电磁理论、计算、应用（第2版）

　　电磁知识浩瀚，裁剪电磁知识以满足新形势、新需要、新定位，是重新编写这本教材的一个最初动力。对这个问题的思考和实践催生了本教材的第1版。教材以电磁波理论的构建以及解决现代电子信息系统所涉及的三个电磁波基本问题为主干组织材料。这三个基本问题分别是： 电磁波的传播与传输，电磁波的辐射，电磁波的散射。教材力求能清晰、简要地展示科学家是如何从碎片、散落的实验结论中构建出理论，工程师们又如何从宏观博大的理论演化出具体精湛的技术。
　　内容是教材之王，如何使教材内容与时俱进，是此次第2版着重考虑的。近几十年来，电磁理论又有很多发展，其中有三个重要的方面： 一是超材料的电磁特性及应用； 二是麦克斯韦方程在变换空间和复空间中的推广； 三是电磁散射机理的新阐释。第一方面内容在此版新增的1.8节及2.1.3节中阐述； 第二方面内容反映在新版第2章阅读和思考2.A以及章后的思考题中； 第三方面内容将在此版新增的4.1.1节5.中阐释。另外，作者近年的一些研究成果也整理补充在此版各章的思考题中。
　　电磁场这门课程理论性较强，接受不易，如何讲好这门课程，一直是大家热衷讨论的问题。力求少讲甚至不讲公式，尽量用图表、演示、文字来讲这门课，是一种让更多学子易于接受的方式，但这似乎是一种把专业课讲成科普讲座的授课方式。作为专业课程，尤其是“211”高校，这种教学方式值得商榷。本教材坚持掌握矢量分析是学好电磁场的基础这一理念，所有概念的建立、阐释和应用都尽量用这门语言来表达。这是电磁知识的准确专业表达的有力方式，也是让学生建立真正创新能力的最佳方式。打个比方，用图表、演示、文字表达的概念或许只是沙子，建不了高楼，只有用公式表达的概念才是钢筋和砖瓦，才能立起高楼。这一版尤其关注公式的准确与形式，修订了第1版中不少错误，力求公式更准确、更统一、形式更一致。除此之外，在新版中也尽量使公式形式更易于理解，让其颜值更高一点，看上去更舒服一点，对其阐释也更细致一点。

盛新庆
2023年2月

本书以问题为中心，而非知识。主要讲了4个问题，分别对应4章： ①电磁波是如何发现的； ②电磁波是怎样传播和传输的； ③电磁波是如何辐射的； ④电磁波又是怎样散射的。为了讲通、讲透这4个问题，本书横穿了现有电磁波理论、天线、计算电磁学、雷达等多门课程知识，纵贯了传统本、硕、博三个阶段的电磁波理论课程知识。本书不求知识点的完备，但求把核心要点讲得通透，以及准确反映核心要点随时代的变化趋势。

盛新庆,北京理工大学讲席教授。2001年度中国科学院“百人计划”入选者。2004年度长江学者特聘教授。2009年度北京科学技术奖一等奖第1完成人。

第1章电磁波的发现
1.1物理背景
1.1.1库仑定律发现以前
1.1.2库仑定律发现以后
1.2数学背景
1.2.1矢量定义
1.2.2矢量运算
1.2.3坐标系
1.2.4矢量算子
1.2.5张量
1.2.6矢量恒等式
1.2.7算子基本积分定理 
1.3学术传统
1.4麦克斯韦方程的建立
1.4.1场概念的提炼
1.4.2物理规律的系统化数学表述
1.4.3本构关系
阅读与思考
1.A等离子体的本构关系
1.5电磁波发现及验证
1.6电磁波问题的确定性表述
1.6.1两种介质交界面的边界条件
1.6.2导体分界面上的边界条件
1.6.3无穷远处的边界条件
1.7静电场再认识
1.7.1静电边值问题
1.7.2电容和电感
1.8超材料本构关系
1.8.1金属线介质的本构关系
1.8.2金属开口谐振环介质的本构关系
1.9麦克斯韦方程时域形式与频域形式
1.10电磁波的性质
1.10.1唯一性定理
1.10.2等效原理
1.10.3对偶原理
1.10.4互易定理
1.11电磁波的仿真
1.11.1电磁波方程
1.11.2Yee格式及蛙跳机制
1.11.3电磁波方程的离散
1.11.4稳定性条件
1.11.5激励源
1.11.6边界条件
1.12电磁波的应用
本章小结
练习题
思考题
课程设计(一)

