電磁場理論與計算（第二版）（美）金建銘著

電磁場理論與計算(第二版)

ISBN13：9787121458682

出版社：電子工業出版社

作者：(美)Jian-Ming Jin

出版日：2023/07/01

裝訂：平裝

頁數：556頁

規格：24cm*17cm (高/寬)

內容簡介

本書內含兩部分：部分為電磁場理論，對應新入學碩士研究生的電磁場理論課程內容第二部分為電磁場的計算，對應高年級碩士研究生的計算電磁學課程內容。碩士研究生階段的電磁場課程教材的理論部分通常較為簡練，內容較深，但由於30多年來本科生課程體系的較大改變，碩士研究生的電磁場課程要求與本科生電磁場基礎知識之間有了較大差距，因此作者在本書中比較注重基礎理論，並在內容選取上註重工程應用，同時與電磁場的前沿研究有比較密切的結合。本書部分的內含基礎理論（如向量分析、麥克斯韋方程式、邊界條件和傳輸線理論）和高階問題（如波變換、疊加原理和分層介質球散射）；第二部分討論工程應用電磁場數值分析中的幾種重要的計算方法括有限差分法（是時域有限差分法）、有限矩量法和基於積分方程的矩量法。選擇這三種方法是因為它們代表電磁場數值分析中的三種基本近似。一旦學生熟悉了這三種方法，就很容易學習數值方法。第二部分含了求解積分方程的快速演算法及結合不同數值方法的混合技術，利用這些技術能更有效處理複雜的電磁問題。本書適合作為碩士研究生階段電磁場理論和計算電磁學相關課程的教材，同時也適合從事需要電磁場理論方面知識的工程技術人員參考閱讀。

本書第一部分包含基礎理論（如向量分析、麥克斯韋方程式、邊界條件和傳輸線理論）和一級問題（如波變換、疊加原理和分層介質球散射）。本書第二部分討論工程應用電磁場數值分析中的幾種重要的計算方法，包括有限差分法（特別是時域有限差分法）、有限元素法和基於積分方程的矩量法。選擇這三種方法是因為它們代表電磁場數值分析中的三種基本近似。一旦學生熟悉了這三種方法，就很容易學習其他數值方法。第二部分也包含了求解積分方程的快速演算法及結合不同數值方法的混合技術，利用這些技術能夠更有效地處理複雜的電磁問題。

作者介紹

金建銘博士美國伊利諾大學香檳校區（UIUC）電子與電腦工程的羅遠女講座教授，電磁學實驗室和計算電磁中心主任。 IEEE會士。著有The Finite Element Method in Electromagnetics, Third Edition和Electromagnetic Analysis and Design in Magnetic Resonance Imaging。與他人合著了Computation of Special Functions，Finite Element Analysis of Antennas and Arrays和Fast and Efficient Algorithms in Computational Electromagnetics。 ISI列入論文引用率*高的作者名單。

