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第1章 矢量分析与场论基础1

1.1正交曲线坐标系1

1.1.1正交曲线坐标1

1.1.2正交曲线坐标的变换2

1.1.3空间曲线段的弧长5

1.2矢量及其运算6

1.2.1矢量的分量表示6

1.2.2矢量代数运算6

1.2.3矢量微分运算8

1.3标量场及其梯度9

1.3.1场的概念9

1.3.2标量场的等值面9

1.3.3方向导数10

1.3.4标量场的梯度10

1.3.5梯度运算的基本公式11

1.3.6正交曲线坐标系中梯度的表达式12

1.4矢量场及其散度12

1.4.1矢量场与矢量线12

1.4.2矢量场的通量13

1.4.3矢量场的散度与通量源14

1.4.4体积分的高斯定理15

1.4.5散度的有关公式16

1.5矢量场的旋度17

1.5.1矢量场的环量17

1.5.2矢量场的旋度与旋涡源18

1.5.3面积分的斯托克斯定理20

1.5.4旋度的有关公式21

1.6矢量场的亥姆霍兹定理21

1.6.1亥姆霍兹定理21

1.6.2 6函数及其性质22

1.6.3亥姆霍兹定理的证明23

本章小结24

思考与练习26

第2章 宏观电磁场理论基础28

2.1电荷与电流28

2.1.1电荷与电荷密度28

2.1.2电流与电流密度29

2.1.3电荷守恒定律30

2.2静电场30

2.2.1库仑定律30

2.2.2电场与电场强度31

2.2.3静电场的基本性质32

2.3恒定电流的磁场34

2.3.1安培定律34

2.3.2毕奥-萨伐尔定律35

2.3.3磁感应强度的基本性质36

2.4麦克斯韦方程组39

2.4.1法拉第电磁感应定律39

2.4.2位移电流40

2.4.3麦克斯韦方程组42

2.4.4电磁场对带电粒子的作用力43

2.5介质的电磁特性43

2.5.1介质的基本概念43

2.5.2介质的极化与束缚电荷45

2.5.3电位移矢量的高斯定理46

2.5.4介质的磁化与磁化电流47

2.5.5介质中的毕奥-萨伐尔定律48

2.5.6导电介质与传导电流49

2.5.7介质中的麦克斯韦方程组49

2.5.8介质的分类50

2.6电磁场的边界条件53

2.6.1介质分界面的电磁场53

2.6.2边界的法向分量条件53

2.6.3边界的切向分量条件54

本章小结55

思考与练习57

第3章 静态电磁场59

3.1静电场及其方程59

3.1.1电位函数59

3.1.2静电场的边界条件60

3.1.3导体及其边界条件61

3.1.4静态电场的定解问题62

3.2静电场的能量与静电力64

3.2.1静电场的能量64

3.2.2带电体系的静电作用力66

3.3导体系的电容68

3.3.1导体系的电位与电位系数68

3.3.2导体系的电容系数和感应系数69

3.3.3部分电容70

3.4恒定电流的电场71

3.4.1导体中恒定电流与恒定电场71

3.4.2欧姆定律72

3.4.3电源及电动势73

3.4.4恒定电场的方程74

3.5恒定电流的磁场74

3.5.1恒定电流磁场的磁矢势74

3.5.2磁矢势的定解问题75

3.5.3小电流环（磁偶极子）的磁场76

3.5.4恒定电流磁场的标量磁位77

3.6载流线圈的电感78

3.6.1自电感与互电感78

3.6.2自感系数的计算80

3.7磁场的能量与磁场力81

3.7.1磁场的能量81

3.7.2载流体系的磁场作用力82

本章小结84

思考与练习86

第4章 静态电磁场的解析方法88

4.1静态电磁场的唯一性定理88

4.1.1静态电磁场的基本方程88

4.1.2静态电磁场的唯一性定理89

4.1.3唯一性定理应用举例91

4.2分离变量方法92

4.2.1分离变量方法的思想92

4.2.2分离变量方法的应用94

4.3格林函数方法100

4.3.1格林函数方法的基本思想100

4.3.2静态电磁场的格林函数方法101

4.3.3格林函数的对称性103

4.3.4格林函数的物理模型104

4.3.5格林函数方法的应用106

4.4镜像方法108

4.4.1镜像方法的基本思想108

4.4.2镜像方法的求解步骤109

4.4.3镜像方法的应用举例110

4.5势函数的多极矩展开114

4.5.1体分布源产生的势114

4.5.2电位函数的电多极矩展开115

4.5.3电多极矩的意义116

4.5.4小电荷体与外场的相互作用118

4.5.5磁矢势的磁多极矩展开119

本章小结121

思考与练习122

第5章 时变电磁场124

5.1时变电磁场的势函数124

5.1.1电磁场的波动方程124

5.1.2时变电磁场的势函数125

5.1.3势函数的规范126

5.1.4规范变换的不变性127

5.2推迟势及其意义129

5.2.1推迟势的定解问题129

5.2.2推迟势的求解129

5.2.3推迟势的物理意义131

5.3时变电磁场的能量131

5.3.1能量的守恒定律131

5.3.2时变电磁场能量的传播133

5.4时变电磁场的唯一性定理134

5.4.1时变电磁场的唯一性定理134

5.4.2唯一性定理的证明134

