本書主要講述矢量分析、靜態(tài)場和時變場三個方面的內(nèi)容。矢量分析是課程的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。靜態(tài)場包括靜電場、恒定電場和恒定磁場的基本方程和邊界條件，介質(zhì)的極化和磁化特性，部分電容、電感的求解，分離變量法和鏡像法。時變場包括時變電磁場的基本定律，麥克斯韋方程組，時變場的邊界條件，坡印廷定理，均勻平面波和導(dǎo)行波的傳播特性。本書適合高等院校通信、電子等專業(yè)本科生作為教材使用，也適合對該領(lǐng)域感興趣的讀者閱讀使用。
本書依托國家電工電子教學(xué)基地、國家通信工程特色專業(yè)，教材建設(shè)理念不斷提高。在原有研究性教材的基礎(chǔ)上，將各個章節(jié)中的重要概念、電場與磁場的靜態(tài)和動態(tài)分布、三維動畫、場的應(yīng)用、電磁波的傳播、應(yīng)用視頻等形成資料庫，做到與教材相關(guān)內(nèi)容一一對應(yīng)的鏈接，使得學(xué)生或讀者可以通過音頻、視頻、三維圖像等多媒體資源深入理解所學(xué)知識。
文化與科技的融合，使得教材與新媒體的有效融合成為可能。在數(shù)字出版概念提出的幾年來，基于讀者閱讀的需要，開發(fā)融傳統(tǒng)出版與新媒體于一體的數(shù)字化教材，將大大提升教學(xué)效果，使大學(xué)教學(xué)更加精彩。
隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，電磁場與電磁波理論在通信、廣播、電視、導(dǎo)航、遙感遙測、工業(yè)自動化、家用電器、地質(zhì)勘探、電力系統(tǒng)、醫(yī)用電子設(shè)備等方面有著越來越多的應(yīng)用，電磁理論也是新興學(xué)科的增長點和交叉點。電磁場與電磁波是電子信息類本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課，屬于理論與實踐緊密結(jié)合的課程。學(xué)習(xí)電磁場與電磁波課程，可以使學(xué)生掌握電磁場和電磁波的理論體系，掌握靜態(tài)場和時變場的分析和計算，對電磁場的分布和電磁波的傳播特性有正確的理解和認識，對于提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)與探究的能力，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的方法、嚴謹?shù)膶W(xué)風(fēng)、創(chuàng)新的精神都具有重要的作用。
本書第1版在普通高等教育十一五規(guī)劃教材《電磁場與電磁波基礎(chǔ)教程》的基礎(chǔ)上修訂而成。本書的編寫者參考目前國內(nèi)普遍使用及國外優(yōu)秀的經(jīng)典電磁場與電磁波教材，并將多年一線教學(xué)實踐的經(jīng)驗和對本課程的理解融入到教材的編寫中，使教材通俗易懂、重點突出，合理地在教材中滲透新概念、新方法、新手段，注重經(jīng)典與現(xiàn)代的有機結(jié)合，并且引入動態(tài)鏈接。本書第1版的動態(tài)電子資源需要讀者下載手機App，掃一掃圖書中有放大鏡標記的配圖獲得，第2版教材則可直接掃描配圖附近的二維碼。本書在內(nèi)容結(jié)構(gòu)和編寫安排上具有以下幾個主要特色。
