前言





“电磁场与电磁波”是电子信息类专业本科生的专业基础课程。学生通过该课程的学习，可以掌握电磁场与电磁波的基本概念、性质、规律和分析计算方法； 能够利用相关理论解释实际应用中和生活中的电磁现象和电磁问题； 初步学会利用科学计算工具辅助求解电磁问题； 了解电磁领域科技前沿和各种常用电磁仿真软件，从而为今后学习其他课程以及研究与解决各类工程电磁问题奠定理论基础。与此同时，培养了他们的合作意识和团队精神并使其了解电磁工程项目等对社会、环境的影响及其应该承担的责任。
从内容上讲，“电磁场与电磁波”涉及大量的矢量分析和场论方面的数学知识； 覆盖内容较广，且要求有一定的深度； 相对于应用型课程，课程理论分析内容较多，概念抽象，难度较大。电磁场与电磁波课程实验是一个难点，设备投资大、占地面积大、使用效率低（同时做实验的人数少），造成教学“一条腿短”的困境。这些问题在国内外都没有得到很好的解决，从而造成学生的学习积极性不太高，学习效果不理想，因此对后续课程也有不良影响。
当前，无线通信技术的发展日新月异，我国以5G技术为核心的高科技领域占据了全球领先地位。通信产业的发展对高科技人才的需求越来越迫切，因此对高等学校人才培养也提出了越来越高的要求。如何培养德才兼备、知行合一的高素质通信人才，是广大电子信息类教育工作者面临的一个重要课题。因此，对“电磁场与电磁波”的教学进行新工科改造具有重要的理论价值和实践意义。
2018年，梅中磊教授倡导并联合太原理工大学曹斌照教授、兰州大学李月娥副教授以及马阿宁讲师，共同编著了《电磁场与电磁波》一书，并在清华大学出版社出版。相比其他教材，该教材具有以下特色： 
（1） 延续传统，更新内容。本教材注重反映该领域的最新研究成果和发展方向，教材中将最新科研进展紧密联系教学内容，以提高学生的学习兴趣，真正使教材能够达到培养人才的目的。同时，书中列举了生活中的实例，使教材真正“接地气”，贴近实际。
（2） 精选具有代表性的例题和习题，力求达到举一反三的效果。有些例题紧密结合科技前沿内容，如电磁隐形衣、无线输电、人工电磁表面的分析等。同时，课后习题数量大、种类多、覆盖面广，全部习题提供答案，对于本领域的深入学习，具有重要的支撑作用。
（3） 融合实践教学，培养科研素养。教材中设置了实践环节，部分内容配有核心MATLAB程序代码，方便学生在学习中动手操作，给他们的科研和就业打下基础。
（4） 语言朴实，通俗易懂，采取比喻、举例的方式讲述，恰如其分。比如： 通过切“土豆丁”的例子，阐述高斯定理； 运用“试管刷”“蒲公英”的例子，描述电力线形状； 用“渔网”的例子，讲解斯托克斯定理。另外，编写顺口溜（如现觅领队、山区植被）加深同学们对圆柱坐标系下拉普拉斯方程分离变量的理解。
（5） 结合电磁场教学中的重点、难点和容易出错的地方，书中增加了类似“难点点拨”“重点提醒”“答疑解惑”和“延伸思考”等环节，对相关问题进行介绍和强调，适时帮助读者解决阅读和学习中的困惑。
更加难能可贵的是，书中增加的“科技前沿”等内容，紧密结合教学，做到水乳交融。因此，教材出版后，深受同学和同行的欢迎，已经多次印刷，并于2021年修订了第2版。
在此基础之上，梅中磊教授、李月娥副教授以及马阿宁讲师于2020年出版《MATLAB电磁场与微波技术仿真》，用于辅助主教材开展虚拟仿真实验。该辅助教材也收到了很好的反响，目前已经印刷多次。
与此同时，有同行老师反映，主教材中部分课后习题难度稍大，计算繁杂，希望能够提供全部习题的解题过程，以方便读者学习和使用。众所周知，在掌握了《电磁场与电磁波》的基本概念和理论之后，大量的练习既能够加深理解，又能够扩大知识面，拓展思路，增强应用。退一步讲，即使不亲自动手解题，通过学习别人的解题过程，本身也是理解课程内容的一个重要环节。在这样的情形下，清华大学出版社盛东亮主任向作者提出了建议，即编写一本与教材配套的习题指导书，同时可以摘录一些重点高校往年的考研题，从而帮助广大学子学好课程。事实上，我们在兰州大学许福永教授（梅中磊和曹斌照共同的博士生导师）负责“电磁场与电磁波”教学之时，就有编写《电磁场与电磁波解题指导》的计划，当时还建议安排一题多解的环节，以帮助学生学习。只是当初因为种种客观原因，未能如愿。





