本書以基本電磁現象和電磁規律為基礎，系統分析和闡述電磁場與電磁波的基本概念、原理及其基本應用，注重展現電磁工程領域的新科技成果。
全書共分9章，主要內容安排如下：
第1章介紹正交坐標系和矢量分析的基本方法、基本定理；第2章分析靜電場、恒定電場的基本方程及其性質，討論靜電場的邊界條件，介紹電位、電偶極子、靜電場中的導體及電容、電場能量及電場力等；第3章分析恒定磁場的基本方程及其性質，討論恒定磁場的邊界條件，介紹矢量磁位、電感、磁場能量及磁場力等；第4章介紹靜態場的邊值問題，闡述鏡像法、分離變量法、有限差分法等；第5章以麥克斯韋方程組為核心研究時變電磁場的性質，并分析邊界條件、坡印亭矢量、交變場的位等；第6章介紹平面電磁波在無界媒質中的傳播，包括平面波的性質、電磁波的極化、平面波在良介質及良導體中的傳播特性等，介紹時域有限差分法；第7章研究電磁波在理想導體表面、理想介質分界面及導電媒質分界面的反射和折射，分析入射空間及透射空間場的性質，并介紹菲涅耳公式、人工電磁材料等；第8章介紹導行電磁波的種類、雙導體傳輸線的性質，分析波導管中電磁場的分布規律、電磁波的傳播特性，介紹導波傳輸系統、諧振腔的基本應用及基片集成波導的概念；第9章介紹電磁波的輻射，包括電偶極子、磁偶極子輻射、電磁場的對偶性、對稱振子天線的輻射特性、天線基本參數及應用等。
本書可以作為電子信息工程、通信工程、電子科學技術等專業的教材，也可供從事電波傳播、射頻技術、微波技術、電磁兼容技術的科研和工程技術人員參考。
本教材嚴格參照教育部《普通高等學校本科專業目錄（2012年）》、教育部高等學校電子電氣基礎課程教學指導分委員會《電子電氣基礎課程教學基本要求》編寫。在總結教學團隊豐富教學經驗的基礎上，從電磁場應用的角度出發，闡述電磁場與電磁波的基本概念、基本規律和基本的計算方法，培養學生建立起“場”與“波”的概念及聯系——學會“場”與“路”的分析方法；掌握用“場”的觀點去觀察、分析、解決電磁場問題。力爭從科學前沿的高度，培養邏輯思維和創新思維能力，提高分析、解決實際電磁工程問題的能力。
（1） 易教易學 系統闡述理論的同時，注重內容的實用性和可讀性，減少理論公式的繁雜數學推導，為公式賦予明確的物理含義，便于理解和運用。
（2） 前后銜接 強調知識內容和分析方法的前后連貫性，并妥善處理好與前期課程和后續課程的銜接性。
（3） 認知規律 從認識和理解的規律編排內容，將數學工具工程化，將抽象問題形象化，將復雜問題簡單化，將零散問題系統化，并打上作者理解的“標簽”。
（4） 層次分明 以“場”與“波”為主線，以麥克斯韋方程為紐帶，對各知識層次按照由淺入深、循序漸進的方式進行劃分，環環相扣，前后呼應。
（5） 技術前沿 介紹電磁科學領域的新進展，激發學習興趣，啟迪創新思想。
（6） 教學課件 配書教案（PPT）可到清華大學出版社網站本書頁面下載。
（7） 學習輔導 《電磁場與電磁波教學、學習與考研指導》（張洪欣等編著，清華大學出版社）。
（8） 實驗指導 《電磁場與微波技術測量及仿真》（趙同剛等編著，清華大學出版社）。
第2版前言
本書第1版自2013年出版以來，以明晰的物理概念、簡練的公式推導、形象的規律描述、先進的技術導向贏得了廣大讀者的歡迎。2014年和2015年作者又相繼組織編寫了《電磁場與微波技術測量及仿真》與《電磁場與電磁波教學、學習與考研指導》教學參考用書，與主教材《電磁場與電磁波》組成了完整的配套教材系列，在理論、實驗實踐和練習鞏固等三方面緊密配合并支撐各個教學和學習環節。該套教材系列也由此獲得了北京郵電大學教學成果獎（教材類）。
本次修訂在采納部分高校教師使用該教材后提出的意見和建議的基礎上，改正了第1版的錯誤和不當之處，主要改進有以下幾方面：
(1) 為便于直觀分析，在第7章增補了電磁波斜入射到理想介質分界面時反射系數和透射系數與入射角的關系；
