本书是教育部高等学校电子信息类专业教学指导委员会规划教材,高等学校电子信息类专业系列教 材,兰州大学“**课程”使用教材。全书共分7章,从矢量分析与场论入手,着重讨论电磁场与电 磁波的基本内容,包括矢量分析、静电场、稳恒电场与磁场、静态场边值问题的解法、时变电磁场、电磁波的 传播、电磁波的辐射等内容。书末有部分习题参考答案和附录(三种常用坐标系下涉及的场论公式、重要 的矢量恒等式、希腊字母表、常用保角变换对照表等)。 本书具有“一石三鸟”的功效。具体使用中,可以单纯将本书作为教科书使用,并使用配套的教学幻灯 片; 也可以将各章节中的MATLAB代码汇总,支撑相关课程的虚拟仿真实验或者课程设计; 还可以将所 涉及的科技前沿内容和电磁应用部分汇集,作为创新创业学院或者大学生科研的案例来实施。 本书适合电子信息类、电气类专业的本科生使用,尤其适合开展研究型教学的基础理论班、创新人才 培养基地等使用,对于大学生进行科研有积极的促进作用; 也可以作为相关专业研究生的参考教材。

第1章矢量分析 1.1矢量的代数运算 1.1.1标量场和矢量场 1.1.2标量积与矢量积 1.1.3矢量的混合积 1.2标量场的梯度、矢量场的散度与旋度 1.2.1标量场的梯度 1.2.2矢量场的散度 1.2.3矢量场的旋度 1.2.4标量场的拉普拉斯运算 1.3矢量积分定理 1.3.1高斯散度定理 1.3.2斯托克斯定理 1.3.3格林定理 1.4三种常用坐标系 1.4.1坐标变量和基本单位矢量 1.4.2坐标变量之间的关系 1.4.3基本单位矢量之间的关系——单位圆法 1.4.4三种常用坐标系中的线元、面元和体元 1.4.5三种常用坐标系中的梯度、散度、旋度及拉普拉斯运算表达式 *1.5MATLAB绘制矢量场和标量场 本章小结 习题 第2章静电场 2.1库仑定律和电场强度 2.1.1库仑定律 2.1.2电场强度 2.1.3场的叠加原理和库仑场强法 2.1.4点电荷密度的数学表示 2.1.5电力线 *2.1.6用MATLAB绘制电力线 2.2真空中静电场的性质 2.2.1E通量 2.2.2高斯定理 2.2.3静电场的无旋性 2.2.4真空中静电场的基本方程 2.3静电势 2.3.1静电势的基本概念 2.3.2计算电场的电势法 2.3.3等势面 2.3.4电势的微分方程 2.4电偶极子 2.4.1电偶极子的电场 2.4.2均匀外电场对电偶极子的作用 2.5电介质的极化和电位移矢量 2.5.1电介质的极化和电极化强度 2.5.2束缚电荷 2.5.3电位移矢量和介质中的高斯定理 2.5.4介质中静电场的基本方程 *2.5.5极化相消的隐形机理 2.6静电场的边界条件 2.6.1两种媒质间静电场的边界条件 2.6.2两种介质间静电场的边界条件 2.6.3介质与导体间静电场的边界条件 2.7电容 2.7.1静电场中的导体 2.7.2孤立导体和双导体的电容 *2.7.3电容器的并联和串联与等效材料 2.8静电场的能量 2.8.1带电体系统的电场能量 2.8.2电场的能量密度 *2.9科技前沿: 静电隐形衣 本章小结 习题 第3章稳恒电场与磁场 3.1电流密度和电荷守恒定律 3.1.1电流与电流密度 3.1.2电流元 3.1.3传导电流与运流电流 3.1.4电动势 3.1.5电荷守恒定律——电流连续性方程 3.2稳恒电流的电场 3.2.1导电媒质中稳恒电场的基本方程 3.2.2稳恒电场的边界条件 3.2.3焦耳定律 3.2.4稳恒电场的静电比拟和电导 *3.3科技前沿: 直流电型隐身衣 3.4安培定律和磁感应强度 3.4.1安培定律 3.4.2磁感应强度: 毕奥萨伐尔定律 *3.4.3磁单极子 3.4.4洛伦兹力 3.5矢量势、稳恒磁场的基本性质 3.5.1磁通连续性原理 3.5.2矢量势及其微分方程 3.5.3安培环路定律 3.5.4真空中稳恒磁场的基本方程 3.6磁偶极子及磁场对其的作用 3.6.1磁偶极子的磁场 3.6.2稳恒磁场对磁偶极子的作用 3.7物质的磁化和磁场强度 3.7.1物质的磁化与磁化强度 3.7.2磁化电流 3.7.3磁场强度与磁介质中的安培环路定律 3.7.4磁介质中稳恒磁场的基本方程 3.7.5磁标势 3.7.6磁路 3.8磁场的边界条件 3.8.1两种磁介质间磁场的边界条件 3.8.2无自由面电流时两种磁介质间磁场的边界条件 3.8.3磁介质与理想导磁体间磁场的边界条件 3.9电感 3.9.1互感 3.9.2自感 *3.9.3互感计算和无线输电 3.10磁场能量 3.10.1电流回路系统的磁场能量 3.10.2磁场的能量密度 *3.11科技前沿: 静磁隐身衣 本章小结 习题 第4章静态场边值问题的解法 4.1静态场边值问题的分类和性定理 4.1.1静态场边值问题的分类 4.1.2静态场的边值条件 4.1.3静态场边值问题的求解方法 4.1.4性定理 4.1.5基于性定理求解边值问题 *4.1.6科技前沿: 有源隐形的理论基础 4.2镜像法 4.2.1镜像法的原理 