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在內(nèi)容編排上，采用以問題為導向的組織方式，依據(jù)矢量分析中的散度、旋度和波動方程等概念形成邏輯主線，分別針對電磁場和電磁波兩個大的概念體系展開編寫。前五章為矢量分析及靜態(tài)場，著重建立場的概念體系，其核心問題是場源關系，即電場與磁場的散度和旋度源。圍繞該核心問題，對電場、磁場的基本概念、基本特點、相關的邊界條件，以及在此基礎上求解典型的工程問題進行了闡述。后四章為時變電磁場與電磁波，著重建立波的概念體系，突出無源區(qū)域的電磁波作為亥姆霍茲方程的解這一關鍵點，以尋求不同邊界條件下波動方程的求解作為問題導向。內(nèi)容包括時變場的波動特性，均勻平面波在自由空間的傳播、在媒質(zhì)分界面上的反射、折射，以及波導結(jié)構中電磁波的傳播模式和規(guī)律等等。主要讀者對象為電類工程專業(yè)的本科學生，特別是適合開設電磁場理論雙語課程的電子信息類高校學生。也可供一般的電子工程專業(yè)技術人員參考。

雙語教學是我國高等教育適應全球化趨勢，增強學生國際交流與競爭能力的一項重要措施。電磁場理論作為電子信息與電氣學科最重要的專業(yè)基礎課程之一，包含的概念、原理和方法在后續(xù)多個課程中都有重要的體現(xiàn)。開設電磁場理論雙語課，讓學生在學習專業(yè)知識的過程中同時積累和掌握中英文相關專業(yè)詞匯和表達方式，對于學生將來從事相應的科研和技術工作十分有益。而據(jù)編者所知，國內(nèi)尚沒有專門針對電磁場雙語教學的教材。國內(nèi)已開設相關雙語課程的高校多采用英美原版英文教材，存在與國內(nèi)電磁場理論教學要求不一致等問題。本書是在筆者多年從事電磁場理論雙語教學經(jīng)驗的基礎上編寫而成，在內(nèi)容安排、章節(jié)分配、知識側(cè)重點和講解順序上更適合于國內(nèi)雙語教學。
由于理論性強，對學生的數(shù)學基礎和空間想象力要求較高，電磁場理論普遍被認為是學習難度最大的電類基礎課程之一。這主要表現(xiàn)在課程的概念公式多、理論抽象、數(shù)學方法較為復雜，學生在學習過程中容易產(chǎn)生迷失感。針對這一問題，筆者嘗試在教材內(nèi)容編排上突出知識點之間的邏輯聯(lián)系，圍繞場和波這兩個大的概念體系，分別以矢量場的亥姆霍茲定理和亥姆霍茲方程在不同條件下的典型解作為邏輯主線，形成各自的核心問題，通過核心問題將各個部分的知識點串聯(lián)形成易于掌握的邏輯鏈條，以幫助學生理解每個知識點在整個電磁場基礎理論中的位置與作用，便于在學習過程中形成課程知識體系。
前5章的矢量分析與靜態(tài)場著重建立場的概念體系。從矢量分析的亥姆霍茲定理出發(fā)，將矢量場的散度和旋度作為場的概念體系的核心，突出場源關系這一核心問題，即電、磁場與其通量源和漩渦源的關系。亥姆霍茲定理表明任何一個矢量場均能通過其散度和旋度確定，因此，本書組織場的概念體系的邏輯鏈條為：首先由實驗定律出發(fā)確定場的通量源和漩渦源，即微分形式的場源關系，然后通過矢量分析工具得出相應物理定律，即積分形式的場源關系，在此基礎上再衍生出其他物理概念和方法。具體而言，介紹靜電場時，從庫侖定律和電場強度的概念出發(fā)，推導得出靜電場的通量源與渦旋源，進而推導出高斯定律和靜電場的無旋特性，引申出利用高斯定律和標量電位求解電場分布的方法。介紹恒定磁場時，從磁感應強度的概念和比奧薩法定律出發(fā)，推導得出恒定磁場的通量源與漩渦源，進而推導出安培環(huán)路定律和恒定磁場的無散特性，形成利用安培環(huán)路定律或者矢量磁位求解磁場分布的方法。靜態(tài)和時變場的邊界條件是場源關系在不連續(xù)媒質(zhì)分界面上的特殊體現(xiàn)。靜電場邊值問題的求解方法則給出了實際情況下電荷分布未知時分析場源關系的數(shù)學工具及其理論依據(jù)。介質(zhì)的極化和磁化現(xiàn)象以及導體在電場中的特性都反應了不同媒質(zhì)的存在對場源關系的影響。
第6章引入時變場，從法拉第電磁感應定律和時變條件下的電荷守恒定律出發(fā)，分別推導出時變電場和時變磁場的旋度，從而得出時變電場和時變磁場互為各自的漩渦源的結(jié)論，在此基礎上推導得到波動方程，形成電磁波的概念，為后續(xù)章節(jié)過渡到波的概念體系打下基礎。
后3章著重建立波的概念體系，突出無源區(qū)域的電磁波作為亥姆霍茲方程的解這一關鍵點，突出不同邊界條件下亥姆霍茲方程的求解這一核心問題，以利于學生理解數(shù)學推導的目的性，將復雜的數(shù)學表達式與物理意義相結(jié)合。具體而言，在自由空間中，均勻平面波的概念作為亥姆霍茲方程的最簡單的基本解被引入，在此基礎上定義行波電磁波的波長、相速、群速、極化、波阻抗等概念。在無限大媒質(zhì)分界面上，需要引入反射和折射的概念以形成同時滿足亥姆霍茲方程與分界面邊界條件的解，在此基礎上定義反射系數(shù)、透射系數(shù)以及駐波的概念。在波導結(jié)構中，各個波導模式則代表了滿足波導壁邊界條件的亥姆霍茲方程的離散的特征解。在此基礎上闡述不同波導模式對應的不同的截止頻率、波導波長、相速度、波阻抗等概念。
針對雙語教學要求，本書主要采用英文編寫，對重要的概念、定理、定律以及方法，提供中英文對照，并配備了復習思考題和習題。本書的主要讀者對象為電類工程專業(yè)的本科學生，特別適用于電磁場理論雙語課程，以及針對國際留學生的電磁場理論本科課程教學，也可供一般的電子和電氣工程專業(yè)技術人員參考。
因筆者水平所限，書中難免有不足之處，衷心歡迎讀者和同行批評指正。

編著者2022年10月

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