电磁场与波——电磁材料及MATLAB计算
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《电磁场与波——电磁材料及matlab计算》借助matlab，采用一种综合的现代方法来阐述电磁场与波的相关概念，给出了用于求解各种问题的许多新颖计算方法，所涉及的知识面极其广泛
基本信息
- 原书名：Electromagnetic Waves, Materials,and Computation with MATLAB
- 原出版社： CRC Press
- 作者： (美)Dikshitulu K.Kalluri
- 译者： 马西奎 沈瑶 邹建龙
- 丛书名： 国外电子与电气工程技术丛书
- 出版社：机械工业出版社
- ISBN：9787111467137
- 上架时间：2014-7-10
- 出版日期：2014 年7月
- 开本：16开
- 页码：491
- 版次：1-1
- 所属分类：工业技术 > 电工技术 > 电子其他
教材
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Kalluri教授的这本书涉及的知识面极其广泛。除了探讨等离子体与波之间的相互作用外，还讨论了用于求解各种问题的许多新颖的计算方法。该书中包含的内容和材料大部分都是原创性的，可作为一本很好的研究生课程教材。另外，该书对从事等离子体物理或工程的研究或开发的任何人，都是一本必备的参考书。
—— Igor Alexeff博士, 田纳西大学电气工程系
该书非常适合于高年级工程学科的学生阅读。内容全面，但却使复杂问题简单化。
—— Andrew M. Sessler, 劳伦斯伯克利实验室
一本写得非常细致并且对于学生和专业人员都非常有用的书。写作方法特别有助于电气工程师对电路进行更深层次的研究，并帮助他们建立如传输线模拟等概念。Kalluri教授将先前分散于电磁学各个领域中的许多日益重要的概念集中到这本清晰和连贯的学术巨著中。
—— Michael A. Fiddy, 北卡罗来纳大学夏洛特分校
本书特色
涵盖传统的电磁波和电磁材料的内容，特别对电路概念与场作了广泛类比，把传输线处理为分布参数电路，使读者易于掌握场和波的概念与理论，并深入理解场和波与电路的联系。
讨论电磁计算方法及其在电磁波工程中的应用，特别是用于求解各种问题的许多新颖的计算方法，如有限差分法、加权余量法、矩量法、有限元法、时域有限差分法以及基于微扰和变分技术的近似解析方法。
强调理论与实践的紧密结合，提供许多案例研究和实际例子，并涉及许多前沿研究成果，突出电磁波在等离子体和复杂媒质中的传播问题，这是其他同类书中前所未见的。
探究有界简单媒质中的电磁学，复杂媒质的方程和计算，采用MATLAB和FDTD方法来处理电磁分析专题和一系列相关专题，讲述如何使用高级软件编写代码，并直接运行程序进行计算和设计。
作者简介
Dikshitulu K. Kalluri?博士，是马萨诸塞大学洛厄尔分校电气与计算机工程系的教授。他在威斯康星大学麦迪逊分校获得电气工程硕士学位，并在堪萨斯大学劳伦斯校区获得电气工程博士学位。Kalluri博士是电磁材料与光学系统领域中的国际知名学者，在复杂媒质研究方面是世界所公认的开拓者，有很高的造诣。先后与劳伦斯伯克利实验室、加利福尼亚洛杉矶大学、南加利福尼亚大学和田纳西大学的研究小组进行过合作研究。从1984年开始，他任教于马萨诸塞大学洛厄尔分校，担任电磁材料与光学系统（CEMOS）中心的联席主任，并组建了电磁学和复杂媒质研究实验室。Kalluri博士是电子和电信工程师学会的会士，同时也是Eta Kappa Nu荣誉协会和 Sigma Xi专业协会的会员，发表了多篇学术论文和综述文章。
内容简介
《电磁场与波——电磁材料及MATLAB计算》借助MATLAB，采用一种综合的现代方法来阐述电磁场与波的相关概念，给出了用于求解各种问题的许多新颖计算方法，所涉及的知识面极其广泛，内容主要包括简单媒质中电磁场的一维、二维和三维问题的时谐方程、波传播的解及其应用，复杂媒质（复杂材料、人工电磁材料、色散媒质、等离子体、运动媒质）中电磁场方程和计算方法，电磁场问题的计算方法（有限差分法、矩量法、有限元法以及时域有限差分法），诸多附录（涵盖一系列相关专题和技术）以及大量习题等。
