About the Authors    1

序    3

Chapter 1

Vector Analysis   2

I.I  Scalars and Vectors   2

1.2 Vector Algebra 3

1.3  The Rectangular Coordinate System   4

1.4   Vector Components and Unit Vectors   6

1.5   The Vector Field   {)

1.6  The Dot Product   l0

1.7  The Cross Product   12

1.8  0ther Coordinate Systems: Circular

     Cylindrical Coordinates   14

1.9  The Spherical Coordinate Sysiem   l9

     References  23

     Chapter 1 Problems  23

Chapter 2

Coulomb's Law and Electric

Field Intensity 28

2.1   The Experimental Law of Coulomb   28

2.2   Electric Field Intensity   31

2.3  Field Arising from a Continuous Volume

     Charge Distribution  35

2.4   Field of a Line Charge   37

2.5   Field of a Sheer of Charge   41

2.6   Streamlines and Sketches of Fields   43

     References  46

     Chapcer 2 Problems  46

Chapter 3

Electric Flux Density, Gauss's Law,

and Divergence  51

3.1  Electric Flux Density   51

3.2  Gauss's Law  55

3.3   Application of Gauss's Law: Some

     Symmetrical Charge Distributions   59

3.4   Application of Gauss's Law: Differential

      Volume Element  64

3.5   Divergence and Maxwell's First Equation   67

3.6  The Vector Operator V and the Divergence

     Theorem  70

     References  7:3

     Chapter 3 Problems   74

Chapter 4

Energy and Potential  79

41   Energy Expended in Moving a Point Charge in

    an Electric Field  80

4.2  The Line Integral   Sl

4.3   Definition of Potential Difference

      and Potential  86

4.4   The Potential Field of a Point Charge   88

4.5  The Potential Field of a System of Charges:

     Conservative Property  90

4.6 Porential Gradient 94

4.7  The Electric Dipole  99

4.8  Energy Density in the Electrostatic

      Field 104

     References     108

    Chapter 4 Problems    109

Chapter 5

Conductors and Dielectrics  114

5.1    Current and Current Density     115

5.2    Continuity of Current    116

5.3   Metallic Conductors   119

5.4  Conductor Properties and Boundary

      Conditions  124

5.5   The Method of Images  129

5.6 Semiconductors  131

5.7  The Nature of Dielectric Materials   132

5.8  Boundary Conditions for Perfect

      Dielectric Materials     I 38

     References  142

     Chapter 5 Problems    143

Chapter 6

Capacitance 149

6.1  Capacitance Defined   149

6.2  Parallel-Plate Capacitor   151

6.3  Several Capacitance Examples   153

6.4    Capacitance of a Two-Wire Line     156

6.5   Using Field Sketches to Estimate

    Capacitance in Two-Dimensional

      Problems   160

6.6  Poisson's and Laplace's Equations   166

6.7   Examples of the Solution of Laplace's

     Equation  168

6.8   Example of tHe Solution of Poisson's

     Equation: Lhe p-n Junction Capacitance   175

     References    178

     Chapter 6 Problems    179

Chapter 7

The Steady Magnetic Field   187

7.1  Biot-Savart Law   187

7.2  Ampere's Circuital Law   195

7.3 Curl  202

7.4  Stokes' Theorem  209

7.5  Magnetic Flux and Magnetic Flux

     Density 214

7.6   The Scalar and Vector Magnetic

      Potentials  217

7.7   Derivation of the Steady-Magnetic-Field

      Laws 224

     References  230

