电子科技大学：《高等电磁场理论》课程教学资源（课件讲稿）绪论 Advanced Electromagnetic Field Theory

/958 1 Computational Electromagnetics Laboratory,UESTC 高等电磁场理论 2021年秋季 物理学院计算电磁学及其应用团队 梁锋副教授/熊江副教授

1 Computational Electromagnetics Laboratory, UESTC 高等电磁场理论 2021年秋季 物理学院 计算电磁学及其应用团队 梁锋 副教授 / 熊江 副教授

课程基本信息 1956 Computational Electromagnetics Laboratory,UESTC 1.学时及教学形式：50学时课堂教学 2.:R.F.Harrington,Time-Harmonic Electromagnetic Fields,IEEE Press, 2001等。 3.考核方式：最终考核成绩=平时考核成绩占60%（其中课堂讨 论、考勤、课后作业20%，课堂测验20%，课程设计20%)+期末 考试（按惯例开卷)成绩占40%。 4.先修课程：电磁场与波（或电动力学)、数学物理方程及特殊 函数 5.教学目标：掌握以Maxwell方程组为基础的电磁场理论及解析 计算方法，熟悉典型的电磁波辐射、传播、散射问题的求解

5 Computational Electromagnetics Laboratory, UESTC 1. 学时及教学形式：50学时课堂教学 2. 教材：R. F. Harrington, Time-Harmonic Electromagnetic Fields, IEEE Press, 2001 等。 3. 考核方式：最终考核成绩＝平时考核成绩占60%（其中课堂讨 论、考勤、课后作业20%，课堂测验20%，课程设计20% ） +期末 考试（按惯例开卷）成绩占40% 。 4. 先修课程：电磁场与波（或电动力学）、数学物理方程及特殊 函数 5. 教学目标：掌握以Maxwell方程组为基础的电磁场理论及解析 计算方法，熟悉典型的电磁波辐射、传播、散射问题的求解。 课程基本信息

课程基本信息 1956 Computational Electromagnetics Laboratory,UESTC 为什么要学习时谐电磁场？ 什么是时谐电磁场？ 时谐电磁场：随时间变化关系可写为E(F)e,(单频正弦电磁场) 容易联相到情里叶（递）变换f0-元」P(o)e“d加 E(F.)-2L6(F.0)do 上式说明：随时间任意变化的电磁场均可表示为一系列不同频率 的时谐电磁场的线性叠加。 傅里叶变换（或傅里叶级数）的本质：任意函数均可表示为一系 列不同频率、不同幅度的正弦函数的叠加

6 Computational Electromagnetics Laboratory, UESTC 课程基本信息 为什么要学习时谐电磁场？ 什么是时谐电磁场？ 时谐电磁场：随时间变化关系可写为      j ωt E r e （单频正弦电磁场）     1 2      j ωt f t= F e d     1 , , 2           j ωt E rt= E r e d 上式说明：随时间任意变化的电磁场均可表示为一系列不同频率 的时谐电磁场的线性叠加 。 容易联想到傅里叶（逆）变换 傅里叶变换（或傅里叶级数）的本质：任意函数均可表示为一系 列不同频率、不同幅度的正弦函数的叠加

白光 光著 转镜 ± ab /858 oratory,UESTC signal 非周期信号的梅里叶变换0=25oed恤 周期信号的傅里叶级数s(t)=∑a,em, 2π W0= T 1=-oo 幅值 频率 时 时域分析 频域分析

7 Computational Electromagnetics Laboratory, UESTC 0 0 2 ( ) , jn t n n st ae T w p w ¥ =-¥ = = å 非周期信号的傅里叶变换          s t S e d j t ( ) 2 1 ( ) 周期信号的傅里叶级数 幅值 时域分析 频域分析

周期信号的傅里叶级数展开 p(t)=∑c,enw ab 1=-oo 1958 8 Computational Electromagnetics Laboratory,UESTC Square Wav四 -Square Wave 1.5 x=0.6 0.7 0.6 Cn= p()emvd -N-I 0.5 品05 4 0.3 0 03 05 T=1 0.1 0. 0 05 1.5 0 0.5 Square Wave Square Wave 0 -N-3 15 1.5 N-2 0.5 0.5 0.5 0.5 -0.5 0.5 1.5 -03 0 0.5 -1.5 0.5 0 0.5 1.5