《电磁场与波——电磁材料及MATLAB计算》适合作为高等院校电气、电子信息类专业高年级本科生和研究生的教材，也适合电磁波科研工作者以及从事相关工作的工程师阅读使用。
《电磁场与波——电磁材料及MATLAB计算》适合作为高等院校电气、电子信息类专业高年级本科生和研究生的教材，也适合电磁波科研工作者以及从事相关工作的工程师阅读使用。
作译者
Dikshitulu K. Kalluri 博士，是马萨诸塞大学洛厄尔分校电气与计算机工程系的教授。他在威斯康星大学麦迪逊分校获得电气工程硕士学位，并在堪萨斯大学劳伦斯校区获得电气工程博士学位。Kalluri博士是电磁材料与光学系统领域中的国际知名学者，在复杂媒质研究方面是世界所公认的开拓者，有很高的造诣。先后与劳伦斯伯克利实验室、加利福尼亚洛杉矶大学、南加利福尼亚大学和田纳西大学的研究小组进行过合作研究。从1984年开始，他任教于马萨诸塞大学洛厄尔分校，担任电磁材料与光学系统(CEMOS)中心的联席主任，并组建了电磁学和复杂媒质研究实验室。Kalluri博士是电子和电信工程师学会的会士，同时也是Eta Kappa Nu荣誉协会和Sigma Xi专业协会的会员，发表了多篇学术论文和综述文章。
目录
《电磁场与波——电磁材料及MATLAB计算》
出版者的话
译者序
前言
第一部分 有界简单媒质中的电磁场
第1章 简单媒质中的电磁场2
1.1 引言2
1.2 简单媒质2
1.3 时变电磁学3
1.4 时谐场5
1.5 准静态和静态近似6
第2章 简单媒质中的电磁场：一维问题的解7
2.1 无源媒质中的均匀平面波(ρV=0,J源体积=0)7
2.2 良导体近似8
2.3 良导体中的均匀平面波：趋肤效应8
2.4 PEC和电介质分界面上的边界条件8
2.5 交流电阻9
2.6 圆导线的交流电阻10
2.7 电压和电流正弦波：传输线10
2.8 有限长度传输线12
出版者的话
译者序
前言
第一部分 有界简单媒质中的电磁场
第1章 简单媒质中的电磁场2
1.1 引言2
1.2 简单媒质2
1.3 时变电磁学3
1.4 时谐场5
1.5 准静态和静态近似6
第2章 简单媒质中的电磁场：一维问题的解7
2.1 无源媒质中的均匀平面波(ρV=0,J源体积=0)7
2.2 良导体近似8
2.3 良导体中的均匀平面波：趋肤效应8
2.4 PEC和电介质分界面上的边界条件8
2.5 交流电阻9
2.6 圆导线的交流电阻10
2.7 电压和电流正弦波：传输线10
2.8 有限长度传输线12
译者序
这是马萨诸塞大学洛厄尔分校的Kalluri（凯鲁瑞）教授于2012年出版的电磁场与波教科书。在国内外现有的为数众多的电磁场与波教材中，这本书与众不同。这主要是得益于书中的素材基于凯鲁瑞教授从1984年起在马萨诸塞大学洛厄尔分校教授电磁场与波课程时的讲稿和教学笔记，其中大多数内容和素材都是原创性的工作成果，而不是以前教科书的翻版和修订。凯鲁瑞教授是电磁材料与光学系统领域中的国际知名学者，在复杂媒质研究方面是世界公认的开拓者，有很高的造诣。他先后与劳伦斯伯克利实验室、加利福尼亚大学洛杉矶分校、南加利福尼亚大学和田纳西大学的研究小组进行过合作，并于多个夏季在空军实验室担任研究助理。从1984年开始，他任教于马萨诸塞大学洛厄尔分校，担任电磁材料与光学系统（CEMOS）中心的联席主任。
全书包括21章正文和37个附录，特别是37个附录写得非常详细，几乎占了全书的一半篇幅。这本书内容全面，所涉及的知识面极其广泛，但却使复杂问题简单化。
在全书21章正文中，有7章讨论有界简单媒质中的电磁场与波，涉及简单媒质中电磁场的准静态和静态近似、一维问题的解、二维问题的解和波导、三维问题的解、球面波及其应用以及波的其他问题；有6章讨论复杂媒质中的电磁场与波，涉及复杂材料的电磁模型、人工电磁材料、各向同性冷等离子体中的波、空间色散和热等离子体、各向异性媒质和磁等离子体中的波、各向异性晶体中的光波；有7章讨论电磁计算方法及其在电磁波工程中的应用，涉及有限差分法、加权余量法、矩量法、有限元法、时域有限差分法以及基于微扰和变分技术的近似解析方法。除了以冷等离子体、热等离子体、磁等离子体和各向异性晶体为例，讨论时间色散、空间色散、不均匀性和各向异性对波传播的影响外，还另辟一章专门讨论时变媒质的一种特殊情况，即运动媒质。此外，特别讨论了用于求解各种问题的许多新颖的计算方法，仅仅这些数学讨论就足以体现这本书的参考价值。可以说，本书突出了电磁波在等离子体和复杂媒质中的传播问题，这是其他同类书中前所未见的。在从事等离子体物理研究或等离子体物理工程开发的任何人的书架上，都应该有这本书的身影。
