　　《电磁场与电磁波（第2版）》是一本世界知名高校广泛采用的国际经典教材，从电磁模型的介绍入手，全面、系统、详细地阐述了电磁场与电磁波的基本理论，包括静电场、静磁场、稳恒电流场、边值问题、时变电磁场与麦克斯韦方程组、平面电磁波及其传播、传输线、阻抗圆图、微带线、波导与谐振腔、天线与电磁辐射、电磁屏蔽等内容；并给出了丰富的设计实例。书中同时配备了大量例题及习题以便读者快速领会各章精华；书后附有习题解答及中英文对照术语表，方便查阅。全书内容丰富、逻辑性强、深入浅出，公式书写规范。本书内容可灵活取舍，适宜作为理工科本科生及研究生“电磁场与电磁波”等课程的教材。原作者是华人两院院士David K. Cheng（IEE Fellow &IEEE; Fellow），他撰写的这本经典教材极其符合中国学生的学习特点，一直被追赶，极负盛誉的经典名著，世界百所名校采用！配教学课件（PPT），可到清华大学出版社网站本书页面下载。

内容简介

　　《电磁场与电磁波（第2版）》是一本世界知名高校广泛采用的国际经典教材．从电磁模型的介绍入手，全面、系统、详细地阐述了电磁场与电磁波的基本理论，包括静电场、静磁场、稳恒吧流场、边值问题、时变电磁场与麦克斯韦方程组、平面电磁波及其传播、传输线、阻抗圆图、微带线、波导与谐振腔、天线与电磁辐射、电磁屏蔽等内容；并给出了丰富的设计实例。书中同时配备了大量例题及习题以便读者快速领会各章精华；书后附有习题解答及中英文对照术语表，方便查阅。全书内容丰富、逻辑性强、深入浅出，公式书写规范。本书内容可灵活取舍，适宜作为理工科本科生及研究生“电磁场与电磁波”等课程的教材。

内页插图

第1章电磁模型
1.1 引言
1.2 电磁模型简介
1.3 国际单位制单位与普适常数
复习题

第2章矢量分析
2.1 引言
2.2 矢量的加法和减法
2.3 矢量的乘积
2.3.1 标量积或点积
2.3.2 矢量积或叉积
2.3.3 三个矢量的乘积
2.4 正交坐标系
2.4.1 直角坐标系
2.4.2 圆柱坐标系
2.4.3 球坐标系
2.5 矢量函数的积分
2.6 标量场的梯度
2.7 矢量场的散度
2.8 散度定理
2.9 矢量场的旋度
2.10 斯托克斯定理
2.11 两个零恒等式
2.11.1 恒等式ⅰ
2.11.2 恒等式ⅱ
2.12 亥姆霍兹定理
复习题
习题

第3章静电场
3.1 引言
3.2 真空中静电学的基本公理
3.3 库仑定律
3.3.1 离散电荷系统的电场
3.3.2 连续分布电荷的电场
3.4 高斯定理及其应用
3.5 电位
3.6 静电场中的导体
3.7 静电场中的电介质
3.8 电通密度和介电常数
3.9 静电场的边界条件
3.10 电容和电容器
3.10.1 电容器的串联和并联
3.10.2 多导体系统的电容
3.10.3 静电屏蔽
3.11 静电能量和静电力
3.11.1 场量表示的静电场能量
3.11.2 静电力
复习题
习题

第4章静电问题的解
4.1 引言
4.2 泊松方程和拉普拉斯方程
4.3 静电问题解的唯一性
4.4 镜像法
4.4.1 点电荷和导体平面
4.4.2 线电荷和平行导体圆柱
4.4.3 点电荷和导体球
4.4.4 带电球和接地平面
4.5 直角坐标中的边值问题
4.6 圆柱坐标中的边值问题
4.7 球坐标中的边值问题
复习题
习题

第5章稳恒电流
5.1 引言
5.2 电流密度和欧姆定律
5.3 电动势和基尔霍夫电压定律
5.4 连续性方程和基尔霍夫电流定律
5.5 功耗和焦耳定律
5.6 电流密度的边界条件
5.7 电阻的计算
复习题
习题

