本書在《電磁場與電磁波基礎》（第2版）的基礎上修訂而成。全書共分10章。第1章為矢量分析與場論；第2、3、4章為電磁場理論部分，以“麥克斯韋方程組―時變場―靜態場”為主線展開論述；第5章為場論與路論的關繫；第6、7、8章為電磁波部分，重點討論理想介質及有耗介質中電磁波的傳播特性、電磁波極化的概念及其工程應用、電磁波在分界面上的反射與折射；第9、10章為電磁波的傳播和輻射部分。本書可作為電子信息工程、通信工程等專業本科、研究生教材，也可供從事射頻微波方向的工程技術人員參考。

第1章 矢量分析與場論 1
1．1 矢量的表示和運算 1
1．1．1 矢量與標量 1
1．1．2 矢量的運算 2
1．1．3 標量場與矢量場 3
1．2 坐標繫 4
1．2．1 正交坐標繫 4
1．2．2 直角坐標繫 5
1．2．3 圓柱坐標繫 6
1．2．4 球坐標繫 7
1．2．5 三種坐標繫中單位矢量之間的關繫 9
1．3 矢量函數的通量與散度 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 13
1．4 矢量函數的環量與旋度 15
1．4．1 矢量的環量 15
1．4．2 矢量場的旋度 16
1．4．3 斯托克斯定理 19
1．5 標量函數的方向導數與梯度 20
1．5．1 標量場與等值面 20
1．5．2 方向導數 21
1．5．3 梯度 21
1．6 格林公式 24
1．7 亥姆霍茲定理 25
1．7．1 散度和旋度的比較 25
1．7．2 亥姆霍茲定理 25
本章小結 26
習題1 29
第2章 自由空間中電磁場與麥克斯韋方程組 31
2．1 電場強度和電位 32
2．1．1 庫侖定律與電場強度 32
2．1．2 電位 34
2．2 磁場強度和磁位 35
2．2．1 磁感應強度 35
2．2．2 矢量磁位 37
2．2．3 標量磁位 39
2．3 安培環路定律與全電流定律 40
2．3．1 安培環路定律 40
2．3．2 傳導電流、運流電流和位移電流 40
2．3．3 全電流定律 42
2．3．4 電流連續性方程 43
2．4 法拉第電磁感應定律 44
2．5 高斯定律 46
2．6 積分形式的麥克斯韋方程組 48
2．7 微分形式的麥克斯韋方程組 48
2．8 靜態場麥克斯韋方程組 50
2．9 麥克斯韋方程組的復數形式 51
2．10 電磁場的能量與坡印廷矢量 53
2．10．1 坡印廷定理 53
2．10．2 坡印廷矢量和平均坡印廷矢量 54
本章小結 56
習題2 58
第3章 介質中的電磁場與麥克斯韋方程組 61
3．1 導體和介質 61
3．1．1 導體 61
3．1．2 電介質 63
3．1．3 磁介質 63
3．2 電偶極子和介質極化 64
3．2．1 電偶極子 65
3．2．2 電介質的極化 66
3．2．3 電介質中的高斯定律 67
3．3 磁偶極子和介質磁化 69
3．3．1 磁偶極子 69
3．3．2 介質的磁化 70
3．3．3 磁介質中的安培環路定律 71
3．4 介質中的麥克斯韋方程組 73
3．5 電磁場的邊界條件 74
3．5．1 一般介質分界面的邊界條件 74
3．5．2 特殊介質的邊界條件 77
本章小結 80
習題3 81
第4章 靜態場的解 84
4．1 泊松方程和拉普拉斯方程 84
4．1．1 靜態場中的麥克斯韋方程組 84
4．1．2 泊松方程和拉普拉斯方程 86
4．2 對偶原理 88
4．3 疊加原理和唯一性定理 89
4．3．1 邊界條件的分類 89
4．3．2 疊加原理 90
4．3．3 唯一性定理 90
4．4 鏡像法 91
4．4．1 點電荷與無限大平面導體的合成場計算 91
4．4．2 電介質分界面的鏡像電荷 93
4．4．3 球形邊界問題 95
4．4．4 圓柱形邊界問題 98
4．5 分離變量法 98
4．5．1 直角坐標繫中的分離變量法 99
4．5．2 圓柱坐標繫中的分離變量法 102
4．6 格林函數法 105
4．6．1 靜電場邊值問題的格林函數法表達式 105
4．6．2 簡單邊界的格林函數 107
4．7 有限差分法 109
本章小結 111
習題4 112
第5章 場論與路論的關繫 114
5．1 歐姆定律與焦耳定律 114
5．1．1 歐姆定律 114
5．1．2 電阻的計算 115
5．1．3 焦耳定律 116
5．2 電容和部分電容 117
5．2．1 電容 117
5．2．2 部分電容 118
5．3 電感 121
5．3．1 自感 121
5．3．2 互感 122
5．4 基爾霍夫定律和麥克斯韋方程組 124
5．4．1 基爾霍夫電流定律 124
5．4．2 基爾霍夫電壓定律 125