附录包含一些高级或比较新的专题，供对此感兴趣的学生阅读。这也给教师提供了一个选择高级专题的机会。附录中有三分之一是对某电磁场专题的一个基本介绍。
除正文和附录外，本书还包括大量习题，这些习题是帮助学生更深刻地理解和掌握书中内容的一种最有效的方法。
这是一本写得非常细致并对学生和专业人员都非常有用的书，它将先前分散于电磁学各个领域中的许多日益重要的概念集中到一部学术巨著中。该书在写作中对电路概念与场做了广泛类比，这样做不仅有助于读者掌握场和波的概念与理论，并且为深入理解场和波与电路的联系开创了很好的条件。在突出理论与重视实践之间的平衡方面，该书有其独特之处，值得我们借鉴。凯鲁瑞教授在全书中穿插了许多案例研究和实际例子，举例说明了如何导出直观的近似解。凯鲁瑞教授对这门课程的丰富教学经验，使得他能够以一种帮助读者从概念上掌握数学问题的方式来组织和表述相关的内容与素材。
这本书的特点是，不仅涵盖传统的电磁波和电磁材料的内容，还包括针对广泛的工程应用需要掌握的内容，涉及许多前沿研究成果。尽管本书中包括的章节要远远多于在一学期3学分的课程中所能介绍的内容，但其课时的安排具有可选择性，即使是对于只选修一门电磁学课程的学生，也可以根据电磁场专题的不同来确定起点，从目录中选取相应章节满足3～6学分课程的需要。而在学生需要的时候，他们可以通过自学去掌握其余的内容。我们认为一本教材应该作为某些当前活跃的研究领域的一个起点，并激发学生对这些研究领域的兴趣。因此这本书既适合高等院校电气、电子信息类专业高年级本科生和研究生作为教材使用，也适合电磁波科研工作者以及从事实际工作的工程师作为继续学习的参考指南。
受机械工业出版社的委托，我们将该书翻译成中文，希望本书在积极促进并加速我国电磁场与波的教材建设和课程建设的同时，能有助于推动我国读者进一步跟踪与掌握电磁场和电磁波理论在等离子体和复杂媒质中的应用。
本书由马西奎和沈瑶主译，邹建龙和王嘉玮参与了翻译工作。全书译稿由马西奎教授统一审校。
原书中有少量输入和排版的疏漏，在翻译过程中做了改动。限于译者的水平，翻译不当或表述不清楚乃至错误之处，欢迎读者批评指正，我们将不胜感激。
马西奎
于西安交通大学电气工程学院
2014年4月
全书包括21章正文和37个附录，特别是37个附录写得非常详细，几乎占了全书的一半篇幅。这本书内容全面，所涉及的知识面极其广泛，但却使复杂问题简单化。
在全书21章正文中，有7章讨论有界简单媒质中的电磁场与波，涉及简单媒质中电磁场的准静态和静态近似、一维问题的解、二维问题的解和波导、三维问题的解、球面波及其应用以及波的其他问题；有6章讨论复杂媒质中的电磁场与波，涉及复杂材料的电磁模型、人工电磁材料、各向同性冷等离子体中的波、空间色散和热等离子体、各向异性媒质和磁等离子体中的波、各向异性晶体中的光波；有7章讨论电磁计算方法及其在电磁波工程中的应用，涉及有限差分法、加权余量法、矩量法、有限元法、时域有限差分法以及基于微扰和变分技术的近似解析方法。除了以冷等离子体、热等离子体、磁等离子体和各向异性晶体为例，讨论时间色散、空间色散、不均匀性和各向异性对波传播的影响外，还另辟一章专门讨论时变媒质的一种特殊情况，即运动媒质。此外，特别讨论了用于求解各种问题的许多新颖的计算方法，仅仅这些数学讨论就足以体现这本书的参考价值。可以说，本书突出了电磁波在等离子体和复杂媒质中的传播问题，这是其他同类书中前所未见的。在从事等离子体物理研究或等离子体物理工程开发的任何人的书架上，都应该有这本书的身影。
附录包含一些高级或比较新的专题，供对此感兴趣的学生阅读。这也给教师提供了一个选择高级专题的机会。附录中有三分之一是对某电磁场专题的一个基本介绍。
除正文和附录外，本书还包括大量习题，这些习题是帮助学生更深刻地理解和掌握书中内容的一种最有效的方法。
这是一本写得非常细致并对学生和专业人员都非常有用的书，它将先前分散于电磁学各个领域中的许多日益重要的概念集中到一部学术巨著中。该书在写作中对电路概念与场做了广泛类比，这样做不仅有助于读者掌握场和波的概念与理论，并且为深入理解场和波与电路的联系开创了很好的条件。在突出理论与重视实践之间的平衡方面，该书有其独特之处，值得我们借鉴。凯鲁瑞教授在全书中穿插了许多案例研究和实际例子，举例说明了如何导出直观的近似解。凯鲁瑞教授对这门课程的丰富教学经验，使得他能够以一种帮助读者从概念上掌握数学问题的方式来组织和表述相关的内容与素材。