第一部分電磁場理論

第1章基本電磁理論

1.1向量分析

1.1.1向量算子和積分定理

1.1.2符號向量法

1.1.3亥姆霍茲定理

1.1.4格林定理

1.2總電荷和總電流表示的麥克斯韋方程組

1.2.1積分形式的麥克斯韋方程組

1.2.2微分形式的麥克斯韋方程組

1.2.3電流連續性方程

1.2.4洛倫茲力定律

1.3本構關係

1.3.1電極化

1.3.2磁化

1.3.3電傳導

1.3.4媒介的分類

1.4自由電荷和自由電流表示的麥克斯韋方程組

1.5邊界條件

1.6能量、功率和坡印亭定理

1.7時諧場

1.7.1時諧場

1.7.2傅立葉變換

1.7.3複功率

1.7.4復介電常數和復磁導率

原著參考文獻

習題

*2章自由空間中的電磁輻射

2.1標量位和向量位

2.1.1靜態場

2.1.2時諧場與洛倫茲規範

2.2自由空間中向量位元的解

2.2.1δ函數與格林函數

2.2.2自由空間格林函數

2.2.3自由空間中的場源關係

2.2.4輔助位函數的意義

2.2.5自由空間中的並矢格林函數

2.3自由空間中的電磁輻射

2.3.1無限小電偶極子

2.3.2有限長電偶極子

2.3.3遠場近似和索末菲輻射條件

2.3.4圓形電流環和磁偶極子

2.4面電流和平面陣列的輻射

2.4.1面電流的輻射

2.4.2平面陣的輻射

原著參考文獻

習題

第3章電磁定理與原理

3.1唯*性定理

3.2鏡像原理

3.2.1鏡像原理

3.2.2無限大半空間中的場-源關係

3.3互易定理

3.3.1一般形式的互易定理

3.3.2洛倫茲互易定理

3.3.3瑞利-卡森互易定理

3.4等效原理

3.4.1面等效原理

3.4.2等效原理在導體散射問題的應用

3.4.3等效原理在介質體散射的應用

3.4.4體等效原理

3.5對偶原理

3.6口徑輻射和散射

3.6.1等效問題

3.6.2巴比涅原理

3.6.3互補天線

原著參考文獻

習題

第4章傳輸線和平面波

4.1傳輸線理論

4.1.1傳輸線方程式及其解

4.1.2反射和透射

4.1.3格林函數和特徵函數展開

4.2波動方程式及其通解

4.2.1波動方程式與分離變數法

4.2.2平面波特性

4.2.3波的速度與衰減

4.2.4線極化、圓極化和橢圓極化

4.2.5電磁波在超材料中的傳播

4.3面電流所產生的平面波

4.4反射和透射

4.4.1垂直入射波的反射與透射

4.4.2斜入射時的反射與透射

4.4.3全透射和全反射

4.4.4電磁波入射到左手媒介時的透射

4.4.5平面波和傳輸線的相似性

4.5各向異性媒介和雙各向同性媒介中的平面波

4.5.1單軸媒介中的平面波

4.5.2迴旋媒介中的平面波

4.5.3手徵媒介中的平面波

原著參考文獻

習題

第5章笛卡兒座標系中的場與波

5.1均勻波導

5.1.1均勻波導的分析方法

5.1.2波導的一般特性

5.1.3均勻矩形波導

5.1.4波導中的損耗和衰減常數

5.2均勻諧振腔

5.2.1均勻諧振腔的一般特性

5.2.2矩形諧振腔

5.2.3材料和幾何形狀的微擾

5.3部分填充波導和介質板波導

5.3.1一般理論

5.3.2部分填滿的矩形波導

5.3.3介質覆蓋導電平板波導

5.4波導中場的激勵

5.4.1面電流源激勵

5.4.2體電流源激勵

5.5平面分層媒介中的場

5.5.1譜域格林函數與索末菲恆等式

