电磁波与天线

作者简介

"曹文权，陆军工程大学副教授、博士生导师。江苏省和全军优秀博士学位论文获得者，国家公派新加坡国立大学访问学者，陆军工程大学“电磁波与天线”优质课程负责人。编写中英文专著各1部，参编教材多部；发表SCI/EI检索论文100余篇；主持近10项国家自然科学基金和军内外科研项目，科研成果获江苏省科学技术二等奖1项。 朱卫刚，陆军工程大学副教授。常年工作在教学科研一线，参与编写《电波与光波传输技术》《微波技术与天线》《微波工程测量》《电磁波与天线》等多部教材，具有丰富的教学经验。 邵尉，陆军工程大学副教授。发表学术论文60余篇，SCI收录10篇。授权国家发明专利6项。获军队科技进步三等奖3项。 "

内容简介

第3章静态电磁场 静态电磁场是时变电磁场的特殊形式，其电场和磁 场都不随时间变化。静止的电荷产生静电场，导电媒质 中恒定电流产生恒定的磁场，两者可以独立存在，不需 要相互依存。人类认识电磁学是从研究静电现象开始( 如库仑定律)，随着对宏观电磁现象本质的不断揭示(如 毕奥萨伐尔定律、安培环路定律、法拉第电磁感应定律 等)，麦克斯韦方程组成为认识宏观电磁现象的理论基 础，因而学习静态电磁场是研究时变电磁场的基础。本 章主要研究静态电磁场中电场和磁场满足的基本方程、 边界条件和基本规律，并对电容、电导、电感及电场能 量、磁场能量等重要概念进行介绍和分析，为进一步学 习其他内容提供理论基础。 3．1静电场 静电场是由相对于观察者静止且量值不随时间变化 的电荷(静电荷)产生，是对电荷有作用力的一种矢量场 。从微观上看，所有带电粒子都是运动着的，因而它所 产生的电场也是随时间变化的。但是，当这种变化在所 观测的时间内引起的宏观效果可以忽略时，我们就认为 电荷是静止的。在日常生活中，与静电场相关的静电现 象普遍存在，如静电感应、静电放电等现象。在媒质空 间中，研究静电场就要研究静电场的分布与变化，这取 决于静电荷的分布及周围媒质的特性。描述静电场的基 本物理量是电场强度E，考虑到媒质特性的影响时，引 入电位移矢量D。 3．1．1静电场的基本方程 我们知道微分形式的麦克斯韦方程组为 ×H=Jf+Dt ×E=-Bt ·B=0 ·D=ρf 考虑到静态电磁场是时变电磁场的特例，电场和磁 场不随时间变化，得到Dt=Bt=0，则得到静态 电磁场满足的方程为 ×H=J ×E=0 ·B=0 ·D=ρf 对于静电场而言，与恒定电流的磁场满足的方程无 关，因而静电场满足的基本方程为 ×E=0(3．1．1) ×D=ρf(3．1．2) 式中，ρf为自由电荷体密度(C/m3)。上式表明， 静电场是有源无旋场。实际应用中，经常考虑矢量场宏 观特征表现，可以采用矢量的通量和环量描述，依据高 斯散度定理和斯托克斯定理，可以得到静电场基本方程 的积分形式: SD(r)·dS=q(3．1．3) ∮E(r)·dl=0(3．1．4) 式(3．1．3)称为静电场的高斯定理，q为闭合曲面 "（1） 引入国际标准和案例解答，注重培养学生场路分析能力，将电磁工程实践能力的培养课程化，体现工程教育新理念。 （2） 融合传统课程“电磁场与电磁波”“天线与电波传播”以及部分“微波技术”内容的新型教材。 （3） 紧跟电磁波与天线技术领域前沿热点问题，引入磁电偶极子、5G天线、新型人工电磁结构天线等内容，突出科学性和前沿性。 （4） 基于HFSS、CST等三维高频电磁仿真软件和MATLAB等商业数学软件进行模型设计和程序仿真，提供大量典型实例和相关数据图片，化抽象为具体，源自编者多年从事电磁场课程教学和指导学员科技创新的深厚积累。 （5） 配套60多个视频（时长600多分钟），包括知识点讲解、仿真模型、设计案例等，便于翻转课堂和自主学习，可扫描书中二维码观看。 （6） 配套40多道重要知识点的典型例题和166道课后习题，方便掌握核心内容；同时配套习题解答和实验教程，加深知识的理解和掌握，实现理论与实践的紧密结合，便于自主学习和进阶提升。 （7） 新形态教材，配套资源丰富，包括教学大纲、思政元素库、典型案例、PPT课件等，可扫描前言下方二维码下载。 "