电磁波的实际应用范文

前言：我们精心挑选了数篇优质电磁波的实际应用文章，供您阅读参考。期待这些文章能为您带来启发，助您在写作的道路上更上一层楼。

第1篇

一、工程实例教学实践

《电磁场与电磁波》是电子信息类专业的主干基础课程，涉及大量的场论和矢量分析方面的数学知识，覆盖内容较广，且有一定的深度。相对于应用型课程，该课程的理论分析内容较多，课程理解需要学生花费较大的精力和时间，且需要能够静下心来思考电磁场问题，因此，对于工科学生来说普遍较难理解。然而，该课程讲授的知识、理论和方法，在实际工程中具有一定的普适性，更容易与工程实例结合。以静态场为例，静态场是不随时间变化的场，是时变场的特例，在静态场部分的教学中主要做电容和互感的测量实验，多导体的部分电容和互感是静态场中非常重要的两个概念。要求学生在掌握部分电容和互感的特性及测量原理的基础上，应用测试具体参数，对比测试结果与理论计算结果是否相吻合。再如麦克斯韦方程组，看似只是一组毫无新意、索然无味的方程，多数同学接触到它都有一定的畏难情绪。但如果将“电磁隐形衣”“左手电磁材料”“磁悬浮”“无线电力传输”等实际应用有机结合到课程教学中，课堂氛围异常活跃，学生的学习热情大大提高，对实际工程实例的思考更加深入彻底，甚至有学生在此基础上开始研究电磁理论新的应用。

二、课堂教学与课外科技活动结合

除课堂教学外，根据实际课堂教学内容，定期给学生布置与实际应用相关的作业，可以是科技小论文、工程实例中简单问题的解决方案、学生分组内部科技小竞赛等，复杂的形式可以是参加校外知名企业的有奖科技竞赛、区域性科技创新能力大赛等。此外，通过讲解电磁场在实际工程中运用的一些案例，以及让学生由浅入深地了解到电磁应用的广阔性，避免了学生学习的盲目性，避免在学生中形成学习电磁场无用论的观点。

第2篇

“导学案”的精髓贵在一个“导”字，是通过引导学生，让学生自主进行学习探究，发现问题、解决问题，进而实现高效课堂培养能力的目的。所以在设计这一节课时，我更注重引导学生，让他们能从我所给出的指引中动脑动手，获得知识。为此，我设计了三活动，一个测试，依次从电磁波是什么、电磁波的应用以及改变世界的信息技术三个方面来构成核心，让学生在活动的轻松愉快的氛围中“动有所得”，最后的小测试来加深理解、巩固知识。

一、学习目标

1.知道光是一种电磁波。了解电磁波在信息传播中的作用。

2.记住电磁波在真空中的传播速度。知道波长、频率和波速的关系并会进行简单的计算。

3.电磁波的应用。

4.初步了解现代通信网络。

二、重点难点分析

1.波长、频率和波速的关系。

2.电磁波的应用。

三、课堂设计

活动（一）神奇的电磁波

做一做　事先准备好了五套实验用具，将全班学生分成五组，指导他们做了如下实验：打开收音机的开关，转动选台的旋钮，调到一个没有电台的位置，并开大音量。将一节干电池的正极与一把钢锉良好接触，负极连一根导线，用手拿着导线的另一头，使它在锉面上滑动，让学生观察现象并分组讨论产生这一现象的原因。

读一读　在活动之后，指导学生阅读教材，并明确如下两个内容。

1.当导体中的电流迅速发生变化或通一高频率的交变电流时，导体就会向四周空间发射电磁波。只有频率很高的电流产生的电磁波才能传得很远。电磁波的国际单位是赫兹（Hz），简称赫，常用频率单位还有千赫（kHz）和兆赫（MHz）。其换算关系：1kHz=103Hz；1MHz=106Hz。

2.电磁波可以在真空中传播，光也是一种电磁波。真空中电磁波的波速为c，在空气中与真空中电磁波的波速非常接近，c=3×108m/s。相邻两个波峰（或波谷）的距离，叫做波长。电磁波的波速c等于波长和频率f的乘积：c=λf。在空气或真空中，各种频率的电磁波的波速是相同的，所以，频率越高的电磁波，它的波长就越短。

议一议　在获得了如上知识后，再结合“做一做”的内容探讨论如下的物理现象：手机放在电视机旁边，当有电话来时，电视机的画面会出现一些“雪花”，这是为什么？并且长时间用手机连续通话，会出现头晕的情况，这是为什么？

活动（二）电磁波的应用

由于电磁波比较抽象，我特意做了课件，主要涉及军事应用，如探测飞机、导弹用的雷达；民航应用，如GPS导航；天文应用，如探测遥远星球；气象应用，如探测台风、雷雨等。通过课件中设计的一些小问题，引导学生对摸不到看不见的电磁波有一定的形象认识。此活动的另一个主要目的就是激发学生的学习兴趣。

活动（三）改变世界的信息技术

引导学生阅读如下内容，更深入了解电磁波的应用对社会产生的巨大影响。

1.卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站，转发无线电波，进行通信的。通信卫星大多是相对地球“静止”的同步卫星。一般只要有三颗互成120°的同步卫星，就覆盖了几乎全部地球表面，可以实现全球通信。卫星通信具有传输距离远、覆盖区域大、灵活、可靠、不受地理环境条件限制等独特优点。全球卫星定位系统（GPS）就是卫星通信的实际应用。

2.光缆通信是应用光的传播特性，把光能限制在光纤内部，用光信号取代传统通信方式中的电信号，从而实现信息的传递。光纤具有传输容量大、传输距离长、高抗干扰等特性。

3.移动通信由电磁波传递信息，可以在信号覆盖的任何地方使用。当前应用最为普遍的为“蜂窝系统”。

四、随堂测试

1.电磁波在真空中的传播速度是__________；电磁波的波长越长其频率就越______________；电磁波___________（填“能”或“不能”）在空气中传播。

2.2012年7月28日03时12分（北京时间），伦敦奥运会开幕，媒体通过通讯卫星用______波把奥运会的信息及时传到世界各地。若中央电视台第一套节目的频率为52.5MHz（1MHz=106Hz），则中央电视台第一套节目的波长为________m。

3.以下与电磁波应用无关的是（）

A．手机通信 B．微波炉加热食物

C．雷达侦查 D．听诊器了解病情

4.关于电磁波和现代通信，下列说法正确的是（）

A.光纤通信传输的信息量很大，主要用于无线电广播

B.移动电话靠电磁波传递信息

C.电磁波的波长越大，频率越高

D.电磁波的应用对人类有利无害

5.关于电磁波和现代通信，下列叙述不正确的是（）

A．光是一种电磁波，电磁波可以在真空中传播

B．电磁波的频率越高，在空气中传播的速度就越大

C．同步通信卫星绕地球转动的周期跟地球自转的周期相同

第3篇

关键词：电磁场与电磁波；教学内容；教学方法

作者简介：刘鑫（1980-），女，黑龙江佳木斯人，黑龙江科技大学电气与信息工程学院，讲师；

赵志信（1979-），男，黑龙江哈尔滨人，黑龙江科技大学电气与信息工程学院，讲师，哈尔滨工业大学电子与信息工程学院博士研究生。

基金项目：本文系黑龙江省教育厅“十二五”规划课题“EIP-CDIO在电磁场与微波技术类课程教学中的应用”（课题编号：GBD1212069）、黑龙江省高教学会十二五规划课题“EIP-CDIO 模式下电磁场与微波技术类课程教学改革探讨”（课题编号：HGJXH C110902）、黑龙江科技大学教研项目的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）14-0073-02

“电磁场与电磁波”课程是通信工程专业的一门专业基础课。它是在“大学物理”（电磁学）课程的基础上进一步研究电磁场与电磁波的基本属性、描述方法、运动规律、与物质的相互作用及其应用。“电磁场与电磁波”是“微波技术”、“移动通信”、“光纤通信”等相关课程的前续课程，可见该课程在通信工程专业课程体系中的重要性。学生在学习本门课程时普遍反映难度很大。以下针对本课程的特点，就教学内容和方法进行探讨。

一、“电磁场与电磁波”课程特点

1.所需基础知识面广

“电磁场与电磁波”课程是以高等数学、大学物理、复变函数等课程为基础，所涉及的内容很广。因此要想学好这门课，必须有很好的数学和物理基础。

2.推导多、计算难

“电磁场与电磁波”课程中所涉及的公式和推导很多且计算难度大，许多结论是由推导总结而得到的。推导中需要用到大量的矢量运算、微分方程、积分方程等，过程非常复杂。

3.课时少、内容多

由于教学大纲的重新修订，“电磁场与电磁波”课程的学时由54学时调整为45学时，但教学内容并没有做大的调整，主要包括静电场、恒定电场、恒定磁场、静态场边值问题、时变电磁场、平面电磁波、导行电磁波等。[1]

二、教学内容和方法的研究

1.针对不同的学生讲授不同的内容

笔者所在高校通信工程专业学生分为二本生和三本生，二者在教学计划中的差别之一是三本生在“电磁场与电磁波”课程后没有“微波技术”课程。这就要求针对二者在教学内容上有区分。导行电磁波在“微波技术”课程中会有深入的讲解，因此针对二本生可以不讲授这部分内容，针对三本生则需要讲授。

2.理清思路，围绕“一条线”展开电磁场理论教学

学生在学习“电磁场与电磁波”课程时感觉内容多且条理性差，在课上对于讲授内容不知如何定位，不了解各个章节之间的关联，这就导致学生思路不清晰，进而产生厌学情绪。针对这一情况，在上课时要给学生理清思路。

针对《电磁场与电磁波》教材，[2]说明其章节安排。教材分为数学和物理基础部分（第1章）、电磁场部分（第2-5章）和电磁波部分（第6-8章）。电磁场根据时间变化特性可分为静态场（第2-4章）和时变场（第5章）。静态场包括静电场、恒定电场和恒定磁场。电磁场部分围绕亥姆霍兹定理展开研究，亥姆霍兹定理讲述的是在空间有限区域的任一矢量场由它的散度、旋度和边界条件唯一确定。[2]亥姆霍兹定理说明研究一个矢量场必须要研究该场的散度、旋度和边界条件，而场的散度、旋度又构成场的基本方程。此外，研究场时还可以借助辅助量，辅助量一般为位函数和场能量。因此，电磁场理论的“一条线”可以归纳为“基本方程（散度、旋度）—边界条件—位函数—场能量”。表1以边莉编著的《电磁场与电磁波》教材中静电场、恒定磁场和时变电磁场为例说明“一条线”对应的内容。由于恒定电场与静电场有可比拟性，因此对于恒定电场可以采取与静电场相比较的方法来教学。学生通过表1对电磁场理论部分的主要内容能够产生较有条理性的认识，在上课时知道所学知识在整个电磁场知识体系中的位置，学习时不会抓不到头绪。