5.5.2分層媒介上方的垂直電偶極子

5.5.3分層媒介上方的水平電偶極子

5.5.4接地介質板上的電偶極子

原著參考文獻

習題

第6章柱坐標系中的場與波

6.1波動方程的解

6.1.1分離變數法的解

6.1.2柱面波函數

6.2圓波導、同軸線和圓柱諧振腔

6.2.1圓波導

6.2.2同軸線

6.2.3圓柱諧振腔

6.3圓柱介質波導

6.3.1混合模的分析

6.3.2混合模的特性

6.4波變換與散射分析

6.4.1波變換

6.4.2導體圓柱體的散射

6.4.3介質圓柱的散射

6.4.4多層介質圓柱的散射

6.5無限長電流源的輻射

6.5.1線電流在自由空間的輻射

6.5.2圓柱面電流的輻射

6.5.3導體圓柱體存在時的輻射

6.5.4導體劈存在時的輻射

6.5.5有限長電流源的輻射

原著參考文獻

習題

第7章球坐標系中的場與波

7.1波動方程的解

7.1.1分離變數法的解

7.1.2球面波函數

7.1.3TEr和TMr模式

7.2球形諧振腔

7.3雙錐天線

7.3.1無限長雙錐天線

7.3.2有限長雙錐天線

7.4波變換與散射分析

7.4.1波變換

7.4.2平面波的展開

7.4.3導體球的散射

7.4.4介質球的散射

7.4.5多層介質球的散射

7.5加法定理與輻射分析

7.5.1球面波函數的加法定理

7.5.2球面電流的輻射

7.5.3球體存在時的輻射

7.5.4導體錐存在時的輻射

原著參考文獻

習題

*二部分電磁場的計算

第8章有限差分法

8.1有限差分公式

8.2一維問題分析

8.2.1擴散方程式的求解

8.2.2波動方程式的求解

8.2.3穩定性分析

8.2.4數值色散分析

8.3二維分析

8.3.1時域分析

8.3.2頻域分析

8.4Yee網格

8.4.1二維分析

8.4.2三維分析

8.5吸收邊界條件與理想匹配層

8.5.1一維吸收邊界條件

8.5.2二維吸收邊界條件

8.5.3理想匹配層

8.6色散媒介的模擬

8.6.1遞歸卷積法

8.6.2輔助微分方程法

8.7波激勵及遠場計算

8.7.1波激勵的模擬

8.7.2近遠場變換

8.8小結

原著參考文獻

習題

第9章有限元素法

9.1有限元素法概述

9.1.1一般原理

9.1.2一維算例

9.2標量場的有限元素分析

9.2.1邊界值問題

9.2.2有限元素公式的建立

9.2.3應用算例

9.3向量場的有限元素分析

9.3.1邊界值問題

9.3.2有限元素公式的建立

9.3.3應用算例

9.4時域有限元素分析

9.4.1邊界值問題

9.4.2有限元素公式的建立

9.4.3應用算例

9.5時域間斷伽遼金法

9.5.1時域間斷伽遼金法的基本思想

9.5.2中心通量時域間斷伽遼金法

9.5.3迎風通量時域間斷伽遼金法

9.5.4應用算例

9.6吸收邊界條件與理想匹配層

9.6.1二維吸收邊界條件

9.6.2三維吸收邊界條件

9.6.3理想匹配層

9.7數值計算中的幾個實際問題

9.7.1網格生成

9.7.2矩陣求解法

9.7.3高階單元

9.7.4曲邊單元

9.7.5自適應有限元素分析

9.8小結

原著參考文獻

習題

*10章矩量法

10.1矩量法概述

10.2二維分析

10.2.1積分方程的建立

10.2.2導電柱體的散射

10.2.3導電條帶的散射

10.2.4均勻介質柱的散射

10.3三維分析

10.3.1積分方程的建立

