這本學(xué)時(shí)一學(xué)期的、精簡(jiǎn)版的教材介紹了電氣和計(jì)算機(jī)工程技術(shù)要用到的電磁學(xué)的基本概念。本書的編寫以時(shí)變場(chǎng)的麥克斯韋方程組為起點(diǎn)，將其他不同類型的場(chǎng)作為麥克斯韋方程組的解進(jìn)行處理，并使用靜態(tài)-準(zhǔn)靜態(tài)波引出物理結(jié)構(gòu)的頻率行為。本書采用笛卡兒坐標(biāo)系來(lái)處理物質(zhì)的體積，保證了幾何結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單和易于理解，盡管笛卡兒坐標(biāo)系對(duì)于學(xué)習(xí)物理概念和數(shù)學(xué)工具是足夠的，但在必要的地方還需要使用其他的坐標(biāo)系。

本書特色

■ 獨(dú)特地介紹時(shí)變場(chǎng)的麥克斯韋方程組，首先介紹麥克斯韋方程組的積分形式，然后介紹麥克斯韋方程組的微分形式。
■ 在麥克斯韋方程組之后，介紹了均勻平面波在自由空間中的傳播，通過(guò)考慮均勻平面波場(chǎng)和媒質(zhì)的相互作用介紹了媒質(zhì)。
■ 由物理結(jié)構(gòu)的頻率行為的討論，引出了傳輸線和分布電路的概念。
■ 用一章的篇幅介紹了傳輸線分析所必需的基本知識(shí)，既包括頻域分析、史密斯圓圖，也包括時(shí)域分析。
■ 用一章的篇幅介紹了金屬波導(dǎo)和介質(zhì)波導(dǎo)的原理。
■ 通過(guò)對(duì)準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)連續(xù)解的擴(kuò)展得到赫茲振子場(chǎng)的完整解，以此為起點(diǎn)討論了天線的基本原理。
■ 用一章的篇幅介紹了可選教學(xué)的補(bǔ)充主題。

再 版 序
本書是根據(jù)美國(guó)伊利諾伊大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程系N. Narayana Rao博士所著的Fundamentals of Electromagnetics for Electrical and Computer Engineering 翻譯而成的。
Rao教授于1965年獲得華盛頓大學(xué)電氣工程博士學(xué)位，同年加入伊利諾伊大學(xué)Urbana�睠hampaign分校（UIUC）電氣工程系(現(xiàn)為電氣和計(jì)算機(jī)工程系)。2007年Rao教授以電氣和計(jì)算機(jī)工程的Edward C. Jordan榮譽(yù)教授從UIUC退休。在伊利諾伊大學(xué)42年的任職期間，Rao教授致力于科研、教學(xué)、管理和國(guó)際活動(dòng)，講授了多門電氣工程課程，并開設(shè)了電磁場(chǎng)和波傳播的課程，出版了6個(gè)版本的Elements of Engineering Electromagnetics本科教材。Rao教授因?yàn)樗�在電磁學(xué)教學(xué)和課程建設(shè)方面的出色貢獻(xiàn)而獲得了許多的獎(jiǎng)勵(lì)和榮譽(yù)。
Rao教授匯集多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)編寫本書，用于一學(xué)期課程教學(xué)，是精簡(jiǎn)版的教科書。書中詳細(xì)介紹了電磁場(chǎng)理論的基礎(chǔ)知識(shí)。以分析研究時(shí)變電磁場(chǎng)的麥克斯韋方程組為起點(diǎn)，將其他不同類型的場(chǎng)作為麥克斯韋方程組的解，使用靜態(tài)-準(zhǔn)靜態(tài)波引出了物理結(jié)構(gòu)的頻率特性。采用笛卡兒坐標(biāo)系來(lái)處理物質(zhì)的空間特性，使得幾何結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且易于理解。本書主要內(nèi)容包括矢量和場(chǎng)的基本概念、時(shí)變場(chǎng)的麥克斯韋方程組的積分形式和微分形式、均勻平面波的傳播特性、傳輸線理論、波導(dǎo)原理、天線基礎(chǔ)。本書還在擴(kuò)展部分介紹了平面波在電離媒質(zhì)以及各向異性媒質(zhì)中的傳播、電磁兼容與屏蔽、串?dāng)_、色散等其他相關(guān)內(nèi)容。附錄中對(duì)圓柱坐標(biāo)系和球坐標(biāo)系做了簡(jiǎn)要介紹，還介紹了三種坐標(biāo)系下旋度、散度和梯度的計(jì)算以及物理意義。
電磁場(chǎng)理論是電氣電子、信息以及計(jì)算機(jī)工程專業(yè)最重要的基礎(chǔ)課程之一。本書內(nèi)容編排簡(jiǎn)潔清晰，概念原理論述清楚，分析深入淺出，概括和總結(jié)了電磁場(chǎng)理論在電子和計(jì)算機(jī)工程領(lǐng)域的發(fā)展歷程，是大學(xué)高年級(jí)本科生難得的專業(yè)基礎(chǔ)教材之一。
本書的前言、第2章、第3章、第9章和附錄C由郭勇博士翻譯；第1章、第4章、第5章、第8章和附錄A以及索引由邵小桃副教授翻譯；第6章、第7章、第10章和附錄B由王國(guó)棟副教授翻譯，孟水仙碩士參與了第10章部分章節(jié)的翻譯工作。邵小桃副教授負(fù)責(zé)全書的統(tǒng)稿和內(nèi)容的審校。為了與英文版教材對(duì)照，本書中的矢量符號(hào)沿用英文版中的黑正體。
由于譯者水平有限，時(shí)間較緊，雖然付出了最大的努力，但譯文中仍然不可避免地會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤和疏漏，敬請(qǐng)各位讀者指正。