3.教学中结合实际应用，培养学生初步的科研能力

由于电磁场与电磁波理论性强，在教学中要结合实际讲解理论，例如讲授电磁波在介质中透射时，解释日常用到的微波炉工作原理。微波在穿过有耗介质（含水分子的食物）时，使水分子产生“共振”现象，水分子之间发生激烈的摩擦和碰撞，进而产生热量，加热含水的食物。在学生的学习过程中教师不断地解答现实中的各类现象，可以促使学生激发更强的求知欲，从而使学生能够主动地学习。

除了课堂上的教学要结合实际应用外，还应鼓励学生课后以课程中的某一个知识点为出发点，查阅相关科研文章。例如，讲到电磁波在介质中传播特性时，结合黑龙江科技学院矿业特色，要求学生下载并阅读文章《“电磁场理论”课程教学中两个实例的应用》，[3]并要求学生回答手机能否应用于煤矿井上与井下的透地通信。学生通过对文章的查找、自学，对知识点做进一步的掌握，可以从中获得成就感，同时有益于培养学生初步的科研能力。

4.多媒体教学与板书相结合

传统的黑板板书教学的优点是教学速度较慢，留给学生思考的时间较多，使其能跟上教学进度，学生注意力容易集中。它的缺点是耗时多，且不容易展示图片，对动态显示更是无能为力。多媒体教学的出现弥补了板书教学的缺点，例如法拉第电磁感应定律、均匀平面波极化和传播等等通过多媒体可以动态地演示给学生，增强学生的理解能力，加深学生的印象，提高教学效果。

多媒体教学方法虽然优点多，但不能一味使用而放弃板书。多媒体反映的信息量大，教学速度快，如果大量使用多媒体会使学生跟不上教师的节奏。一旦听不懂，学生会厌倦学习，形成恶性循环。因此，采用多媒体与板书相结合的教学方式更适宜。对于重点内容还是使用板书比较好，过于烦琐且只需了解的推导过程、例题题目、图片、动态演示等采用多媒体比较适合。

5.教与练并重，认真批改作业

在“电磁场与电磁波”的教学中，有必要给学生留一些课后的作业，从而巩固课堂上的学习。学生在课堂上听懂教师的讲解，通过课后的练习将课堂上知识的掌握情况反馈给教师，使得教师更好地掌握学生的薄弱环节，在课堂上予以重点讲解。从作业情况看，部分学生学习态度不端正，抄袭他人作业，这样会导致教师对学生掌握情况的判断出现错误。针对这种情况，有必要在第一次作业中找出作业雷同的学生进行谈话，必须在抄袭刚一出现时就将其遏制在萌芽状态。笔者在教学中针对作业抄袭情况采取过上述办法，个别抄袭情况还存在，但总体上明显下降。

6.健全考核机制

为了加强对教学过程的监管，采用8+2的考核机制，即总成绩中期末考试占80%，平时成绩占20%。平时成绩包括课堂表现（出勤、课堂回答问题等）、作业和期中考试。平时成绩的考核可以使学生提高对课程的重视程度，必要时可以采取一些压制手段。例如课堂提问回答错误的学生扣1分，回答正确加1分。这样教师可以向不认真听课的学生提问，提醒其集中注意力。而回答问题的正确与否关系到期末成绩，所以回答错误的学生会期望在下一次被提问时能够回答正确而补得1分。通过这种方式可以有效地管理表现不理想的学生。

期末考试采取闭卷考试方式，而期中考试采取“一张纸开卷”的考试方式。所谓“一张纸开卷”是指在考试时学生可以参考自己带的一张A4纸进行答题，考试前学生可以在纸的正反面手写与课程相关的任何内容。“一张纸开卷”，有效地督促学生对上半学期所学知识进行归纳和总结，教师通过一张纸的书写内容以及答题情况对学生上半学期的学习情况有所掌握，考试过后可以针对学生普遍没有掌握好的知识点重新讲解。教师针对这些内容可以反思教学方法的不足之处，以便在新一轮上课时有所改进。此外，通过期中考试教师可以在下半学期对成绩不好的学生加强管理。考试题目题型应该多样化，包括是非判断题、选择题、填空题、计算题、证明题等题型，从多方面考核学生。

三、结束语

“电磁场与电磁波”课程理论性很强，存在着教师难教、学生难学的情况。我们在注重培养学生的学习兴趣的基础上，把教学内容归纳成一条主线，教学中结合实际应用，培养学生初步的科研能力，多方面对学生进行考核。从学生的反馈情况来看，这些做法取得了一定的成绩。

参考文献：

[1]张昕.电磁场与电磁波[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2008.

第4篇

[关键词]气象要素；异常折射；雷达作用距离；大气折射率

中图分类号：U675.74 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0139-02

引言

雷达既是舰船日常航行中定位、导航和避碰的主要设备，又是舰艇海上作战时搜索警戒、火炮控制和导弹制导的重要装备，因此作战舰艇根据不同的任务和使命装备有十几种甚至几十种雷达，这些雷达的作用距离对舰船的航行安全有一定的影响，同时对舰艇的作战效能也有制约作用。雷达的作用距离除了与雷达本身战术技术性能、天线高度、目标高度、目标反射电磁波的性能等条件有关外，还与传输电磁波的大气状况密切相关。对于处于海面上的舰载雷达而言，大气对电磁波的吸收衰减作用使雷达的作用距离减小；大气对电磁波的折射作用，会出现负折射和超折射等异常折射现象，其中次折射也会使雷达的作用距离减小，而超折射则会使雷达的作用距离增大。特别是当超折射严重而出现波导现象时，雷达的作用距离将成倍地增大，实现所谓超视距探测。这种现象在我国沿海的各海区都经常出现，如在黄海北部活动的舰船，有时雷达发现目标距离会比正常情况增大2～3倍。同样，这种电磁波超视距传播现象在世界各地海域都存在，尤其是在中东一带更是频繁地出现。由此可见，气象因素对雷达作用距离的影响程度是很大的，如果能够准确掌握气象因素对雷达作用距离的影响规律，将有利的条件加以充分地利用，对舰船的军事行动具有重要的意义。

1 气象因素对大气折射的影响

1.1大气折射的类型及其存在条件

通常，对流层中空气的折射率不为1，在地面附近其值一般在1.00025～1.00045之间变化。对于频率在1～100GHz范围内的电磁波，大气折射率n或折射指数N可表示为大气温度T（单位：K）、大气压力P（单位：hPa）和水气压e（单位：hPa）之间的函数[1]：

（1）

当电磁波传播距离很短时，可近似认为地球表面为平面，但若传播距离较长时，就必须考虑地球曲率的影响，为了将地球处理成平面，通常使用进行了地球曲率订正的大气修正折射率m和大气修正折射指数M，其表达式为

（2）

式中：R= 6.371×106m为平均地球半径，h为地表以上高度（单位：m）。式（2）可简化为：

（3）

由于大气层大气分布的不均匀性，上下大气层的折射率不同，因而电磁波通过不同折射率的大气层时将产生折射，折射的程度和方向将取决于大气层折射率垂直梯度的大小和正负。大气折射指数随高度变化的垂直梯度可通过折射率对高度求导得到，即将式（1）、（2）各物理量对高度求导：

（4）

（5）

式中：分别为大气压力、大气温度、水气压随高度变化的垂直梯度。

当大气折射指数垂直梯度dN/dh>0时，电磁波的传输轨迹将背着地球向上弯曲，此时的大气为负折射；当dN/dh=0时，电磁波的传输轨迹不发生弯曲而沿直线传播，此时的大气为零折射；当dN/dh

1.2异常大气折射的形成规律

由式（4）可知，大气折射指数垂直梯度与大气温度、压力、湿度的垂直梯度相关，其中水气压梯度前的系数最大，因而对大气折射指数垂直梯度的影响最大，大气温度梯度的影响次之，大气压力梯度的影响最小。因此在分析气象要素对大气折射的影响程度时，可先考虑水气压梯度的变化，其次考虑大气温度梯度的变化，至于大气压力梯度的影响可忽略不计。

在海洋环境中[2]，一般情况下在大气较稳定的晴好天气里，此时大气往往有一个比较稳定的逆温层，并且大气湿度随高度递减，容易出现超折射或波导现象。典型的天气有：

（1）在晴朗无风的天气背景下，海面夜间辐射降温，形成一个近地层的辐射逆温层。

（2）干暖气团从陆地平移到湿冷的海面上空时，形成近地层大气温度下冷上暖，湿度下湿上干的状况。

（3）雨后造成近地层下层大气又冷又湿的情况。

（4）夏季海面水汽蒸发，使海面上很小高度范围内的大气湿度随高度锐减。

只有当大气温度随高度迅速下降或大气湿度随高度递增时，才能够形成负折射现象。负折射一般发生在高纬度寒冷的陆地和冰山附近，当有冷湿气团移到温暖的海面上空时候。

2 大气折射对雷达作用距离的影响

当电磁波在无折射的大气中传播时，其路径为一直线，此时雷达发现目标的距离受地球曲率的影响，其大小为[3]：

（6）

式中：R为地球平均半径；h、H分别为雷达天线和目标的高度。

由于受大气折射的影响，电磁波的实际传播路径为一弯曲的曲线，采用修正地球半径的方法对式（6）进行修正，即把在地球上成曲线传播的射线转化为在另一假定半径为Re（ Re称为等效地球半径）的地球上成直线传播，则在一般大气条件下雷达的目标能见距离公式为：

（7）

等效地球半径Re与地球平均半径R的关系[4]，可以通过二者与电磁波传播路径曲率半径ρ、大气折射率垂直梯度、电磁波发射仰角θ等之间的关系推出：

（8）

设称为等效地球半径系数。则，式（7）变为：

（9）

3 雷达作用距离的预测方法

充分利用我国在沿海主要港湾都设有气象观测站和雷达站这个有利条件，长期系统地观测海上来往舰船及当时的气象条件，并将实测数据进行登记、积累和整理，统计分析各种气象条件下等效地球半径系数K和雷达探测距离的变化规律。

3.1 等效地球半径系数K

测量大气折射率梯度的方法很多。由于大气折射率是大气温度、气压和湿度的函数，采用系留探测仪器和无线电探空技术测量大气温度、气压和湿度的垂直变化后可间接得到大气折射率梯度。也可以通过微波折射率仪直接测得。前一种方法主要适用于高度较高的中低空情况；而对于贴近海面的情况，由于高度较低探空仪的滞后性及测量误差达不到精度要求，因此只能采用体积小、精度高、响应速度快、采样率和自动化程度高的微波折射率仪直接测量大气折射率。

微波折射率仪的工作原理是测量通过腔体的空气折射指数的变化δn引起的谐振频f 的变化δf[5]，腔体是两端局部开口的圆柱形谐振腔体，能保证气流自由通过。微波折射率仪通过测量这一频率变化量得到空气折射指数。测量时，微波折射率仪需做匀速升降运动（升降速度约为0.1m/s）以测量不同高度上的大气折射率。此种方法对于高度在海面上30m范围内的气象要素观测尤为合适，且适用于气象台、海洋调查船或舰载直升机上使用。

