前言
PREFACE
“电磁场与电磁波”（或“电磁场理论”）是高等学校电子信息类、电气类专业本科
生必修的一门专业基础课，课程涵盖的内容是电子信息类、电气类专业学生应具备知识
结构的重要组成部分，是“微波技术”“光纤通信”“天线”“射频电路”“无线通信”等
后续课程的基石。对于培养现代通信领域、电子信息技术领域的高素质人才，具有重要
的作用。
本书作者都毕业于兰州大学信息科学与工程学院，均获得无线电物理专业的硕士、
博士学位，长期从事电磁场与微波技术领域的研究，并在兰州大学讲授“电磁场理论”
课程。从 2008 年开始，教学团队在梅中磊教授的带领下，以兰州大学信息科学与工程
学院“电磁场理论”课程为基地，不断尝试对课程教学进行改革创新，并取得了不菲的
成绩。
2023 年，“太赫兹时域光谱检测与成像虚拟仿真实验”课程获评教育部“国家级一
流本科课程”，梅中磊教授担任负责人；
2020 年，“电磁场与电磁波”课程获评教育部“国家级一流本科课程”，梅中磊教授
担任负责人；
2023 年，李月娥教授主持的课程“数学物理方法”课程获评“省级一流本科课程”；
2022 年，马阿宁副教授获得第五届全国高等学校青年教师“电路”、“信号与系统”
和“电磁场”课程教学竞赛电磁场组二等奖；
2021 年，团队参加首届全国高校教师教学创新大赛，获得理工正高组省级一等奖、
国家级三等奖。
同时，教学团队的教改成果先后多次获得校级、省级教学成果奖。
2023 年，团队获得兰州大学教学成果一等奖，相关教材获评兰州大学电磁场与电磁
波立体化教材；
2021 年，团队的“新工科背景下电磁场与微波技术课程群建设”项目获得甘肃省高
等教育教学成果奖一等奖；
2013 年，团队的“研究型教学在‘电磁场理论’课程中的实践及示范应用”项目获
得甘肃省高等教育教学成果奖二等奖；
值得一提的是，在兰州大学的大力支持下，在清华大学出版社的精心策划下，团队
针对“电磁场与电磁波”课程，撰写了系列教材，包括：梅中磊、曹斌照、李月娥、马
阿宁编著的《电磁场与电磁波》（第 1 版和第 2 版）；梅中磊、李月娥、马阿宁编著的
《MATLAB 电磁场与微波技术仿真》（第 1 版和第 2 版）；梅中磊、曹斌照、牛调明编著
的《电磁场与电磁波学习指导与典型题解》。这些教材由于其深入浅出、联系实际、面向
前沿、特色鲜明的特点，在 2023 年度获批兰州大学教学成果一等奖。
2 电磁场与电磁波——使用 MATLAB 分析与实现
经过多年的教学实践，编者深感有必要把自己在教学方面的体会和经验融入教材
中。而上述成绩的取得，也大大增强了我们的信心。因此，在清华大学出版社盛东亮编
辑的策划和鼓励下，教学团队撰写了《电磁场与电磁波——使用 MATLAB 分析与实现》。
本书的指导思想在于在一定程度上降低教材难度，强化物理概念的理解，淡化繁杂
的数学计算。为增进读者理解，本书将抽象的问题形象化，每章配有紧扣章节主题、内
容新颖的虚拟仿真实验，即利用MATLAB 程序代码，编程实现数值计算、图形图像展示、
动画实现演示，以及虚拟仿真等，方便读者在学习中动手操作，真正做到“知行合一”。
书中出现的多数 MATLAB 代码是编者在教学中向同学展示过的，也被证明在教学中确实
有效，比如电磁波的极化形式、电磁波的传播、天线的方向图函数等。而将 MATLAB 微
