4.1 矢量磁位 135
5.4.2 矢量泊松方程 136
5.5 磁偶極子 136
5.6 物質的磁特性 138
5.6.1 介質的磁化和磁化強度矢量的定義 139
5.6.2 磁化強度矢量與外加磁場的關系 139
5.6.3 介質磁化產生的矢量磁位 143
5.7 磁介質中的安培環路定律 144
5.8 恒定磁場的基本方程 146
5.9 恒定磁場的邊界條件 147
5.9.1 法向分量的邊界條件 147
5.9.2 切向分量的邊界條件 147
5.10 電感 150
5.10.1 自感 150
5.10.2 互感 151
5.11 磁場能量 153
5.11.1 單個線圈 153
5.11.2 耦合線圈 154
5.12 磁場力 155
習題5 158
第6章 時變電磁場 162
6.1 時變電磁場的環量和旋度及通量和散度 162
6.1.1 法拉第電磁感應定律——時變電場的環量和旋度 162
6.1.2 全電流定律——時變磁場的環量和旋度 165
6.1.3 時變電磁場的通量和散度 166
6.2 時變電磁場的基本方程——麥克斯韋方程組和物質方程 167
6.3 介質分界面上的邊界條件 168
6.3.1 介質分界面上的邊界條件 168
6.3.2 理想介質分界面上的邊界條件 169
6.3.3 理想導體分界面上的邊界條件 169
6.4 坡印廷定理和坡印廷矢量 170
6.4.1 坡印廷定理 170
6.4.2 坡印廷矢量 171
6.5 波動方程 172
6.5.1 無源電介質中的齊次波動方程 172
6.5.2 無源理想介質中的齊次波動方程 173
6.5.3 有源理想介質中的非齊次波動方程 173
6.5.4 位函數波動方程 173
6.6 時諧電磁場 175
6.6.1 時諧量的復數表示 175
6.6.2 麥克斯韋方程組的復數形式 176
6.6.3 復數形式的物質方程與邊界條件 176
6.6.4 復坡印廷矢量和平均坡印廷矢量 176
6.6.5 平均電磁能量密度 177
6.6.6 復介電常數和復磁導率 177
6.6.7 復矢量波動方程——矢量赫姆霍茲方程 178
6.7 電磁波譜 179
6.7.1 波數、頻率和波長 179
6.7.2 電磁波譜 180
習題6 182
第7章 無界空間電磁波的傳播 184
7.1 理想介質中的矢量平面電磁波 184
7.1.1 矢量赫姆霍茲方程的平面波解 184
7.1.2 理想介質中矢量平面電磁波的基本特性 186
7.1.3 矢量平面電磁波的能量和能流密度 189
7.2 有耗介質和良導體中的矢量平面電磁波 190
7.2.1 有耗介質中的矢量平面電磁波 190
7.2.2 良導體中的矢量平面電磁波 195
7.3 平面電磁波的極化 197
7.3.1 線極化波 199
7.3.2 圓極化波 200
7.3.3 橢圓極化波 201
7.4 標量光波 204
7.4.1 標量平面光波 204
7.4.2 標量柱面光波 205
7.4.3 標量球面光波 207
習題7 208
第8章 平面電磁波的反射與透射 211
8.1 平面電磁波對分界平面的垂直入射 211
8.1.1 理想介質與理想導體分界平面的垂直入射 212
8.1.2 理想介質與理想介質分界平面的垂直入射 213
8.2 平面電磁波對理想介質分界平面的斜入射 217
8.2.1 垂直極化 218
8.2.2 平行極化 220
8.3 反射系數、透射系數隨入射角的變化特性 222
8.3.1 全反射、表面波與倏逝波 222
8.3.2 全透射 227
8.3.3 反射系數振幅和相位隨入射角的變化 228
8.4 斯托克斯倒逆關系 231
8.5 理想介質與理想介質分界面的反射率和透射率 232
8.6 應用實例 238
8.6.1 光在光纖波導中的傳播 238
8.6.2 全內反射式掃描隧道光學顯微鏡 239
習題8 240
第9章 光的干涉 243
9.1 光強的基本概念 243
9.2 線性疊加原理 244
9.3 雙光束干涉 245
9.3.1 兩列平面光波的干涉 245
9.3.2 兩列柱面光波和兩列球面光波的干涉 249
9.3.3 分波陣面和分振幅雙光束干涉 251