1 在教材建設(shè)思想上，體現(xiàn)教材是知識的載體；體現(xiàn)經(jīng)典與現(xiàn)代、理論與技術(shù)、解析與仿真的有機結(jié)合。
2 在教材的知識結(jié)構(gòu)上，理論敘述深入淺出，不羅列艱深的公式及數(shù)學(xué)推導(dǎo)，推導(dǎo)力求簡潔，重點強調(diào)結(jié)論的物理意義及其應(yīng)用。
3 在教材的素材選擇上，將的科技成果轉(zhuǎn)化為教材內(nèi)容，體現(xiàn)基礎(chǔ)性和先進性。
4 精心設(shè)計典型綜合例題和習(xí)題來加深對電磁場理論的理解，增加思考與練習(xí)引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探究，從而對典型的電磁場問題有較清晰地認識。
5 書中插圖、MATLAB仿真分析圖形完整精美，有的示意電磁場基本原理，有的與電磁場的基本物理現(xiàn)象有關(guān)，還有一部分展示了電磁波理論的應(yīng)用。
6 僅需要手機互動，二維碼作為入口，就能呈現(xiàn)三維視頻及動畫，想象空間廣闊，可更好為讀者服務(wù)。
7 書中電磁場與電磁波應(yīng)用方面的內(nèi)容全面，研究型擴展題目精心挑選，獨具特色。
全書共7章。第1章矢量分析，主要介紹了矢量的各種運算及運算法則；場的分類與表示；三種常見正交坐標系與微分元；重點講解了場的梯度、散度和旋度的物理意義及計算公式；亥姆霍茲定理的內(nèi)容及意義；后利用MATLAB分析了梯度、散度和旋度的特性。
第2章、第3章和第4章屬于靜態(tài)場部分，包括靜電場、恒定電場和恒定磁場。從分析產(chǎn)生各自場的散度源和旋度源出發(fā)，建立了場所滿足的基本方程。討論了介質(zhì)的極化和磁化特性，研究了介質(zhì)中場的基本方程和邊界條件。在源和場的互求的基礎(chǔ)上，分析計算了部分電容、電阻和電感�；谛远ɡ恚治龊完U述了分離變量法和鏡像法。
第5章、第6章和第7章屬于時變場部分，包括時變電磁場、平面電磁波和導(dǎo)行電磁波。分析介紹了時變電磁場的基本定律，麥克斯韋方程組，時變場的邊界條件，坡印廷定理，均勻平面波在空間、導(dǎo)電媒質(zhì)和各種導(dǎo)波系統(tǒng)中的傳播特性。
書中附錄列出了定理與矢量恒等式、三個坐標系下的微分運算、坐標系變換、基本物理常量及SI詞頭，書末附有習(xí)題答案。課程網(wǎng)站提供了書中所有的MATLAB源程序。
本書可作為通信、電子、自動化專業(yè)本科生電磁場與電磁波課程教材，也可作為相關(guān)教師、學(xué)生以及專業(yè)人員的重要參考書。
本書第1章、第4章、第7章、MATLAB應(yīng)用及書后附錄由邵小桃編寫；第2章、第3章、第5章、第6章及習(xí)題答案由李一玫編寫；各章應(yīng)用及MATLAB仿真分析由王國棟編寫；部分研究型拓展題目由郭勇和張波編寫。各章插圖的動態(tài)鏈接視頻及動畫主要由衛(wèi)延制作完成，第6章的動態(tài)鏈接由李一玫完成仿真，崔勇和郭勇也參與了部分視頻的制作。全書由邵小桃主編。
本書得到教改項目通信工程專業(yè)綜合改革試點建設(shè)項目的資助。
在此對北京交通大學(xué)出版社及編輯等給予的幫助和大力支持表示衷心的感謝。
由于作者水平有限，書中難免會出現(xiàn)不妥和疏漏，敬請各位讀者和專家指正。
編者2021年7月目錄電磁場與電磁波（M Book）
第1章矢量分析
1.1矢量和矢量運算
1.1.1標量與矢量
1.1.2矢量運算
1.2標量場和矢量場
1.2.1場的分類
1.2.2場的表示