第2章电磁波的传播和传输
2.1电磁波传播
2.1.1无限大均匀介质中的传播
2.1.2层状介质中电磁波的传播
2.1.3左手介质中电磁波的传播
阅读与思考
2.A坐标变换空间中的麦克斯韦方程
2.2波导中的传输
2.2.1波导传输问题的求解途径
2.2.2矩形波导中电磁波的传输特性
2.2.3波导正规模的特性
2.2.4任意截面空波导电磁波传输模式的有限元分析
2.2.5波导激励分析
2.3微波传输线的分析模型
2.3.1传输线分析模型及其解
2.3.2传输线特征量及其变换式
2.3.3均匀无耗传输线的工作状态
2.3.4圆图
2.3.5阻抗匹配
2.4微波网络的分析模型
2.4.1微波网络
2.4.2微波网络参量
本章小结
练习题
思考题
课程设计(二)

第3章电磁波的辐射
3.1激励源在自由空间中的辐射
3.1.1自由空间中麦克斯韦方程的解
3.1.2电流与磁流辐射场的其他数学表达形式
阅读与思考
3.A电流与磁流辐射表达式的另类推导
3.1.3激励源辐射场的远场近似
3.1.4辐射条件
3.2天线
3.2.1赫兹电偶极子
3.2.2线天线
3.2.3微带天线
阅读与思考
3.B微带天线的全波分析法
3.2.4天线阵
3.2.5天线馈电
3.2.6天线测量
本章小结
练习题
思考题
课程设计(三)

第4章电磁波的散射
4.1确定性目标的散射
4.1.1规则目标的散射
阅读与思考
4.A半平面导体散射的解析解
4.1.2不规则形状目标的散射
4.1.3典型结构散射机理
4.2随机目标的散射
4.2.1随机面的几何模型
4.2.2光滑型随机面的散射
4.2.3微粗糙型随机面的散射
4.2.4蒙特卡罗方法
4.2.5随机面散射和辐射的关系
4.3雷达
4.3.1目标特性
4.3.2雷达原理
4.3.3单脉冲雷达系统
阅读与思考
4.B扩展目标角闪烁的计算公式推导
4.C目标散射中心参数的估计方法
本章小结
练习题
思考题
课程设计(四)

附录A不同坐标系之间的变换
附录B矢量恒等式
附录C积分定理
附录D各种坐标系下梯度、散度、旋度、拉普拉斯算子表达式
附录E贝塞尔函数
附录F勒让德函数
附录G鞍点法
附录H常见材料的介质参数
索引
参考文献

本书以问题为中心，而非知识。主要讲了4个问题，分别对应4章： ①电磁波是如何发现的； ②电磁波是怎样传播和传输的； ③电磁波是如何辐射的； ④电磁波又是怎样散射的。为了讲通、讲透这4个问题，本书横穿了现有电磁波理论、天线、计算电磁学、雷达等多门课程知识，纵贯了传统本、硕、博三个阶段的电磁波理论课程知识。本书不求知识点的完备，但求把核心要点讲得通透，以及准确反映核心要点随时代的变化趋势。

盛新庆,北京理工大学讲席教授。2001年度中国科学院“百人计划”入选者。2004年度长江学者特聘教授。2009年度北京科学技术奖一等奖第1完成人。