本书以场的理论为基础进行分析，以波的特性为重点展开论述；采用不同的论述体系。从力的类比入手引入场，从大学物理的基础导出电磁场与电磁波的基本理论和基本方程；强调并引入位函数，同时以静态场为例介绍位场的求解方法； 在不同的介质条件下反复分析场与波的基本规律；结合工程实际情况，对波的产生、导波及辐射进行分析讨论。

本书是按照电子信息与电气类专业“电磁场与电磁波”课程教学的基本要求，本着深入浅出、通俗易学的原则而编写的。为了更适合电子信息与电气类专业学生的学习，本书在给出了“场”的基本方程和一般概念与分析方法后，重申噗着墨于“波”的基本特性与传播过程分析。

本书共分11章，主要内容包括：矢量分析与场论，电场、磁场与麦克斯韦方程，介质中的麦克斯韦方程，矢量位与标量位，静态场的解，自由空间中的电磁波，非导电介质中的电磁波，导电介质中的电磁波，波的反射与折射，等等。本书最后对电磁波的导引和辐射进行了简要的介绍。每章之后均附有本章小结和丰富的习题，书末附有大部分习题参考答案。

本书可作为普通高等院校通信工程、电子信息工程、电子科学与技术、自动化、电气工程及其自动化等专业的本科生教材，也可供从事“电磁场与电磁波”方向的工程技术人员参考。

第1章 矢量分析与场论/1

 1.1 矢量的表示和运算/1

1.1.1 矢量与标量/1

1.1.2 矢量的代数运算/2

1.1.3 标量场与矢量场/4

 1.2 正交坐标系/4

1.2.1 正交坐标系的概念/4

1.2.2 笛卡儿坐标系/5

1.2.3 圆柱坐标系/6

1.2.4 球坐标系/7

1.2.5 三种坐标系中单位矢量之间的关系/8

 1.3 矢量函数的通量与散度/10

1.3.1 矢量的通量/10

1.3.2 散度/12

1.3.3 高斯散度定理/14

 1.4 矢量函数的环量与旋度/15

1.4.1 矢量的环量/16

1.4.2 矢量场的旋度/16

1.4.3 斯托克斯定理/20

 1.5 标量函数的方向导数与梯度/21

1.5.1 标量场与等值面/21

1.5.2 方向导数/21

1.5.3 梯度/22

 1.6 格林公式/25

 1.7 亥姆霍兹定理/26

1.7.1 散度和旋度的比较/26

1.7.2 亥姆霍兹定理/26

 1.8 矢量场的分类/27

 本章小结/28

 习题1/30

第2章 电场、磁场与麦克斯韦方程/33

 2.1 电场力、电场强度与电位/34

2.1.1 电场力与电场强度/34

2.1.2 电位/35

 2.2 磁场力、磁感应强度与磁位/36

2.2.1 磁场力与磁感应强度/36

2.2.2 矢量磁位/37

2.2.3 标量磁位/40

 2.3 洛伦兹力/40

 2.4 电偶极子/41

 2.5 磁偶极子/43

 2.6 由电通量与高斯定律导出麦克斯韦第一方程/46

2.6.1 电通量/46

2.6.2 麦克斯韦第一方程/46

 2.7 由电磁感应定律与斯托克斯定律导出麦克斯韦第二方程/47

 2.8 由磁通量与高斯定律导出麦克斯韦第三方程/47

 2.9 由安培环路定律与斯托克斯定律导出麦克斯韦第四方程/48

2.9.1 传导电流、运流电流和位移电流/48

2.9.2 电流连续性原理/50

2.9.3 麦克斯韦第四方程/51

 2.10 微分形式的麦克斯韦方程组/52

 2.11 麦克斯韦方程的积分形式/54

 2.12 麦克斯韦方程的时谐形式/56

 2.13 电磁场的能量与坡印廷矢量/57

 本章小结/61

 习题2/62

第3章 介质中的麦克斯韦方程组/64

 3.1 分子模型/64

 3.2 电介质及其极化/65

3.2.1 极化的概念/65

3.2.2 极化矢量P/66

3.2.3 介质的分子模型与极化矢量/67

3.2.4 高密度介质中的电场/68

3.2.5 考虑极化效应的麦克斯韦方程组/70

 3.3 折射率与相对介电常数/72

 3.4 介质的磁化/74

3.4.1 磁化的概念/74

3.4.2 磁化电流与磁化矢量M/74

3.4.3 磁场强度/74

3.4.4 磁介质/75

 3.5 介质中的麦克斯韦方程组/76

 3.6 电磁场的边界条件/77

 本章小结/84

 习题3/86

第4章 矢量位与标量位/88

 4.1 矢量位A/88

 4.2 标量位φ/88

 4.3 用位函数φ和A表示的非均匀波动方程/89

 4.4 利用场源ρ和J求解位函数φ和A/92

 4.5 李纳-维谢尔位函数/94

 本章小结/98

 习题4/99

第5章 静态场的解/100

 5.1 泊松方程和拉普拉斯方程/100

5.1.1 静态场中的麦克斯韦方程组/100

5.1.2 泊松方程和拉普拉斯方程/102

 5.2 对偶原理/105

 5.3 叠加原理和唯一性定理/106

5.3.1 边界条件的分类/106

5.3.2 叠加原理/106