10.3.2導線的散射和輻射

10.3.3導電物體的散射

10.3.4均勻介質體的散射

10.3.5非均勻介質體的散射

10.4週期結構的矩量法分析

10.4.1平面週期貼片陣的散射

10.4.2離散旋轉體的散射

10.5微帶天線和微帶電路的矩量法分析

10.5.1積分方程的建立

10.5.2矩量法求解

10.5.3格林函數的計算

10.5.4遠場計算及應用實例

10.6時域矩量法

10.6.1時域積分方程

10.6.2時間步進求解

10.7小結

原著參考文獻

習題

*11章快速演算法與混合技術

11.1快速演算法介紹

11.2共軛梯度-快速傅立葉變換法

11.2.1導電條帶與導線的散射

11.2.2導電平板的散射

11.2.3介質體的散射

11.3自適應積分法

11.3.1平面結構的分析

11.3.2三維物體的分析

11.4快速多極子法

11.4.1二維分析

11.4.2三維分析

11.4.3多層快速多極子演算法

11.5自適應交叉近似演算法

11.5.1低秩矩陣

11.5.2自適應交叉近似

11.5.3矩量法求解中的應用

11.6混合技術簡介

11.7有限差分與有限元素混合方法

11.7.1時域有限元素與時域有限差分之間的關係

11.7.2時域有限元素與時域有限差分混合方法

11.7.3應用算例

11.8有限元素－邊界積分混合方法

11.8.1常規公式的建立

11.8.2對稱公式的建立

11.8.3算例

11.9小結

原著參考文獻

習題

*12章計算電磁學結束語

12.1計算電磁學概述

12.1.1頻域和時域分析的對比

12.1.2高頻近似技術

12.1.3*一性原理數值方法

12.1.4時域模擬方法

12.1.5混合技術

12.2計算電磁學的應用

12.3計算電磁學的挑戰

原著參考文獻

附錄A 向量恆等式、積分定理與座標變換

附錄B 貝塞爾函數

附錄C 修正貝塞爾函數

附錄D 球面貝塞爾函數

附錄E 連帶勒讓德多項式

應用電磁學基礎(原書第8版)

系列名：信息技術經典譯叢

ISBN13：9787111741107

出版社：機械工業出版社

作者：(美)法瓦茲‧T.烏拉比; (美)翁貝托‧拉瓦利

出版日：2024/01/22

裝訂：平裝

頁數：394頁

規格：24cm*17cm (高/寬)

版次：一版

編輯推薦

本書提供了47個基於網路的模擬模組，讀者可在配套網站以互動的方式分析和設計傳輸線電路，產生由電荷和電流產生的電場和磁場的空間圖形。本書也給了17個技術簡介，將電磁學理論與工程應用緊密結合，幫助讀者深入理解電磁學的概念與應用。

內容簡介

本書涵蓋了經典電磁場理論，填補了電路和電磁學材料之間的空白。本書以傳輸線內容開始，引導學生從熟悉的概念進入更高階的主題和應用。第8版保留了對學生友善的動手模擬模組，有助於學生加深對電磁概念和應用的理解。

作者簡介

法瓦茲‧T. 烏拉比（Fawwaz T. Ulaby）美國密西根大學電子工程與電腦科學學院的教授、美國工程院院士、美國國家航空暨太空總署（NASA）資助的太空太赫茲技術中心創始主任，在1999~2005年擔任密西根大學研究副校長。他曾獲得許多大學、政府機構和科學組織的榮譽和獎項，其中包括NASA成就獎（1990年）、IEEE千禧年獎章（2000年）、NASA和美國內政部的聯合表彰（2002年）等。他也被授予IEEE愛迪生獎章，這是美國電氣和電子工程領域歷史最悠久的獎章。