1.3正交坐標系與微分元
1.3.1直角坐標系
1.3.2圓柱坐標系
1.3.3球坐標系
1.4標量場的方向?qū)?shù)和梯度
1.4.1方向?qū)?shù)
1.4.2標量場的梯度
1.5矢量場的通量和散度
1.5.1通量和通量源
1.5.2矢量場的散度
1.5.3散度定理
1.6矢量場的環(huán)量和旋度
1.6.1環(huán)量和渦旋源
1.6.2矢量場的旋度
1.6.3斯托克斯定理
1.7亥姆霍茲定理
1.7.1無散場與無旋場
1.7.2亥姆霍茲定理
1.8MATLAB應(yīng)用分析
小結(jié)
思考與練習(xí)
習(xí)題
研究型拓展題目
第2章靜電場
2.1庫侖定律和電場強度
2.1.1庫侖定律
2.1.2電場強度
2.2真空中的靜電場
2.2.1靜電場的通量和散度
2.2.2靜電場的環(huán)量和旋度
2.2.3真空中靜電場的基本方程
2.3電位
2.3.1電位的定義
2.3.2電位的計算
2.3.3電偶極子
2.4介質(zhì)中的靜電場方程
2.4.1介質(zhì)的極化
2.4.2介質(zhì)中的高斯定律
2.5靜電場的邊界條件
2.5.1兩種介質(zhì)分界面上的邊界條件
2.5.2介質(zhì)與導(dǎo)體分界面上的邊界條件
2.6泊松方程拉普拉斯方程
2.7靜態(tài)場的邊值問題和基本定理
2.7.1格林定理
2.7.2性定理
2.7.3靜態(tài)場的邊值問題
2.8分離變量法
2.8.1直角坐標分離變量法
2.8.2圓柱坐標分離變量法
2.8.3球坐標系的分離變量法
2.9鏡像法
2.9.1平面鏡像法
2.9.2球面鏡像法
2.9.3圓柱面鏡像法
2.10多導(dǎo)體系統(tǒng)部分電容
2.10.1電容的概念
2.10.2多導(dǎo)體系統(tǒng)間的部分電容
2.11靜電場能量靜電力
2.11.1靜電場能量
2.11.2靜電力
2.12靜電場的應(yīng)用
2.13MATLAB 應(yīng)用分析
小結(jié)
思考與練習(xí)
習(xí)題
研究型拓展題目
第3章恒定電場
3.1電流密度
3.1.1電流強度和電流密度
3.1.2電流密度和電荷密度
3.1.3歐姆定律
3.1.4焦耳定律
3.2恒定電場的基本方程和電動勢
3.2.1電流連續(xù)性方程
3.2.2恒定電場的基本方程
3.2.3電動勢
3.3恒定電場的邊界條件
3.4恒定電場與靜電場的比擬
3.5恒定電場的應(yīng)用
3.6MATLAB應(yīng)用分析
小結(jié)
思考與練習(xí)
習(xí)題
研究型拓展題目
第4章恒定磁場
4.1安培力定律與磁感應(yīng)強度
4.1.1安培力定律
4.1.2磁感應(yīng)強度畢奧-薩伐爾定律
4.1.3洛侖茲力
4.2真空中恒定磁場的基本方程
4.2.1磁通連續(xù)性方程
4.2.2安培環(huán)路定律
4.3矢量磁位和磁偶極子
4.3.1矢量磁位
4.3.2磁偶極子
4.4磁介質(zhì)中的恒定磁場方程
4.4.1介質(zhì)的磁化
4.4.2磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定律
4.5恒定磁場的邊界條件
4.5.1兩種磁介質(zhì)分界面上的邊界條件
4.5.2理想導(dǎo)磁體表面的邊界條件
4.5.3矢量磁位表示的邊界條件
4.6標量磁位
4.6.1標量磁位及其方程
4.6.2標量磁位的多值性
4.6.3介質(zhì)磁化的磁荷模型及其標量磁位
4.7電感
4.7.1自感系數(shù)和互感系數(shù)