(2) 為深入理解電磁波的反射和折射，在第7章增補了平面波在多層媒質分界面垂直入射的情況作為選學內容；
(3) 在第9章增補了對方向性系數的分析；
(4) 為便于查閱梯度、散度和旋度的計算公式，增補了附錄H；
(5) 對習題答案進行了修訂。
本書在修訂過程中得到了北京郵電大學呂英華教授的關心和指導，在此表示衷心感謝。同時，一并感謝北京郵電大學電子工程學院和清華大學出版社的支持。
對于本書中的缺點和不足之處，希望廣大讀者不吝批評指正。
編著者
2016年7月
于北京郵電大學
前言
電磁場理論是電子、通信、微波及生物醫學工程等眾多學科領域的基礎； 同時，電磁場與電磁波又是工科院校電子科學與技術、信息與通信工程、電磁場與無線技術等本科電類專業的重要專業基礎課程。隨著計算機、通信及微電子等技術的迅速發展，電磁場與其他學科交叉發展、交相輝映，新的專業和技術不斷涌現； 并且，電路的集成化程度越來越高，電子設備的體積越來越小，電磁兼容、電磁干擾等電磁場問題也越來越突出，對電磁場理論和微波技術提出了更大的挑戰。
電磁波是電磁場的一種運動形式，通過這門課程，應當使學生建立起“場”與“波”的概念，學會“場”與“路”的分析方法，學會用“場”的觀點去觀察、分析、計算一些基本、典型的問題。培養學生正確的邏輯思維方法，提高分析、解決問題的能力； 從科學前沿的戰略高度出發培養學生的創新思維能力和創造力，為處理實際電磁場問題打下堅實的理論基礎。本書總教學時數為68學時左右（部分章節可根據需要節選），可以作為高等院校相關專業的本科生教材或者教學參考用書，也可以作為職業技術學院相關專業的教材和教學參考用書。
本書在編寫過程中參照工科院校新修訂培養計劃的教學要求，認真貫徹執行教育部教高［2007］1號、2號文件精神，參照教育部高等學校電子信息科學與工程類專業教學指導分委會《高等學校電子信息科學與工程類本科指導性專業規范（試行）》及2011年高等學校本科專業目錄的修訂意見，密切結合工科院校電子科學與技術、通信工程、信息工程等專業的特點，研究和闡述電磁現象的基本原理、電磁場的基本規律及其在科學研究和工程中的應用。本書的編寫思想是從學生認識和理解的角度出發，明確電磁場理論及發展的歷史脈絡； 突出理論敘述、推導與趣味性的融合； 強調數學方法與物理規律的有機結合，將數學工具“工程化”，既避免繁雜的數學推導，又闡明電磁場理論的基本概念和規律。本書在作者多年從事電磁場與電磁波教學經驗的基礎上，結合典型問題的應用，突出電磁場理論中的概念及物理意義，將抽象的問題具體化，將復雜的問題簡單化，將零散的問題系統化，打上作者自己理解的“標簽”。本書以“場與波”為主線，以“麥克斯韋方程”為紐帶，對知識層次按照靜態場、邊界條件、時變場、電磁場與物質的相互作用、電磁場應用等進行劃分； 各章節內容按主線展開，環環相扣，在敘述上由淺入深、循序漸進； 在內容組織結構上，強調前后內容的連貫性，保持理論體系的系統性和完整性。本書還注重介紹電磁場領域的最新科技成果及其應用，激發學生對電磁場的學習興趣，起到拋磚引玉的作用，為進一步的學習和研究因勢利導，打下牢固的理論基礎。
本書還選編了部分例題和習題，并在書后附有參考答案，便于學生自學和復習。本書由張洪欣、沈遠茂、韓宇南編寫，其中韓宇南編寫了第1章與第9章； 沈遠茂編寫了第2章、第6章與第7章； 張洪欣編寫了第3、4、5、8章以及緒論、附錄等內容，并最后完成統稿。本書在編寫過程中得到了北京郵電大學電子工程學院、北京化工大學信息科學與技術學院以及清華大學出版社的大力支持，在此一并表示誠摯的感謝。
由于編者學識有限，電磁場與電磁波技術發展迅速，書中難免存在一些疏漏和不足，懇請廣大讀者不吝斧正。
編者2012年8月于北京郵電大學