譯者序

前言

技術簡介列表

模組列表

第1章　電磁學基礎1

1.1　歷史時間軸2

1.1.1　經典電磁學2

1.1.2　現代電磁學5

1.2　量、單位和符號10

1.3　電磁學的本質10

1.3.1　萬有引力10

1.3.2　電場11

1.3.3　磁場13

1.3.4　靜態場與動態場14

1.4　行波19

1.4.1　無耗媒介中的正弦波20

1.4.2　有耗媒介中的正弦波24

1.5　電磁頻譜26

1.6　複數回顧28

1.7　相量回顧32

1.7.1　求解過程32

1.7.2　相量域中的行波35

習題36

第2章　傳輸線38

2.1　概述38

2.1.1　波長的作用38

2.1.2　傳輸模式40

2.2　集總元件模型41

2.3　傳輸線方程式44

2.4　波在傳輸線上的傳播45

2.4.1　相量域的解46

2.4.2　v(z,t)的時域解48

2.4.3　i(z,t)的時域解48

2.5　無耗微帶線49

2.5.1　有效相對介電常數50

2.5.2　特性阻抗50

2.5.3　設計過程51

2.6　無耗傳輸線：概論52

2.6.1　電壓反射係數54

2.6.2　駐波56

2.7　無耗傳輸線的波阻抗61

2.8　無耗傳輸線的特殊情況63

2.8.1　短路線63

2.8.2　開路線65

2.8.3　短路/開路技術的應用65

2.8.4　l=nλ/2的傳輸線67

2.8.5　四分之一波長變換器67

2.8.6　匹配傳輸線：ZL=Z067

2.9　無耗傳輸線上的功率流70

2.9.1　瞬時功率71

2.9.2　時間平均功率71

2.10　史密斯圓圖73

2.10.1　參數方程式73

2.10.2　SWR圓76

2.10.3　波阻抗77

2.10.4　SWR與電壓大值和

最小值78

2.10.5　阻抗到導納的轉換80

2.11　阻抗匹配84

2.11.1　集總元件匹配86

2.11.2　單支節配對88

2.12　傳輸線上的瞬態現象94

2.12.1　階躍函數的瞬態響應94

2.12.2　反彈圖97

習題102

第3章　向量分析109

3.1　向量代數的基本定律109

3.1.1　向量相等110

3.1.2　向量加法與減法110

3.1.3　位置向量與距離向量111

3.1.4　向量乘法111

3.1.5　標量三重積與向量三重積114

3.2　正交座標系115

3.2.1　直角座標系115

3.2.2　圓柱座標系116

3.2.3　球坐標系119

3.3　座標系之間的變換121

3.3.1　直角座標係到圓柱座標系的變換121

3.3.2　直角座標係到球坐標系的變換123

3.3.3　圓柱座標係到球坐標系的變換124

3.3.4　兩點之間的距離124

3.4　標量場的梯度125

3.4.1　圓柱坐標系和球坐標系中的梯度算子126

3.4.2　梯度算子的性質127

3.5　向量場的散度130

3.6　向量場的旋度134

3.6.1　涉及旋度的向量恆等式135

3.6.2　斯托克斯定理135

3.7　拉普拉斯算子139

習題139

第4章　靜電學145

4.1　麥克斯韋方程組145

4.2　電荷與電流分佈146

4.2.1　電荷密度146

4.2.2　電流密度147

4.3　庫侖定律148

4.3.1　多個點電荷所產生的電場149

4.3.2　分佈電荷所產生的電場150

4.4　高斯定律152

4.5　標量電位155

4.5.1　電位作為電場的函數155

4.5.2　點電荷的電位158

4.5.3　連續分佈電荷的電位158

4.5.4　電場作為電位的函數158

4.5.5　泊松方程式160

4.6　導體162

4.6.1　漂移速度163

4.6.2　電阻165

4.6.3　焦耳定律166

4.7　電介質170

4.7.1　極化場170

4.7.2　介質擊穿171

4.8　電邊界條件172

4.8.1　電介質導體邊界175

4.8.2　導體導體邊界176

4.9　電容180

4.10　靜電位能183

4.11　鏡像法185

習題187

第5章　靜磁學193

5.1　磁場力與磁力矩194

5.1.1　載流導線上的磁場力195

5.1.2　作用在載流迴路的磁力矩198

5.2　畢奧薩伐爾定律200

5.2.1　面分佈電流和體分佈電流所產生的磁場201

5.2.2　磁偶極子的磁場203

5.2.3　兩個平行導線之間的磁場力205