为全面系统地积累相关资料，气象台需每天定时多次进行观测，根据测出的大气折射率梯度dn/df计算出相应的K值，将长期观测的数据进行统计分析，找出其随地理环境、季节、时间、气象条件等因素的变化规律。实际应用时，可根据气象台当天的实测结果，算出等效地球半径系数K值，再结合天气的变化趋势和K值变化规律，对其进行修正，最后用（9）式计算出雷达能够发现目标的距离。

3.2经验公式

由雷达站长期系统地实际观测海上往来舰船，并按月、日、时和舰船类型、气象等情况，将获得的观测数据加以整理，从而得出雷达在该海区作用距离随季节、月、日、时变化的规律，并根据实测的雷达数据对雷达能见距理论计算公式加以修正，总结出经验公式。

在标准大气条件下，等效地球半径系数K=4/3，将此值和地球平均半径值代入，得到雷达能见距公式：

（10）

受气象因素的影响，实际观测的雷达作用距离与式（10）计算的结果有出入，可以用加修正量K′的方法对式（10）进行修正。即：

（11）

系数K′随季节和天气的变化而变化，它是根据该海区实际观测统计的中位值计算而得。表1是根据某年我们在某海区连续21个月观测的3405个雷达发现目标距离的数据进行统计和分析后，得出的该海区各月雷达发现距离修正系数K′。

由于K′值是经验数据，在实际应用时还应该根据当时的气象条件进一步分析和修正。如果在各海区都能坚持长期不间断地测定、积累各种气象条件下的K′值，将结果存储于计算机中，实际应用时根据当时的季节、日期、时间以及气象条件等，由计算机得出相应的K′值通报舰艇，将更加有利于实际应用。

4 结束语

雷达的作用距离是舰艇海上作战时的重要指标，掌握不同海区雷达探测目标的距离规律，并准确预报出可能的目标能见距离，在军事上具有重要的意义。例如，在舰艇实施导弹攻击时，既要求在尽可能远的距离上发现目标并实施攻击，又不能使雷达过早开机而暴露自己。此时预测雷达发现目标距离就显得尤为重要，将直接影响到作战的成效。因此世界各国对雷达能见距离的预报都非常重视。早在20世纪50年代，前苏联就明确规定，海战中气象部门要为舰艇部队提供海上雷达能见距离的预报。我们也应该充分重视并系统研究气象因素对雷达作用距离的影响，进一步建立和完善气象和雷达观测体系，形成数据收集积累、统计、总结和预报制度，使舰艇在雷达使用中做到扬长避短，提高作战效能。本文对气象因素对雷达作用距离的影响及其预测方法的分析研究还处于初级阶段，有待于今后进一步的深入研究。

参考文献

[l]姚展予.大气波导特征分析及其对电磁波传输的影响[J].气象学报，2000，58（5）：605-615.

[2]刘成国，黄际英，江长荫.东南沿海对流层大气波导结构的出现规律[J].电波科学学报，2002，17（5）：509-513.

第5篇

关键词：油气管道；内检测器；定位技术；里程轮；压力波；低频电磁波

0引言

如今，油气管道老化成了世界性的问题，如何确保这些管道安全是当前研究的热点。管道检测技术是确保管道安全的重要环节，依据检测仪器的位置可以将检测管道技术划分成两种：外检测、内检测。其中，炔考觳庥捎谄涓缮婀艿赖恼常运行，又不受外部地理环境的限制，具有十足的优势，所以被大众所接受。但是在运用内检测技术时，掌握内检测的传感器的位置信息十分必要，尤其是需要对检测设备进行维修时，定位技术就尤其关键。

1内检测常见的定位技术

1.1里程轮定位

作为传统计程方式的里程轮，在当今的管道检测中经常被采用，常用的是利用光电式的转速传感器实现定位。利用里程轮检测管道时，其发出周期性的脉冲，地面的定位检测设备就可以根据脉冲的数量确定内检测设备的位置。该方法成本低，但是由于该方法本身存在一定的误差以及打滑失效等情况存在会影响其准确性。在现代的工程中，一般情况下会对里程轮进行适当的改进或者同时利用多个里程轮来减少误差，从而提高定位的准确性。

1.2射线定位

若内部检测器上安装一个射线发生器，同时在管道外安装感光胶片，那么射线发生器工作时发射射线，将会引起感光胶片曝光，从而可以确定内部检测器的位置。该类型的定位器的电路简单而且具有良好的控制效果，而且不受其他工业的干扰。成都理工大学的科研团队对该类型的探测器进行了深入的研究，他们在射线定位的基础上结合视频识别技术，从而可清晰的、方便的查看曝光情况，所以定位的准确性更高，但该技术具有复杂的系统，无法利用遥控内检测器，同时放射性指令源存在风险，运用、存储以及运输涉及很多的困难。解决这个问题通常的办法是利用x射线取代放射性的射线。基于X射线检测技术，优势是检测结果十分直观，而且无论被检对象尺寸、材质如何，都能实施检测。因此，X射线检测技术多被采用。

1.3磁场定位

磁场是一种信息载体，其能穿透金属管壁。利用这个优势，磁场定位应运而生。该技术的核心是内部检测设备在采集其它信息的同时也采集管道外部定位磁铁的磁场信息。该技术在内检测设备上安装一个或者多个霍尔传感器，利用其采集外部定磁铁产生的漏磁场的信息，从而可以通过信息的变化判断出内部检测器与定磁铁的位置的变化，实现定位。该方法，具有低成本、易成功的优点，但是由于管道的管壁通常比较厚，其对磁场信号构成较强的屏蔽作用，所以通常管道内的漏磁场强十分微弱，这个对信号采集构成了较大的困难，因此，该方法不仅要求磁铁要有强磁性，还要求位于管道内的霍尔传感器具有十分高的灵敏度。天津大学的科研团队对这项技术进行了创新，其开发的设备时间精度达到了毫秒级别，但是其系统构成复杂，维护保养成本较高。

1.4GPS导航定位

目前，GPS导航系统定位技术在众多的管道内检测定位手段中算是比较成熟的，采用最多的，其精度通常能达到厘米的级别。其技术原理第一步运用GPS卫星对内检测设备的位置进行确定，第二步对管道沿线的每个位置进行测定。若内检测设备在管道内运行，惯性检测设备就会检测三个方面的速度变化，但是因为管道内的复杂环境使得在其内运行的内检测器测取的数据存在误差，同时这种误差随着时间的延长而不断的累积。当内检测设备通过GPS的标志点时，就可以修正内检测器的位置信息，从而提高了准确度。不过该技术的经济成本比较高，不利于广泛的运用。

1.5压力波法

该方法通过检测管道两端的压力，判断管理泄露的位置。其工作原理就是在内检测设备的两端都安装压力波检测设备。内检测设备工作时，压力波发生器就产生两个一致的波形，沿着管道的方向进行传播，然后在管道的首末两端的两个传感器收集压力值，依据压力值之间的时间差、管长、波速，可以十分精确地计算出内检测设备在管道中的位置信息。实现压力波的定位虽然操作简便，但是存在较大的误差，无法进行十分准确的定位。所以，压力波法适用于粗定或者应用于实时跟踪内检测设备。

1.6电磁波法

电磁波定位法通常利用低频（23 Hz）的电磁波对金属和大地具有较大的穿透能力的特性进行工作。沈阳工业大学的专家团队曾经开发了低频电磁波磁偶极子的模型，该模型的原理是利用低频电磁波会产生磁场，并对其磁场特点进行记录，同时根据磁偶极子的磁场分布，可以实现电磁波定位。具体来说，该方法先运用基于GPS的定位系统查询安装在地面上的接受装置。内检测设备所携带的低频电磁波产生装置工作时会发射交变的电磁波。当地面上的接收装置接收到电磁信号后，对该信息的准确分析结果就会判明何时内检测设备通过了该地面接收装置的正下方。然后，地面接收装置会发射另一信号，从而促使管理内的内检测设备重新进行定位。周而复始，保证了定位成功开启。此方法不仅定位准确度高，而且使用的范围也十分广泛。但是在实际运用中，由于电磁波受到外界的影响比较多，所以应用的范围也受到了限制，同时，该技术的系统成本高，功耗大，不能够大面积布置。

1.7其他方法

其他的方法主要有测力定位和声学定位两种。

测力定位的基本原理就是运动力学和牛顿力学，利用该原理对管道内检测设备进行定位的方法，该方法不易受到管道内部环境的影响，同时定位的准确度高。但是该方法也具有局限性，不能用于长距离定位。

依据声学的定位方式是通过标记内检测设备与管道相撞击、摩擦等发出的声音来实现定位。该方法应用广泛，但是一旦出现卡堵问题就无法发出声音信号。与此同时，声音信号抵抗干扰的能力弱。

2应用情况

依据实际应用场景的不同，采用不同的定位技术来实现管道内检测设备的位置是当前的主流做法。比如，对于短距离的管道进行检测时多应用测力定位法，长距离管道的检测定位通常是综合利用磁场定位法和里程轮定位法，而声学定位法等定位手段由于传感设备尚在发展或者受环境要求高等因素尚在研究阶段，实际应用中的价值不高。

3结束语

第6篇

关键词：仿真软件；优化；可视化

中图分类号：TP391.7 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）04-0792-03

电磁场与电磁波课程是电子信息科学专业学生必修的一门重要的专业基础课程，该课程理论性强，相关定理模型抽象。由于电磁场、电磁波看不见、摸不着，传统教学基本依据公式推导出其传播特性、存在状态等特性，抽象的定律、严密的数学推证令学生望而生畏。整个教学过程既难教又难学，而近几年该课程在教学内容不变的情况下课时却不断被压缩。因此，如何在教学过程中把握重点、弱化数学比例、优化课程结构成为课程改革重点。

结合长期积累的教学经验，修改教学文件，将仿真软件引入电磁场与电磁波的教学中，把课程中抽象概念定理以三维模型的形式直观的展示给学生；利用软件模拟各种电磁波分布形式、波导结构和自由空间电磁波的特性等，并能动态模拟电磁波的传播和辐射特性；利用软件简化数学计算，减少公式推导过程；还可以设计电磁仿真实验，把理论教学和仿真实验教学有效结合起来，加深学生对理论知识的理解，收到了较好的教学效果。

1 仿真软件在教学中应用

1）基本概念、定理定律的仿真演示。本课程涉及较多的定理，库仑定律、安培力定律、高斯通量定理、安培环路定律等定理是研究电磁场的基础，电磁场的理论基础麦克斯韦方程组也是由这些定理上推导总结出。以往在讲解过程中，公式繁杂， 推导多， 学生用大量的时间理解定律模型、复习数学知识，浪费大量学时，反而忽略了对概念本身的理解。利用仿真软件将这些定理动态演示，将复杂的电磁场理论通过演示的方式表示出来，结果清晰、直观的表现出了各种电磁场模型的特性，形象、直观、便于理解，它不仅可以激发学生的学习兴趣，而且加快学生理解速度提高了教学质量。

