本書分為兩部分，第一部分為第1～5章，是與電磁場有關(guān)的傳輸線、波導(dǎo)理論以及與電磁輻射有關(guān)的天線基本理論、天線仿真，其可以作為本科生高年級階段電磁場的深入教材。第二部分為第6～9章，是關(guān)于計算電磁學(xué)的內(nèi)容，其可以作為高年級本科生階段計算電磁學(xué)課程的教材，也可作為研究生階段的基礎(chǔ)電磁計算理論教材。計算電磁學(xué)課程的教材比較少，希望本書能滿足大家的需要。本書的編寫意圖是希望學(xué)生可以較為容易地從第一部分課程過渡到第二部分課程。

雖然本書的第一部分介紹的是電磁場傳播理論，但其涵蓋的內(nèi)容與現(xiàn)有教材有所不同，這主要是因為本科生的課程體系在過去二十年中有了較大的改變。許多大學(xué)已經(jīng)減少了必修課的數(shù)量，以便學(xué)生更為自由地取舍與學(xué)習(xí)，這就導(dǎo)致在大多數(shù)高校的電子信息類專業(yè)中，本科生只有一門電磁場的必修課程，因而研究生在入學(xué)時對基礎(chǔ)電磁理論的掌握情況差異很大，尤其是計算電磁學(xué)知識。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，使不同層次的學(xué)生均能從中受益，本書的內(nèi)容既涵蓋基礎(chǔ)理論，也涵蓋傳輸線理論、波導(dǎo)理論、電磁場輻射有關(guān)的天線理論。

在撰寫本書時，筆者始終遵循下列原則。

① 本書并不是要作為一本包羅萬象的參考書。它應(yīng)包含足夠的傳輸線、波導(dǎo)、天線的基礎(chǔ)知識，使電子信息類專業(yè)的研究生在未來研究高級課題時有足夠的知識準(zhǔn)備，并且所有內(nèi)容應(yīng)該能在一學(xué)期內(nèi)講授完。因此，對該部分涵蓋的內(nèi)容進(jìn)行了非常仔細(xì)的篩選。

② 教材的形式應(yīng)該適合課堂教學(xué)和自學(xué)，而不是作為參考書使用。對于課堂教學(xué)，循序漸進(jìn)地介紹新思想和新概念通常更為合適，因此首先講傳輸線、波導(dǎo)、電磁輻射等。

③ 電磁理論是從麥克斯韋方程出發(fā)，以數(shù)學(xué)為工具推導(dǎo)發(fā)展而來的，因而在介紹每一部分內(nèi)容時，都應(yīng)該從麥克斯韋方程，或者基于麥克斯韋方程的定理開始。本書的第二部分介紹了幾種重要的計算電磁學(xué)方法，它們在工程應(yīng)用中得到了廣泛使用。這些方法包括有限差分法（特別是時域有限差分法）、有限元法和基于積分方程的矩量法，它們是電磁場數(shù)值分析中的三種最基本方法。學(xué)生在熟練掌握這三種方法后，可以很容易地學(xué)習(xí)其他數(shù)值方法。第二部分還介紹了求解積分方程的快速算法以及結(jié)合不同數(shù)值方法的混合方法，掌握這些技術(shù)就能更有效地處理復(fù)雜電磁問題。隨著計算電磁學(xué)這一電磁分析和仿真工具得到越來越廣泛的應(yīng)用，基于上述內(nèi)容的計算電磁學(xué)課程也越來越受歡迎。這門課程被許多非電磁方向甚至非電子信息類專業(yè)的學(xué)生選修。

書中第1章講述了傳輸線理論；緊接著第2章講了波導(dǎo)理論，主要是矩形波導(dǎo)、圓形波導(dǎo)以及同軸線波導(dǎo)；然后第3章講述了天線的輻射和基本參數(shù)概念；第4章講述了天線的仿真，舉例說明了HFSS軟件的用法，討論了分形天線的概念和設(shè)計方法，學(xué)生可以更好地理解電磁場的輻射原理；第5章討論了面天線，面元的輻射可以用數(shù)學(xué)方程來描述，它們滿足麥克斯韋方程，反射面天線是經(jīng)典的面天線之一，因此對該類型天線進(jìn)行了討論；第6章主要討論了矩量法，矩量法是經(jīng)典的計算電磁方法之一，給出了幾個矩量法的例子；第7章討論了變分法，該方法應(yīng)用非常廣泛，在電磁計算領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用；第8章討論了時域有限差分法，講述了該方法的基本原理，以及一維、二維和三維方法，給出了幾個應(yīng)用的例子，一個是計算微帶天線，一個是計算求解聲學(xué)問題，以及薛定諤方程的求解；最后第9章討論了有限元方法。

本書第7、第9章由陸艷蘋編著，其余章節(jié)均由單志勇編著。

由于筆者水平有限，書中不足之處在所難免，請讀者批評指正。



編著者

2019年9月