9.4 多光束干涉光刻 259
9.4.1 干涉光刻的主要類型 259
9.4.2 多光束干涉光刻的基本原理 260
9.4.3 多光束干涉光刻的實現方法 263
9.4.4 多光束SPPs干涉的實現方法 264
9.4.5 激光全息光刻的實現方法 265
習題9 266
第10章 光的衍射 267
10.1 惠更斯-菲涅耳原理 267
10.2 基爾霍夫衍射理論——球面波衍射 269
10.2.1 標量赫姆霍茲方程 269
10.2.2 格林定理 270
10.2.3 基爾霍夫衍射定理 271
10.2.4 平面屏幕的基爾霍夫衍射公式 273
10.3 基爾霍夫衍射公式與瑞利-索末菲衍射公式的比較 276
10.3.1 瑞利-索末菲衍射定理 276
10.3.2 基爾霍夫衍射公式與瑞利-索末菲衍射公式的比較 278
10.4 平面光波基爾霍夫衍射公式 279
10.5 基爾霍夫衍射公式的近似 280
10.5.1 傍軸近似 280
10.5.2 距離近似 281
10.6 夫瑯和費衍射 283
10.6.1 夫瑯和費衍射裝置 283
10.6.2 夫瑯和費矩孔衍射 283
10.6.3 夫瑯和費單縫衍射 286
10.7 菲涅耳衍射 291
10.7.1 直邊菲涅耳衍射 291
10.7.2 矩孔菲涅耳衍射 295
10.8 惠更斯-菲涅耳矢量衍射原理 297
10.8.1 齊次矢量赫姆霍茲方程 297
10.8.2 矢量格林定理 297
10.8.3 惠更斯-菲涅耳矢量衍射原理 298
10.9 基爾霍夫矢量衍射定理 302
10.10 平面衍射屏平面波入射的基爾霍夫矢量衍射公式 304
10.11 基爾霍夫矢量衍射公式的近似 306
10.12 夫瑯和費圓孔衍射 307
習題10 313
第11章 平面光波在各向異性線性介質中的傳播 314
11.1 各向異性線性介質的物質方程及分類 314
11.1.1 各向異性線性介質的極化率 314
11.1.2 各向異性線性介質的物質方程 315
11.1.3 各向異性線性介質的分類 317
11.2 平面光波在各向異性線性介質中的傳播 320
11.2.1 各向異性線性介質中的平面光波 320
11.2.2 相速度和光線速度 321
11.2.3 菲涅耳法線方程 322
11.2.4 平面光波在單軸晶體中的傳播特性 324
11.2.5 單軸晶體中的折射率曲面和光波面 328
11.3 平面光波在晶體表面的反射與透射 332
11.3.1 平面光波在晶體表面上的反射和透射 332
11.3.2 菲涅耳作圖法 333
11.3.3 惠更斯作圖法 334
習題11 336
第12章 傳輸線 337
12.1 傳輸線方程及其解 337
12.1.1 傳輸線方程 337
12.1.2 傳輸線方程的解 339
12.2 無損耗傳輸線上的行駐波、反射系數與輸入阻抗 341
12.2.1 行駐波 341
12.2.2 反射系數 343
12.2.3 輸入阻抗 344
12.2.4 始端輸入阻抗 344
12.2.5 均勻傳輸線的參數分布 345
12.3 傳輸線的工作狀態分析 347
12.3.1 短路線 347
12.3.2 開路線 349
12.3.3 匹配傳輸線 350
12.3.4 阻抗負載傳輸線 351
12.4 無耗傳輸線的功率 352
12.5 史密斯圓圖 353
12.5.1 史密斯圓圖的參數方程 353
12.5.2 史密斯圓圖的構成 355
12.5.3 阻抗圓圖的應用 357
習題12 359
第13章 金屬波導 362
13.1 矩形金屬波導中的電磁波 362
13.1.1 矩形波導橫平面內場分量之間的關系 362
13.1.2 矩形波導橫平面內縱向場分量方程的解 363
13.1.3 矩形波導中電磁波傳播的模式 367
13.1.4 TE波和TM波 367
13.1.5 矩形波導的傳輸特性 368
13.1.6 矩形波導中的主模TE10模 371
13.1.7 矩形波導的傳輸功率及尺寸選擇 375
13.2 圓柱形金屬波導中的電磁波 377
13.2.1 圓波導橫平面內場分量與縱向場分量之間的關系 377