8 Computational Electromagnetics Laboratory, UESTC   0    jn t n n 周期信号的傅里叶级数展开 p t = ce   0 0 1    T jn t n c = p t e dt T

课程基本信息 1958 Computational Electromagnetics Laboratory,UESTC 时谐电磁场： 随时间变化关系可写为E()e:(单频正弦电磁场) 均匀平面波： 随空间变化关系可写为E,eF (k固定的单向传播波) 根据傅里叶变换可知 E()=, 空域 谱域 上式说明：空间沿任意方向传播的电磁波（包括柱面波和球面 波)均可表示为一系列沿不同方向传播的平面波的线性叠加。 81 次关丰卡并头米※， 点源

9 Computational Electromagnetics Laboratory, UESTC 课程基本信息 时谐电磁场：随时间变化关系可写为      j ωt Ere （单频正弦电磁场） 根据傅里叶变换可知 均匀平面波：随空间变化关系可写为 0     jk r E e （ k固定的单向传播波）     3   1 2             jk r E r = E k e dk 上式说明：空间沿任意方向传播的电磁波（包括柱面波和球面 波）均可表示为一系列沿不同方向传播的平面波的线性叠加 。 1  2  点源 空域 谱域

的 ab 1958 12 Computational Electromagnetics Laboratory,UESTC 绪论

12 Computational Electromagnetics Laboratory, UESTC 司南 绪论

电磁场理论的发展史 1958 Computational Electromagnetics Laboratory,UESTC 第1阶段： 电与磁独立研究，定性地观察电现象和磁现象 早在先秦时代，我们的祖先在探寻铁 矿时就发现了磁铁矿石，即磁石。这些发 现很早就被记载下来了。《管子》中最早 记载了这些发现：“山上有磁石者，其下 有金铜”。后来，人们发现了地球磁场的 存在，发明了指南针。 电的发现：公元前585年，古希腊人发现将琥珀与毛皮摩擦后能吸 引微小羽毛。（可能是静电的最早记载)

13 Computational Electromagnetics Laboratory, UESTC 第 1 阶段： 电与磁独立研究，定性地观察电现象和磁现象 电磁场理论的发展史 早在先秦时代, 我们的祖先在探寻铁 矿时就发现了磁铁矿石, 即磁石。这些发 现很早就被记载下来了。《管子》中最早 记载了这些发现: “山上有磁石者, 其下 有金铜”。 后来，人们发现了地球磁场的 存在，发明了指南针。 司南 电的发现：公元前585年，古希腊人发现将琥珀与毛皮摩擦后能吸 引微小羽毛。（可能是静电的最早记载）

ab 1958 14 Computational Electromagnetics Laboratory,UESTC 美国人富兰克林1746年提出 正电和负电概念；1752年揭开了 雷电的秘密，提出天电（雷电） 与地电（摩擦起电）是同一种电 ,并且发明了避雷针。 1785年法国科学家库仑通过实 验创建了著名的库仑定律，总结出 了静电荷之间作用力大小的计算公 式—库仑定律

14 Computational Electromagnetics Laboratory, UESTC 1785年法国科学家库仑通过实 验创建了著名的库仑定律，总结出 了静电荷之间作用力大小的计算公 式——库仑定律。 美国人富兰克林1746年提出 正电和负电概念；1752年揭开了 雷电的秘密，提出天电（雷电） 与地电（摩擦起电）是同一种电 ，并且发明了避雷针

ab 1958 15 Computational Electromagnetics Laboratory,UESTC 第2阶段：电生磁，磁生电，电磁并存。 1820年丹麦人奥斯特发现了电流的磁效应。 1

15 Computational Electromagnetics Laboratory, UESTC 第 2 阶段：电生磁，磁生电，电磁并存。 1820年丹麦人奥斯特发现了电流的磁效应