这本书的特点是，不仅涵盖传统的电磁波和电磁材料的内容，还包括针对广泛的工程应用需要掌握的内容，涉及许多前沿研究成果。尽管本书中包括的章节要远远多于在一学期3学分的课程中所能介绍的内容，但其课时的安排具有可选择性，即使是对于只选修一门电磁学课程的学生，也可以根据电磁场专题的不同来确定起点，从目录中选取相应章节满足3～6学分课程的需要。而在学生需要的时候，他们可以通过自学去掌握其余的内容。我们认为一本教材应该作为某些当前活跃的研究领域的一个起点，并激发学生对这些研究领域的兴趣。因此这本书既适合高等院校电气、电子信息类专业高年级本科生和研究生作为教材使用，也适合电磁波科研工作者以及从事实际工作的工程师作为继续学习的参考指南。
受机械工业出版社的委托，我们将该书翻译成中文，希望本书在积极促进并加速我国电磁场与波的教材建设和课程建设的同时，能有助于推动我国读者进一步跟踪与掌握电磁场和电磁波理论在等离子体和复杂媒质中的应用。
本书由马西奎和沈瑶主译，邹建龙和王嘉玮参与了翻译工作。全书译稿由马西奎教授统一审校。
原书中有少量输入和排版的疏漏，在翻译过程中做了改动。限于译者的水平，翻译不当或表述不清楚乃至错误之处，欢迎读者批评指正，我们将不胜感激。
马西奎
于西安交通大学电气工程学院
2014年4月
前言
有关电磁学的科目至今仍然是电气工程（EE）专业本科阶段的一门核心课程，然而在大多数美国大学中，电磁学的教学课时被缩减到原来的一半（以一门3学分的课程取代了过去的两门课程）。现在拥有电气工程学士学位的毕业生，在更短的时间内匆忙地学习与以前同样的课程内容，常常会忽略对基本概念的理解，而是去记忆大量的公式，他们把这些公式看作基于书中例题来进行计算的窍门。其中有些人幸运地选修了微波技术、RF设计、天线或光纤等后续课程，这样部分地加强了对某一应用领域的理解。利用很容易获得的商业软件，在没有从概念上理解预期的解决方案的条件下，就可以进行程序计算和设计。商业软件是用户友好的以至于我们通常得到一个绚丽多彩的形象化解，即使它是该物理问题的一个错误模拟。毕业后，在新工作中，受到老板一两次温和的斥责时，新毕业的学生才会认识到需要知道要模拟的合适的模型是什么以及期望什么样的定性结果。尽管软件是非常有用的，但是它却不可能代替人们对求解问题时所涉及的每一步骤从概念上的理解。幸运的是，对于新毕业的学生来说，或许有这样一个大学，它提供研究生课程，并且有一个专门的教师或教授，他知道这些被一些顶级公司录用的聪明学生并不比在公司里已经工作了一二十年的老员工笨。另一方面，他们能够轻松自如、非常娴熟地使用计算机与在线资源。他们愿意挑战自己，迅速学会用概念和分析而不是程序计算来思考问题；然而，他们想通过学习一些实例来把所学到的知识与技术应用相结合。除此之外，当发现他们在某一技术领域所深入学到的技术能够应用于另一个具有相同工程科学基础的技术领域时，他们感到很有趣，科技的各个领域之间往往是相通的，电磁理论也是一样。在专门研究以电磁理论为基础的某一技术领域之前，这样的研究生抽不出时间选修超过一门或两门研究生电磁场课程，即使他们本身喜爱电磁场理论。
电磁理论是传统的学科，在这方面已经出版了许多优秀的教材。从事电磁学教学和研究的很多人都曾受益于基于经典教材的研究生课程，这些都相当于未商品化的电磁学软件。对于那些依旧喜欢这种传统的电磁场学习和研究方法的人，我们仍然建议他们在两到三年的时间里认真学习这些研究生教材，通过全面掌握所有专题的数学处理方法获得启发。
我认为相对于物理专业的学生来说，在给电气工程专业学生讲授电磁场时，可以在所讲授的材料方面做一些巧妙的变化。第一个变化就是利用电气专业学生很强的电路基础知识，把传输线处理为分布参数电路。
以下是在选取本书中第一部分到第五部分内容时有关动机、论据和一般主题的一些想法。
1）作为分布参数电路，传输线是集总参数电路理论的一种必然推广和延伸。对于电气工程师来说，以电压和电流作为独立变量的传输线上的标量波并不是那样抽象，并给出了适合于电气工程师思考问题的基本框架。传输线比拟，即使它们不是物理上的（人工），似乎也有助于电气工程师掌握更抽象的概念。
2）我已经擅自把简单电磁媒质定义为ε、μ和σ都是标量常数的一种媒质。这对应于电路中的集总参数描述，例如，电容C、电感L、电导G或电阻R的定义。它也大致相当于通常在本科生课程中所求解的问题。某些纯粹的理论学者会反对这个定义。他们可能会把自由空间介质看成简单介质，愿意把简单介质的定义扩展到理想各向同性介质。实际上，除各向同性介质以外，任何媒质都是一种复杂媒质。
