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編輯推薦

　　《電磁場與電磁波（第2版）》是一本世界知名高校廣泛采用的國際經典教材，從電磁模型的介紹入手，全麵、係統、詳細地闡述瞭電磁場與電磁波的基本理論，包括靜電場、靜磁場、穩恒電流場、邊值問題、時變電磁場與麥剋斯韋方程組、平麵電磁波及其傳播、傳輸綫、阻抗圓圖、微帶綫、波導與諧振腔、天綫與電磁輻射、電磁屏蔽等內容；並給齣瞭豐富的設計實例。書中同時配備瞭大量例題及習題以便讀者快速領會各章精華；書後附有習題解答及中英文對照術語錶，方便查閱。全書內容豐富、邏輯性強、深入淺齣，公式書寫規範。本書內容可靈活取捨，適宜作為理工科本科生及研究生“電磁場與電磁波”等課程的教材。原作者是華人兩院院士David K. Cheng（IEE Fellow &IEEE; Fellow），他撰寫的這本經典教材極其符閤中國學生的學習特點，一直被追趕，極負盛譽的經典名著，世界百所名校采用！ 配教學課件（PPT），可到清華大學齣版社網站本書頁麵下載。

內容簡介

　　《電磁場與電磁波（第2版）》是一本世界知名高校廣泛采用的國際經典教材．從電磁模型的介紹入手，全麵、係統、詳細地闡述瞭電磁場與電磁波的基本理論，包括靜電場、靜磁場、穩恒吧流場、邊值問題、時變電磁場與麥剋斯韋方程組、平麵電磁波及其傳播、傳輸綫、阻抗圓圖、微帶綫、波導與諧振腔、天綫與電磁輻射、電磁屏蔽等內容；並給齣瞭豐富的設計實例。書中同時配備瞭大量例題及習題以便讀者快速領會各章精華；書後附有習題解答及中英文對照術語錶，方便查閱。全書內容豐富、邏輯性強、深入淺齣，公式書寫規範。本書內容可靈活取捨，適宜作為理工科本科生及研究生“電磁場與電磁波”等課程的教材。

內頁插圖

目錄

第1章 電磁模型
1.1 引言
1.2 電磁模型簡介
1.3 國際單位製單位與普適常數
復習題

第2章 矢量分析
2.1 引言
2.2 矢量的加法和減法
2.3 矢量的乘積
2.3.1 標量積或點積
2.3.2 矢量積或叉積
2.3.3 三個矢量的乘積
2.4 正交坐標係
2.4.1 直角坐標係
2.4.2 圓柱坐標係
2.4.3 球坐標係
2.5 矢量函數的積分
2.6 標量場的梯度
2.7 矢量場的散度
2.8 散度定理
2.9 矢量場的鏇度
2.10 斯托剋斯定理
2.11 兩個零恒等式
2.11.1 恒等式ⅰ
2.11.2 恒等式ⅱ
2.12 亥姆霍茲定理
復習題
習題

第3章 靜電場
3.1 引言
3.2 真空中靜電學的基本公理
3.3 庫侖定律
3.3.1 離散電荷係統的電場
3.3.2 連續分布電荷的電場
3.4 高斯定理及其應用
3.5 電位
3.6 靜電場中的導體
3.7 靜電場中的電介質
3.8 電通密度和介電常數
3.9 靜電場的邊界條件
3.10 電容和電容器
3.10.1 電容器的串聯和並聯
3.10.2 多導體係統的電容
3.10.3 靜電屏蔽
3.11 靜電能量和靜電力
3.11.1 場量錶示的靜電場能量
3.11.2 靜電力
復習題
習題

第4章 靜電問題的解
4.1 引言
4.2 泊鬆方程和拉普拉斯方程
4.3 靜電問題解的唯一性
4.4 鏡像法
4.4.1 點電荷和導體平麵
4.4.2 綫電荷和平行導體圓柱
4.4.3 點電荷和導體球
4.4.4 帶電球和接地平麵
4.5 直角坐標中的邊值問題
4.6 圓柱坐標中的邊值問題
4.7 球坐標中的邊值問題
復習題
習題

第5章 穩恒電流
5.1 引言
5.2 電流密度和歐姆定律
5.3 電動勢和基爾霍夫電壓定律
5.4 連續性方程和基爾霍夫電流定律
5.5 功耗和焦耳定律
5.6 電流密度的邊界條件
5.7 電阻的計算
復習題
習題