5.3　靜磁場的麥克斯韋方程組206

5.3.1　磁高斯定律206

5.3.2　安培定律207

5.4　向量磁位211

5.4.1　向量泊松方程式211

5.4.2　磁通量212

5.5　材料的磁性質214

5.5.1　電子軌道磁矩與自旋磁矩215

5.5.2　磁導率215

5.5.3　鐵磁質材料的磁滯現象216

5.6　磁邊界條件218

5.7　電感220

5.7.1　螺線管中的磁場220

5.7.2　螺線管的自感221

5.7.3　其他導體的自感221

5.7.4　互感222

5.8　磁能224

習題226

第6章　時變場的麥克斯韋方程組232

6.1　法拉第定律232

6.2　時變磁場中的固定迴路234

6.3　理想變壓器237

6.4　靜態磁場中的移動導體238

6.5　電磁發電機241

6.6　時變磁場中的移動導體242

6.7　位移電流243

6.8　電磁場的邊界條件245

6.9　電荷電流連續性關係246

6.10　導體中自由電荷的消散247

6.11　電磁位249

6.11.1　滯後位250

6.11.2　時諧位250

習題253

第7章　平面波傳播256

7.1　時諧場257

7.1.1　複介電常數257

7.1.2　波動方程式258

7.2　平面波在無耗媒介中的傳播258

7.2.1　均勻平面波259

7.2.2　E與H之間的一般關係261

7.3　波的極化263

7.3.1　線極化265

7.3.2　圓極化265

7.3.3　橢圓極化267

7.4　平面波在有耗媒介中的傳播271

7.4.1　低損耗媒介273

7.4.2　良導體273

7.5　良導體中的電流278

7.6　電磁功率密度281

7.6.1　無耗媒介中的平面波282

7.6.2　有耗媒介中的平面波283

7.6.3　功率比的分貝標度283

習題284

第8章　波的反射與透射287

8.1　垂直入射波的反射與透射287

8.1.1　無耗媒材間的邊界288

8.1.2　傳輸線類比290

8.1.3　無耗媒介中的功率流291

8.1.4　有耗媒介間的邊界293

8.2　斯內爾定律297

8.3　光纖299

8.3.1　接收錐300

8.3.2　受限於接收錐301

8.4　斜入射波的反射與透射302

8.4.1　垂直極化302

8.4.2　平行極化306

8.4.3　布儒斯特角307

8.5　反射率和透射率309

8.6　波導313

8.7　E和H的一般關係314

8.8　矩形波導中的TM模315

8.9　矩形波導中的TE模319

8.10　傳播速度320

8.11　空腔諧振器323

8.11.1　諧振頻率324

8.11.2　品質因數324

習題325

第9章　輻射和天線330

9.1　赫茲偶極子332

9.1.1　遠場近似334

9.1.2　功率密度334

9.2　天線輻射特性335

9.2.1　天線方向圖336

9.2.2　波束尺寸337

9.2.3　天線方向係數338

9.2.4　天線增益339

9.2.5　輻射電阻340

9.3　半波偶極子天線341

9.3.1　λ/2偶極子的方向性係數343

9.3.2　λ/2偶極子的輻射電阻343

9.3.3　四分之一波長單極子天線343

9.4　任意長度的偶極子344

9.5　接收天線的有效面積345

9.6　弗里斯傳輸公式347

9.7　大孔徑天線的輻射351

9.8　均勻孔徑分佈的矩形孔徑353

9.8.1　波束寬度355

9.8.2　方向性係數與有效面積356

9.9　天線陣357

9.10　均勻相位分佈的N元陣列362

9.11　陣列的電子掃描364

9.11.1　均勻幅度激勵366

9.11.2　陣列饋電366

習題368

第10章　衛星通訊系統和雷達

感測器373

10.1　衛星通訊系統373

10.2　衛星轉發器375

10.3　通訊鏈路功率預算377

10.4　天線波束378

10.5　雷達感測器378

10.5.1　雷達系統的基本工作原理379

10.5.2　不模糊距離379

10.5.3　距離和角度解析度380

10.6　目標偵測381

10.7　多普勒雷達382

10.8　單脈衝雷達384

習題386

附錄　部分習題答案387

圖片來源392

參考文獻394

電磁場理論與計算（第二版）（美）金建銘著

電磁場理論與計算（第二版）（美）金建銘 著

電磁場理論與計算（第二版）（美）金建銘著