     Chapter 7 Problems   230

Chapter 8

Magnetic Forces, Materials,

and Inductance  238

8.1   Force on a Moving Charge   238

8.2   Force on a Differential Current Element   240

8.3   Force between Differential Current

      Elements 244

8.4   Force and Torque on a Closed Circuit   246

8.5  The Nature of Magnetic Materials   252

8.6  Magnetization and Permeability  255

8.7  Magnetic Boundary Conditions  260

8.8  The Magnetic Circuit  263

8.9   Potential Energy and Forces on Magnetic

     Materials  269

8.10 Inductance and Mutual Inductance   271

     References  278

     Chapter 8 Problems   278

Chapter 9

Time-Varying Fields and Maxwell's

Equations 286

9.1  Faraday's Law  286

9.2   Displacement Current   293

9.3   Maxwell's Equations in Point Form   297

9.4  Maxwell's Equations in Integral Form   299

9.5  The Retarded Potentials  301

     References  305

     Chapter 9 Problems   305

Chapter 10

Transmission Lines  311

10.1   Physical Description or Transmission Line

      Propagation 312

10.2   The Transmission Line Equations   314

10.3  Lossless Propagation  316

10.4   Lossless Propagation of Sinusoidal

      Voltages 319

10.5   Complex Analysis of Sinusoidal Waves   321

10.6  Transmission Line Equations and Their

       Solutions in Phasor Form   323

10.7  Low-Loss Propagation  325

IO.S   Power Transmission and The Use of Decibels

      in Loss Characterization   327

10.9  Wave Reflection at Discontinuities  330

10.10 Voltage Standing Wave Ratio  333

10.11 Transmission Lines of Finite Length   337

10.12 Some Transmission Line Examples  340

10.13 Graphical Methods: The Smith Chart   344

10.14 Transient Analysis  355

       References  368

      Chapter 10 Problems   368

Chapter 11

The Uniform Plane Wave  378

11.1  Wave Propagaition in Free Space  378

11.2  Wave Propagaition in Dielectrics  386

11.3   Poynting's Theorem and Wave Power   395

11.4  Propagation in Good Conductors:

       Skin Effect  398

11.5  Wave Polarization  405

      References    412

      Chapter 11 Problems  412

Chapter 12

Plane Wave Reflection and

Dispersion 418

12.1   Reflection of Uniform Plane Waves

       at Normal Incidence  418

12.2   Standing Wave Ratio   425

12.3  Wave Reflection from Multiple

       Interfaces 429

12.4  Plane Wave Propagation in General

        Directions  437

12.5   Plane Wave Relflection at Oblique Incidence

       Angles 440

12.6  Total Reflection and Total Transmission

       of Obliquely Incident Waves  446

12.7  Wave Propagation in Dispersive Media  449

12.8   Pulse Broadening in Dispersive Media   45t

      References  459

      Chapter 12 Problems  460

Chapter 13

Guided Waves  466

13.1  Transmission Line Fields and Primary

       Constants 466

132  Basic Waveguide Operation  476

13.3   Plane Wave Analysis of the Parallel-Plate

      Waveguide 480

13.4   Parallel-Plate Guide Analysis Using the Wave

      Equation 489

135   Rectangular Waveguides   492

13.6   Planar Dielectric Waveguides   503

137 0ptical Fiber 510

        References     519

      Chapter 13 Problems  520

Chapter 14

Electromagnetic Radiation

and Antennas 525