譯 者
于北京交通大學(xué)
前 言
……我正在談?wù)摰氖且呀?jīng)處于我們所知和所做的中心的科學(xué)和學(xué)術(shù)的領(lǐng)域，是曾經(jīng)支持和引導(dǎo)我們，對(duì)我們思想非常重要的領(lǐng)域。正是已經(jīng)如此重要的各種形式的電磁學(xué)縈繞我們和引導(dǎo)我們……
Nick Holonyak， Jr.，UIUC電氣和計(jì)算機(jī)工程與物理約翰·巴丁榮譽(yù)主席教授，半導(dǎo)體可見光LED、激光和量子阱激光器的發(fā)明者。
正如我們所知，電磁理論無(wú)疑是人類智慧和理性的一項(xiàng)至高成就。但其在科學(xué)和工程中的用處使其在任何技術(shù)和物理研究領(lǐng)域里成為必不可少的工具。
George W. Swenson， Jr.，UIUC電氣和計(jì)算機(jī)工程榮譽(yù)教授。
以上的兩段言論來(lái)自我的兩位杰出的UIUC同事，這兩段話強(qiáng)調(diào)了電磁學(xué)在我們的生活中無(wú)處不在的事實(shí)。簡(jiǎn)言之，每一次我們打開電氣動(dòng)力或電子設(shè)備的開關(guān)，每一次我們按下電子計(jì)算機(jī)鍵盤上或移動(dòng)電話上的按鍵，或每一次日常電子設(shè)備的使用，電磁學(xué)便開始發(fā)揮作用。它是電氣和計(jì)算機(jī)工程技術(shù)的基礎(chǔ)，覆蓋整個(gè)電磁頻譜，從直流到光頻。因?yàn)檫@樣，在工程教育過(guò)程中，電磁學(xué)對(duì)于電氣和計(jì)算機(jī)工程的學(xué)習(xí)是極其重要的。而電磁學(xué)的基本原理卻始終不變，但講授電磁學(xué)的方式卻可能隨時(shí)間的流逝而變化，因?yàn)殡S著電氣和計(jì)算機(jī)工程技術(shù)的發(fā)展，課程的要求和基本概念的重點(diǎn)會(huì)發(fā)生變化。
30年前，我寫了一本學(xué)時(shí)為一學(xué)期的教材，第一版的Elements of Engineering Electromagnetics。由于伊利諾伊大學(xué)當(dāng)時(shí)面對(duì)增加選修課和減少必修課的壓力，要求電磁學(xué)的課程由三學(xué)期的系列課程縮減為一學(xué)期的課程。考慮到學(xué)生之前在工程物理中學(xué)習(xí)了靜態(tài)場(chǎng)的傳統(tǒng)方法，而到麥克斯韋方程組為止，因此學(xué)時(shí)一學(xué)期的教材使用的方法和傳統(tǒng)的處理不同，是基于動(dòng)態(tài)場(chǎng)和動(dòng)態(tài)場(chǎng)的工程應(yīng)用。在那之后不到10年， 課程要求的放寬以及計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)促成了第二版兩學(xué)期用書的出版。后續(xù)的版本在本質(zhì)上繼承了第二版。
有趣的是，第一版中拋棄了傳統(tǒng)處理的方法已經(jīng)變得越來(lái)越適合新的形勢(shì)，因?yàn)殡S著電氣和計(jì)算機(jī)工程的發(fā)展，電磁學(xué)中基于動(dòng)態(tài)場(chǎng)的基本概念的理解變得越來(lái)越重要了。Elements of Engineering Electromagnetics第一版另的一個(gè)特性是在處理物質(zhì)體積的時(shí)候笛卡兒坐標(biāo)系的使用。在后續(xù)版本中，這一點(diǎn)有所放寬，主要因?yàn)橛屑尤氚�含圓柱坐標(biāo)系和球坐標(biāo)系的結(jié)構(gòu)的例題的空間，雖然這些例題對(duì)于基本概念的理解并不是必不可少的。
本書是學(xué)時(shí)為一學(xué)期的教材，保持了Elements of Engineering Electromagnetics第一版的特點(diǎn)，同時(shí)基本概念的處理隨著電氣和計(jì)算機(jī)工程技術(shù)的發(fā)展與時(shí)俱進(jìn)。特別是，以麥克斯韋方程組作為開端來(lái)介紹基本概念的方法，并結(jié)合了將不同類型的場(chǎng)看做麥克斯韋方程組的解的處理方式，使用靜態(tài)-準(zhǔn)靜態(tài)波作為線索引出物理結(jié)構(gòu)的頻率行為的方法。因此，本書前9章中包含如下顯著的特性：1. 使用笛卡兒坐標(biāo)系來(lái)處理物質(zhì)的體積保證幾何結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)學(xué)習(xí)物理概念和數(shù)學(xué)工具是足夠的，在某些必要的地方采用其他的坐標(biāo)系。
2. 在本書的前面首先介紹麥克斯韋方程組的積分形式，然后是麥克斯韋方程組的微分形式。
3. 通過(guò)求面電流密度為均勻正弦時(shí)變的無(wú)限大載流平面的解引入均勻平面波。
4. 通過(guò)考慮材料媒質(zhì)與均勻平面波場(chǎng)的關(guān)系介紹了材料媒質(zhì)。
5. 使用靜態(tài)-準(zhǔn)靜態(tài)波作為線索引出物理結(jié)構(gòu)的頻率行為，進(jìn)而發(fā)展到傳輸線和分布電路概念。
6. 在一章中覆蓋了傳輸線頻域和時(shí)域分析所必需的基本知識(shí)。
7. 通過(guò)討論斜入射情況下均勻平面波的傳播引入金屬波導(dǎo)的概念，在討論平面波的反射和折射之后引入介質(zhì)波導(dǎo)的概念。
8. 通過(guò)對(duì)準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)的解的擴(kuò)展得到赫茲振子的完整解，該解能同時(shí)滿足麥克斯韋兩個(gè)旋度方程，然后發(fā)展天線的基本概念。最后一章用來(lái)闡述6個(gè)補(bǔ)充的主題，每一個(gè)主題基于之前一章或多章的內(nèi)容。教師可以在講完相應(yīng)的章節(jié)之后使用這些主題進(jìn)行討論。有關(guān)圓柱坐標(biāo)和球坐標(biāo)的內(nèi)容在附錄中給出，以便在討論了笛卡兒坐標(biāo)系相應(yīng)的內(nèi)容之后或者在必要的時(shí)候能夠?qū)W習(xí)。
考慮到不同學(xué)校的學(xué)生的不同基礎(chǔ)，許多超過(guò)了三個(gè)學(xué)分的課程內(nèi)容的資料被加入本書。全書有許多給出詳解的例題，并且在有些情況下，擴(kuò)展了不同的概念。每章的小結(jié)和復(fù)習(xí)題便于讀者的復(fù)習(xí)。
我要對(duì)眾多從1972年開始就一直使用我的教材的UIUC同事表達(dá)感激之情，也要對(duì)世界范圍的無(wú)數(shù)使用者表示感謝。技術(shù)的進(jìn)步（電磁學(xué)在其中也起了很大的作用）已經(jīng)給現(xiàn)在的時(shí)代帶來(lái)了很多變化，以1972年UIUC我們系開設(shè)計(jì)算機(jī)工程的課程開始，接著1984年我們系更名為電氣和計(jì)算機(jī)工程系，當(dāng)今世界的生活方式已由本地化變成了全球化。
本書的標(biāo)題體現(xiàn)了在電氣工程和計(jì)算機(jī)工程中對(duì)電磁學(xué)這門核心課程永恒不變的重要性的認(rèn)識(shí)，尤其是現(xiàn)在這個(gè)高速的時(shí)代。我任職的UIUC位于西方，而同時(shí)任職的Amrita大學(xué)位于東方，但由于當(dāng)今的世界已由本地化轉(zhuǎn)變?yōu)槿�球化，我能同時(shí)任職于兩所學(xué)校真是一件令人愉快的事。東方不再僅僅是東方，西方也不再僅僅是西方，兩者已經(jīng)互相融合。

