電磁場與電磁波（第2版）(2016年8月清華大學出版社出版教材)

《電磁場與電磁波（第2版）》是由張洪欣、沈遠茂、韓宇南編著，2016年8月清華大學出版社出版的教育部高等學校電子信息類專業教學指導委員會規劃教材、高等學校電子信息類專業系列教材。該教材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。

全書共分9章。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、恆定電場的基本方程及其性質；第3章分析恆定磁場的基本方程及其性質；第4章介紹靜態場的邊值問題；第5章以麥克斯韋方程組為核心研究時變電磁場的性質；第6章介紹平面電磁波在無界媒質中的傳播；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；第8章介紹導行電磁波的種類、雙導體傳輸線的性質；第9章介紹電磁波的輻射。

基本介紹

• 書名：電磁場與電磁波（第2版）
• 作者：張洪欣、沈遠茂、韓宇南
• ISBN：9787302429487
• 類別：高等學校電子信息類專業系列教材
• 頁數：296頁
• 出版社：清華大學出版社
• 出版時間：2016年8月1日
• 裝幀：平裝
• 開本：16開
• 字數：475千字
• CIP核字號：2016030540

成書過程

修訂過程

該次修訂在採納部分高校教師使用該教材後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. 為便於直觀分析，在第7章增補了電磁波斜入射到理想介質分界面時反射係數和透射係數與入射角的關係；
   
2. 為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章增補了對方向性係數的分析；
   
4. 為便於查閱梯度、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。
   

該教材由張洪欣、沈遠茂、韓宇南編寫，具體編寫分工如下：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，並最後完成統稿。

出版工作

2016年8月1日，該教材由清華大學出版社出版。

出版社工作人員

責任編輯	封面設計	責任校對	責任印製
盛東亮、趙曉寧	李召霞	時翠蘭	王靜怡

內容簡介

該教材以基本電磁現象和電磁規律為基礎，分析和闡述電磁場與電磁波的基本概念、原理及其基本套用，展現電磁工程領域的科技成果。

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、恆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章分析恆定磁場的基本方程及其性質，討論恆定磁場的邊界條件，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、分離變數法、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，並分析邊界條件、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，並介紹菲涅耳公式、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、諧振腔的基本套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、天線基本參數及套用等。

教材目錄

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方嚮導數; 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衝擊函式及其性質; 習題; 第2章靜電場與恆定電場; 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靜電場的電位函式; 2.4.1電場強度與電位函式; 2.4.2電位函式的表達式; 2.5電偶極子; 2.5.1電偶極子的電位函式; 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係; 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電位函式的邊界條件; 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多導體的電容係數與部分電容; 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恆定電場; 2.11.1電流與電流密度矢量; 2.11.2恆定電場的基本性質; 2.11.3恆定電場的邊界條件; 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章恆定磁場; 3.1恆定磁場的基本定律; 3.1.1安培力定律; 3.1.2畢奧薩伐爾定律; 3.2真空中的恆定磁場方程; 3.2.1恆定磁場的散度及磁通連續性原理; 3.2.2恆定磁場的旋度及安培環路定理; 3.2.3恆定磁場的位函式及其方程; 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介質中的恆定磁場方程; 3.4恆定磁場的邊界條件; 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恆定磁場位函式的邊界條件; 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恆定磁場的能量和磁場力; 3.6.1恆定磁場的能量及能量密度; 3.6.2恆定磁場的磁場力; 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分離變數法; 4.2.1直角坐標系中的分離變數法; 4.2.2圓柱坐標系中的分離變數法; 4.2.3球坐標系中的分離變數法; 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複數形式; 5.3.1時諧電磁場的複數形式; 5.3.2麥克斯韋方程組的複數形式; 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電磁場的位函式及波動方程; 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逆都卜勒頻移; 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簡併模、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滯後位; 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方向性函式、方向圖與方向性係數; 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前後比和副瓣電平; 9.6.8有效長度與頻頻寬度; 習題; 附錄A矢量基本運算公式; 附錄B洛倫茲規範; 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

（註：目錄排版順序為從左列至右列）

教學資源

• 配套教材
  

該教材有配套教材——《電磁場與電磁波教學、學習與考研指導（第2版）》。

書名	書號	出版社	出版時間	作者
《電磁場與電磁波教學、學習與考研指導（第2版）》	9787302505389	清華大學出版社	2019.03.01	張洪欣、沈遠茂、張鑫

• 課程資源
  

該教材提供PPT教學課件。

教材特色

該教材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。

該教材在作者從事電磁場與電磁波教學經驗的基礎上，結合典型問題的套用，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，將複雜的問題簡單化，將零散的問題系統化。該教材以“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、電磁場套用等進行劃分；各章節內容按主線展開；在內容組織結構上，強調前後內容的連貫性，保持理論體系的系統性和完整性。

作者簡介

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。主要從事無線通信、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。先後開設“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”“電工測量”等多門本科生及研究生課程。