内 容 简 介

本教材是参照国家教委电磁场理论指导组制定的大纲要求编写的。在取材与深度

上，注意到与大学物理及高等数学的衔接。取材广泛、内容丰富、深度适中。在叙述上，

注意由浅入深。循序渐进，并注重数学与物理概念的结合，注重分析问题的方法、思路。

书中还配有近百道例题，有助于读者自学。

本教材适用于电子、通信类专业，以及微波专业的大学生，也可作为有关教学及工

程技术人员的参考书。

目 录

主要符号表

一些常用常数

坐标变换

梯度、散度、旋度及拉普拉斯方程表示式

矢量恒等式

第1章 静电场

1.1静电场的基本方程

1.2电位

1.3电偶极子

1.4静电场中的导体

1.5静电场中的介质

1.6静电场的边界条件

1.7导体系统的电容

1.8静电场能量与静电力

习 题

第2章 恒定电场

2.1电流密度

2.2电流连续性方程

2.3导电媒质中的电场

2.4导电媒质中的能量损耗

2.5恒定电场的边界条件

2.6恒定电场与静电场的比拟

习 题

第3章 恒定磁场

3.1恒定磁场的基本方程

3.2矢量磁位

3.3磁偶极子

3.4恒定磁场中的介质

3.5恒定磁场的边界条件

3.6电感

3.7磁场能量和磁场力

习 题

第4章 边值型静态场问题的解法

4.1静电场的边值型问题

4.2拉普拉斯方程和泊松方程

4.3唯一性定理

4.4一维拉普拉斯方程的直接积分求解

4.4.1直角坐标中一维拉普拉斯方程的解

4.4.2圆柱坐标中一维拉普拉斯方程的解

4.4.3介质分界面上电位的连续性

4.4.4球坐标中一维拉普拉斯方程的解

4.5分离变量法求解二维、三维拉普拉斯方程

4.5.1分离变量法求解直角坐标系二维场问题

4.5.2分离变量法求解直角坐标系三维场问题

4.5.3分离变量法求解圆柱坐标系二维场问题

4.5.4分离变量法求解球坐标系二维场问题

4.6镜像法

4.6.1平面镜像

4.6.2球面镜像

4.6.3圆柱面镜像

4.6.4介质镜像

4.7保角变换法

4.7.1解析复变函数

4.7.2解析复变函数的主要性质

4.7.3由W（z）直接求电场强度E

4.7.4电场通量函数

4.8有限差分法——数值计算法

习 题

第5章 交变电磁场

5.1麦克斯韦方程

5.2电磁感应定律与麦克斯韦第二方程

5.2.1电磁感应定律的推广

5.2.2微分形式的麦克斯韦第二方程

5.3安培环路定律与麦克斯韦第一方程

5.3.1简单安培环路定律及其在交变电磁场中出现的矛盾

5.3.2交变场的电流连续性方程（电荷守恒原理）

5.3.3麦克斯韦的位移电流假说和麦克斯韦第一方程

5.3.4位移电流

5.4高斯定律与麦克斯韦第三方程

5.5麦克斯韦第四方程

5.6麦克斯韦方程组和辅助方程

5.7复数形式的麦克斯韦方程

5.8边界条件

5.9场矢量间的结构关系

5.10坡印廷定理和坡印廷矢量

5.10.1坡印廷定理

5.10.2坡印廷矢量

5.10.3复数形式的坡印廷矢量

习 题

第6章 平面波在无界媒质中的传播

6.1波动方程及其解

6.1.1电磁的波动现象及波动方程

6.1.2波动方程的解

6.1.3解的物理意义

6.2理想介质中的平面波

6.2.1均匀平面波

6.2.2均匀平面波的波动方程及其解

6.2.3均匀平面波的复数表示式

6.2.4平面波的特性及参量

6.3电磁波的极化（或偏振）

6.3.1线极化波

6.3.2圆极化波

6.3.3椭圆极化波

6.3.4极化波的分解及合成

6.3.5椭圆极化波的倾角及长短轴比

6.4媒质的分类

6.5导电媒质中的平面波

6.5.1导电媒质中的波动方程

6.5.2导电媒质中电磁波的参量

6.6良介质中的平面波

6.7良导体中的平面波

6.8趋肤效应

6.9良导体的表面阻抗

6.10导电媒质的损耗功率

6.11色散媒质

6.12铁氧体中的电磁波

6.12.1铁氧体材料

6.12.2铁氧体的张量导磁率

6.12.3电磁波在铁氧体中的传播

习 题

第7章 电磁波的反射与折射

7.1平面波垂直人射到理想导体表面

7.1.1入射波及反射波电场、磁场的表示式

7.1.2合成波电场及磁场的表示式

7.1.3合成波电场及磁场的特点

7.2平面波垂直入射到理想介质分界面

7.2.1入射波、反射波、折射波电磁场的表示式

7.2.2电场的反射系数及传输系数

7.3平面波斜射到理想导体表面

7.3.1入射波及反射波电场的表示式

7.3.2入射波及反射波磁场的表示式

7.3.3合成波电场、磁场的表示式

7.3.4合成波电场、磁场的特点

7.3.5合成波的参量

7.4平面波斜射到理想介质分界面

7.4.1反射定律及折射定律——分析方法一

7.4.2反射定律及折射定律——分析方法二

7.4.3e、er、el与en四个矢量共面

7.4.4平面波斜射到理想介质分界面上的反射系数及

传输系数——费涅尔公式

7.4.5理想介质分界面上波的全反射

7.4.6布儒斯特（Brewster）角

7.5导电媒质分界面上波的反射和折射