3）我已经以功利的观点来区别简单媒质问题和复杂媒质问题。在4个麦克斯韦方程中有2个是相同的，材料的电磁性质是由本构关系引入的。给定边界条件和源就能确定问题的解。许多实际问题都会涉及复杂媒质以及复杂媒质的边界。然而，从教学的角度来看，可以将问题分为两类：（a）具有复杂边界的简单介质，（b）具有简单边界的复杂介质。例如，简单边界可以是一个平面，这时就可以采用直角坐标来描述。
4）本书第一部分论述了有界简单媒质中的电磁场。在引入时域方程之后，我们分别得到了一维、二维和三维问题的时谐方程、波传播的解以及它们的应用。在一维问题中，首先考虑了平面边界问题，然后考虑了圆柱形边界问题及其应用。从第一条原则开始，对于沿z轴无限长细导线中有正弦电流流过的理想问题，解释了获得一维模型（对于矢量位的z分量Az）的过程。然后，考虑到问题中的对称性，显然Az至多是一个关于圆柱径向坐标ρ的函数。这是建立一个合乎研究目的的模型的简单例子，而不是由于不必要的细节，使得我们的分析陷于困境，实际上，不必要的细节会增加问题的复杂程度。作为增加复杂程度的一个例子，对于上述问题，我们可以将细导线上的一段微元看作一个赫兹偶极子，然后对无限长细导线进行无穷积分。
5）已经表明，上述问题的常微分方程在原点处存在奇异性，且存在两个独立解，其中一个解在原点处有奇异性。在提到可以利用幂级数法获得这样的方程的解之后，给出了其级数形式解并且将其指定为零阶第一类贝塞尔函数。因此，引入了贝塞尔函数且与三角函数进行了比较，同时介绍了贝塞尔函数的应用。
6）选取矩形和圆柱形波导作为二维问题的例子。在定义了波导问题之后，介绍了众所周知的求偏微分（PD）方程解的分离变量技术。已经表明，这种方法把PD方程转化为几个受分离常数约束的常微分方程。在特殊函数的讨论中，我们的重点是培养对这些函数的使用兴趣，使它们能方便地用于求常微分方程的特征值和特征向量。以扇形波导为例，介绍了分数贝塞尔函数的应用。在这些例子中，对于每一个具体问题，说明了如何基于给定的和隐含的（基于问题的物理特性）边界条件，从容许函数模板来选择合适的函数去构造解的技术。
7）作为三维问题中的一个例子，第4章讨论了矩形谐振腔。在假设边界是理想导体的条件下，介绍了计算场分量（特征矢量）和谐振频率（特征值），以及利用谐振腔腔壁表面电流计算损耗的著名近似方法。留给学生一些课外习题，目的是检验他们是否能够通过观察写出圆柱形谐振腔的解。
8）第4章和第5章中的波导与谐振腔问题实质上基于标量函数（对于TM问题是Ez，对于TE问题是Hz）所满足的亥姆霍兹方程的解。之所以可以进行这样的分解，是因为对于这些问题，可以识别出哪一个是纵向方向和哪一个是横向截面。在球形几何形状中，不容易识别出标量函数。从原理上来说，必须求解更普遍的矢量亥姆霍兹方程。因此，我们需要运用更多的数学知识。可以使用以前的技术，即首先考虑在球坐标系中标量亥姆霍兹方程的解F，然后通过所定义的向量M和N把它与TMr和TEr模式联系起来。对于只选修一学期课程的学生，可以省略第5章，因为这一章的内容会影响学生对简单概念的理解。
9）在低频（准静态）或静态应用情况下，第6章中将标量亥姆霍兹方程近似为拉普拉斯方程。首先快速回顾了一维问题、在三个主要坐标系统中应用容许函数的模板技术和用正交函数来展开一个任意函数，这些正交函数就是第3章和第4章中解的模式（特征矢量）。为了说明这些方法在电磁场问题中的应用，提供了大量课外习题。为适合电气工程专业本科学生阅读，比较直观地编写了关于电磁波各方面的专题，特别是在7.2节中。对于那些希望在高频电路和网络方面有所发展的学生，7.3节是特别有意义的。7.5～7.7节通常可以作为独立的课程来深入地研究，在这里只是对这些专题进行了简单介绍。
10）本书第二部分讨论了复杂媒质中的电磁场，其中至少有一个电磁参数不是标量常数。第8章介绍了各种复杂材料的组成关系，包括超导体以及在微观相互作用中最常用的经典简单模型。
11）以冷等离子体、热等离子体、磁等离子体和各向异性晶体为例，研究了时间色散、空间色散、不均匀性和各向异性对波传播的影响。第14章讨论了时变媒质的特殊情况，即运动媒质。对几种电磁分析的技术也进行了一定深度的分析。第9章讨论了等离子体、手性材料和左手材料的电磁模型以及实验模拟。
