前言
信息技术日新月异，物联网及人工智能将使人们的生活、生产方式发生重大变化。“电磁场基础”课程是电子、通信、微波及生物医学等众多学科领域的基础； 同时，“电磁场与电磁波”又是工科院校电子信息类、电气信息类专业的基础课程。随着移动通信、大数据、物联网、人工智能、网络安全等信息技术的发展和进步，“新工科”和“新经济”对人才培养和课程建设提出了新的要求。电磁场理论与“新经济”技术应用的结合越来越密切，暴露出我国传统课程教育与新兴产业和“新经济”发展有所脱节的短板，存在“工科教学理科化”及“理工融合不足”等问题。
本书在编写过程中，按照《高等学校电子信息科学与工程类本科专业指导性专业规范》的要求，落实教育部教高函〔2018〕8号文件精神，参照《普通高等学校本科专业目录》，面向“三全育人”的教育目标，以学生为中心组织内容和题材，结合“新工科”对“电磁场基础”课程的教学改革需求和教育教学研究成果，将知识、能力和素质有机融合，注重创新意识训练，培养学生解决复杂电磁问题的综合能力和高级思维。本书从学生认识的角度出发处理教学内容，学思结合，突出科学方法、科学历史观、价值观和课程思政，强调理工融合，结合趣味性对数学公式进行通俗化处理，例如，赋予“三度”、边界条件、镜像法、电磁辐射过程等形象的物理描述，提出了“追赶法”“不等式法”等对电磁波极化和波导模式进行分析。本书在写作中结合作者多年从事电磁场与电磁波的教学经验，在叙述方法上打上作者自己理解的“标签”，将抽象的问题形象化，将复杂的问题简单化，将零散的问题系统化。
电磁波是电磁场的一种运动形式，本书以“场与波”为主线，以“麦克斯韦方程”为纽带，对知识层次按照静态场、边界条件、时变场、电磁场与物质的相互作用、电磁场应用等进行划分，形成知识的梯度化； 各章节内容按主线展开，环环相扣，在叙述上由浅入深、循序渐进。在内容组织结构上，强调知识内容的连贯性，保持理论体系的系统性和完整性。在选材上结合科技发展和科教融合提升内容的先进性，结合电磁环境可持续发展培养学生的职业道德和伦理规范。
第1章介绍常用正交坐标系和矢量分析，重点介绍通量、环量、方向导数与“三度”的概念和计算方法； 第2章介绍静态电场的基本性质，重点介绍静电场、恒定电场基本方程的积分和微分形式及其应用，讨论静态电场的边界条件，电位、电场能量及电场力的计算等； 第3章介绍恒定磁场的基本性质，重点介绍恒定磁场基本方程的积分和微分形式，讨论恒定磁场的边界条件、矢量磁位、电感、磁场能量及磁场力的计算等； 第4章介绍静态场的边值问题及其解法，结合典型示例和物理规律介绍镜像法、分离变量法的应用； 第5章介绍时变电磁场的性质，重点介绍麦克斯韦方程组，并分析时变电磁场的性质和变化规律，讨论坡印亭矢量、交变场位的计算等； 第6章介绍平面电磁波在无界媒质中的传播，重点介绍平面波的性质、波动的本质、电磁波的极化，讨论平面波在良介质及良导体中的传播特性、趋肤效应、功率损耗等； 第7章介绍电磁波在理想导体表面、理想介质分界面的反射和折射，重点介绍入射空间及透射空间场的性质，讨论反射系数、折射系数、行波、驻波，以及能量分配等； 第8章介绍导行电磁波，重点介绍同轴线、波导管及谐振器的性质，阐述导波传输系统的截止参数和传播特性参数等； 第9章介绍电磁辐射，主要介绍电磁辐射过程、电偶极子、磁偶极子的辐射特性，讨论近场区和远场区的性质、对称振子天线、天线基本参数及应用等。
本书总教学时数为64学时左右（部分章节可根据需要节选），可以作为高等院校相关专业的本科生教材或者教学参考用书，也可以作为职业技术学院相关专业的教材和教学参考用书。本书配有《电磁场与电磁波教学、学习与考研指导》辅导用书、《电磁场与微波技术测量及仿真》实验指导书和教学课件。通过学习，使读者建立“场”与“波”的概念，建立解决问题的抽象模型，学会“场”与“路”的分析方法，学会用“场”的观点去观察、分析、计算一些典型和比较复杂的电磁问题，为培养实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才打下基础。
本书由张洪欣、沈远茂与韩宇南编写，其中韩宇南编写了第1章与第9章； 沈远茂编写了第2章、第6章与第7章； 张洪欣编写了第3～5章、第8章及前言、绪论、附录等内容，并完成全书统稿工作。本书得到了北京邮电大学电子工程学院、北京化工大学信息科学与技术学院及清华大学出版社的大力支持，在此一并表示诚挚的感谢。
由于编著者学识有限，书中难免存在一些缺点、疏漏和不足，敬请广大读者批评指正。
编著者2021年8月于北京邮电大学