2）电磁场和电磁波的存在形式、特性分布等内容的图示化。课程中涉及较多的求解场量分布、特性等内容，以往教学中推导出结果都是数学公式，对数学知识薄弱和空间思维差的学生而言整个教学过程就像解数学题、而与场无关。我们利用软件将常见的场量分布形式图形化，根据源的不同分布求出不同场图，绘制矢量线（电力线、磁力线）、等值线（等位线）、箭头图等，以帮助学生更好地理解场。例如电偶极子的电场分布、同轴电缆电场分布、均匀平面电磁波传播、球面电磁波传播、矩形波导传播时电磁场特性等。

3）计算方式的简化。课程在求解问题时，经常会涉及复杂的数学计算过程，利用软件强大的仿真功能，将计算过程简化，运用符号运算功能进行数学公式推导，根据数值计算功能进行习题求解等，节约授课时间，提高教学效率。如电磁场中梯度、散度、旋度问题、求静态边值时有限差分法、有限元法、镜像法等。

2 具体应用实例

随着计算机的快速发展，近几年出现了大量的电磁场和微波电路仿真软件，如美国ANSOFT公司的HFSS（高频电磁场仿真）、MATLAB、ANSYS等软件。这些软件功能强大、界面友好，编程简洁、效率高，特别适合于教学演示和学生实践，用户可以在短时间内掌握其主要内容和基本操作。下面我们简单介绍几个具体应用实例：

1）镜像法

镜像法是一种求解边值问题的间接方法，其基本原理是：用放置在所求场域之外的假想电荷（即像电荷）等效的替代导体表面（或介质分界面）上的感应电荷（或极化电荷）对场分布的影响，从而将求解实际的边值问题转换为求解无界空间的问题。利用软件仿真孤立电荷产生的场和像电荷产生场以及叠加后的场，电荷电量、导体半径等参数可根据实际情况输入。下图为半径为2电荷为4时产生的场图。

2）矩形波导传播

课程在讲解矩形波导传播时，电磁场分量公式表示如公式所示。

让学生根据公式理解其传输特性比较困难。通过Matlab 计算并绘出任意时刻金属矩形波导的主模 TE10 模的电磁场分布图，直观的展示了波的传输特性。

3）有限差分法求电磁场静态边值

有限差分法是求电磁场静态边值问题的一种数字计算法，把连续空间离散化，空间离散化越细，解的误差越小，其计算量就越大，就使课程中大量时间用在处理数据上。而利用matlab编写程序，根据已知条件自动生成矩阵数据，绘制电场和电力线图形，使讲解过程清晰明了。

3 结束语

本文根据电磁场与电磁波少学时、概念抽象等特点，将仿真软件强大的计算与图像功能运用于电磁场与电磁波的教学中，使电磁场与电磁波分析研究问题简单方便，帮助学生直观的分析和理解课程内容，不但能大大加深学生对抽象电磁场问题的理解，激发学生的学习兴趣，而且也提高了学生对工程软件的实际应用能力，取得了很好的教学效果。对提高教学效果具有非常重要的意义。

参考文献：

[1] 陈其昌.MATLAB在射频电路设计中的应用[M]. 北京：电子工业出版社，2013.

[2] 梁振光. MATLAB在电磁场教学中的应用[J].南京：电气电子教学学报， 2004，26（3）：73-75.

第7篇

关键词：电磁场与电磁波；优秀课；教学方法

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）15-0118-02

电磁场与电磁波是电子信息类本科各专业学生必修的一门重要的学科基础课程，所涉及的内容是电子信息类本科学生知识结构的必要组成部分，对学生专业素质的培养和提高起很大的作用。所以，2014年成功申报成为长春理工大学优秀课程。本文主要总结《电磁场与电磁波》优秀课程建设的教学经验和方法及教学手段等，分别从理论教学和实验教学两个方面对教学内容、教学方法和教学手段等进行探讨。

一、《电磁场与电磁波》教学内容的调整

1.教学大纲的调整和修订。①根据培养方案提高学生实践能力的要求，《电磁场与电磁波》在内容体系结构上做了一些调整，为此修订教学大纲，学时数由原来的理论64学时改为到理论48学时+实验8学时，使学生既能掌握基本理论又能打下应用基础，同时既突出基础性和知识体系的完整性，尽量避开繁杂的推导，注意理论与实际应用的结合，使学生易于接受。②为了加强实践环节的教学力度，增设8学时实验课程。根据实验教学大纲，编写实用的实验指导书，保证工科学生工程能力的提高。实验教学层次分明，学生实验兴趣得到提高，达到最佳实验效果。

2.课程内容体现学科前沿技术，理论与工程不脱节。《电磁场与电磁波》的前修课程是高等数学、工程数学、大学物理，是学生学习后续课程微波技术、天线、光技术、雷达技术、电气技术、电子对抗等的基础，在学科建设与发展中起着承上启下的作用。因此，本课程在专业培养目标中的定位为：承上启下，重在基础，开拓创新，引领未来。电磁场主要让学生掌握分布参数系统的主要理论、分析方法、长线理论及常用传输线，为以后从事微波电子应用技术、通信工程准备必要的理论基础。该课程理论严谨，逻辑性强，对培养学生逻辑思维能力、独立分析能力和解决问题的能力及理论联系实际的能力，都有很重要的作用。

从课程内容上，主要从理论和实验两个方面体现学科前沿：①《电磁场与电磁波》课程的工程性很强，因此教师在课堂理论教学中，经常从电子与信息科学领域、电磁科学领域取得一系列重大成就出发，将能反映近代科学技术的成就和一些对学生有重要意义的工程内容，引入课堂讲解，通过讲解例题、建立习题、精选前沿内容作为选修内容方式，将相关内容引入本门教材和教学内容中。同时，建立网络课程，加强网络资源建设，不断充实课程资源，完善网络教学，不断收集最新的科技成果补充到网络教学中。②加强《电磁场与电磁波》课程实践课和理论课的结合与渗透，培养学生解决实际问题的综合能力，理论教学与实践教学密切相关。根据实验教学的要求，保证理论教学为实践教学打好坚实的理论基础，让理论课教师参加实验教学，及时与学生沟通，了解学生掌握知识的情况与兴趣所向。与上述教学内容改革相适应，自编出版相应的实验教材《电磁场与电磁波实验指导书》，并在教学中采用。

二、教学方法改革

针对《电磁场与电磁波》课程理论性强，抽象，公式多，这种情况，我们在教学过程中对《电磁场与电磁波》课程的教学方法进行改革和探索，采用多种有利于培养学生自主学习能力和创新能力的方法，总结一些有成效的举措和经验。

1.采取小班授课，让学生积极参与。针对学院通信系大珩班的高要求，对大珩班采用小班授课，在教学过程中采用提问、讨论、测验等方式，同时给学生有在同学面前讲解习题、大量练习的机会，激发学生学习兴趣，调动学习主动性，教学效果非常明显。

2.采用隐性分层，分类指导。根据不同学生认知水平的差异，结合“以学生的发展为本”的前提，采用隐性分层法教学，遵循“因材施教”的原则，面向全体学生，为每个学生提供适合各自发展水平和接受能力的电磁场相关教学，使各层次学生学有所成，感受到学习《电磁场与电磁波》的乐趣。

3.采用实例进入课堂，提高课堂效率。对于大班授课的课堂，在课程建设过程中，加大理论课堂教学投入，把可以在课堂上演示电磁波的相关内容制成动画，把前沿科学技术制成视频带入课堂，使课堂内容直观、充实。

4.采用理论实验相结合。加强《电磁场与电磁波》课实践课和理论课相结合与渗透，培养学生解决实际问题的综合能力。理论教学与实践教学密切相关，根据实验教学的要求，保证理论教学为实践教学打好坚实的理论基础，让理论课教师参加实验教学，及时与学生沟通，了解学生掌握知识的情况与兴趣所向。

三、教学手段改革

1.电磁场与电磁波程采用全方位、立体化、多视角的教学模式，发挥教师的主导作用，确定学生的主体地位。结合“电磁场与电磁波”课程理论性强、信息量大、概念抽象等特点，采用多媒体教学方法，通过形象化的动态过程演示，根据《电磁场与电磁波》课程内容的发展修改课件，加入录像实例等，达到良好的教学效果。

2.教学过程中需要规范的板书，使课堂的条理性和层次性更加清晰，因此进一步把传统授课手段和多媒体教学等现代教育技术手段恰当地组合，扬长避短，达到理想的教学效果。

3.不断丰富网络教学资源，把相关教学课件、教案、大纲等上传到网络课程，在课后巩固环节中，要求学生自主学习，充分利用网上教学资源，进行课前预习、课后复习，真正提高教学效果。

4.完善试卷和成绩分析。根据长春理工大学《长春理工大学关于试卷评阅与归档的管理办法》，课程组要求教师明确试卷评阅教师责任，采取统一评分标准和集体流水阅卷的方式进行评卷。阅卷完成后，必须进行试卷和成绩科学、客观的分析，组织课程组教师对考试结果进行总结经验，指导教学。坚持对试卷归档，统一管理，保证试卷归档的完整性与准确性。近3年，《电磁场与电磁波》考试成绩分布基本合理，成绩单记载清楚、规范。试卷和成绩分析科学、客观，并能反馈指导教学，较好地反映学生的学习情况。

四、实验教学环节建设

电磁场与电磁波实验是理论课教学的一个重要组成部分。根据教学的基本要求以及电子学人才培养的需要，课程组整合实验课程和教学内容，形成从基础训练到系统设计的完整的实验教学体系，使学生能够在理论课学习的基础上，由浅入深地学习电磁场与电磁波的相关知识，为射频电路设计、无线通信技术、光纤通信、卫星通信等相关领域的课程学习和科研打下坚实的基础。

1.修订实验教学大纲，编写实验指导书。为了适应开放实验室的要求，实验教材既有实验理论教学内容，又有实验操作的教学内容，实验教学层次分明，既包括基本部分实验内容、设计性部分实验内容，也包括综合性部分实验内容，添加探究创新的部分内容，提高学生实验兴趣，激发创造性的思维，达到最佳的实验教学效果。

2.加强《电磁场与电磁波》课实验课和理论课的结合与渗透。根据实验教学的要求，让理论课教师参加实验教学，保证理论教学为实践教学打好坚实的理论基础，使理论教学与实践教学紧密结合，培养学生解决实际问题的综合能力。

3.利用网络资源，建立开放实验室。利用国家级实验中心的优势，建立开放实验室，学生可以利用网上预约系统自主预约，进行实验。同时，根据实验教学的特点，把实验内容、实验要求、实验考核方法、仪器设备使用手册、器件数据手册等教学资源制成网络课程上传至网络，让学生自主下载学习、交流，开阔思路。

五、优秀课程教材及相关资料建设和选取

1.教材选用国家“十五”、“十一五”规划等教材。①谢处方、饶克谨，《电磁场与电磁波》（第四版），北京：高等教育出版社，2006年普通高等教育“十一五”国家级规划教材。②蔡立娟、陈宇，《电磁场与电磁波实验指导书》，长春理工大学校内教材，2010年。

2.参考教材。①钟顺时，《电磁场基础》，北京：清华大学出版社，2006年，21世纪高等学校电子信息工程型规划教材；②焦其祥等，《电磁场与电磁波》，北京：科学出版社，2005年，21世纪高等院校教材；③王新稳、李萍，《微波技术与天线》，北京：电子工业出版社，2002年，21世纪高等学校电子信息类教材；④冯慈璋，《电磁场》，北京：高等教育出版社，1999年，高等学校教材。

3.为了提高学生对理论课程的理解，课程梯队提供大量的辅助教学资料。例如，制作《电磁场与电磁波》教学课件，推荐课外辅导书、指导光盘等，建立习题库等。为了促进学生自主学习，扩充知识面，学院资料室向学生全面开放。学院资料室现藏书两万余册，期刊一百余种，其中与本课程相关书籍或期刊500余种，许多参考书配有参考课件、光盘，可供学生课堂内外使用，效果良好。另外，学校网络资源丰富，学生可以充分利用网络资源和多媒体课件，收集、阅读相关知识，提高学习兴趣。

长春理工大学《电磁场与电磁波》优秀课课程组将继续在教学中不断摸索、前进，进一步提高教学质量，服务学生与社会。

参考文献：

[1]罗三桂.现代教学理念下的教学方法改革[J].中国高等教育，2009，（6）：11-13.