第6章 靜磁場
6.1 引言
6.2 真空中靜磁學的基本公理
6.3 矢量磁位
6.4 畢奧-薩伐定律及應用
6.5 磁偶極子
6.6 磁化強度和等效電流密度
6.7 磁場強度和相對磁導率
6.8 磁路
6.9 磁性材料的性質
6.10 靜磁場的邊界條件
6.11 電感和電感器
6.12 磁能
6.13 磁場力和磁轉矩
6.13.1 霍爾效應
6.13.2 載流導體上的磁場力和磁轉矩
6.13.3 用存儲的磁能錶示磁場力和磁轉矩
6.13.4 用互感錶示磁場力和磁轉矩
復習題
習題

第7章 時變電磁場和麥剋斯韋方程
7.1 引言
7.2 法拉第電磁感應定律
7.2.1 時變磁場中的靜止迴路
7.2.2 變壓器
7.2.3 靜磁場中的運動導體
7.2.4 時變磁場中的運動迴路
7.3 麥剋斯韋方程
7.4 位函數
7.5 電磁邊界條件
7.5.1 兩種無損耗綫性媒質之間的分界麵
7.5.2 電介質和理想導體之間的分界麵
7.6 波動方程及其解
7.6.1 位函數的波動方程的解
7.6.2 無源波動方程
7.7 時諧場
7.7.1 相量的應用
7.7.2 時諧電磁學
7.7.3 簡單媒質中的無源場
7.7.4 電磁波譜
復習題
習題

第8章 平麵電磁波
8.1 引言
8.2 無損耗媒質中的平麵波
8.2.1 多普勒效應
8.2.2 橫電磁波
8.2.3 平麵波的極化
8.3 損耗媒質中的平麵波
8.3.1 低損耗電介質
8.3.2 良導體
8.3.3 電離氣體
8.4 群速
8.5 電磁能流和坡印廷矢量
8.6 導體平麵邊界的垂直入射
8.7 導體平麵邊界的斜入射
8.7.1 垂直極化
8.7.2 平行極化
8.8 電介質平麵邊界上的垂直入射
8.9 多層電介質分界麵上的垂直入射
8.9.1 總場的波阻抗
8.9.2 用多層電介質作阻抗變換
8.10 電介質平麵邊界上的斜入射
8.10.1 全反射
8.10.2 垂直極化
8.10.3 平行極化
復習題
習題

第9章 傳輸綫理論及應用
9.1 引言
9.2 沿平行闆傳輸綫的橫電磁波
9.2.1 有損平行闆傳輸綫
9.2.2 微帶綫
9.3 一般的傳輸綫方程
9.3.1 無限長傳輸綫上波的特性
9.3.2 傳輸綫參數
9.3.3 功率關係導齣的衰減常數
9.4 有限長傳輸綫上波的特性
9.4.1 傳輸綫用作電路元件
9.4.2 電阻性終端的傳輸綫
9.4.3 任意終端的傳輸綫
9.4.4 傳輸綫電路
9.5 傳輸綫的瞬態
9.5.1 反射圖
9.5.2 脈衝激勵
9.5.3 初始充電傳輸綫
9.5.4 電抗負載傳輸綫
9.6 史密斯圓圖
9.7 傳輸綫阻抗匹配
9.7.1 四分之一波長變換器作阻抗匹配
9.7.2 單短截綫匹配
9.7.3 雙短截綫匹配
復習題
習題

第10章 波導和諧振腔
10.1 引言
10.2 波沿均勻波導的一般傳輸特性
10.2.1 橫電磁波
10.2.2 橫磁波
10.2.3 橫電波
10.3 平行闆波導
10.3.1 平行闆間的tm波
10.3.2 平行闆間的te波
10.3.3 能量傳輸速度
10.3.4 平行闆波導中的衰減
10.4 矩形波導
10.4.1 矩形波導中的tm波
10.4.2 矩形波導中的te波
10.4.3 矩形波導中的衰減
10.4.4 矩形波導中的不連續性
10.5 圓波導
10.5.1 貝塞爾微分方程和貝塞爾函數
10.5.2 圓波導中的tm波
10.5.3 圓波導中的te波
10.6 介質波導
10.6.1 沿介質闆傳播的tm波
10.6.2 沿介質闆傳播的te波
10.6.3 關於介質波導的補充信息
10.7 諧振腔
10.7.1 矩形諧振腔
10.7.2 諧振腔的品質因數
10.7.3 圓形諧振腔
復習題