12）第二部分介绍了每种复杂性的支配效应。这一部分旨在像描述一个系统元件的输入与输出关系一样，建立一种联系复杂性种类与支配效应的系统化方法。以综合的方法，通过系统元件之间的互连可以得到一个理想的输出。10.10节提到了一个例子,即把下列这样两种不希望的支配效应结合起来:（a)在展宽脉冲过程中出现的色散，（b)当孤波在色散非线性介质中传播时,使脉冲陡峭到能维持其形状所期望的综合效应过程中的非线性。
13）第三部分旨在介绍工业中广泛应用的各种商业电磁学软件的核心算法的基础，讨论和说明了有限差分法、矩量法、有限元法以及时域有限差分法。用只有几个单元的手算简单例子和MATLAB代码简单例子来解释隐含在算法中的概念。由于尽可能直接地使用算法的公式，所有编程是非常简单的。给学生提供一些像传输线、波导和静电问题这样的实际例子，以便他们能够编写代码和求解问题。鼓励学生利用商业软件计算相同的问题，以便验证结果并加深对算法的理解。当然，有一些商业软件有很强大的后处理能力以及更有效和精确的算法，这一部分的目的并不是阻止学生使用这些商业软件，而是更自信、更满意地使用这些商业软件。
全书前三个部分所包含的内容，足以作为高年级本科生和一年级研究生课程的教材，每门课可占3学分。出于这样的目的，我在马萨诸塞大学洛厄尔分校过去24年的教学中采用了各种各样的版本来组织教学素材（对于课程16.507：电磁波和材料，对于课程16.532：计算电磁学）。在每一次教学中，有大约三分之二的学生来自于基于电磁技术的专业。
第四部分由各章的附录所组成。请注意，第3章、第5章、第8章、第13章、第15章、第19章和第20章没有对应的附录。其中的一些包含某一推导或解释的详细过程，这些推导或解释的详细过程并不是核心概念，如果把它们放在正文中会分散读者对重点内容的注意力，为了完整起见，把它们放到了附录中。另一方面，附录还包含了一些高级或比较新的专题，供对此感兴趣的学生阅读。这也给教师提供了一个选择高级专题的机会，可以选择他们电磁研究小组目前所感兴趣的研究专题。附录中有三分之一是对某一电磁场专题的基本介绍。我们没有继续对其进行更深入的讨论，但是应该指出它可以按照相关章中的类似方法来继续进行讨论。例如，第13章论述了“各向异性晶体的光波”。其中的分析基于由介电常数张量所联系的D和E的本构关系式。附录13A系统地阐述了在存在静磁场时，复杂媒质铁氧体的磁导率张量。
第五部分是一个重要的教学工具，包括课外习题、15分钟的小测验以及家庭测试。作者以往都是以下面的方式来使用这些教学工具的：课后留一些习题作为课外作业，在下一次课堂上，通常根据技术应用和模型特点来告诉学生这个问题的重要性，并会对这个作业做一些简要讨论，也会提供解题的思路。定期进行15分钟的小测验（每三或四个50分钟课时，目的是检查学生是否掌握了课外作业中的重点概念）。在学期中间和课程结束时，会对学生进行家庭测试或开卷考试，其中题量相当大。学生所反馈回来的信息总是肯定的，他们认为第五部分中的习题是他们更深刻地理解和掌握书中内容的一种最有效的方法。
电磁理论是传统的学科，在这方面已经出版了许多优秀的教材。从事电磁学教学和研究的很多人都曾受益于基于经典教材的研究生课程，这些都相当于未商品化的电磁学软件。对于那些依旧喜欢这种传统的电磁场学习和研究方法的人，我们仍然建议他们在两到三年的时间里认真学习这些研究生教材，通过全面掌握所有专题的数学处理方法获得启发。
我认为相对于物理专业的学生来说，在给电气工程专业学生讲授电磁场时，可以在所讲授的材料方面做一些巧妙的变化。第一个变化就是利用电气专业学生很强的电路基础知识，把传输线处理为分布参数电路。
以下是在选取本书中第一部分到第五部分内容时有关动机、论据和一般主题的一些想法。
1）作为分布参数电路，传输线是集总参数电路理论的一种必然推广和延伸。对于电气工程师来说，以电压和电流作为独立变量的传输线上的标量波并不是那样抽象，并给出了适合于电气工程师思考问题的基本框架。传输线比拟，即使它们不是物理上的（人工），似乎也有助于电气工程师掌握更抽象的概念。
2）我已经擅自把简单电磁媒质定义为ε、μ和σ都是标量常数的一种媒质。这对应于电路中的集总参数描述，例如，电容C、电感L、电导G或电阻R的定义。它也大致相当于通常在本科生课程中所求解的问题。某些纯粹的理论学者会反对这个定义。他们可能会把自由空间介质看成简单介质，愿意把简单介质的定义扩展到理想各向同性介质。实际上，除各向同性介质以外，任何媒质都是一种复杂媒质。