[2]李慧，刘克平，尤文.自动化专业精品课建设的研究与实践[J].实验室研究与探索，2011，（10）：306-308.

[3]蔡立娟，陈宇，杨立波.浅谈“电磁场与电磁波”课程教学改革[J].教育与职业，2010，（30）：136-138.

第8篇

关键词：无线电通信；天线；作用

随着科学技术的不断发展，无线电通信技术已经得到了人们的广泛应用，这不仅有利于人类社会经济的发展，还给人们的生活带来了许多的便利。而我们在对无线电通信技术进行应用的过程中，主要涉及到的内容就是电波的输送和发射这两个方面，然而这两方面的内容都是有无线电通信中的天线来完成的，因此它在其中有着十分重要的意义。下面我们就对无线电通信天线的作用进行简要的介绍。

一、天线的工作原理

众所周知，在无线电通信系统运行的过程中，天线主要用于对无线电波的接受和输送，它是无线电通信系统中不可缺少的部件之一。但是，它是怎样来接受和发射无线电波的呢？为此我们就要对天线的工作原理进行详细的分析。

天线的工作原理主要和磁场的变化有着十分密切的关系，而所谓的磁场变化则是指，有电场引起的，磁场作用于电场所发生的电磁波变化，其中电磁波的波动具有辐射性，可以用来对信息的传递，而天线这是通过对辐射出来的电磁波进行感知，让电磁波在传播的过程中，具有一定的方向性，从而满足电磁波信息接收的相关要求。

二、天线在无线电通信中的作用

目前在社会经济发展的过程中，无线电通信通信技术已经得到了人们的广泛应用，这不仅有利于社会经济的发展建设，还给人们的日常生活和社会生产带来了许多的便利。其中天线在无线电通行中的作用主要表现在以下几个方面。

1、首先天线在无线电通信的过程中，对无线电电磁波信号有着极强的感知能力，它可以对比较微弱的信号起到一个良好的感知效果，从而对电磁波起到一个良好的定向作用，让人们对电磁波中的有用信号进行提取。其次，天线对正常使用的过程中，也可以对无线电波中的信号进行分离，这样就很好的减少了信号干扰，使得无线电通信系统接受信号的能力得到进一步的提升。最后，无线电通信中的天线在实际应用的过程中，也可以和用户之间建立起无线连接的关系，这就使得无线电通信技术的性能得到进一步的提高。

（2）天线的导体会在实际的使用过程中发生损耗，这样的损耗会对无线电信号的准确无误的传播发生影响，导致天线的功率没办法完全转换成电磁波。这个时候，天线就可以是一个能量的转换器，它的作用是减少各种原因引起的损耗，然后与馈线匹配，增强辐射的电阻，以此减少信号的损耗，保证信号的转换和传输准确。

（3）天线增益，也就是天线的效率和方向系统的乘积。天线增益是用来衡量天线转换成能量的实际效率，是衡量信号转换和传播的重要参数，天线的层数越多，天线增益就越大。天线增益有助于实现系统增益。所谓的系统增益就是使用天线来大幅度地提高辐射的功率，增大效益。

（4）输入阻抗和辐射阻抗：所谓的输入阻抗，指的是在馈电端所呈现出来的阻抗，这个阻抗的值是馈电电流和馈电电压之间的比值。通常来说，这个比值是一个复数。我们把这个复数的实数看做是输入电阻，虚数部分看做电抗。当天线回路出现匹配或者协调问题的时候，我们就必须了解输出电阻和输入电抗的值，所以输入阻抗是一个重要参数。在无线电通信系统中，影响输入阻抗的主要因素是天线的具体构造和天线的工作频率多少，另外天线的工作环境等相关因素也会对输入阻抗有所影响。所以，我们在实际的安装过程中，对天线的尺寸与形状都要有严格的要求，要选择合理构造的天线。另外，选择辐射电阻较大的天线，能够有效地保证天线的输入阻抗与馈线阻抗相匹配起来。

（5）天线阵：天线阵是我们在无线电通信系统的实际工作中，发明的一种加强电磁波辐射方向性和电磁波辐射强度的方法，是天线在实际的无线电通信中的重要作用之一。具体的做法是：将工作频率相等的若干个天线，以一定的规律进行排列和组合，这就形成了我们说的天线阵。当电磁波经过的时候，在天线阵的作用下，电磁波就会发生适量叠加。这样就能有效地增强电磁波辐射的方向性和辐射强度，对整个无线电通信有着难以估量的巨大增幅作用。

三、天线的选择和架设

如何选择理想的天线关系到天线在无线电通信中发挥的作用，对无线电通信的质量有着较大的影响。笔者对天线的选择和架设条件进行了总结。

理想的天线应该有有以下的特质：设计科学、天线增益强、具有比较好的匹配性、具有比较长的使用寿命、安全系数高、方便架设。在选好理想的天线之后，还需要对其进行正确的架设：架设的时候，要远离那些可以吸收和反射电波的导体；不能和电话线、强电线等相关线路平行架设；不同的天线类型要有一定的距离，电台天线、电话天线、电视天线要分开架设，不能距离太近等。

现代社会是科技高速发展的社会，人们的生活、学习、工作等方方面面都依赖于高科技。无线电通讯技术的发明和进一步发展给人们的生活和工作都带来了巨大的便利。天线是无线电通信技术中的重要部件，它是对电磁波进行感知、能量转换、接收和发射的装置。在使用过程中，天线可以对电磁波信号进行增益、同时在能量转换和传输的过程中还能减少信号损耗，是所有无线电通讯技术中不可或缺的部件。

文章探讨了天线在无线电通讯技术中的重要作用，对天线的选择和合理架设也提出了自己的意见。随着科技的日益进步，我们相信无线电通讯技术必将朝着更先进的方向发展，同时天线技术也会日益完善，更快、更好、更强地为人们的生活和学习带来帮助。

四、结束语

总而言之，在当前人类社会发展的过程中，无线电通信技术应用得到了人们的广泛应用，这不仅有利于我国社会主义市场经济的发展建设，还给人们的生活和生产带来了许多的便利。而天线作为无线电通信系统中重要的组成部分，对其作用的详细了解也是很重要的，这就有利于无线电系统的安装施工处理。不过，随着社会经济的不断发展，人们也将许多先进的科学技术应用到其中，这就使得无线电通信技术的应用效果得到进一步的保障，从而促进我国社会主义市场经济的发展。

参考文献

[1]吕政良，龚书喜，张鹏飞，赵博，王夫蔚.快速分析线面结构天线宽带特性的扫频方法[J].西安电子科技大学学报. 2014（01）

第9篇

［摘要］针对应用型二本高校的特点对“电磁场与电磁波”课程进行教学研究。从教学内容上进行分层次教学，突出重点、弱化难点；在教学方式上采用形象化、系统化教学，并利用实践教学的方式，通过HFSS软件仿真激发学生的学习兴趣，从而提高教学效果。

［关键词］电磁场与电磁波；教学研究；HFSS；实践教学

“电磁场与电磁波”主要研究电磁场和电磁波的基本概念、基本理论与应用。该课程主要从矢量分析入手，介绍电磁场中的静态场、时变场和电磁波的基本理论与特点，为“微波技术基础”、“天线与电波传播”、“射频电路”等后继课程的学习奠定必要的理论基础。但是由于该课程数学要求高、公式多、物理概念抽象、理论难以掌握，使学生在学习过程中力不从心，往往有畏难情绪在里面。特别是对合肥师范学院这种应用型二本高校来说，学生的基础相对重点院校的学生而言要差点，而且学习的自主性也欠缺，因此学习效果不是很理想，可能会有个别学生到学期结束都达不到这门课程学习的基本要求。如何做好应用型高校电磁场与电磁波课程的教学工作是比较紧迫的问题，需要花更多的心思和精力来探讨研究。笔者结合多年电磁场与电磁波课程的教学经验，有针对性的对课程进行改革，通过课堂上学生实时反馈情况对教学方式进行调整，结合应用型高校的实际情况探索该课程的教学。

1教学内容研究

本课程包括电磁场和电磁波两大部分。电磁场部分是在高等数学的基础上，运用矢量分析的方法，描述静电场和恒定磁场的基本物理概念、研究静态场的解题方法、以及在总结基本实验定律的基础上给出时变电磁场的基本规律。电磁波部分主要是介绍平面电磁波传输特性、电磁波在导行系统的传播规律及天线的基本理论。由于本校电磁场与电磁波课程只有48学时，需要针对应用型高校学生的特点分层次讲解课程内容，对理论性、逻辑性较强的知识点做选修处理，既满足大部分学生对基本知识点掌握的要求，又满足部分学生向重点高校考研的需求。将课程的必修知识点按照掌握、理解、了解三个层次具体划分为：掌握矢量运算，梯度、散度和旋度，高斯公式和斯托克斯公式，时变电磁场的麦克斯韦方程组、电磁波的波动方程等；理解电磁场的矢量位势和标量位、泊松方程、时谐平面电磁波、截止频率和谐振频率等概念；了解分离变量法、库仑规范、洛仑兹规范、滞后位等。而对镜像法、有界空间中电磁波的求解方法、电磁辐射等作为选修内容。做出以上的安排主要考虑下面两个因素：

一、有限的课时要优先考虑重点内容，对电磁场和电磁波涉及的核心知识点必须要详细讲解，比如散度、旋度、梯度、麦克斯韦方程组、波动方程、平面电磁波等，至少要花三分之一的课时结合多种教学手段让学生在理解物理概念的基础上掌握基本公式及应用。而对一些比较复杂的问题，如分离变量法、镜像法等知识点，通过弱化在总学时的比例或用选修的方式做简化处理；

二、由于我校电子信息工程、通信工程专业有电磁场与电磁波方面的后继课程－－－－专业必修课“微波技术”、专业方向课程“天线与电波传播”和“射频电路”，这些课程覆盖了“电磁场与电磁波”课程的不足，如有界空间中电磁波的求解方法、电磁辐射等知识点完全可以在后继课程中系统学习。