5．5 路量與場量的對比關繫 127
本章小結 127
習題5 128
第6章 理想介質中的均勻平面波 131
6．1 波的數學描述 131
6．2 電磁波的波動方程 133
6．2．1 一般電磁波的波動方程 133
6．2．2 均勻平面波的波動方程 134
6．2．3 理想介質中均勻平面波的解 136
6．3 理想介質中均勻平面波的傳播特性 137
6．4 均勻平面波解的一般形式 139
6．4．1 沿z軸傳播的均勻平面波的一般式 139
6．4．2 沿任意方向傳播的均勻平面波的一般式 140
6．5 波的極化 142
6．5．1 直線極化 143
6．5．2 圓極化 144
6．5．3 橢圓極化 145
6．5．4 極化波的合成與分解 146
6．6 電磁波譜 148
本章小結 150
習題6 150
第7章 有耗介質中的均勻平面波 153
7．1 有耗介質中的波動方程 153
7．1．1 波動方程及其解 153
7．1．2 有耗介質中均勻平面波的參數 154
7．2 有耗介質中波的傳播特性 157
7．2．1 良介質中波的傳播特性 158
7．2．2 良導體中波的傳播特性 159
7．2．3 趨膚效應 161
7．2．4 表面阻抗 163
7．3 相速、群速和能速 164
7．3．1 相速、群速和能速的一般定義 164
7．3．2 無耗介質中平面電磁波的相速、群速和能速 166
7．3．3 有耗介質中平面電磁波的相速、群速和能速 167
7．4 色散 168
本章小結 169
習題7 170
第8章 波的反射與折射 172
8．1 反射定律和折射定律 172
8．2 均勻平面波對分界面的垂直入射 173
8．2．1 對導電介質分界面的垂直入射 174
8．2．2 對理想導體表面的垂直入射 175
8．2．3 對理想介質分界面的垂直入射 177
8．3 均勻平面波對理想介質分界面的斜入射 179
8．3．1 垂直極化波的斜入射 180
8．3．2 平行極化波的斜入射 181
8．3．3 全反射、全折射 184
8．4 均勻平面波對導電介質分界面的斜入射 185
8．5 反射波的相位變化 187
8．6 各向異性介質中的平面電磁波 188
本章小結 189
習題8 190
第9章導行電磁波 193
9．1電磁波在均勻導波裝置中傳播的一般特性 193
9．1．1電磁波在均勻導波裝置中的傳播 193
9．1．2均勻導波裝置中的TEM波、TE波和TM波 195
9．1．3 均勻導波裝置中的導行波傳輸特性 197
9．2 TEM傳輸線 199
9．2．1 傳輸線方程及其時諧穩態解 199
9．2．2 傳輸線的傳輸特性參數 203
9．2．3無耗傳輸線的工作狀態 205
9．3 矩形波導 211
9．3．1 矩形波導中的TM波 211
9．3．2 矩形波導中的TE波 212
9．3．3 矩形波導中的TE10波 214
9．4圓柱形波導 218
9．4．1 圓柱形波導中的TM波 218
9．4．2 圓柱形波導中的TE波 220
9．5導波繫統中的功率傳輸與損耗 222
9．5．1波導的功率傳輸和功率容量 222
9．5．2波導的損耗和衰減 223
9．6 諧振腔 225
9．6．1 同軸諧振腔 225
9．6．2 矩形諧振腔 226
9．6．3 諧振腔的品質因數Q 227
9．7 介質波導和光纖簡介 228
9．7．1 介質波導 228
9．7．2 光纖 228
本章小結 230
習題9 231
第10章 輻射繫統簡介 232
10．1緩慢移動的加速點電荷的輻射 232
10．2 自由電荷的能量散射 236
10．3束縛電荷輻射的散射 237
10．4電偶極子天線的輻射 238
10．5 天線的輻射電阻 240
10．6 天線的增益 240
10．7 磁偶極子天線的輻射 241
本章小結 246
習題10 247
附錄A 重要的矢量公式 248
附錄B 計算雅可比行列式 250
附錄C 矢量D、H、E、B、P、M之間的關繫 251
附錄D 相關的國際單位 252
附錄E 相關的物理常數 254
附錄F 中英文專業詞彙對照表 256
習題參考答案 267
參考文獻

電磁場與電磁波是近代自然科學中理論相對完整、應用極為廣泛的支柱學科之一。它是通信工程、電子信息工程、電子科學與技術等電子信息與電氣類專業必修的一門重要的專業基礎課程。它所涉及的內容是電子信息與電氣類專業學生知識結構的必要組成部分。電磁場與電磁波不僅是微波技術與天線、光纖通信、移動通信等專業課程的理論基礎，而且還是一些交叉學科（如材料、遙感探測、生物醫學工程等）的理論基礎，在廣播電視、遙感遙測、工業自動化、地質勘探、電力繫統、醫用設備等方面有著越來越廣泛和深入的應用。

