电磁场与电磁波
北京市教学名师执笔编著新形态教材!北京市教学成果二等奖 、北京市优质本科教材、北京邮电大学高新课程、国家级一流本科课程!

作者:张洪欣、沈远茂、韩宇南

丛书名:高等学校电子信息类专业系列教材·新形态教材

定价:59元

印次:3-5

ISBN:9787302583165

出版日期:2022.01.01

印刷日期:2024.01.22

图书责编:盛东亮

图书分类:教材

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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。

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,国家级一流本科课程负责人,国家级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。

前言 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...

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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...

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浅入深、循序渐进的方式进行阐述,环环相扣,前后呼应。
 技术前沿  介绍电磁科学领域的新进展,激发学习兴趣,启迪创新思想。
教学资源
 教学课件  配书教案(PPT)可到清华大学出版社网站本书页面下载。
 学习辅导  《电磁场与电磁波教学、学习与考研指导》(张洪欣等编著,清华大学出版社)。
 实验指导  《电磁场与微波技术测量及仿真》(赵同刚等编著,清华大学出版社)。