2教学方法研究

通过多年课堂教学的探索和总结，针对二本高校学生数理基础较薄弱的特点，同时为适应应用型高校的办学需求，为该课程制定一套教学方法，使抽象的概念形象化，难懂的公式物理化，知识掌握的系统化，最终将理论基础与实际应用密切联系，激发学生兴趣，培养学生探索性学习素养，启迪学生创新思想，促进学生知识拓展应用能力的提高。

2．1知识点形象化、系统化

在形象化讲解抽象概念的基础上，将相近或易混淆的内容做比较，通过列表的方式从物理概念、数学公式、适用条件等方面将概念进行区分，使分散的问题系统化，加深学生的理解和记忆。下面以三个度（梯度、散度、旋度）的讲解为例，说明该过程的具体实施。如何将概念形象化？例如在讲解梯度时，以温度场为例，介绍温度沿不同方向的变化率。该问题针对某一温度场中的山峰，甲、乙、丙三人分别从三个不同的方向由山脚爬到山顶，行程L分别是120km、100km、80km，其中丙是垂直路径，可以很容易算出三种不同方向的温度平均变化率ΔTL，其中丙方向的变化率最大。然后引导学生思考，如果是对温度场的某点A来说，平均变化率就变为温度沿三种方向在A点的变化率，表述为TL沿不同方向，自然引出方向性导数的概念。进一步提示学生，在所有方向的变化率中，总有一个方向变化率是最大的，这个值就是梯度的大小，这个方向就是梯度的方向，最终将针对标量场的梯度概念给完整引出。在系统讲解完梯度、散度、旋度后，用列表的方式对问题进行区分，找到三者之间的异同。

2．2HFSS软件实践教学

为改善比较死板的教学现状，同时贴合应用型办学思想，对该课程的一些知识点在理论推导的基础上用软件仿真的形式将无形的场结构有形化，加深学生对知识点的把握程度。工程上常用的HFSS有限元分析软件，对于一些典型的电磁场问题，如电场分布、磁场分布、电感、电容等，可以提供直观的场结构显示。下面就以半波偶极子为例，利用HF－SS软件建模仿真其空间辐射场结构。例：设计一个中心频率为3GHz的半波偶极子天线，计算其空间电场分布。传统教学过程是首先分析电偶极子的远区电场分布，通过在球坐标系中将电位函数高阶近似的方式推出电偶极子的远区场电场E＝－"φ＝p4πε0r3（2cosθer＋sinθeθ），其中p为电偶极矩；然后根据偶极子天线的对称性计算对称天线的辐射电场；最后计算3GHz下天线的辐射场分布和方向性函数。实践教学过程则是依托HFSS软件，通过建模仿真的方式直观的得到半偶极子场结构。设置扫频范围2．5GHz－3．5GHz，S11参数、方向图，以及电场分布。相比繁琐的理论公式的推导计算，HFSS软件实践教学方式更容易被学生接受，在掌握电场结构的基础上提高了学习兴趣，为以后的工程应用奠定基础。

3总结

“电磁场与电磁波”做为电子信息类、通信工程类本科专业的一门专业基础课，具有十分重要的核心地位。针对应用型高校如何实施教学过程是值得研究和探索的问题。本文从教学内容和教学方式两个方面，围绕教学做了初步探讨。经过实际教学检验，取得了令人满意的教学效果。

［参考文献］

［1］王士彬，张莲，万沛霖，包明．“电磁场”课程教学内容改革的实践［J］．电气电子教学学报，2006，28（5）：8－11．

［2］彭麟．中美高校电磁场教学比较研究［J］．中国电力教育，2014，312（17）：73－74．

［3］谢处方．电磁场与电磁波［M］．北京：高等教育出版社，2010．

［4］孙玉发．电磁场与电磁波［M］．合肥：合肥工业大学出版社，2006．

［5］刘德国．“电磁场”课程中梯度、散度、旋度教学方法探讨［J］．科技信息，2014，15：51－52．

第10篇

关键词：雷达；超声波；物位检测

1 概述

物位是工业过程监控的重要目标参数，在热电厂内各种罐体、料仓、水池的连续物位测量中，雷达和超声波两种原理的物位计应用广泛。在工程项目设计阶段，设计师们对雷达和超声波物位计的选型依据业主的要求以及自身的经验，故两者在应用场合没有较明确的界限划分。针对这两种物位计的选择应用，作者谈谈自己的看法。

2 原理简述

2.1 雷达物位计

雷达物位计按其工作方式，主要分为脉冲式和连续调频式。

脉冲式雷达物位计，采用微波“发射反射接收”的原理：从天线发射出的电磁波信号，在被测物料表面产生反射，反射的回波信号被雷达系统接收，通过电子单元计算出发射至接收的行程时间（t）。因电磁波的物理特性与可见光相似，取光速（c）作为传播速度，进而可换算得出物位值（如图1所示）：L=E-D=E-c.t/2。

连续调频式（FMCW）雷达物位计的测量原理有别于脉冲式，电磁波信号被液面反射后，回波被天线接收，接收到的回波频率与此时发射信号波的频率相比，两者存在差异，此频率差的大小与到液面的距离成正比。如图2所示：

2.2 超声波物位计

与脉冲式雷达物位计相似，超声波物位计也是利用波的反射原理，通过时差法进行物位测量。两者之间的差别仅为雷达采用的为电磁波，其传播无需介质，而超声波物位计采用的为机械波。由于机械波的物理特性决定其传播必须借助一定介质，所以当介质的压力、温度、密度、湿度等条件恒定时，超声波在该介质中的传播速度是一个常数。因此，当超声波发射遇到物面后，传播路径上的介质密度发生变化，超声波被反射，测量超声波从发射到接收所需要的时间，即可换算出超声波通过的路程，从而得到了物位的数据。

3 特性及选型注意事项

3.1 雷达物位计

雷达物位计选型，需综合考虑介质的介电常数、料仓高度、物料形态及稳定性等方面的因素，从而选择确定物位计工作方式、微波频率、波束角以及天线型式。

3.1.1 介电常数

由于电磁波的衰减系数与介质的介电常数的平方根成反比，因此，被测介质的介电常数越大，电磁波的衰减越少，物位计接受到的反射信号也就越强，即测量可以得到更好的保证。以E+H MicropilotM FMR50系列雷达物位计为例，表1和图3显示，同型号雷达，对于低介电常数介质，其测量的量程范围明显缩小。特别针对A类介质，普通的安装方式甚至不能满足测量要求。

3.1.2 物料形态及稳定性

当物料为固体或粉末状态时，由于折射、漫散射等影响，使有效的回波减少，杂波增加。同样，当测量波动表面时，也存在有效回波检测困难的情况。

3.1.3 措施

不论是介电常数还是物料形态稳定性的问题，通过雷达的检测原理即可确定，要保证测量的可靠性，必需减少信号衰减，增加有效回波数量。

根据电磁波的特性，当波束角确定时，电磁波的频率越高，在单位面积上积聚的能量越大，电磁波的衰减越小，从而雷达物位计的测量精度也就越高。在实际运用中，脉冲式雷达物位计采用的电磁波段主要为C段（低频）和K段（高频）两种，两者主要性能对比如表2。

通常，波束角的大小与天线的尺寸成反比，天线越大，波束角越小，相同频率的波在单位面积上聚集的能量也就越大。针对固体、粉末类介质，且储罐条件比较复杂的场合，在选择高频雷达的同时，应采用大尺寸天线（例如抛物面天线）以提高测量精度。

由于外界杂波的干扰对普通非接触式雷达的信号判断及处理能力提出很高的要求，采用导波雷达或者增加导波管（液体测量）的方式较好地解决了微波传输稳定性的问题。除此之外，因电磁波的回波时间不因介电常数的变化而变化，仅为信号强度有差，所以导波式测量是低介电常数介质物位测量的优选方式。

连续调频式雷达物位计，因其独特的信号分析处理技术，具有高灵敏度、良好的稳定性和信号自动校准等优点，被视为是复杂条件物位测量的优选方案，特别适用于极度粉尘并伴有高温场合以及超低介电常数介质的物位测量。精度可达±0.5mm，测量范围可达100m。由于采用调频连续波技术，物位计功耗较大（5～10W），为常规脉冲式雷达物位计的10倍左右，常规采用220VAC四线制接线方式。但随着技术的发展，现已有应用良好的24VDC两线制产品，例如西门子SITRANS LR560等。

3.2 超声波物位计

超声波液位计，因声波的传播速度与传播介质的温度、压力以及被测介质的特性等均有关系，受外界因素的制约较大，常被用于简单工况稳定物位的测量。

3.2.1 常见影响因素

所有外界因素，对超声波信号而言，其最终的体现均为信号的衰减。常见的影响因素及其程度如表3。

3.2.2 测量范围计算

超声波物位计，与雷达物位计相比，因其声波自身的物理特性决定，其测量范围（一般不超15m）要小于雷达。在工程实际应用中，通过分析外界因素对信号的衰减影响，比较物位计理论测量值，得出可实际应用的测量范围。以E+H Prosonic M FMU4x系列为例：

测量热电厂渣仓料位，固体物料表面因素衰减约40dB，粉尘影响约10dB，假设无其余因素影响，查图4，FMU43的可用测量约4.8m。若此量程能满足工艺检测要求，则可采用超声波，否则需另选物位计。

3.3 特性比较

超声波测量鉴于被测介质的密度，其受温度和压力的影响较大，不同密度下超声波传播速度不同，信号修正困难。另外，超声波的发生是通过压电晶体的机械振动，当外界压力太大时会影响超声波的产生，所以不可用于压力较高或负压的场合，通常只用在常压容器。一般情况下，超声波液位计使用温度不可超过80℃，压力需在0.3MPa以内。而雷达受此影响不大，可以用在高温、高压工况下。

由于机械波易受传播介质的影响，能量衰减也相对较大，在气态或者不均匀介质中表现更明显。在相同能量下，电磁波的传播性比超声波要好很多，因此雷达物位计的可使用量程范围也比超声波要大，特别现在采用高频和连续调频技术，使得其量程范围进一步增大。

因雷达物位计对环境和介质本身产生的扰动分辨能力更强，也就可以更好地消除干扰，使得其能更好地保证测量精度。相比而言，超声波物位计因易受外界干扰影响，实际的测量精度较差。

3.4 选型应用

在热电厂中，物位的测量主要为煤、石灰石、渣、灰等固体或粉末类介质，以及部分水、油、酸碱液态介质，对于上述介质的物位测量，分析雷达和超声波物位计的原理和特点，选型如下：

（1）因雷达采用电磁波，不需要传播媒介，可以应用于真空工况。例如导波雷达，现被用于凝汽器热井水位的测量，而超声波则不适用。

（2）煤粉仓、灰渣库等低介电常数并伴有粉尘的固态或粉末状态物料，因声波会有很大的衰减，所以一般不应选用超声波物位计。选用雷达时，应选择高频雷达，并选用例如抛物面天线等此类的大尺寸小波束角天线。当安装条件允许时，也可采用缆式（小量程采用杆式）天线来降低介质特性本身以及外界干扰对测量带来的影响，但应做好天线端部固定工作。

（3）对于液氨、浓盐酸等易挥发或扩散形成雾气的储罐液位测量，或者是液面可能产生泡沫（例如循环水池）时，导波雷达将是很好的选择，但需要注意储罐的尺寸，若为小型储罐，则建议采用高频非接触雷达+导波管的测量型式。

（4）针对高压加热器水位、汽包水位等高温高压且存在汽水共腾工况的液位测量，可选用高温高压型同轴导波雷达。同轴探头，加上气相补偿、等时采样等技术的应用，使得在沸腾的腔体内，雷达也能有稳定可靠的读数。西门子LG200、E+H FMP54等产品均已在电厂此类场合的液位测量中得到很好的应用。

（5）由于雷达物位计产生高频电磁波的电子电路相对复杂，使得产品价格较高。因此，在精度要求不是特别高或测量理想液面（例如平静光滑的脱盐水储罐、点火油罐等液位）时，超声波物位计就体现了很好的性价比。另外，若为统一选型，减少物位计的种类考虑，经济型低频雷达也是较好的选择方案。

4 结束语

雷达和超声波两种类型的物位计均是工业物位测量的良好解决方案，其选型应用需根据过程工况、介质特性决定，并结合安装条件、使用环境等外界因素。经济适用、更好的性价比是设计人员选型的重要依据，也是现代工厂精细化管理追求良好效益的基础条件。

参考文献

[1]朱辉，郭志强.物位仪表发展趋势――雷达超声[J].中国仪器仪表，2009（S1）：202-204.