14.1   Basic Radiation Principles: The Hertzian

      Dipole 525

14.2  Antenna Specifications  532

14.3  Magnetic Dipole  537

14.4  Thin Wire Antennas  139

14.5   Arrays of Two Elements   147

14.6  Uniform Linear Arrays  551

14.7   Antennas as Receivers   555

      References 562

      Chapter 14 Problems  162

Appendix A

Vector Analysis  567

A.l   General Curvilinear Coordinates   567

A.2   Divergence. Gradient. and Curl

      in General Curvilinear Coordinates   568

A.3    Vector Identities   570

Appendix B

Units 571

Appendix C

Material Constants   576

Appendix D

The Uniqueness Theorem  579

Appendix E

Origins of the Complex

Permittivity 581

Appendix F

Answers to Odd-Numbered

Problems 588

第1章矢量分析2

l.l  标量和矢量2

1.2 矢量代数3

1.3 直角坐标系4

1.4 矢量的分量与单位矢量6

1.5 矢量场9

1.6 点乘10

1.7 叉乘12

1.8 其他坐标系：圆柱坐标14

1.9 球坐标系  19

参考文献23

习题23

第2章  库仑定律和电场强度  28

2.1  库仑实验定律28

2.2 电场强度3l

2.3 连续体电荷分布的场35

2.4 线电荷的场37

2.5 面电荷的场41

2.6 场线和场图43

参考文献46

习题46

第3章  电通量密度、高斯定理

    和散度51

3.1  电通量密度51

3.2  高斯定理55

3.3  高斯定理的应用：几种对称电荷分布59

3.4  高斯定理的应用：体微元64

3.5  散度和麦克斯韦第一方程67

3.6  矢量算子V和散度定理  70

参考文献73

习题74

第4章  能量和电位79

4.1  电场中移动一个点电荷消耗的能量80

4.2  线积分8l

4.3  电位差和电位的定义  86

44   点电荷的电位场88

4.5  电荷系统的电位场：保守特性90

4.6  电位梯度94

4.7  电偶极子99

4.8  静电场的能量密度  104

参考文献  108

习题  109

第5章导体和介质  114

5.1  电流和电流密度  115

5.2  电流的连续性 116

5.3  金属导体 119

5.4  导体特性和边界条件  124

5.5镜像法129

5.6半导体1 31

5.7介质材料的性质1 32

5.8理想介质材料的边界条件  138

参考文献142

习题l43

第6章  电容  1 49

6.1  电容定义149

6.2平行板电容器151

6.3几个电容实例  153

6.4双导线电容156

6.5  二维问题中用电场图估算电容  160

6.6泊松和拉普拉斯方程  166

6.7拉普拉斯方程求解实例  168

6.8泊松方程求解实例：p一n结电容  175

参考文献  1 78

习题1 79

第7章恒定磁场  1 87

7.1  毕奥一萨伐尔定律  1 87

7.2安培环路定律  195

7.3旋度202

7.4斯托克斯定理209

7.5磁通和磁通密度214

7.6标量和矢量磁位217

7.7恒定磁场定律的推导224

参普文献230

习题230

第8章磁场力、材料和电感238

8.1  运动电荷所受的力  238

8.2微电流元所受的力  240

8.3  两个微电流元之间的力  244

8.4闭合电路所受的力和力矩246

8.5磁材料的性质252

8.6磁化和磁导率255

8.7磁边界条件260

8.8磁路263

8.9磁能和磁材料所受的力  269

8.10电感和互感271

参考文献278

习题278

第9章  时变场和麦克斯韦方程组286

9.1  法拉第定律286

9.2位移电流293

9.3麦克斯韦方程组的点（或微分）形式297

9.4麦克斯韦方程组的积分形式299

9.5推迟位301

参考文献305

习题305

第10章传输线31 1

10.1  传输线传播的物理描述312

10.2传输线方程314

10.3无损传播316

10.4正弦电压的无损传播319

10.5正弦波的复数分析321

10.6相量形式的传输线方程及其解323

10.7低损耗传播325

10.8损耗特性下的功率传输和

    分贝的使用327

10.9  不连续处的渡反射330

10.10电压驻波比333

10.11有限长传输线337

10.12几个传输线实例340

10.13图解法：史密斯图344

10.14暂态分析355

参考文献368

习题368

第11章均匀平面波378

11.1  自由空间中的波传播378

11.2介质中的渡传播386

11.3坡印亭定理和波功率395

11.4  良导体中的传播：趋肤效应398

11.5波的极化405

参考文献412

习题412

第12章平面波反射和色散418

12.1  垂直入射时均匀平面波的反射41 8

12.2驻波比425

12.3  多个界面的渡反射429

12.4  一般方向的平面波传播437

12.5斜入射波角时的平面渡反射440

12.6斜入射波的全反射与全传输446

12.7  色散媒质中的波传播449

12.8  色散媒质中的脉冲变宽现象455

参考文献459

习题460

第13章导波466

13.1  传输线场和基本参数466

13.2  基本波导工作原理476

13.3  平行板波导的平面波分析480

13.4  用波方程进行平行板波导分析489

13.5  矩形波导492

13.6  平面介质波导503

13.7  光纤510

参考文献519

习题520

第14章  电磁辐射与天线525

14.1  基本辐射原理：赫兹偶极子525

14.2  天线描述参数532

14.3  磁偶极子537

14.4  细导线天线539

14.5  二元阵列天线547

14.6  均匀线性阵列天线551

14.7  作为接收器的天线555

参考文献562

习题562

附录A矢量分析567

A.l  -般曲线坐标567

A.2  -般曲线坐标下的散度、梯度

    和旋度568

A.3矢量恒等式570

附录8单位571

附录C材料常数576

附录D  唯一性定理579

附录E  复介电常数的根源  581

附录F奇数号习题答案588