第6章静磁场
6.1 引言
6.2 真空中静磁学的基本公理
6.3 矢量磁位
6.4 毕奥-萨伐定律及应用
6.5 磁偶极子
6.6 磁化强度和等效电流密度
6.7 磁场强度和相对磁导率
6.8 磁路
6.9 磁性材料的性质
6.10 静磁场的边界条件
6.11 电感和电感器
6.12 磁能
6.13 磁场力和磁转矩
6.13.1 霍尔效应
6.13.2 载流导体上的磁场力和磁转矩
6.13.3 用存储的磁能表示磁场力和磁转矩
6.13.4 用互感表示磁场力和磁转矩
复习题
习题

第7章时变电磁场和麦克斯韦方程
7.1 引言
7.2 法拉第电磁感应定律
7.2.1 时变磁场中的静止回路
7.2.2 变压器
7.2.3 静磁场中的运动导体
7.2.4 时变磁场中的运动回路
7.3 麦克斯韦方程
7.4 位函数
7.5 电磁边界条件
7.5.1 两种无损耗线性媒质之间的分界面
7.5.2 电介质和理想导体之间的分界面
7.6 波动方程及其解
7.6.1 位函数的波动方程的解
7.6.2 无源波动方程
7.7 时谐场
7.7.1 相量的应用
7.7.2 时谐电磁学
7.7.3 简单媒质中的无源场
7.7.4 电磁波谱
复习题
习题

第8章平面电磁波
8.1 引言
8.2 无损耗媒质中的平面波
8.2.1 多普勒效应
8.2.2 横电磁波
8.2.3 平面波的极化
8.3 损耗媒质中的平面波
8.3.1 低损耗电介质
8.3.2 良导体
8.3.3 电离气体
8.4 群速
8.5 电磁能流和坡印廷矢量
8.6 导体平面边界的垂直入射
8.7 导体平面边界的斜入射
8.7.1 垂直极化
8.7.2 平行极化
8.8 电介质平面边界上的垂直入射
8.9 多层电介质分界面上的垂直入射
8.9.1 总场的波阻抗
8.9.2 用多层电介质作阻抗变换
8.10 电介质平面边界上的斜入射
8.10.1 全反射
8.10.2 垂直极化
8.10.3 平行极化
复习题
习题

第9章传输线理论及应用
9.1 引言
9.2 沿平行板传输线的横电磁波
9.2.1 有损平行板传输线
9.2.2 微带线
9.3 一般的传输线方程
9.3.1 无限长传输线上波的特性
9.3.2 传输线参数
9.3.3 功率关系导出的衰减常数
9.4 有限长传输线上波的特性
9.4.1 传输线用作电路元件
9.4.2 电阻性终端的传输线
9.4.3 任意终端的传输线
9.4.4 传输线电路
9.5 传输线的瞬态
9.5.1 反射图
9.5.2 脉冲激励
9.5.3 初始充电传输线
9.5.4 电抗负载传输线
9.6 史密斯圆图
9.7 传输线阻抗匹配
9.7.1 四分之一波长变换器作阻抗匹配
9.7.2 单短截线匹配
9.7.3 双短截线匹配
复习题
习题

第10章波导和谐振腔
10.1 引言
10.2 波沿均匀波导的一般传输特性
10.2.1 横电磁波
10.2.2 横磁波
10.2.3 横电波
10.3 平行板波导
10.3.1 平行板间的tm波
10.3.2 平行板间的te波
10.3.3 能量传输速度
10.3.4 平行板波导中的衰减
10.4 矩形波导
10.4.1 矩形波导中的tm波
10.4.2 矩形波导中的te波
10.4.3 矩形波导中的衰减
10.4.4 矩形波导中的不连续性
10.5 圆波导
10.5.1 贝塞尔微分方程和贝塞尔函数
10.5.2 圆波导中的tm波
10.5.3 圆波导中的te波
10.6 介质波导
10.6.1 沿介质板传播的tm波
10.6.2 沿介质板传播的te波
10.6.3 关于介质波导的补充信息
10.7 谐振腔
10.7.1 矩形谐振腔
10.7.2 谐振腔的品质因数
10.7.3 圆形谐振腔
复习题