第11章 天綫和輻射係統
11.1 引言
11.2 基本偶極子的輻射場
11.2.1 基本電偶極子
11.2.2 基本磁偶極子
11.3 天綫方嚮圖和天綫參數
11.4 細直綫天綫
11.4.1 半波偶極子
11.4.2 有效天綫長度
11.5 天綫陣
11.5.1 二元陣
11.5.2 一般的均勻直綫陣
11.6 接收天綫
11.6.1 內部阻抗和方嚮圖
11.6.2 有效麵積
11.6.3 反嚮散射橫截麵
11.7 發送-接收係統
11.7.1 佛利斯傳輸定理和雷達方程
11.7.2 近地麵的波傳播
11.8 一些其他類型的天綫
11.8.1 行波天綫
11.8.2 螺鏇天綫
11.8.3 八木天綫
11.8.4 寬帶天綫
11.9 孔徑輻射器
參考文獻
復習題
習題

附錄a 符號和單位
a.1 基本的國際單位製（或有理製mksa）單位
a.2 導齣單位
a.3 單位的倍數和約數
附錄b 一些有用材料的常數
b.1 真空中的常數
b.2 電子和質子的物理常數
b.3 相對介電常數
b.4 電導率
b.5 相對磁導率
附錄c 錶格索引
精選習題答案
術語
一些常用矢量恒等式
梯度、散度、鏇度以及拉普拉斯運算
柱坐標（r，φ，z）
球坐標（r，θ，φ）
總的參考文獻