N. Narayana Rao
感 激 之 心
那是50年前的1958年，我來(lái)到美國(guó)，身上只有50美元，還有我的祖國(guó)印度發(fā)給我的護(hù)照。除了這些，我所擁有的就是印度馬德拉斯理工學(xué)院給予的本科教育，當(dāng)時(shí)我的專業(yè)是電子技術(shù)領(lǐng)域。我在華盛頓大學(xué)獲得電氣工程的博士學(xué)位，隨后于1965年成為UIUC電氣與計(jì)算機(jī)工程系的一員。我被那時(shí)的系主任Edward C. Jordan先生深深吸引，正是他在19541979年的25年間為該系帶來(lái)國(guó)內(nèi)及國(guó)際的巨大聲譽(yù)。經(jīng)過(guò)42年的任教生涯，我作為電氣和計(jì)算機(jī)工程系Edward C. Jordan榮譽(yù)教授于2007年6月1日正式退休。
近年來(lái)，我在印度從事工程教育。2005年12月，我得以結(jié)識(shí)博愛的精神領(lǐng)袖Amma Mata，她是Amrita大學(xué)的校長(zhǎng)，人們都親切地稱她Amma，也就是媽媽的意思。從那之后，我與Amrita大學(xué)有了聯(lián)系，并于2006年11月被該校授予杰出Amrita工程教授職位。我跟Amrita大學(xué)有著特別的開始，記得2006年的夏天