第11章天线和辐射系统
11.1 引言
11.2 基本偶极子的辐射场
11.2.1 基本电偶极子
11.2.2 基本磁偶极子
11.3 天线方向图和天线参数
11.4 细直线天线
11.4.1 半波偶极子
11.4.2 有效天线长度
11.5 天线阵
11.5.1 二元阵
11.5.2 一般的均匀直线阵
11.6 接收天线
11.6.1 内部阻抗和方向图
11.6.2 有效面积
11.6.3 反向散射横截面
11.7 发送-接收系统
11.7.1 佛利斯传输定理和雷达方程
11.7.2 近地面的波传播
11.8 一些其他类型的天线
11.8.1 行波天线
11.8.2 螺旋天线
11.8.3 八木天线
11.8.4 宽带天线
11.9 孔径辐射器
参考文献
复习题
习题

附录a 符号和单位
a.1 基本的国际单位制（或有理制mksa）单位
a.2 导出单位
a.3 单位的倍数和约数
附录b 一些有用材料的常数
b.1 真空中的常数
b.2 电子和质子的物理常数
b.3 相对介电常数
b.4 电导率
b.5 相对磁导率
附录c 表格索引
精选习题答案
术语
一些常用矢量恒等式
梯度、散度、旋度以及拉普拉斯运算
柱坐标（r，φ，z）
球坐标（r，θ，φ）
总的参考文献