分方程工具箱、天线工具箱引入电磁场与电磁波问题的求解，则是本教材的一个创新，
有助于读者在使用解析方法求解完电磁题目之后，反过来再进行数值计算或电磁仿真，
一方面互相验证，另一方面掌握业界的仿真工具，从而真正体会到实际工程问题的复杂
性。此外，在继续将科技前沿问题如电磁隐形衣引入例题环节之外，我们在虚拟实验中
也增加了电磁隐形衣的仿真实验，可大大提升同学们学习的兴趣和成就感。
本教材具有以下特色。
（1）延续传统、更新内容。教材编写在准确诠释基本概念、基本理论的同时，注重
反映该领域的最新成果和发展方向。教材中辅以最新科研进展，密切联系教学内容，提
高学生学习兴趣，真正使教材能够达到培养人才的目的。同时，列举生活中的实例，使
教材真正“接地气”，贴近实际问题。
（2）精选具有代表性的例题和作业题，力求达到举一反三的效果。有些例题紧密结
合科技前沿内容，如电磁隐形衣、无线输电、人工电磁表面的分析等。
（3）融合实践教学，培养科研素养。教材中设置了实践环节，方便读者在学习中动
手操作。比如利用 MATLAB 绘制电力线和等势线、电磁隐形衣的仿真、电磁波的传播和
极化等，以促进学生实际动手能力的培养，为本科生科研和就业打下基础。
（4）语言简单、朴实，通俗易懂；比喻、举例恰如其分；强调对物理概念的理解，
弱化数学推证。比如：通过举“切土豆丁”的例子，阐述高斯散度定理；举“试管刷”
“蒲公英”的例子，描述电力线形状；举“渔网”的例子，讲授斯托克斯定理。同时，
编写顺口溜“现觅领队，山区植被”加深同学们对柱坐标系下拉普拉斯方程分离变量
的理解。
（5）结合电磁场与电磁波教学中的重点、难点和容易出错的地方等，书中增加了类
似“难点点拨”“重点提醒”“答疑解惑”“延伸思考”等环节，对相关问题进行介绍和强
调，适时帮助读者解决阅读和学习中的困惑。
更加难能可贵的是，教材中增添的“科技前沿”等内容，紧密结合教学内容，做到
水乳交融，绝非画蛇添足。比如对各隐形衣原理的介绍，我们紧密结合柱坐标和球坐标
系下的分离变量法展开，所举例题是《科学》《物理评论快报》等著名刊物的发表内容，
不超纲、提兴趣、生动活泼；再如，讲解互感和法拉第电磁感应定律时，我们适时补充
无线输电的基本原理，从而让同学们有学以致用的感受！
相信通过仔细阅读并合理使用本书，广大读者能够有所收获。
前言 3
本书由梅中磊、李月娥、马阿宁编写。全书共分 7 章，分别为矢量分析、静电场、
稳恒电场与磁场、静态场边值问题的解法、时变电磁场、电磁波的传播、电磁波的辐射。
书中加“*”的内容，可以根据实际情况选讲。梅中磊负责前言、第 2～4 章，以及附录
部分的编写，对全书进行了统稿，并对各章的 MATLAB 虚拟仿真实验进行优化；李月娥
编写了第 5 章和第 6 章；马阿宁编写了第 1 章和第 7 章。书中每章除有本章导读和本章
小结外，还选有较多的典型例题和习题以供读者巩固复习。书末有内容较多的附录备查，
以适用于不同院校和不同类型的读者教与学两方面的要求。每章小结部分的思维导图，
由太原理工大学曹斌照教授绘制，在此表示衷心的感谢。
受水平、时间、篇幅所限，本书难免存在一些疏漏或欠妥之处，恳请广大读者批评
指正。我们将对这套教材不断更新，以保持教材的先进性和适用性。欢迎全国同行及
关注电子信息技术领域教育及发展前景的广大有识之士对我们的工作提出宝贵意见和
建议。
编者
2025 年 8 月