張洪欣 北京郵電大學電子工程學院教授、博士生導師，電子工程學院學術委員會委員，通信與微波工程研究室主任。兼任國家自然科學基金同行評議專家、教育部學位與研究生教育發展中心評議專家、中國電子學會DSP應用專家委員會委員、北京電子電器協會電磁兼容分會委員、中國通信學會電磁兼容分會委員、中華預防醫學會自由基預防醫學專業委員會委員、北京市科學技術獎勵評審專家、工信部科技人才庫專家、江蘇省科技計劃評審專家、浙江省自然科學基金評議專家、IET高級會員。長期從事無線通信、信號與信息處理、微波工程與電磁兼容、生物電子等領域的教學和研究工作。先后開設“電磁場與電磁波”、“物理光學”、“計算電磁學的數值方法”、“生物電子學”、“通信原理”、“計算機原理”、“電路分析”、“數字電路技術”、“電工測量”等多門本科生及研究生課程。發表學術論文140余篇，其中SCI檢索20余篇、EI檢索80余篇。主持及主研省部級及企業合作科研項目30余項。申請國家發明專利5項，出版著作2部，主審教材1部，編寫標準1部。獲得優秀論文獎5項、教學成果獎2項。
緒論
第1章矢量分析
1.1矢量代數
1.1.1標量和矢量
1.1.2矢量的加法和減法
1.1.3矢量的乘法
1.2三種常用的坐標系
1.2.1正交坐標系
1.2.2直角坐標系
1.2.3圓柱坐標系
1.2.4球坐標系
1.3標量場的梯度
1.3.1標量場的等值面
1.3.2方向導數
1.3.3梯度
1.4矢量場的通量與散度
1.4.1通量
1.4.2散度
1.4.3散度定理
1.5矢量場的環量與旋度
1.5.1環量
1.5.2旋度
1.5.3斯托克斯定理
1.6無旋場與無散場
1.6.1無旋場
1.6.2無散場
1.7拉普拉斯運算與格林定理
1.7.1拉普拉斯運算
1.7.2格林定理
1.8亥姆霍茲定理
1.9沖擊函數及其性質
習題
第2章靜電場與恒定電場
2.1庫侖定律與電場強度
2.1.1庫侖定律
2.1.2電場強度及其疊加原理
2.2電場強度的通量和散度
2.2.1電場強度的通量
2.2.2電場強度的散度
2.3電場強度的環量及旋度
2.3.1電場強度的環量
2.3.2電場強度的旋度
2.4靜電場的電位函數
2.4.1電場強度與電位函數
2.4.2電位函數的表達式
2.5電偶極子
2.5.1電偶極子的電位函數
2.5.2電偶極子靜電場的電場強度
2.5.3電偶極子靜電場的等位面和電場線
2.6靜電場中的導體和介質
2.6.1靜電場中的導體
2.6.2靜電場中的介質
2.6.3介質中電位移矢量的通量和散度
2.6.4電位移矢量與電場強度的關系
2.7泊松方程與拉普拉斯方程
2.8靜電場的邊界條件
2.8.1電位移矢量的法向邊界條件
2.8.2電場強度的切向邊界條件
2.8.3電位函數的邊界條件
2.9導體系統的電容
2.9.1雙導體及孤立導體的電容
2.9.2多導體的電容系數與部分電容
2.10靜電場的能量與靜電力
2.10.1靜電場的能量
2.10.2靜電場的能量密度
2.10.3靜電力
2.11恒定電場
2.11.1電流與電流密度矢量
2.11.2恒定電場的基本性質
2.11.3恒定電場的邊界條件
2.11.4靜電場比擬法與電導
2.11.5損耗功率與焦耳定律
習題
第3章恒定磁場
3.1恒定磁場的基本定律
3.1.1安培力定律
3.1.2畢奧薩伐爾定律
3.2真空中的恒定磁場方程
3.2.1恒定磁場的散度及磁通連續性原理
3.2.2恒定磁場的旋度及安培環路定理
3.2.3恒定磁場的位函數及其方程
3.3磁偶極子與介質的磁化
3.3.1磁偶極子及其矢量磁位
3.3.2介質的磁化
3.3.3介質中的恒定磁場方程
3.4恒定磁場的邊界條件
3.4.1磁感應強度的法向邊界條件
3.4.2磁場強度的切向邊界條件
3.4.3恒定磁場位函數的邊界條件
3.5電感
3.5.1自電感
3.5.2互電感
3.5.3電感的計算
3.6恒定磁場的能量和磁場力
3.6.1恒定磁場的能量及能量密度
3.6.2恒定磁場的磁場力
習題
第4章靜態場的邊值問題及其解法
4.1邊值問題的類型及唯一性定理
4.1.1邊值問題的分類
4.1.2靜電場解的唯一性定理
4.2分離變量法