3）我已经以功利的观点来区别简单媒质问题和复杂媒质问题。在4个麦克斯韦方程中有2个是相同的，材料的电磁性质是由本构关系引入的。给定边界条件和源就能确定问题的解。许多实际问题都会涉及复杂媒质以及复杂媒质的边界。然而，从教学的角度来看，可以将问题分为两类：（a）具有复杂边界的简单介质，（b）具有简单边界的复杂介质。例如，简单边界可以是一个平面，这时就可以采用直角坐标来描述。
4）本书第一部分论述了有界简单媒质中的电磁场。在引入时域方程之后，我们分别得到了一维、二维和三维问题的时谐方程、波传播的解以及它们的应用。在一维问题中，首先考虑了平面边界问题，然后考虑了圆柱形边界问题及其应用。从第一条原则开始，对于沿z轴无限长细导线中有正弦电流流过的理想问题，解释了获得一维模型（对于矢量位的z分量Az）的过程。然后，考虑到问题中的对称性，显然Az至多是一个关于圆柱径向坐标ρ的函数。这是建立一个合乎研究目的的模型的简单例子，而不是由于不必要的细节，使得我们的分析陷于困境，实际上，不必要的细节会增加问题的复杂程度。作为增加复杂程度的一个例子，对于上述问题，我们可以将细导线上的一段微元看作一个赫兹偶极子，然后对无限长细导线进行无穷积分。
5）已经表明，上述问题的常微分方程在原点处存在奇异性，且存在两个独立解，其中一个解在原点处有奇异性。在提到可以利用幂级数法获得这样的方程的解之后，给出了其级数形式解并且将其指定为零阶第一类贝塞尔函数。因此，引入了贝塞尔函数且与三角函数进行了比较，同时介绍了贝塞尔函数的应用。
6）选取矩形和圆柱形波导作为二维问题的例子。在定义了波导问题之后，介绍了众所周知的求偏微分（PD）方程解的分离变量技术。已经表明，这种方法把PD方程转化为几个受分离常数约束的常微分方程。在特殊函数的讨论中，我们的重点是培养对这些函数的使用兴趣，使它们能方便地用于求常微分方程的特征值和特征向量。以扇形波导为例，介绍了分数贝塞尔函数的应用。在这些例子中，对于每一个具体问题，说明了如何基于给定的和隐含的（基于问题的物理特性）边界条件，从容许函数模板来选择合适的函数去构造解的技术。
7）作为三维问题中的一个例子，第4章讨论了矩形谐振腔。在假设边界是理想导体的条件下，介绍了计算场分量（特征矢量）和谐振频率（特征值），以及利用谐振腔腔壁表面电流计算损耗的著名近似方法。留给学生一些课外习题，目的是检验他们是否能够通过观察写出圆柱形谐振腔的解。
8）第4章和第5章中的波导与谐振腔问题实质上基于标量函数（对于TM问题是Ez，对于TE问题是Hz）所满足的亥姆霍兹方程的解。之所以可以进行这样的分解，是因为对于这些问题，可以识别出哪一个是纵向方向和哪一个是横向截面。在球形几何形状中，不容易识别出标量函数。从原理上来说，必须求解更普遍的矢量亥姆霍兹方程。因此，我们需要运用更多的数学知识。可以使用以前的技术，即首先考虑在球坐标系中标量亥姆霍兹方程的解F，然后通过所定义的向量M和N把它与TMr和TEr模式联系起来。对于只选修一学期课程的学生，可以省略第5章，因为这一章的内容会影响学生对简单概念的理解。
9）在低频（准静态）或静态应用情况下，第6章中将标量亥姆霍兹方程近似为拉普拉斯方程。首先快速回顾了一维问题、在三个主要坐标系统中应用容许函数的模板技术和用正交函数来展开一个任意函数，这些正交函数就是第3章和第4章中解的模式（特征矢量）。为了说明这些方法在电磁场问题中的应用，提供了大量课外习题。为适合电气工程专业本科学生阅读，比较直观地编写了关于电磁波各方面的专题，特别是在7.2节中。对于那些希望在高频电路和网络方面有所发展的学生，7.3节是特别有意义的。7.5～7.7节通常可以作为独立的课程来深入地研究，在这里只是对这些专题进行了简单介绍。
10）本书第二部分讨论了复杂媒质中的电磁场，其中至少有一个电磁参数不是标量常数。第8章介绍了各种复杂材料的组成关系，包括超导体以及在微观相互作用中最常用的经典简单模型。
11）以冷等离子体、热等离子体、磁等离子体和各向异性晶体为例，研究了时间色散、空间色散、不均匀性和各向异性对波传播的影响。第14章讨论了时变媒质的特殊情况，即运动媒质。对几种电磁分析的技术也进行了一定深度的分析。第9章讨论了等离子体、手性材料和左手材料的电磁模型以及实验模拟。