基于此，梅中磊教授与太原理工大学曹斌照教授商量，两人一拍即合。同时，适逢牛调明博士从澳大利亚毕业归来，加入兰州大学教学团队，并在“电磁场与微波技术”课程群从事相关教学工作，因此动员牛调明老师也加入撰写工作，一来人多力量大，二来对她本人深入掌握专业知识，进而提高教学质量，也大有裨益。

全书共7章，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。每一章由思维导图、主要内容及公式、重点与难点解析、典型例题分析、课后习题详解、科技前沿知识、核心MATLAB代码以及考研真题等组成。本书的特点有： 
（1） 每章绘制思维导图，提纲挈领，便于读者从宏观上把握各章全局，便于预习和复习。众所周知，每个人绘制的思维导图都反映了个人对章节内容的理解，是个人知识结构的一个反映，不同的人对同一内容所绘制的思维导图不同。为此，曹斌照教授和梅中磊教授都从个人的角度绘制了各自的导图。前者分散放置在每章的第一部分，后者集中放置在本书的附录部分，可以作为读者预习和复习时的参考。
（2） 特别设置重点与难点讲解环节，结合作者的教学经验和体会，对解题过程中的难点、“陷阱”和同学们特容易提问的地方，做重点讲解。从而给读者吃“提神药”，打“预防针”，“堵住他们的嘴”。比如： 计算电荷面密度时容易出现的正负号错误，计算静电势时的正负问题，以及计算感应电动势时的正负号确定等。
（3） 提供《电磁场与电磁波》教材课后所有题目的详细求解过程，部分题目提供一题多解，方便同学们学习。书中提供的习题数量达206个。
（4） 密切联系科技前沿。本书结合各个章节的内容，有意识地引入与之密切相关的科技前沿的案例，从而做到“熊掌与鱼兼得”。同学们在学习课程知识的同时，也学到了科研领域的重要内容，事半功倍，一箭双雕。本书适合大学生科研。
（5） 各章遴选了一定数量的典型例题。对于例题讲解，有分析，有方法指导，部分题目还有一题多解，方便同学们学习，加深对知识点的理解。作者有意识地从国外教材或者实际应用中选择具有新颖性和实用性的例题，以提升学生的学习动力。比如： 尖端放电的例子、太阳能电池的相关能量计算等。书中共整理了各类例题74个。
（6） 各章设置考研真题进行讲解。书中收集知名高校的考研题目共计56个，并根据具体内容将其归纳整理到相关章节讲解。
（7） 各章都提供核心MATLAB代码，方便同学们在学习的过程中“手脑并举”，开展动手实践。
《电磁场与电磁波》（第2版）、《MATLAB电磁场与微波技术仿真》及《电磁场与电磁波学习指导与典型题解》这三本书构建了以主教材、虚拟仿真辅助教材、习题集为一体的立体化教材体系，必将方便广大同学和同行的学习与教学。
本书由梅中磊、曹斌照、牛调明编著。作者都毕业于兰州大学信息科学与工程学院，均获得无线电物理专业的硕士、博士学位（牛调明获阿德莱德大学博士学位），长期从事电磁场与微波技术领域的研究，并（曾）在兰州大学讲授相关课程。梅中磊负责第1章、第2章、第4章、第5章的编写和全书统稿； 曹斌照编写了第3章、第6章和第7章； 牛调明搜集和整理相关题目，
编写了全部的考研真题求解。在教材编写过程中，兰州大学博士生导师许福永教授给予了极大的帮助和鼓励，并提出了很多宝贵建议，进一步提升了本教材的质量； 兰州大学信息学院博士、硕士研究生陈文琼、祁部雄、陈望飞、刘寅秋、张义凡、冯俊朗、史红娟等在书中部分插图绘制、公式录入和校稿方面提供了很大帮助； 兰州大学教务处对教材的编写给予了资金支持（兰州大学教材建设基金资助）。在此对他们表示衷心的感谢！
由于受水平、时间、篇幅所限，在编写过程中难免存在一些疏漏或欠妥之处，恳请广大读者批评指正。我们将对这套教材不断更新，以保持教材的先进性和适用性。热忱欢迎全国同行以及关注电子信息技术领域教育及发展前景的广大有识之士对我们的工作提出宝贵意见和建议。

编者

2022年6月