5.5谐变电磁场135

5.5.1谐变电磁场及其复数表示135

5.5.2谐变电磁场的麦克斯韦方程组136

5.5.3谐变电磁场能量和能流密度137

5.5.4谐变电磁场的波动方程138

5.5.5谐变电磁场的边界条件139

5.6时变电磁场的简谐展开139

5.6.1时变电磁场面临的问题139

5.6.2时变电磁场解的基本构成140

5.6.3时变电磁场的简谐展开141

5.7均匀平面电磁波142

5.7.1无源空间的谐变电磁场142

5.7.2理想介质中平面电磁波144

5.7.3平面电磁波的相干叠加146

5.7.4平面电磁波的极化148

本章小结150

思考与练习151

第6章 电磁波的辐射153

6.1天线辐射场及其特点153

6.1.1天线外部的电磁场153

6.1.2天线外电磁场的结构特点155

6.1.3磁矢势的多极矩展开156

6.2电流振子（电偶极子）天线157

6.2.1电流振子天线的结构157

6.2.2电流振子激发的电磁场158

6.2.3电流振子天线辐射场的特性159

6.2.4辐射功率与辐射电阻160

6.3广义麦克斯韦方程组162

6.3.1麦克斯韦方程组的对偶性162

6.3.2广义麦克斯韦方程组162

6.3.3电偶极子与磁偶极子的对偶性164

6.3.4广义麦克斯韦方程的应用——口径天线166

6.4时变电磁场的镜像原理168

6.4.1时变电磁场的镜像原理168

6.4.2电（磁）振子的镜像方法169

6.5天线的一般概念170

6.5.1半波振子天线170

6.5.2天线的基本参数171

6.6雷达的基本原理176

6.6.1雷达的基本概念176

6.6.2目标的距离测量177

6.6.3目标方位测量177

6.6.4目标运动速度测量179

6.6.5雷达方程180

6.7卫星定位技术简介182

6.7.1卫星定位技术发展历史182

6.7.2卫星定位的基本原理183

6.7.3 GPS卫星的组成简介184

本章小结185

思考与练习187

第7章 电磁波的传播189

7.1行波、驻波与波的阻抗189

7.1.1波的反射、行驻波状态189

7.1.2介质的等效波阻抗192

7.1.3应用举例193

7.2平面波对理想介质的斜入射195

7.2.1相位匹配原则195

7.2.2菲涅耳公式196

7.2.3全透射现象198

7.2.4全反射与表面波199

7.3导电介质中的电波传播200

7.3.1导电介质中的电荷分布200

7.3.2导电介质中的电波传播201

7.3.3趋肤效应与穿透深度203

7.3.4表面阻抗与波的反射206

7.4电磁波速度与介质色散207

7.4.1电磁波速度的含义207

7.4.2相位的传播速度208

7.4.3波包的传播速度208

7.4.4群速与相速的关系210

7.4.5色散与波形的失真211

7.5电磁波的衍射213

7.5.1惠更斯原理213

7.5.2辐射条件214

7.5.3小孔衍射215

7.6各向异性介质中的电波传播217

7.6.1各向异性介质217

7.6.2磁化等离子体218

7.6.3磁化等离子体的张量介电常数218

7.6.4电离层中的平面波221

本章小结224

思考与练习227

第8章 导行电磁波229

8.1电磁波的频谱229

8.1.1电磁波的频谱结构229

8.1.2各频段电磁波的主要特点230

8.2导波系统的基本原理231

8.2.1导波系统的基本要求231

8.2.2导波系统内电磁波的方程231

8.2.3导波系统的横电磁波模式233

8.2.4导波系统的横电（磁）波模式234

8.3同轴线导波系统236

8.3.1横电磁波模式的传输问题236

8.3.2横电磁波模式的传输238

8.3.3横电波和横磁波模式的传输239

8.3.4同轴线的工程设计242

8.4矩形金属波导243

8.4.1波导的产生243

8.4.2矩形波导中场的分布243

8.4.3矩形波导中电磁波传播特性245

8.4.4矩形波导的主模及场的分布247

8.5圆柱形介质波导——光纤249

8.5.1圆柱状介质波导249

8.5.2射线分析方法250

8.5.3光纤中场的方程251

8.5.4本征值问题及解252

8.6电磁波的激发——谐振腔253

8.6.1从LC回路到谐振腔253

8.6.2谐振腔内场的方程254

8.6.3电磁振荡的本征频率255

8.6.4谐振腔的品质因素256

本章小结256

思考与练习261

第9章 电磁场的数值方法导论262

9.1计算电磁学简介262

9.2有限差分方法263

9.2.1有限差分法的基本原理263

9.2.2二维泊松方程的差分格式263

9.2.3边界条件的离散化处理265

9.2.4差分方程组的求解方法268

9.3矩量法275

9.3.1矩量法的基本思想275

9.3.2基函数与权函数的选择278

9.3.3算子方程的建立279

9.3.4矩量法的应用实例280

9.4电磁场仿真软件简介283

9.4.1 CST工作室283

9.4.2 Ansoft HFSS283

9.4.3 FEKO284

本章小结285

思考与练习286

附录 常用符号表287

参考文献288