隨著通信和微電子等技術的迅速發展，不斷升高的工作頻率成為電子產品開發中不可忽視的技術關鍵。在不斷追求大容量、低延時、低功耗、智能化等性能的過程中，不管采用什麼新的技術，其信號處理與傳播的理論基礎都和電磁場與電磁波密不可分。在這些頻率越來越高的繫統器件的開發與使用中，往往用集總參數電路理論難以解決，而分布參數的技術應用必須結合電磁場與電磁波理論纔能得到完整的解釋。

通過電磁場與電磁波課程，應當使學生建立電磁場與電磁波的理論體繫，以及“場”與“波”的基本概念；學會用場的觀點去觀察、分析、解決基本電磁問題，掌握時變場和靜態場的計算分析方法；理解電磁波在不同介質中的傳播特性，理解電磁波的輻射和傳輸理論，為處理實際電磁問題建立理論基礎；認識電磁理論指導實踐的作用，將抽像的理論或概念與實際電磁問題相結合；能夠在獲取知識的同時激發學習興趣，提高主動性、積極性和創造性，為後續課程的學習和實踐工作打下堅實的基礎。

本書在電子信息與電氣學科規劃教材《電磁場與電磁波基礎》（第2版）的基礎上修訂而成。本書的編寫借鋻了國內外優秀教材的成功之處，以及編者在教學和科研方面所積累的經驗，強調抽像概念形像化，復雜公式推導簡單化，使其既通俗易學又重點突出。在內容編排中，既有從特殊到一般的歸納方法，又有從一般到特殊的演繹方法；既能使學生易於接受新內容，又能培養學生的抽像思維能力。本書具有如下特點：

1）本書以場的理論和波的概念為主線，以麥克斯韋方程組為紐帶展開論述。

2）從實際電磁現像出發，總結出電磁場的基本規律，分別導出時變場下的真空和介質空間中的麥克斯韋方程組，再用基本理論方程解釋一些實際的電磁現像。

3）將靜態電磁場作為時變電磁場的特殊情況來分析，精簡了靜態場的內容，使靜態場的論述簡潔嚴謹，重點突出時變場和波的部分，為微波技術與天線等後續課程打下基礎。

4）建立場論和路論之間的統一關繫，強調場論的普遍性。

5）在不同的介質條件下，分析場和波的基本規律，強調電磁波在有耗介質中的傳播特性。

6）結合工程實際情況，對電磁波的產生、導波繫統和電磁波輻射理論進行了分析討論。

7）充分利用現代化教學手段，配套豐富的圖像、視頻和動畫，加深對概念的理解。

全書共分10章。第1章矢量分析與場論，主要介紹矢量場、矢量的基本運算、直角坐標繫、圓柱坐標繫和球坐標繫；散度、旋度、梯度和散度定理、旋度定理；格林公式和亥姆霍茲定理的內容及意義。

第2、3、4章電磁場理論部分，按照“麥克斯韋方程組—時變場—靜態場”的思路，從電磁學三大實驗定律（即庫侖定律、安培力定律和法拉第電磁感應定律）出發，導出麥克斯韋方程組，緊接著討論時變場和坡印廷定理，把靜態場（即靜電場、恆定電場、恆定磁場）作為時變電磁場的特殊情況來分析。

第5章場論與路論的關繫，主要目的是建立場論和路論之間的統一關繫，強調場論的普遍性，在電路尺寸遠小於工作波長時，路論可以由麥克斯韋方程組導出。

第6、7、8章電磁波部分，重點討論理想介質及有耗介質中電磁波的傳播特性、電磁波極化的概念及其工程應用、電磁波在分界面上的反射與折射。由麥克斯韋方程組導出電波/磁波方程，重點分析無限大均勻線性各向同性理想介質中沿z軸方向傳播的電磁波性質和傳播特性，進而推廣到沿任意方向傳播的電磁波。

第9、10章電磁波的傳播和輻射部分，結合工程實際應用，討論基於路的方法分析平行雙導線特性、基於場方法分析波導中的電場和磁場分布、電偶極子和磁偶極子的輻射特性、天線的特性參數等。

附錄提供了重要的矢量公式、電磁場矢量間關繫、相關的國際單位及物理常數、中英文專業詞彙對照表等。書末附有習題參考答案。

本書由武漢理工大學付琴負責統稿，第1、4章編寫，第2、3章由魏勤編寫，第5章由劉守軍編寫，第6、7章和各章節習題及答案由付琴編寫，第8、9、10章由劉嵐編寫。