5.3.3 唯一性定理/107

 5.4 镜像法/107

5.4.1 点电荷与无限大平面导体的合成场计算/107

5.4.2 电介质分界面的镜像电荷/109

5.4.3 球形边界问题/111

5.4.4 圆柱形边界问题/112

 5.5 分离变量法/113

5.5.1 笛卡儿坐标系中的分离变量法/113

5.5.2 圆柱坐标系中的分离变量法/116

 5.6 格林函数法/118

5.6.1 静电场边值问题的格林函数法表达式/119

5.6.2 简单边界的格林函数/121

 5.7 有限差分法/122

 本章小结/125

 习题5/126

第6章 自由空间中的电磁波/128

 6.1 波的数学描述/128

 6.2 均匀平面波与三维波动方程/129

 6.3 电波与磁波/130

 6.4 自由空间中的平面电磁波/131

6.4.1 随时间变化的单色平面波/132

6.4.2 均匀平面电磁波的特性/133

 6.5 波的极化/136

 6.6 电磁波谱/141

 本章小结/143

 习题6/143

第7章 非导电介质中的电磁波/145

 7.1 非导电介质中的电磁波方程/145

 7.2 平面电磁波在理想介质中的传播/147

 7.3 平面电磁波在非理想介质中的传播/148

7.3.1 等效复介电系数/148

7.3.2 波动方程及其解/149

 7.4 低密度气体中的电磁波/150

 7.5 高密度介质中的电磁波/152

 7.6 复数折射率的相关结论/153

 7.7 相速度与能流速度/154

 7.8 色散/157

 7.9 相速与群速/158

 本章小结/160

 习题7/160

第8章 导电介质中的电磁波/162

 8.1 导电介质的一般模型/162

 8.2 导电介质在高频或低频时的特性/163

8.2.1 介质的折射率与导电介质的频率特性/163

8.2.2 导电介质的趋肤深度/165

8.2.3 导电介质的趋肤效应/167

 8.3 导电介质中的电磁波/169

8.3.1 导电介质中波的传播特性/169

8.3.2 良导体中的均匀平面电磁波/172

 8.4 等离子体对波的反射/175

 本章小结/177

 习题8/178

第9章 电磁波的反射与折射/179

 9.1 电磁波传播的边界条件/179

 9.2 传播矢量/182

 9.3 平面边界的反射与透射/183

 9.4 反射波的极化/191

 9.5 法向入射/192

 9.6 全折射与全反射/194

9.6.1 全折射/194

9.6.2 全反射/195

 9.7 反射波的相位变化/196

 9.8 各向异性媒质中的平面电磁波/197

 本章小结/198

 习题9/200

第10章 导行电磁波/203

 10.1 电磁波在均匀导波装置中传播的一般特性/203

10.1.1 电磁波在均匀导波装置中的传播/203

10.1.2 均匀导波装置中的TEM波、TE波和TM波/205

10.1.3 均匀导波装置中的导行波传输特性/207

 10.2 TEM传输线/209

10.2.1 传输线方程及其时谐稳态解/209

10.2.2 传输线的传输特性参数/213

10.2.3 无损耗传输线的工作状态/215

 10.3 矩形波导/221

10.3.1 矩形波导中的TM波/221

10.3.2 矩形波导中的TE波/222

10.3.3 矩形波导中的TE10波/224

 10.4 圆柱形波导/228

10.4.1 圆柱形波导中的TM波/228

10.4.2 圆柱形波导中的TE波/230

 10.5 导波系统中的功率传输与损耗/232

10.5.1 波导的功率传输和功率容量/232

10.5.2 波导的损耗和衰减/233

 10.6 谐振腔/235

10.6.1 同轴谐振腔/235

10.6.2 矩形谐振腔/236

10.6.3 谐振腔的品质因素Q/237

 10.7 介质波导和光纤简介/238

10.7.1 介质波导/238

10.7.2 光纤/238

 本章小结/240

 习题10/241

第11章 辐射系统简介/242

 11.1 缓慢移动的加速点电荷的辐射/242

 11.2 自由电荷的能量散射/246

 11.3 束缚电荷辐射的散射/247

 11.4 电偶极子天线的辐射/248

 11.5 天线的辐射电阻/250

 11.6 天线的增益/251

 11.7 磁偶极子天线的辐射/251

 本章小结/256

 习题11/256

附录A 一些有用的数学结论/257

附录B 计算雅可比行列式/261

附录C 矢量D、H、E、B、P、M之间的关系/262

附录D 相关的国际单位/263

附录E 相关的物理常数/264

附录F 中英文术语对照表/266

习题参考答案/272

参考文献/280