4.2.1直角坐標系中的分離變量法
4.2.2圓柱坐標系中的分離變量法
4.2.3球坐標系中的分離變量法
4.3鏡像法
4.3.1平面鏡像
4.3.2球面鏡像
4.4有限差分法
4.4.1有限差分法基本原理
4.4.2有限差分法的基本實現方法
習題
第5章時變電磁場
5.1麥克斯韋方程組
5.1.1麥克斯韋第一方程
5.1.2麥克斯韋第二方程
5.1.3麥克斯韋第三方程
5.1.4麥克斯韋第四方程
5.1.5麥克斯韋方程組的形式
5.1.6媒質的本構方程
5.2時變電磁場的邊界條件
5.2.1法向場的邊界條件
5.2.2切向場的邊界條件
5.3時諧電磁場及麥克斯韋方程組的復數形式
5.3.1時諧電磁場的復數形式
5.3.2麥克斯韋方程組的復數形式
5.4時變電磁場的能量及功率
5.4.1坡印亭定理
5.4.2復坡印亭矢量及平均坡印亭矢量
5.5時變電磁場的唯一性定理
5.6電磁場的位函數及波動方程
習題
第6章無界媒質中的均勻平面波
6.1理想介質中的均勻平面波
6.1.1亥姆霍茲方程與均勻平面波
6.1.2理想介質中均勻平面波的特性
6.1.3理想介質中均勻平面波的一般表達式
6.2電磁波的極化
6.2.1線極化
6.2.2圓極化
6.2.3橢圓極化
6.2.4極化波的合成與分解
6.3導電媒質中的均勻平面波
6.3.1導電媒質中的波動方程與均勻平面波
6.3.2導電媒質中均勻平面波的特性
6.3.3良介質與良導體
6.3.4趨膚效應
6.3.5表面阻抗、交流電阻
6.3.6損耗功率
6.4時域有限差分法
6.4.1麥克斯韋方程的差分格式
6.4.2UPML吸收邊界條件
習題
第7章均勻平面波在不同媒質分界面的反射與折射
7.1平面波垂直入射到理想導體表面
7.2平面波垂直入射到理想介質間的分界面
7.3平面波斜入射到理想導體表面
7.3.1垂直極化波斜入射
7.3.2平行極化波斜入射
7.4平面波斜入射到理想介質間的分界面
7.4.1平行極化波斜入射
7.4.2垂直極化波斜入射
7.4.3全折射、全反射與表面波
7.5平面波在導電媒質分界面的反射與折射
7.6平面波在多層媒質分界面的垂直入射
7.7人工電磁材料
7.7.1負折射效應
7.7.2完美透鏡效應
7.7.3負相速度
7.7.4逆多普勒頻移
7.7.5逆切倫科夫輻射
7.7.6完美吸波材料
習題
第8章導行電磁波
8.1導行電磁波傳播模式及其傳播特性
8.1.1TEM波
8.1.2TM波
8.1.3TE波
8.2雙導體傳輸線
8.2.1平行雙線傳輸系統
8.2.2同軸傳輸線
8.2.3微帶線
8.3矩形波導
8.3.1矩形波導中的TM波
8.3.2矩形波導中的TE波
8.3.3簡并模、主模及單模傳輸
8.3.4矩形波導的傳播特性參數及傳輸功率
8.4圓波導
8.4.1圓波導中的TM波
8.4.2圓波導中的TE波
8.4.3圓波導的傳播特性
8.4.4圓波導的幾種主要波形
8.5諧振腔
8.5.1諧振腔的基本參數
8.5.2矩形諧振腔
8.5.3圓諧振腔
8.6基片集成波導
習題
第9章電磁輻射
9.1滯后位
9.2電偶極子的輻射
9.2.1電偶極子電磁場的激發與輻射
9.2.2電偶極子的輻射場
9.3磁偶極子的輻射
9.4電與磁的對偶原理
9.5對稱振子天線
9.5.1對稱振子天線上的電流分布
9.5.2對稱振子天線的遠區場
9.6天線的基本參數
9.6.1方向性函數、方向圖與方向性系數
9.6.2輸入阻抗與駐波比
9.6.3極化
9.6.4效率
9.6.5增益
9.6.6波瓣寬度
9.6.7前后比和副瓣電平
9.6.8有效長度與頻帶寬度
習題
附錄A矢量基本運算公式
附錄B洛倫茲規范
附錄C無線電頻段劃分
附錄D常用導體材料的參數
附錄E常用介質材料的參數
附錄F常用物理常數
附錄G一維吸收邊界條件UPML的實現
附錄H梯度、散度和旋度的計算公式
附錄I習題參考答案
參考文獻
新書資訊