這本學時一學期的、精簡版的教材介紹了電氣和計算機工程技術(shù)要用到的電磁學的基本概念。本書的編寫以時變場的麥克斯韋方程組為起點，將其他不同類型的場作為麥克斯韋方程組的解進行處理，并使用靜態(tài)-準靜態(tài)波引出物理結(jié)構(gòu)的頻率行為。本書采用笛卡兒坐標系來處理物質(zhì)的體積，保證了幾何結(jié)構(gòu)的簡單和易于理解，盡管笛卡兒坐標系對于學習物理概念和數(shù)學工具是足夠的，但在必要的地方還需要使用其他的坐標系。

本書特色

■ 獨特地介紹時變場的麥克斯韋方程組，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，通過考慮均勻平面波場和媒質(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，既包括頻域分析、史密斯圓圖，也包括時域分析。
■ 用一章的篇幅介紹了金屬波導和介質(zhì)波導的原理。
■ 通過對準靜態(tài)場連續(xù)解的擴展得到赫茲振子場的完整解，以此為起點討論了天線的基本原理。
■ 用一章的篇幅介紹了可選教學的補充主題。

再 版 序
本書是根據(jù)美國伊利諾伊大學電氣與計算機工程系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年獲得華盛頓大學電氣工程博士學位，同年加入伊利諾伊大學Urbana�睠hampaign分校（UIUC）電氣工程系(現(xiàn)為電氣和計算機工程系)。2007年Rao教授以電氣和計算機工程的Edward C. Jordan榮譽教授從UIUC退休。在伊利諾伊大學42年的任職期間，Rao教授致力于科研、教學、管理和國際活動，講授了多門電氣工程課程，并開設(shè)了電磁場和波傳播的課程，出版了6個版本的Elements of Engineering Electromagnetics本科教材。Rao教授因為他在電磁學教學和課程建設(shè)方面的出色貢獻而獲得了許多的獎勵和榮譽。
Rao教授匯集多年教學經(jīng)驗編寫本書，用于一學期課程教學，是精簡版的教科書。書中詳細介紹了電磁場理論的基礎(chǔ)知識。以分析研究時變電磁場的麥克斯韋方程組為起點，將其他不同類型的場作為麥克斯韋方程組的解，使用靜態(tài)-準靜態(tài)波引出了物理結(jié)構(gòu)的頻率特性。采用笛卡兒坐標系來處理物質(zhì)的空間特性，使得幾何結(jié)構(gòu)簡單且易于理解。本書主要內(nèi)容包括矢量和場的基本概念、時變場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、波導原理、天線基礎(chǔ)。本書還在擴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、串擾、色散等其他相關(guān)內(nèi)容。附錄中對圓柱坐標系和球坐標系做了簡要介紹，還介紹了三種坐標系下旋度、散度和梯度的計算以及物理意義。
電磁場理論是電氣電子、信息以及計算機工程專業(yè)最重要的基礎(chǔ)課程之一。本書內(nèi)容編排簡潔清晰，概念原理論述清楚，分析深入淺出，概括和總結(jié)了電磁場理論在電子和計算機工程領(lǐng)域的發(fā)展歷程，是大學高年級本科生難得的專業(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。邵小桃副教授負責全書的統(tǒng)稿和內(nèi)容的審校。為了與英文版教材對照，本書中的矢量符號沿用英文版中的黑正體。
由于譯者水平有限，時間較緊，雖然付出了最大的努力，但譯文中仍然不可避免地會出現(xiàn)錯誤和疏漏，敬請各位讀者指正。