前言/序言

　　介紹電磁學的書籍大緻可分為兩大類。第一類采用傳統的方法： 從實驗定律開始，逐步推廣，最後將它們歸納為麥剋斯韋方程的形式。這種方法稱為歸納法。第二類采用公理方法： 從麥剋斯韋方程開始，利用閤適的實驗定律去證明每一個方程，將一般方程特殊化為靜態和時變情況來分析。這種方法稱為演繹法。有幾本書從討論狹義相對論開始，由力的庫侖定律得齣所有的電磁理論； 但這種方法首先要求理解狹義相對論，這也許更適用於高年級課程。
　　傳統方法的支持者認為，這種方法是順應電磁理論曆史發展的方法（從特定實驗定律到麥剋斯韋方程），同時與其他方法相比，學生更容易理解這種方法。然而，我覺得將整體的知識分解開來授課的方法未必是最好的方法。由於主題比較分散，因而不能充分利用矢量運算的簡明性。學生對後麵介紹的梯度、散度和鏇度運算感到睏惑，往往對其形成抵觸心理。在構建電磁模型的過程中，這種方法缺乏凝聚力和優雅性。
　　公理的方法通常將四個麥剋斯韋方程作為基本公理，采用積分或微分形式。這些方程相當復雜，且很難掌握。學生在書本的一開始就麵對這些復雜的公式，很有可能驚惶失措並且産生抵觸心理。機靈的學生會對場矢量的含義和一般方程的必要性和充分性感到好奇。初學階段，學生往往對電磁模型的概念不理解，且對相關的數學推導感到無所適從。不管怎樣，一般麥剋斯韋方程可以簡化以應用於靜態場中，允許單獨考慮靜態電場和靜態磁場。那麼為什麼一開始就要引入完整的四個麥剋斯韋方程呢？
　　論據錶明： 盡管庫侖定律是以實驗證明為基礎，但事實上它也是一個公理。考慮庫侖定律的兩個約束條件： 一是帶電體要遠小於它們之間的距離，二是帶電體間的作用力與它們之間的距離的平方成反比。由第一個假設得齣問題： 與帶電體之間距離相比，帶電體尺寸到底應當多小纔可認為是“足夠小”。在實際情況中，帶電體不可能小到可忽略（理想點電荷），且很難確定有限尺寸的帶電體間的“真實”距離。對大小已知的帶電體，當距離較大時，測量距離的相對準確性高。但是，實驗室中實際情況（作用力比較弱，外在帶電體的存在等）限製瞭可用的間距，同時實驗的誤差不能完全避免。那麼第二個約束中的平方反比關係導緻另一個更重要的問題——即使帶電體小到可忽略，不管實驗者多麼熟練和細緻，實驗測量不可能做到無限精確。那麼，庫侖怎麼知道作用力精確到與距離的平方成反比（而不是2.0000001或1.999999次冪）呢？這個問題不可能從實驗的角度得到答案，因為在庫侖的時代，實驗不可能精確到第七位。因此，我們可以得齣結論： 庫侖定律本身就是一個公理，它是在有限精確的實驗基礎上發現和假設的自然規律（見3.2節）。
　　本書采用公理法逐步建立電磁模型： 首先介紹靜電場（第3章），然後是靜磁場（第6章），最後由時變場得齣麥剋斯韋方程（第7章）。每一步的數學基礎都是亥姆霍茲定理，亥姆霍茲定理錶明，如果一個矢量場在任何地方的散度和鏇度都給定瞭，那麼這個矢量場就確定瞭，最多附加瞭一個常量。因此，建立真空中的靜電模型，隻需通過將矢量的散度和鏇度設為已知，來定義該矢量（即電場強度E）。真空中靜電場的所有其他關係式，包括庫侖定律和高斯定律，都可以根據這兩個非常簡單的公理導齣。介質中的關係可以由極化電介質的等效電荷分布的概念得齣。
　　類似地，建立真空中的靜磁場模型，需通過定義磁通密度的散度和鏇度，來定義該磁通密度矢量B； 所有其他公式都可以根據這兩個公理導齣。介質中的其他關係式可由等效電流密度導齣。當然，公理的有效性取決於是否得齣與實驗依據相符的結果。
　　對於時變電磁場，電場強度和磁場強度是相伴的。必須修改靜電模型中E的鏇度公理，以便與法拉第定律一緻。另外，也必須修改靜磁模型中B的鏇度公理以便與連續性方程一緻。然後我們就得到瞭構造電磁模型的四個麥剋斯韋方程。我認為根據亥姆霍茲定理得齣電磁模型的方法新穎、成體係，適閤教學，學生也更容易接受。
　　在內容錶述時，我努力保持其簡潔性和連貫性，同時遵循思維的平滑性和邏輯性。很多例題既強調基本概念，又說明解決典型問題的方法。並對與有用的技術有關的一些應用（如噴墨打印機、避雷針、駐極體話筒、電纜設計、多導體係統、靜電屏蔽、多普勒雷達、天綫罩設計、極化濾波器、衛星通信係統、光縴和微帶綫）作瞭討論。每章的末尾都安排有復習題，用來測試學生對該章內容的理解程度。設計習題的目的在於加深學生對公式中的各個量之間相互關係的理解，同時拓展他們應用公式解決實際問題的能力。在教學過程中，我發現復習題對激發學生的興趣和活躍課堂非常有用。
　　除瞭電磁場的基本原理，本書還包括傳輸綫理論及其應用、波導與諧振腔以及天綫與雷達係統。在介紹新的電磁器件時，電磁學的基本概念和服從的理論仍然適用。1.1節介紹瞭學習電磁學基本原理的原因和目的。我希望本書的內容，在新穎方法的加強下，將給學生提供充足的背景知識來理解和分析基本的電磁現象，同時也為學習電磁理論的高級課程做好準備。
　　本書的內容可用於兩個學期的課程。第1章到第7章，介紹場的內容，第8章到第11章，介紹波及其應用。在隻有一個學期開設電磁學課程的學校，學習第1到第7章，加上第8章的前四部分內容，就能對場知識和無界媒質中的波的介紹打下很好的基礎。其餘內容可以作為參考書或作為後續選修課教材。實行一年四學期製的學校可以根據電磁學課程分配的總學時數調整上課的內容。當然，各位老師有權強調和拓展某些內容，也可略簡或跳過某些內容。
　　我仔細考慮過包括利用計算機編程等來解某些問題的可行性，但最終決定不采用這些方法。因為這會分散學生的注意力，會將學生的注意力由電磁理論基礎知識的學習轉移到數值方法和計算機軟件上。在閤適的地方，對依賴於一個參數的值的重要結果可以用麯綫來強調。比如用圖說明場分布和天綫方嚮圖，同時畫齣瞭典型模式下波導的方嚮圖。利用計算機編程得到這些麯綫、圖和模式方嚮圖並不簡單。這要求工科的學生能熟練使用計算機編程工具，如果在電磁場和電磁波的基本原理的教科書上加上一些食譜式的計算機程序，這對理解課程內容貢獻不大。
　　本書第1版於1983年齣版。教授和學生的良好反映和友善的鼓勵給瞭我撰寫新版的動力。在本書的第2版中，增加瞭很多新的內容，包括霍爾效應、直流電機、變壓器、電渦流、波導中寬帶信號的能量傳輸速度、雷達方程和散射橫截麵、傳輸綫的瞬態、貝塞爾函數、圓形波導和圓形諧振腔、波導不連續性、電離層和地球錶麵的波的傳播、螺鏇天綫、對數周期偶極陣列以及天綫有效長度和有效麵積。習題的總數也擴展瞭近35%。
　　Addison Wesley 齣版社將把本書第2版印成雙色。我相信讀者也會認為本書非常美觀。我想藉此機會錶達我的感謝，感謝對新版給予幫助的所有擔任本書編輯、齣版和銷售的人員。我要特彆感謝Thomas Robbins，Barbara Rifkind，Karen Myer, Joseph K.Vetere 和Katherine Harutunian。
　　Chevy Chase，Maryland D.K.C.

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