4.2.2导体与介质平面边界的镜像法 4.2.3导体与介质圆柱面边界的镜像法 4.2.4导体与介质球面边界的镜像法 4.2.5两种介质间平面边界的镜像法 4.3直角坐标系下的分离变量法 4.3.1分离变量法简介 4.3.2直角坐标系内的分离变量法 4.3.3边界条件的叠加 4.4圆柱坐标系内的分离变量法 4.4.1通解的三种形式 *4.4.2特殊函数不特殊: 用MATLAB绘制贝塞尔函数等曲线 *4.4.3科技前沿: 柱状隐形装置的分离变量法分析 *4.5球坐标系内的分离变量法 4.5.1球坐标系内的分离变量法 4.5.2轴对称情况下势函数的通解表达式 4.5.3特殊函数不特殊——用MATLAB绘制勒让德多项式曲线 4.5.4科技前沿: 球状静场隐形装置的分离变量法分析 4.6保角变换法 4.6.1复变函数及其性质 4.6.2保角变换法求解平面场问题的原理 4.6.3常见的保角变换 4.6.4许瓦兹克利斯多菲变换 *4.6.5神通广大的保角变换 本章小结 习题 第5章时变电磁场 5.1法拉第电磁感应定律 5.1.1法拉第电磁感应定律 5.1.2感应电动势的计算 5.1.3动生电动势的另一种推证方法 *5.1.4再议无线输电 5.2位移电流和全电流定律 5.3麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式 5.3.1麦克斯韦方程组 5.3.2正弦电磁场基本方程的复数形式 5.3.3洛伦兹力 5.4电磁场的边值关系 5.4.1两种媒质间电磁场的边值关系 5.4.2两种理想介质间电磁场的边值关系 5.4.3介质与理想导体间电磁场的边值关系 5.5电磁场的能量守恒定律与坡印亭矢量 5.5.1电磁场的能量守恒定律——坡印亭定理 5.5.2坡印亭矢量——能流密度矢量 5.5.3正弦场的复数坡印亭矢量与复功率 5.6电磁场的矢量势和标量势 5.6.1电磁场的矢量势和标量势介绍 5.6.2洛伦兹条件与动态势的波动方程——达朗贝尔方程 5.7推迟势和似稳电磁场 5.7.1达朗贝尔方程的解——推迟势 5.7.2似稳条件和似稳电磁场 5.7.3电磁理论与电路理论之间的关系 *5.8科技前沿: 麦克斯韦方程组的空间协变性——电磁隐身衣的基本原理 *5.9时变电磁场在生活中的应用 5.9.1电磁炮 5.9.2电磁秋千 5.9.3磁悬浮 5.9.4电磁阻尼 *5.10利用MATLAB实现矢量场散度和旋度的可视化 本章小结 习题 第6章电磁波的传播 6.1理想介质中的均匀平面电磁波 6.1.1电磁波的波动方程及其解——均匀平面电磁波 6.1.2复波动方程和均匀平面波的传播特性 6.1.3均匀平面波的能量密度和能流密度 6.1.4均匀平面电磁波的极化 6.1.5均匀平面电磁波的性质 *6.1.6双负电磁参数媒质中的均匀平面电磁波 6.2媒质的频散和电磁波的相速与群速 6.2.1媒质的频散及其复介电常数 6.2.2磁介质的复磁导率 6.2.3导电媒质的频散及其等效复介电常数 6.2.4电磁波的相速度和群速度 6.3电磁波在有耗媒质中的传播 6.3.1有耗媒质中传播的均匀平面波 6.3.2导电媒质中传播的均匀平面波 6.4电磁波在介质分界面上的反射与折射 6.4.1反射定律与折射定律 6.4.2菲涅耳公式 6.4.3全反射 6.4.4正入射 *6.4.5负折射和零折射 6.5电磁波在导体表面上的反射与折射 6.5.1电磁波在导体表面上的反射与折射介绍 6.5.2驻波 *6.5.3金属界面的表面波——SPP 6.5.4趋肤效应和邻近效应 6.5.5趋肤深度及表面电阻 6.5.6涡流及其应用 6.5.7电磁屏蔽 6.6波导和谐振腔 6.6.1高频电磁能量的传输 6.6.2矩形波导中的电磁波 6.6.3谐振腔 *6.7科技前沿: 左手材料的前世今生 6.7.1左手材料的基本特性 6.7.2左手材料的实现 6.7.3左手材料的应用领域 *6.8行波、驻波、极化等电磁波的MATLAB可视化 本章小结 习题 第7章电磁波的辐射 7.1天线的分类和常用电参数 7.1.1天线的分类 7.1.2天线的常用电参数 7.1.3天线辐射场的求解方法 7.2电偶极子辐射和磁偶极子辐射 7.2.1电偶极子辐射 7.2.2电磁场的对偶原理——二重性原理 7.2.3磁偶极子辐射 *7.2.4使用MATLAB绘制天线方向图 7.3振子天线 7.3.1对称半波振子天线 7.3.2任意长度的振子天线 *7.3.3MATLAB在天线场计算中的应用 7.4天线阵 7.4.1二元阵 7.4.2均匀直线式天线阵 7.4.3均匀平面天线阵 7.4.4立体天线阵 *7.5电磁超表面的相控阵解释 *7.6超材料天线介绍 本章小结 习题 部分习题参考答案 附录A三种常用坐标系中一些量的表达式 附录B矢量恒等式 B.1矢量代数恒等式 B.2矢量微分恒等式 B.3矢量积分恒等式 附录C物理常数 附录D希腊字母表 附录E用于构成十进制倍数和分数单位的词头 附录F常用保角变换对照表 参考文献