前言/序言

　　介绍电磁学的书籍大致可分为两大类。第一类采用传统的方法：从实验定律开始，逐步推广，最后将它们归纳为麦克斯韦方程的形式。这种方法称为归纳法。第二类采用公理方法：从麦克斯韦方程开始，利用合适的实验定律去证明每一个方程，将一般方程特殊化为静态和时变情况来分析。这种方法称为演绎法。有几本书从讨论狭义相对论开始，由力的库仑定律得出所有的电磁理论；但这种方法首先要求理解狭义相对论，这也许更适用于高年级课程。
　　传统方法的支持者认为，这种方法是顺应电磁理论历史发展的方法（从特定实验定律到麦克斯韦方程），同时与其他方法相比，学生更容易理解这种方法。然而，我觉得将整体的知识分解开来授课的方法未必是最好的方法。由于主题比较分散，因而不能充分利用矢量运算的简明性。学生对后面介绍的梯度、散度和旋度运算感到困惑，往往对其形成抵触心理。在构建电磁模型的过程中，这种方法缺乏凝聚力和优雅性。
　　公理的方法通常将四个麦克斯韦方程作为基本公理，采用积分或微分形式。这些方程相当复杂，且很难掌握。学生在书本的一开始就面对这些复杂的公式，很有可能惊惶失措并且产生抵触心理。机灵的学生会对场矢量的含义和一般方程的必要性和充分性感到好奇。初学阶段，学生往往对电磁模型的概念不理解，且对相关的数学推导感到无所适从。不管怎样，一般麦克斯韦方程可以简化以应用于静态场中，允许单独考虑静态电场和静态磁场。那么为什么一开始就要引入完整的四个麦克斯韦方程呢？
　　论据表明：尽管库仑定律是以实验证明为基础，但事实上它也是一个公理。考虑库仑定律的两个约束条件：一是带电体要远小于它们之间的距离，二是带电体间的作用力与它们之间的距离的平方成反比。由第一个假设得出问题：与带电体之间距离相比，带电体尺寸到底应当多小才可认为是“足够小”。在实际情况中，带电体不可能小到可忽略（理想点电荷），且很难确定有限尺寸的带电体间的“真实”距离。对大小已知的带电体，当距离较大时，测量距离的相对准确性高。但是，实验室中实际情况（作用力比较弱，外在带电体的存在等）限制了可用的间距，同时实验的误差不能完全避免。那么第二个约束中的平方反比关系导致另一个更重要的问题——即使带电体小到可忽略，不管实验者多么熟练和细致，实验测量不可能做到无限精确。那么，库仑怎么知道作用力精确到与距离的平方成反比（而不是2.0000001或1.999999次幂）呢？这个问题不可能从实验的角度得到答案，因为在库仑的时代，实验不可能精确到第七位。因此，我们可以得出结论：库仑定律本身就是一个公理，它是在有限精确的实验基础上发现和假设的自然规律（见3.2节）。
　　本书采用公理法逐步建立电磁模型：首先介绍静电场（第3章），然后是静磁场（第6章），最后由时变场得出麦克斯韦方程（第7章）。每一步的数学基础都是亥姆霍兹定理，亥姆霍兹定理表明，如果一个矢量场在任何地方的散度和旋度都给定了，那么这个矢量场就确定了，最多附加了一个常量。因此，建立真空中的静电模型，只需通过将矢量的散度和旋度设为已知，来定义该矢量（即电场强度E）。真空中静电场的所有其他关系式，包括库仑定律和高斯定律，都可以根据这两个非常简单的公理导出。介质中的关系可以由极化电介质的等效电荷分布的概念得出。
　　类似地，建立真空中的静磁场模型，需通过定义磁通密度的散度和旋度，来定义该磁通密度矢量B；所有其他公式都可以根据这两个公理导出。介质中的其他关系式可由等效电流密度导出。当然，公理的有效性取决于是否得出与实验依据相符的结果。
　　对于时变电磁场，电场强度和磁场强度是相伴的。必须修改静电模型中E的旋度公理，以便与法拉第定律一致。另外，也必须修改静磁模型中B的旋度公理以便与连续性方程一致。然后我们就得到了构造电磁模型的四个麦克斯韦方程。我认为根据亥姆霍兹定理得出电磁模型的方法新颖、成体系，适合教学，学生也更容易接受。
　　在内容表述时，我努力保持其简洁性和连贯性，同时遵循思维的平滑性和逻辑性。很多例题既强调基本概念，又说明解决典型问题的方法。并对与有用的技术有关的一些应用（如喷墨打印机、避雷针、驻极体话筒、电缆设计、多导体系统、静电屏蔽、多普勒雷达、天线罩设计、极化滤波器、卫星通信系统、光纤和微带线）作了讨论。每章的末尾都安排有复习题，用来测试学生对该章内容的理解程度。设计习题的目的在于加深学生对公式中的各个量之间相互关系的理解，同时拓展他们应用公式解决实际问题的能力。在教学过程中，我发现复习题对激发学生的兴趣和活跃课堂非常有用。
　　除了电磁场的基本原理，本书还包括传输线理论及其应用、波导与谐振腔以及天线与雷达系统。在介绍新的电磁器件时，电磁学的基本概念和服从的理论仍然适用。1.1节介绍了学习电磁学基本原理的原因和目的。我希望本书的内容，在新颖方法的加强下，将给学生提供充足的背景知识来理解和分析基本的电磁现象，同时也为学习电磁理论的高级课程做好准备。
　　本书的内容可用于两个学期的课程。第1章到第7章，介绍场的内容，第8章到第11章，介绍波及其应用。在只有一个学期开设电磁学课程的学校，学习第1到第7章，加上第8章的前四部分内容，就能对场知识和无界媒质中的波的介绍打下很好的基础。其余内容可以作为参考书或作为后续选修课教材。实行一年四学期制的学校可以根据电磁学课程分配的总学时数调整上课的内容。当然，各位老师有权强调和拓展某些内容，也可略简或跳过某些内容。
　　我仔细考虑过包括利用计算机编程等来解某些问题的可行性，但最终决定不采用这些方法。因为这会分散学生的注意力，会将学生的注意力由电磁理论基础知识的学习转移到数值方法和计算机软件上。在合适的地方，对依赖于一个参数的值的重要结果可以用曲线来强调。比如用图说明场分布和天线方向图，同时画出了典型模式下波导的方向图。利用计算机编程得到这些曲线、图和模式方向图并不简单。这要求工科的学生能熟练使用计算机编程工具，如果在电磁场和电磁波的基本原理的教科书上加上一些食谱式的计算机程序，这对理解课程内容贡献不大。
　　本书第1版于1983年出版。教授和学生的良好反映和友善的鼓励给了我撰写新版的动力。在本书的第2版中，增加了很多新的内容，包括霍尔效应、直流电机、变压器、电涡流、波导中宽带信号的能量传输速度、雷达方程和散射横截面、传输线的瞬态、贝塞尔函数、圆形波导和圆形谐振腔、波导不连续性、电离层和地球表面的波的传播、螺旋天线、对数周期偶极阵列以及天线有效长度和有效面积。习题的总数也扩展了近35%。
　　Addison Wesley 出版社将把本书第2版印成双色。我相信读者也会认为本书非常美观。我想借此机会表达我的感谢，感谢对新版给予帮助的所有担任本书编辑、出版和销售的人员。我要特别感谢Thomas Robbins，Barbara Rifkind，Karen Myer, Joseph K.Vetere 和Katherine Harutunian。
　　Chevy Chase，Maryland D.K.C.

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