13.2.2 圓波導橫平面內電場和磁場縱向分量方程的解 378
13.2.3 圓波導中的電磁波傳播模式 383
13.2.4 圓波導的傳輸特性 384
13.2.5 圓波導中的主模TE11模 387
13.2.6 圓波導中的TM01模 390
13.2.7 圓波導中的TE01模 393
13.3 圓波導的傳輸功率及尺寸選擇 396
13.3.1 圓波導的傳輸功率 396
13.3.2 圓波導的尺寸選擇 398
習題13 398
第14章 光波導 400
14.1 平面對稱光波導 400
14.1.1 平面對稱光波導橫平面內的電磁場方程 400
14.1.2 求解Ey(x)和Hy(x) 402
14.1.3 TE波 403
14.1.4 TM波 405
14.1.5 平面對稱光波導的傳輸特性 408
14.1.6 平面對稱光波導的主模——TE01模和TM01模 411
14.1.7 平面對稱光波導橫平面內的光強分布 415
14.2 圓柱形光波導——光纖 416
14.2.1 階躍型光纖橫平面內縱向場分量的解 417
14.2.2 階躍型光纖電磁場問題的解 419
14.2.3 階躍型光纖電磁波傳播模式的本征方程及分類 420
14.2.4 光纖的傳輸特性 423
14.2.5 弱導光纖的主模——HE11模 433
14.2.6 直角坐標系下TE0n模、TM0n模、HEmn模和EHmn模橫平面XY面內電場矢量分量的瞬時表達式 444
14.3 階躍型光纖中的線偏振模 449
14.3.1 TEM平面波近似及方程標量近似 450
14.3.2 標量方程的解 450
14.3.3 線偏振模的本征方程 451
14.3.4 線偏振模與矢量模之間的關系 453
14.3.5 LP模的光強 460
習題14 461
第15章 天線基礎 463
15.1 位函數波動方程的解——滯后位 464
15.2 基本振子的輻射 467
15.2.1 電基本振子 467
15.2.2 磁基本振子 472
15.3 天線的輻射特性 476
15.3.1 天線輻射場的區域劃分 476
15.3.2 天線方向圖 477
15.3.3 天線方向系數 481
15.3.4 天線半功率波束寬度 482
15.3.5 天線波束立體角 484
15.3.6 天線輻射效率、增益和輻射電阻 486
15.3.7 天線極化特性和工作帶寬 488
15.4 對稱振子天線 488
15.4.1 對稱振子天線遠區場 488
15.4.2 對稱振子天線功率方向函數和場方向函數 490
15.4.3 對稱振子天線輻射電阻 492
15.4.4 對稱振子天線方向系數 494
15.5 天 線 陣 基 礎 496
15.5.1 二元陣 496
15.5.2 均勻直線式天線陣 499
15.5.3 圓環陣 506
15.5.4 直角面陣 508
15.6 接收天線 512
15.6.1 天線接收原理 512
15.6.2 互易定理 512
15.6.3 天線收發方向圖的互易性 514
15.6.4 接收天線有效面積及弗里斯傳輸公式 516
15.6.5 接收天線的噪聲溫度 519
15.7 雷達基本原理 528
15.7.1 雷達方程 528
15.7.2 脈沖雷達 530
15.7.3 連續波雷達——多普勒雷達 533
15.7.4 激光雷達 535
習題15 539
附錄Ⅰ 符號、物理量及單位 541
附錄Ⅱ 常用材料的電磁常數 543
附錄Ⅲ 基本物理常數和基本國際單位 545
附錄Ⅳ 常用矢量恒等式 547
附錄Ⅴ 柱貝塞爾函數和勒讓德函數 549
Ⅴ.1 柱貝塞爾函數 549
Ⅴ.2 虛宗量柱貝塞爾函數 551
Ⅴ.3 Γ函數 551
Ⅴ.4 勒讓德函數 552
附錄Ⅵ 式(7-141)和式(7-142)的證明 554
附錄Ⅶ 式(13-217)和式(13-218)的證明 557
Ⅶ.1 由麥克斯韋方程求解橫向分量和縱向分量之間的關系 557
Ⅶ.2 用橫向分量表達金屬圓波導的傳輸功率 560
Ⅶ.3 用縱向分量表達金屬圓波導的傳輸功率 562
參考文獻 565
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