7.6平面波垂直入射到多层介质分界面

习 题

第8章 TEM波传输系统—一双导体传输线

8.1TEM波波动方程的特点

8.2平行导体板传输系统

8.2.1平行导体板传输系统及其传输的TEM波

8.2.2平行导体板传输系统的电报方程

8.2.3平行导体板传输系统的特性阻抗

8.2.4TEM波在平行导体板传输系统中的传播速度

8.2.5平行板传输系统中的高次模

8.3双线传输线

8.3.1双线传输线传播的TBM波

8.3.2双线传输线电报方程的建立——方法一

8.3.3双线传输线电报方程的建立——方法二

8.3.4双线传输线的特性阻抗

8.3.5双线传输线的输入阻抗

8.3.6双线传输线中TEM波的传播速度及波长

8.3.7不同负载条件下传输线段的性质及其应用

8.3.8低损耗传输线

8.4同轴线

8.4.1同轴线及其传输的TEM波

8.4.2同轴线中电压、电流的电报方程

8.4.3同轴线的特性阻抗

习 题

第9章 TE波TM波传输系统——波导

9.1矩形波导

9.1.1波导中的波动方程

9.1.2纵向场分量（z分量）的波动方程及其解

9.1.3用E：、Hz表示的横向场量Ex、Ey、Hr、Hy

9.1.4矩形波导中TE波及TM波的场分量

9.1.5矩形波导中TE波、TM波的参量

9.1.6波导的色散特性及截止特性

9.1.7TE10波的场分量及参量

9.1.8TE10波的场结构

9.1.9TE10波的传输功率

9.1.10矩形波导的衰减

9.1.11矩形波导的单模传输

9.2圆波导

9.2.1Ez、Hx的波动方程及其它场量与Ez、Hz的关系式

9.2.2圆波导中TM波的场分量

9.2.3圆波导中TE波的场分量

9.2.4圆波导中TE波、TM波的参数

9.2.5圆波导中几个主要模式的场结构图及衰减特性

9.2.6圆波导与矩形波导衰减的比较

9.3同轴线中的高次模

习 题

第10章 电磁波辐射

10.1交变场的滞后位

10.1.1交变场的位与场

10.1.2位函数的微分方程

10.1.3位函数微分方程的解

10.2电偶极子

10.2.1电偶极子的电磁场

10.2.2电偶极子的近区场及远区场

10.2.3近区场与电偶极子的电荷电流的关系

10.2.4电偶极子的辐射功率及辐射电阻

10.2.5电偶极子的方向性

10.3磁偶极子

10.3.1磁偶极子的矢量磁位A

10.3.2交流磁偶极子的矢量磁位A

10.3.3磁偶极子的场

10.3.4磁偶极子的辐射功率及辐射电阻

10.4电磁场的对偶性

10.4.1麦克斯韦方程的对称性

10.4.2电磁场的对偶性

10.4.3电磁场对偶性的应用

10.5电磁场的互易性

10.5.1洛仑兹积分及其不同表示式

10.5.2电磁场互易性的应用

10.6关于洛仑兹规范

10.7亥姆霍兹定理

习 题

参考文献

第1章 静电场

电荷作为源在它的周围产生电场，并且通过电场给其它电荷

以作用力。自由空间中相对于观察者静止、并且不随时间变化的电

荷所产生的电场称为静电场。本章我们将从静电场的基本方程出

发，研究它的基本性质，引出静电场的基本概念和定律：高斯定律、

库仑定律、电位及电场能量等；并逐步从自由空间的讨论扩展到有

介质的情形

1.1 静电场的基本方程

为了描述空间电场的大小，我们引入物理量电场强度E，并将

空间某点的电场强度定义为：单位静止试验点电荷所受到的电场

力。

电场强度E与试验正电荷q的受力方向相同，并且在数值上

与所受电场力F成正比，E的单位为伏特/米（V/m）。式（1.1）中q

趋于0的目的是为了避免引入的试验电荷对原有场分布产生影

响。而且试验电荷的体积也应充分小，因为只有这样才能反映空间

某一点的电场强度。

电场是矢量场，在给出电场强度的定义后，如何讨论和确定它

的性质及规律呢？我们可以从基本的实验定律（如库仑定律等）出

发，经过分析和综合逐渐地认识和了解电场。也可以根据电场是矢

量场的特点，从讨论矢量场的角度出发，直接确定静电场的基本方

程，并由此得出静电场的性质和规律，本书采用后一种方法。

首先介绍矢量场分析中的亥姆霍兹定理，亥姆霍兹定理指出：

位于空间有限区域内的矢量场，当它的散度、旋度以及它在区域边

界上的场分布给定之后，该矢量场就被唯一确定；对于无限大空

间，如果矢量场在无限远处减小至零，则该矢量场由其散度和旋度

唯一确定。有关矢量场分析中亥姆霍兹定理更具体的讨论，将在第

10章进行

根据亥姆霍兹定理，在讨论静电场时，如果首先确定了静电场

的散度和旋度两个基本方程，则无界空间中的静电场也就随之确

定了，静电场有关的性质和规律可以从这两个基本方程导出。

矢量场散度和旋度两个基本方程反映的是矢量场中场与源之

间的关系。由实验及推论可知自由空间中的静电场满足下列两个

基本方程。

式中p为体电荷密度，E0为自由空间介电常数。

式（1.2）、（1.3）分别表明，自由空间任意点处静电场的散度等

于该点体电荷密度与自由空间介电常数的比值，自由空间中静电

场的旋度处处为零，即静电场在自由空间中是有散、无旋场。