第2版前言
本书第1版自2013年出版以来，以明晰的物理概念、简练的公式推导、形象的规律描述、先进的技术导向赢得了广大读者的欢迎。2014年和2015年，作者又相继组织编写了《电磁场与微波技术测量及仿真》与《电磁场与电磁波教学、学习与考研指导》教学参考用书，与主教材《电磁场与电磁波》组成了完整的配套教材系列，在理论、实验实践和练习巩固三方面紧密配合并支撑各个教学和学习环节。该系列教材也由此获得了北京邮电大学教学成果奖（教材类）。
本次修订在采纳部分高校教师使用该教材后提出的意见和建议的基础上，改正了第1版的错误和不当之处，主要改进有以下几方面： 
(1) 为便于直观分析，在第7章增补了电磁波斜入射到理想介质分界面时反射系数和透射系数与入射角的关系； 
(2) 为深入理解电磁波的反射和折射，在第7章增补了平面波在多层媒质分界面垂直入射的情况作为选学内容； 
(3) 在第9章增补了对方向性系数的分析； 
(4) 为便于查阅梯度、散度和旋度的计算公式，增补了附录H； 
(5) 对习题答案进行了修订。
在本书的修订过程中得到了北京邮电大学吕英华教授的关心和指导，在此表示衷心感谢。同时，一并感谢北京邮电大学电子工程学院和清华大学出版社的支持。
对于本书中的缺点和不足之处，希望广大读者不吝批评指正。
编著者
2016年7月于北京邮电大学






前言
电磁场理论是电子、通信、微波及生物医学工程等众多学科领域的基础； 同时，电磁场与电磁波又是工科院校电子科学与技术、信息与通信工程、电磁场与无线技术等本科电类专业的重要专业基础课程。随着计算机、通信及微电子等技术的迅速发展，电磁场与其他学科交叉发展、交相辉映，新的专业和技术不断涌现； 并且，电路的集成化程度越来越高，电子设备的体积越来越小，电磁兼容、电磁干扰等电磁场问题也越来越突出，对电磁场理论和微波技术提出了更大的挑战。
电磁波是电磁场的一种运动形式，通过这门课程，应当使学生建立起“场”与“波”的概念，学会“场”与“路”的分析方法，学会用“场”的观点去观察、分析、计算一些基本、典型的问题。培养学生正确的逻辑思维方法，提高分析、解决问题的能力； 从科学前沿的战略高度出发培养学生的创新思维能力和创造力，为处理实际电磁场问题打下坚实的理论基础。本书总教学时数为68学时左右（部分章节可根据需要节选），可以作为高等院校相关专业的本科生教材或者教学参考用书，也可以作为职业技术学院相关专业的教材和教学参考用书。
本书在编写过程中参照工科院校新修订培养计划的教学要求，认真贯彻执行教育部教高〔2007〕1号、2号文件精神，参照教育部高等学校电子信息科学与工程类专业教学指导分委会《高等学校电子信息科学与工程类本科指导性专业规范（试行）》及2011年高等学校本科专业目录的修订意见，密切结合工科院校电子科学与技术、通信工程、信息工程等专业的特点，研究和阐述电磁现象的基本原理、电磁场的基本规律及其在科学研究和工程中的应用。本书的编写思想是从学生认识和理解的角度出发，明确电磁场理论及发展的历史脉络； 突出理论叙述、推导与趣味性的融合； 强调数学方法与物理规律的有机结合，将数学工具“工程化”，既避免繁杂的数学推导，又阐明电磁场理论的基本概念和规律。本书在作者多年从事电磁场与电磁波教学经验的基础上，结合典型问题的应用，突出电磁场理论中的概念及物理意义，将抽象的问题具体化，将复杂的问题简单化，将零散的问题系统化，打上作者自己理解的“标签”。本书以“场与波”为主线，以“麦克斯韦方程”为纽带，对知识层次按照静态场、边界条件、时变场、电磁场与物质的相互作用、电磁场应用等进行划分； 各章节内容按主线展开，环环相扣，在叙述上由浅入深、循序渐进； 在内容组织结构上，强调前后内容的连贯性，保持理论体系的系统性和完整性。本书还注重介绍电磁场领域的最新科技成果及其应用，激发学生对电磁场的学习兴趣，起到抛砖引玉的作用，为进一步的学习和研究因势利导，打下牢固的理论基础。
本书还选编了部分例题和习题，并在书后附有参考答案，便于学生自学和复习。本书由张洪欣、沈远茂、韩宇南编写，其中韩宇南编写了第1章与第9章； 沈远茂编写了第2章、第6章与第7章； 张洪欣编写了第3～5章与第8章以及绪论、附录等内容，并最后完成统稿。在本书的编写过程中得到了北京邮电大学电子工程学院、北京化工大学信息科学与技术学院以及清华大学出版社的大力支持，在此一并表示诚挚的感谢。
由于编者学识有限，电磁场与电磁波技术发展迅速，书中难免存在一些疏漏和不足，恳请广大读者不吝斧正。

编著者2012年8月于北京邮电大学