譯 者
于北京交通大學
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和學術(shù)的領(lǐng)域，是曾經(jīng)支持和引導我們，對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縈繞我們和引導我們……
Nick Holonyak， Jr.，UIUC電氣和計算機工程與物理約翰·巴丁榮譽主席教授，半導體可見光LED、激光和量子阱激光器的發(fā)明者。
正如我們所知，電磁理論無疑是人類智慧和理性的一項至高成就。但其在科學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電氣和計算機工程榮譽教授。
以上的兩段言論來自我的兩位杰出的UIUC同事，這兩段話強調(diào)了電磁學在我們的生活中無處不在的事實。簡言之，每一次我們打開電氣動力或電子設(shè)備的開關(guān)，每一次我們按下電子計算機鍵盤上或移動電話上的按鍵，或每一次日常電子設(shè)備的使用，電磁學便開始發(fā)揮作用。它是電氣和計算機工程技術(shù)的基礎(chǔ)，覆蓋整個電磁頻譜，從直流到光頻。因為這樣，在工程教育過程中，電磁學對于電氣和計算機工程的學習是極其重要的。而電磁學的基本原理卻始終不變，但講授電磁學的方式卻可能隨時間的流逝而變化，因為隨著電氣和計算機工程技術(shù)的發(fā)展，課程的要求和基本概念的重點會發(fā)生變化。
30年前，我寫了一本學時為一學期的教材，第一版的Elements of Engineering Electromagnetics。由于伊利諾伊大學當時面對增加選修課和減少必修課的壓力，要求電磁學的課程由三學期的系列課程縮減為一學期的課程�？紤]到學生之前在工程物理中學習了靜態(tài)場的傳統(tǒng)方法，而到麥克斯韋方程組為止，因此學時一學期的教材使用的方法和傳統(tǒng)的處理不同，是基于動態(tài)場和動態(tài)場的工程應(yīng)用。在那之后不到10年， 課程要求的放寬以及計算機的出現(xiàn)促成了第二版兩學期用書的出版。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)變得越來越適合新的形勢，因為隨著電氣和計算機工程的發(fā)展，電磁學中基于動態(tài)場的基本概念的理解變得越來越重要了。Elements of Engineering Electromagnetics第一版另的一個特性是在處理物質(zhì)體積的時候笛卡兒坐標系的使用。在后續(xù)版本中，這一點有所放寬，主要因為有加入包含圓柱坐標系和球坐標系的結(jié)構(gòu)的例題的空間，雖然這些例題對于基本概念的理解并不是必不可少的。
本書是學時為一學期的教材，保持了Elements of Engineering Electromagnetics第一版的特點，同時基本概念的處理隨著電氣和計算機工程技術(shù)的發(fā)展與時俱進。特別是，以麥克斯韋方程組作為開端來介紹基本概念的方法，并結(jié)合了將不同類型的場看做麥克斯韋方程組的解的處理方式，使用靜態(tài)-準靜態(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. 使用笛卡兒坐標系來處理物質(zhì)的體積保證幾何結(jié)構(gòu)簡單，對學習物理概念和數(shù)學工具是足夠的，在某些必要的地方采用其他的坐標系。
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. 通過求面電流密度為均勻正弦時變的無限大載流平面的解引入均勻平面波。
4. 通過考慮材料媒質(zhì)與均勻平面波場的關(guān)系介紹了材料媒質(zhì)。
5. 使用靜態(tài)-準靜態(tài)波作為線索引出物理結(jié)構(gòu)的頻率行為，進而發(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域分析所必需的基本知識。
7. 通過討論斜入射情況下均勻平面波的傳播引入金屬波導的概念，在討論平面波的反射和折射之后引入介質(zhì)波導的概念。
8. 通過對準靜態(tài)場的解的擴展得到赫茲振子的完整解，該解能同時滿足麥克斯韋兩個旋度方程，然后發(fā)展天線的基本概念。最后一章用來闡述6個補充的主題，每一個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行討論。有關(guān)圓柱坐標和球坐標的內(nèi)容在附錄中給出，以便在討論了笛卡兒坐標系相應(yīng)的內(nèi)容之后或者在必要的時候能夠?qū)W習。
考慮到不同學校的學生的不同基礎(chǔ)，許多超過了三個學分的課程內(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，擴展了不同的概念。每章的小結(jié)和復習題便于讀者的復習。
我要對眾多從1972年開始就一直使用我的教材的UIUC同事表達感激之情，也要對世界范圍的無數(shù)使用者表示感謝。技術(shù)的進步（電磁學在其中也起了很大的作用）已經(jīng)給現(xiàn)在的時代帶來了很多變化，以1972年UIUC我們系開設(shè)計算機工程的課程開始，接著1984年我們系更名為電氣和計算機工程系，當今世界的生活方式已由本地化變成了全球化。
本書的標題體現(xiàn)了在電氣工程和計算機工程中對電磁學這門核心課程永恒不變的重要性的認識，尤其是現(xiàn)在這個高速的時代。我任職的UIUC位于西方，而同時任職的Amrita大學位于東方，但由于當今的世界已由本地化轉(zhuǎn)變?yōu)槿�球化，我能同時任職于兩所學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，我來到美國，身上只有50美元，還有我的祖國印度發(fā)給我的護照。除了這些，我所擁有的就是印度馬德拉斯理工學院給予的本科教育，當時我的專業(yè)是電子技術(shù)領(lǐng)域。我在華盛頓大學獲得電氣工程的博士學位，隨后于1965年成為UIUC電氣與計算機工程系的一員。我被那時的系主任Edward C. Jordan先生深深吸引，正是他在19541979年的25年間為該系帶來國內(nèi)及國際的巨大聲譽。經(jīng)過42年的任教生涯，我作為電氣和計算機工程系Edward C. Jordan榮譽教授于2007年6月1日正式退休。
近年來，我在印度從事工程教育。2005年12月，我得以結(jié)識博愛的精神領(lǐng)袖Amma Mata，她是Amrita大學的校長，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大學有著特別的開始，記得2006年的夏天