[2]王小林.西门子煤仓料位计探讨[J].科技创业月刊，2010（10）：191-192.

[3]Endress+Hauser.TI软件中文版[Z].2015.

第11篇

关键词：公路；检测；探地雷达

0引言

探地雷达(Ground Penetrating Radar，简称GPR)测试技术是一种利用高频电磁脉冲电磁波在不同电磁性介质中的传播规律，探测地下目标体分布形态及特征的方法。使用探地雷达进行路面检测具有实时、简便、高效、准确、连续、信息丰富等特点，被广泛应用于路面结构检测中。

路面结构施工质量的好坏，关系到公路运行的可靠性和长期运行的稳定性，因此需要对路面各结构层实际厚度和分层碾压密实程度进行检测。本文通过在路面施工过程中，利用探地雷达现场进行检测分析，并分别在路面各结构分层界面处埋且金属标定板，用以对比检测分析，从而得出路面各结构层材料的各种特性参数和厚度;其次，根据雷达检测后剖面显示的异常特征，进行现场钻孔验证，从而得出产生雷达检测剖面出现异常特征的原因，并对路面施工中出现的缺陷异常进行总结，为以后公路施工的质里检测提供一定的指导意见。

1探地雷达路面检测原理

1.1 基本原理

探地雷达在路面结构检测时，由工作天线向地下发射高频电磁脉冲波，当相邻结构层材料的介电常数不同时，电磁波在结构层的分层界面处发生反射和透射，经过多层反射和透射后，一部分电磁波能量逐步衰减掉，另一部分电磁波返回地面，并被工作接收天线接收，形成反射界面。

公路路面各结构层相对于探地雷达检测可认为是水平层状结构。虽然公路不同结构层的铺筑材料是不同的，但是同层的铺筑材料可认为是均匀一致的。尽管是分层碾压而成，但相对于探地雷达电磁波垂直入射而言，可认为单层介质是各向同性的。公路路面各结构层可简化为各向同性水平层状介质，探地雷达电磁波在路面结构层中的传播路径。

路面各结构层分别为表层、沥青面层、混凝土层和基层，各层的介电常数分别为、、和，由于各结构层材料的介电性不一样，入射波到达各结构层的分层界面处分别形成了反射投射，在各层中的传播时间分别为，， ，当知道电磁波在各结构层中的传播速度是，就可以利用以下公式计算出各个结构层的厚度。

（1）

式中：光速，。

为了准确测定各结构层的电磁波速度，在公路施工中，预先在路面各结构层之间的分层表面埋里金属标定板。

1.1 埋置标定板的意义

（1）埋置标定板可明显地辨别出路面各结构层分层界面在探地雷达检测剖面图上的位置，从而比较准确地得出探地雷达电磁波在路面各结构层中的双程旅行时间。金属标定板在埋置前，通过标尺准确测出试验路段各结构层的厚度，通过路面厚度计算公式，可计算出电磁波在各结构层中的传播速度，以及各结构层厚度和材料的介电常数。

（2）用各种频率的雷达检测天线检测埋置金属标定板的路面，通过金属标定板在探地雷达检测剖面上的特征显示，可以得知各种频率的雷达天线在路面检测中的有效检测深度。

（3）通过金属标定板的显示定位，可以准确地识别出各结构层的分层界面在探地留达检测剖面上的显示特征，判别分层界面处雷达的反射波特征。

2路面雷达的最大探测深度

探地雷达能探测到最深的目标体的深度称为路面雷达的最大探测深度。探测深度是关系到路面雷达技术能否运用的一个关键因素.

探空雷达的探测距离一般可通过雷达方程来确定，因为雷达方程将雷达的作用距离和雷达发射、接受、天线和环境等因素联系起来。但探地雷达与探空雷达不同，不能直接由雷达方程来确定其探测深度，因为在于探地雷达天线辐射的电磁波在路面结构中传播特性较为复杂，因介质不同会有不同的衰减。对探地雷达，目前还没有一套比较成熟、严格的理论体系来描述探地雷达的工作性能。在此采用修正后的雷达方程来估算探地雷达的探测深度。

用信号能量表示的雷达方程为：

（1）

其中，为雷达的最小可检测信号的功率，为雷达的最大发射功率；，其中为接收单元的等效噪声温度，为波尔兹曼常数，为噪声字数，为噪声频带宽度；、分别为雷达发射天线和接受天线的增益；为电磁波的波长；为目标的散射截面积；为雷达的最大探测距离。

3结语

3. 1探地雷达是一种新型的、先进的公路检测技术，在有条件的情况下，还应尽可能地与其它公路检测方法配合开展工作，加强与当前成熟的检测方法进行对比研究，以充分发挥各种方法的技术优势，共同促进公路检测水平的提高。

3. 2如同其它探测方法一样，探地雷达检测技术在实际应用中，应当根据检测日的等具体情况，选择合理的测量参数和适宜的工作方式，以增强探地雷达在公路检测中的有效性。

3.3 借鉴核了密度仪在公路密实度检测方面的经验，根据其它地球物理勘察方法，开展探地宙达检测在公路密实度检测方面的应用研究，逐步由定性步入半定量、甚至定量解释。减少公路有损测试，提高测试效率，充分发挥探地宙达测试连续性的优势，使密实度检测的数据采样更充分，更具有真实性。

参考文献:

[1] 孙军，应后强，王国群.探地雷达在公路检测中的应用，公路，2001.3

[2] 杨永俊.探地雷达用于公路检测初探，公路交通科技，2000.6

[3] 方南.探地雷达在高速公路检测中的应用，交通世界，2004.3

第12篇

关键词：教学改革；考核方式改革；“电磁场与电磁波”

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）17-0115-02

电磁场理论为众多交叉学科领域及新技术的理论基础和重要的发源地。“电磁场与电磁波”课程涵盖的内容是信息类专业学生应具备知识结构的重要组成部分，对于通信工程的学生尤为重要。“电磁场与电磁波”课程是通信工程专业的必修课程，开设此课程让学生通晓和掌握电磁场与电磁波的基本规律、基本特性、分析方法及其应用，为后继专业课程学习及今后的工作奠定必要基础。

一、教师和学生明确课程的教学地位及教学目的

针对“电磁场与电磁波”课程难教难学的现状，应从教师和学生两个方面改进教学。教师要把课程的目标定位弄清楚，就是要使学生能够掌握电磁场与电磁波的知识的同时，也要注重各种能力的培养（如逻辑推理、科学思维、创新意识等）。课堂教学是提高教学质量的关键，要加强教师本身的能力和素质，还要真心地热爱教学工作，所以上课要有热情，掌握节奏，有张有弛，要让学生思考与老师同步。老师要准备好课堂教学，上课要突出“讲”字，不能背书。课堂讲解要留有悬念，讲透就是失败者了。电磁场与电磁波课程强化场与波的基本概念和基本理论，充分调动学生的学习积极性，引导学生认识知识的重要性，把学生的主观能动性发挥出来。作为教师还应该关注科技动态，不断充实自己，做到与时俱进。

学生方面，学生需理解电磁场理论，而不是简单地了解。要充分认识电磁场与电磁波理论在现代通信中的重要性，努力克服困难来掌握电磁场与电磁波的基本理论知识，不断提高自己的各种能力，才能在未来的学习和工作中具备一定的优势。一名合格的电子、通信、信息工程类专业的大学生，应学好电磁场理论，以处理本专业中出现的最基本的电磁场问题。

二、电磁场与电磁波课程教学体系的变化

为了使学生学习电磁场与电磁波的课程变得容易些，教材前面补充了一些数学矢量分析和场论的内容，这样就补充了学习场的分析方法、解决电磁场的数学基础，能更好地建立场的概念。通过课程的学习，学生对宏观电磁场与电磁波的基本概念和规律有深入完整的理解。掌握麦克斯韦方程组的含义及其应用，了解媒质的电磁特性及电磁边界条件，学会定量计算简单电磁场和电磁波问题的基本方法，具备对简单工程电磁场问题的分析能力。教学中会遇到一些困难，如概念抽象、理解困难、公式多、运算难、数学基础要求高、内容繁杂、信息量大、基础理论与实际应用联系的距离远等。针对这些困难在教学内容上进行了相关的调整。改变以往电磁场分析和电磁波传播理论两大部分组成的内容，我们要建立电磁场和电磁波的整体概念，采用静态和动态的混合教学模式，来突出电磁场的基本规律，归纳总结出宏观电磁现象的普遍规律即经典麦克斯韦方程组，讨论静态场、时变场以及电磁波的传播与辐射特性。教学围绕基本知识点展开，从多个途径、多个角度尽可能将科学内涵表述清楚。教师要重视绪论课，也就是第一堂课一定要讲得精彩，牢牢抓住同学们的注意力，激发电磁场学习和探索的兴趣和欲望。绪论课介绍电磁场相关内容，如什么是电磁场、电磁场理论的作用、电磁场理论的用途、发展、为什么学习电磁场课程、怎样学好电磁场课程等。还要推荐参考书和相关网站，以及读书时的注意事项。随着科学技术的发展，电磁科学领域特别是电子与信息科学领域取得一系列重大成就，课程针对这些问题进行尝试，如增加应用实例、科研成果，将能反映近代科学技术的成就和一些对学生有重要意义的工程内容，引入本门课程的课堂教学之中。