12）第二部分介绍了每种复杂性的支配效应。这一部分旨在像描述一个系统元件的输入与输出关系一样，建立一种联系复杂性种类与支配效应的系统化方法。以综合的方法，通过系统元件之间的互连可以得到一个理想的输出。10.10节提到了一个例子,即把下列这样两种不希望的支配效应结合起来:（a)在展宽脉冲过程中出现的色散，（b)当孤波在色散非线性介质中传播时,使脉冲陡峭到能维持其形状所期望的综合效应过程中的非线性。
13）第三部分旨在介绍工业中广泛应用的各种商业电磁学软件的核心算法的基础，讨论和说明了有限差分法、矩量法、有限元法以及时域有限差分法。用只有几个单元的手算简单例子和MATLAB代码简单例子来解释隐含在算法中的概念。由于尽可能直接地使用算法的公式，所有编程是非常简单的。给学生提供一些像传输线、波导和静电问题这样的实际例子，以便他们能够编写代码和求解问题。鼓励学生利用商业软件计算相同的问题，以便验证结果并加深对算法的理解。当然，有一些商业软件有很强大的后处理能力以及更有效和精确的算法，这一部分的目的并不是阻止学生使用这些商业软件，而是更自信、更满意地使用这些商业软件。
全书前三个部分所包含的内容，足以作为高年级本科生和一年级研究生课程的教材，每门课可占3学分。出于这样的目的，我在马萨诸塞大学洛厄尔分校过去24年的教学中采用了各种各样的版本来组织教学素材（对于课程16.507：电磁波和材料，对于课程16.532：计算电磁学）。在每一次教学中，有大约三分之二的学生来自于基于电磁技术的专业。
第四部分由各章的附录所组成。请注意，第3章、第5章、第8章、第13章、第15章、第19章和第20章没有对应的附录。其中的一些包含某一推导或解释的详细过程，这些推导或解释的详细过程并不是核心概念，如果把它们放在正文中会分散读者对重点内容的注意力，为了完整起见，把它们放到了附录中。另一方面，附录还包含了一些高级或比较新的专题，供对此感兴趣的学生阅读。这也给教师提供了一个选择高级专题的机会，可以选择他们电磁研究小组目前所感兴趣的研究专题。附录中有三分之一是对某一电磁场专题的基本介绍。我们没有继续对其进行更深入的讨论，但是应该指出它可以按照相关章中的类似方法来继续进行讨论。例如，第13章论述了“各向异性晶体的光波”。其中的分析基于由介电常数张量所联系的D和E的本构关系式。附录13A系统地阐述了在存在静磁场时，复杂媒质铁氧体的磁导率张量。
第五部分是一个重要的教学工具，包括课外习题、15分钟的小测验以及家庭测试。作者以往都是以下面的方式来使用这些教学工具的：课后留一些习题作为课外作业，在下一次课堂上，通常根据技术应用和模型特点来告诉学生这个问题的重要性，并会对这个作业做一些简要讨论，也会提供解题的思路。定期进行15分钟的小测验（每三或四个50分钟课时，目的是检查学生是否掌握了课外作业中的重点概念）。在学期中间和课程结束时，会对学生进行家庭测试或开卷考试，其中题量相当大。学生所反馈回来的信息总是肯定的，他们认为第五部分中的习题是他们更深刻地理解和掌握书中内容的一种最有效的方法。
媒体评论
Kalluri教授的这本书涉及的知识面极其广泛。除了探讨等离子体与波之间的相互作用外，还讨论了用于求解各种问题的许多新颖的计算方法。该书中包含的内容和材料大部分都是原创性的，可作为一本很好的研究生课程教材。另外，该书对从事等离子体物理或工程的研究或开发的任何人，都是一本必备的参考书。
——Igor Alexeff博士，田纳西大学电气工程系
该书非常适合于高年级工程学科的学生阅读。内容全面，但却使复杂问题简单化。
——Andrew M．Sessler，劳伦斯伯克利实验室
一本写得非常细致并且对于学生和专业人员都非常有用的书。写作方法特别有助于电气工程师对电路进行更深层次的研究，并帮助他们建立如传输线模拟等概念。Kalluri教授将先前分散于电磁学各个领域中的许多日益重要的概念集中到这本清晰和连贯的学术巨著中。
——Michael A．Fiddy，北卡罗来纳大学夏洛特分校
——Igor Alexeff博士，田纳西大学电气工程系
该书非常适合于高年级工程学科的学生阅读。内容全面，但却使复杂问题简单化。
——Andrew M．Sessler，劳伦斯伯克利实验室
一本写得非常细致并且对于学生和专业人员都非常有用的书。写作方法特别有助于电气工程师对电路进行更深层次的研究，并帮助他们建立如传输线模拟等概念。Kalluri教授将先前分散于电磁学各个领域中的许多日益重要的概念集中到这本清晰和连贯的学术巨著中。
——Michael A．Fiddy，北卡罗来纳大学夏洛特分校