4.7.2自感和互感的計算
4.8磁場能量磁場力
4.8.1磁場能量
4.8.2磁場力
4.9恒定磁場的應(yīng)用
4.10MATLAB應(yīng)用分析
小結(jié)
思考與練習(xí)
習(xí)題
研究型拓展題目
第5章時變電磁場
5.1法拉第電磁感應(yīng)定律
5.2位移電流
5.3麥克斯韋方程組
5.3.1麥克斯韋方程組的形式
5.3.2本構(gòu)關(guān)系
5.3.3無源區(qū)的麥克斯韋方程組
5.3.4無源區(qū)的波動方程
5.4時變電磁場的邊界條件
5.4.1兩種媒質(zhì)分界面上的邊界條件
5.4.2理想導(dǎo)體表面的邊界條件
5.5正弦電磁場的復(fù)數(shù)表示法
5.5.1正弦場量的復(fù)數(shù)表示
5.5.2麥克斯韋方程組的復(fù)數(shù)形式
5.5.3波動方程的復(fù)數(shù)形式
5.5.4復(fù)電容率復(fù)磁導(dǎo)率
5.6坡印亭定理和坡印亭矢量
5.6.1時變電磁場的能量與功率
5.6.2時域坡印亭定理
5.6.3頻域坡印亭定理
5.6.4時變電磁場的性定理
5.7時變電磁場的動態(tài)位
5.7.1動態(tài)位方程
5.7.2動態(tài)位方程的解
5.8時變電磁場的應(yīng)用
5.9MATLAB應(yīng)用分析
小結(jié)
思考與練習(xí)
習(xí)題
研究型拓展題目
第6章平面電磁波
6.1理想介質(zhì)中的均勻平面波
6.1.1均勻平面波的方程和解式
6.1.2均勻平面波的傳播特性
6.2電磁波的極化
6.2.1直線極化
6.2.2圓極化
6.2.3橢圓極化
6.3導(dǎo)電媒質(zhì)中的均勻平面波
6.3.1導(dǎo)電媒質(zhì)中的波動方程及其解式
6.3.2導(dǎo)電媒質(zhì)中均勻平面波的傳播特性
6.4均勻平面波的垂直入射
6.4.1導(dǎo)電媒質(zhì)分界面的垂直入射
6.4.2理想導(dǎo)體表面的垂直入射
6.4.3理想介質(zhì)分界面的垂直入射
6.4.4良導(dǎo)體表面的垂直入射
6.5均勻平面波對多層介質(zhì)的垂直入射
6.6均勻平面波的斜入射
6.6.1理想介質(zhì)分界面的斜入射
6.6.2波的全反射和全折射
6.6.3理想導(dǎo)體表面的斜入射
6.7群速
6.8電磁波的應(yīng)用
6.9MATLAB應(yīng)用分析
小結(jié)
思考與練習(xí)
習(xí)題
研究型拓展題目
第7章導(dǎo)行電磁波
7.1導(dǎo)行波的基本特性
7.1.1TEM波的傳輸特性
7.1.2TE波和TM波的傳輸特性
7.2矩形金屬波導(dǎo)
7.2.1矩形波導(dǎo)中的TM模
7.2.2矩形波導(dǎo)中的TE模
7.2.3矩形波導(dǎo)的截止頻率和傳輸特性
7.2.4矩形波導(dǎo)中的TE10模
7.3圓波導(dǎo)
7.3.1圓波導(dǎo)中的場分布
7.3.2圓波導(dǎo)中波的傳播特性
7.3.3圓波導(dǎo)中的三個常用模式
7.4同軸傳輸線
7.4.1同軸線傳輸主模TEM模
7.4.2同軸線中的高次模
7.5諧振腔
7.5.1諧振腔的基本概念及主要參數(shù)
7.5.2矩形諧振腔
7.6導(dǎo)行電磁波的應(yīng)用
小結(jié)
思考與練習(xí)
習(xí)題
研究型拓展題目
附錄A定理與矢量恒等式
附錄B三個坐標系下的微分運算
附錄C坐標系變換
附錄D基本物理常量
附錄ESI詞頭
習(xí)題答案
參考文獻
書單推薦