三、教学方法改革

教师要有先进的教学思想，提高自身的业务能力，改进教学方法，增强课堂教学效果。重点培养学生学习兴趣和爱好。在教学实践中，应介绍本课程的定位、内容、特点、与其他课程的关系以及学习方法等。教师在上课时要有激情，必须真心地热爱教学工作。教学过程不仅仅是传授知识，更要重视学生能力的培养，如分析能力、运用能力和解决问题能力。学习要以思考为基础，而思考是由怀疑和答案组成的。知道的越多怀疑就越多，于是问题也就增加了，所以发问会使人进步，问题和答案一样重要。电磁场理论博大精深，倾毕生心血也未必能讲好，教师应积极开展教改、教研活动，注意教学团队的培养，要经常交流教学情况，讨论课程的重点和难点。组织教学改革和教学研究等方面的研讨，吸收并掌握国内外先进的教学理念，了解课程发展动态。讲课过程就是自己学习的过程、发现知识缺陷的过程、提高进步的过程、享受人生的过程。教师要把发展学生独立思考和判断能力始终放在首位，而不应当把获得专业知识放在首位。鼓励学生追求知识，培养他们提出问题的习惯。加强教学过程中的互动效果和学生的参与程度，引导学生多思考，多问为什么，任意表达，敢于标新立异，打破陈规，怀疑一切。建设“电磁场与电磁波”网络课程。网络信息量大，可在课堂上实时地补充相关教学资料，图文并茂，形象生动，学生不会疲倦。教师可以通过网络课程的教学和辅导，丰富素材，使网络课件内容具有前沿性、实用性、综合性和系统性，有利于不断提高课程教学质量。还要加强电子教材的制作，使电子教材资源的数量和质量得到提高，同时完善“电磁场与电磁波”试题库、在线测试与答疑等。

四、考试方法的改革

对该课程概念抽象、理论公式复杂、知识点多等特点，老师们在完成课程教学时，要制定合适的教学大纲，选定合适的教材，采用适合学生的教学方法和考试方式等，这样对学生而言，既能学习知识又能培养能力。考试题不出难题、怪题，出些概念题、基本知识题。对于学习努力的学生，考试时得到高分是有利的，可以减少学生学习这门课程的恐惧心理，同时增加亲近感，有付出就有回报，这样就可以让更多的学生选择上电磁场课，客观上普及了电磁场知识。而且好分数对就业有利，今后学生在工作中遇到电磁场问题时不回避，增加解决问题的信心。注重平时基本概念和分析计算方法的训练及考核。加强平时环节，避免让学生出现期末一考定乾坤的现象。需要我们考试采用多样形式，闭卷笔试是一种常用考试手段，但不唯一。可以加强平时习题的训练，来提高平时的成绩，再如开展小测验、教与学的交流、课堂教学讨论等，每学期再加上期中考试，检验学生前半学期的学习效果，减轻学生期末考试的压力。这样平时作业占总成绩的10%，平时表现5%，面试小测验的成绩占总成绩的10%，期中考试成绩占总成绩的20%，加起来可达到45%，学生对期末考试的压力将会大大减少，对待学习自己也会倍感轻松的。

五、结束语

“电磁场与电磁波”在通信工程专业建设中有着重要的地位。通过教学上的改革，使学生感到枯燥乏味的“电磁场与电磁波”课程教学变得生动有趣，充分调动学生的学习兴趣。经过教学实践和改革，有了满足培养学生要求的“电磁场与电磁波”的教学内容、教学大纲、考试题库等材料。通信工程专业的“电磁学与电磁波”是专业基础课程，教师进行反复摸索，现已形成具有专业性、基础性、前沿性的教学方法和教学手段，当然，还有不完善的地方，这需在今后的教学中继续完善。对于学生而言，掌握好本课程的理论，需要从场与波的角度理解和掌握，对后续专业课程有很大的帮助，能够深入分析与解释物理现象的本质，学生学好“电磁场与电磁波”会对相关学科中不断出现的新内容有一定的理解能力，有利于增强学生的创新能力。

参考文献：

[1]雷菁，郑林华，韩方景，丁宏.关于通信工程专业教学改革的几点思考[J].高等教育研究学报，2001，24（2）：51-53.

第13篇

关键词：电子设备电磁兼容性干扰源有效抑制

1引言

随着电子技术的迅速发展，现代的电子设备已广泛地应用于人类生活的各个领域。当前，电子设备已处速发展的时期，并且这个发展过程仍以日益增长的速度持续着。电子设备的广泛应用和发展，必然导致它们在其周围空间产生的电磁场电平的不断增加。也就是说，电子设备不可避免地在电磁环境（EME）中工作。因此，必须解决电子设备在电磁环境中的适应能力。电磁兼容性（EMC）是一门关于抗电磁干扰（EMI）影响的科学。目前，就世界范围来说，电磁兼容性问题已经形成一门新的学科。电磁兼容的中心课题是研究控制和消除电磁干扰，使电子设备或系统与其它设备联系在一起工作时，不引起设备或系统的任何部分的工作性能的恶化或降低。一个设计理想的电子设备或系统应该既不辐射任何不希望的能量，又应该不受任何不希望有的能量的影响。

2电磁干扰源的分类

各种形式的电磁干扰是影响电子设备电磁兼容性的主要因素，因此，它是电磁兼容性设计中需要研究的重要内容。

2－1内部干扰

内部干扰是指电子设备内部各元部件之间的相互干扰，包括以下几种。

（1）工作电源通过线路的分布电容和绝缘电阻产生漏电造成的干扰；(与工作频率有关)

（2）信号通过地线、电源和传输导线的阻抗互相耦合，或导线之间的互感造成的干扰；

（3）设备或系统内部某些元件发热，影响元件本身或其它元件的稳定性造成的干扰；

（4）大功率和高电压部件产生的磁场、电场通过耦合影响其它部件造成的干扰。

2－2外部干扰

外部干扰是指电子设备或系统以外的因素对线路、设备或系统的干扰，包括以下几种。

（1）外部的高电压、电源通过绝缘漏电而干扰电子线路、设备或系统；

（2）外部大功率的设备在空间产生很强的磁场，通过互感耦合干扰电子线路、设备或系统；

（3）空间电磁波对电子线路或系统产生的干扰；

（4）工作环境温度不稳定，引起电子线路、设备或系统内部元器件参数改变造成的干扰；

（5）由工业电网供电的设备和由电网电压通过电源变压器所产生的干扰。

3干扰的传递途径

当干扰源的频率较高、干扰信号的波长又比扰的对象结构尺寸小，或者干扰源与扰者之间的距离r>>λ／2π时，则干扰信号可以认为是辐射场，它以平面电磁波形式向外副射电磁场能量进入扰对象的通路。

（2）干扰信号以漏电和耦合形式，通过绝缘支承物等（包括空气）为媒介，经公共阻抗的耦合进入扰的线路、设备或系统。

如果干扰源的频率较低，干扰信号的波长λ比扰对象的结构尺寸长，或者干扰源与干扰对象之间的距离r<<λ／2π，则干扰源可以认为是似稳场，它以感应场形式进入扰对象的通路。

（3）干扰信号可以通过直接传导方式引入线路、设备或系统。

4电磁兼容性设计的基本原理

4－1接地

接地是电子设备的一个很重要问题。接地目的有三个：

（1）接地使整个电路系统中的所有单元电路都有一个公共的参考零电位，保证电路系统能稳定地干作。

（2）防止外界电磁场的干扰。机壳接地可以使得由于静电感应而积累在机壳上的大量电荷通过大地泄放，否则这些电荷形成的高压可能引起设备内部的火花放电而造成干扰。另外，对于电路的屏蔽体，若选择合适的接地，也可获得良好的屏蔽效果。

（3）保证安全工作。当发生直接雷电的电磁感应时，可避免电子设备的毁坏；当工频交流电源的输入电压因绝缘不良或其它原因直接与机壳相通时，可避免操作人员的触电事故发生。此外，很多医疗设备都与病人的人体直接相连，当机壳带有110V或220V电压时，将发生致命危险。

因此，接地是抑制噪声防止干扰的主要方法。接地可以理解为一个等电位点或等电位面，是电路或系统的基准电位，但不一定为大地电位。为了防止雷击可能造成的损坏和工作人员的人身安全，电子设备的机壳和机房的金属构件等，必须与大地相连接，而且接地电阻一般要很小，不能超过规定值。

电路的接地方式基本上有三类，即单点接地、多点接地和混合接地。单点接地是指在一个线路中，只有一个物理点被定义为接地参考点。其它各个需要接地的点都直接接到这一点上。多点接地是指某一个系统中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引线的长度最短。接地平面，可以是设备的底板，也可以是贯通整个系统的地导线，在比较大的系统中，还可以是设备的结构框架等等。混合接地是将那些只需高频接地点，利用旁路电容和接地平面连接起来。但应尽量防止出现旁路电容和引线电感构成的谐振现象。

4－2屏面

屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。

因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量（涡流损耗）、反射能量（电磁波在屏蔽体上的界面反射）和抵消能量（电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波）的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。

屏蔽体材料选择的原则是：

（1）当干扰电磁场的频率较高时，利用低电阻率（高电导率）的金属材料中产生的涡流（P=I2R，电阻率越低（电导率越高），消耗的功率越大），形成对外来电磁波的抵消作用，从而达到屏蔽的效果。

（2）当干扰电磁波的频率较低时，要采用高导磁率的材料，从而使磁力线限制在屏蔽体内部，防止扩散到屏蔽的空间去。

（3）在某些场合下，如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时，往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体。

4－3其它抑制干扰方法

（1）滤波

滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施。滤波器可以显著地减小传导干扰的电平，因为干扰频谱成份不等于有用信号的频率，滤波器对于这些与有用信号频率不同的成份有良好的抑制能力，从而起到其它干扰抑制难以起到的作用。所以，采用滤波网络无论是抑制干扰源和消除干扰耦合，或是增强接收设备的抗干扰能力，都是有力措施。用阻容和感容去耦网络能把电路与电源隔离开，消除电路之间的耦合，并避免干扰信号进入电路。对高频电路可采用两个电容器和一个电感器（高频扼流圈）组成的CLCMπ型滤波器。滤波器的种类很多，选择适当的滤波器能消除不希望的耦合。

（2）正确选用无源元件

实用的无源元件并不是“理想”的，其特性与理想的特性是有差异的。实用的元件本身可能就是一个干扰源，因此正确选用无源元件非常重要。有时也可以利用元件具有的特性进行抑制和防止干扰。

（3）电路技术

有时候采用屏蔽后仍不能满足抑制和防止干扰的要求，可以结合屏蔽，采取平衡措施等电路技术。平衡电路是指双线电路中的两根导线与连接到这两根导线的所有电路，对地或对其它导线都具有相同的阻抗。其目的在于使两根导线所检拾到的干扰信号相等。这时的干扰噪声是一个共态信号，可在负载上自行消失。另外，还可采用其它一些电路技术，例如接点网络，整形电路，积分电路和选通电路等等。总之，采用电路技术也是抑制和防止干扰的重要措施。

5电磁兼容性问题的规范和标准

干扰特别委员会（CISPR），主要研究无线电系统中干扰噪声的测量。1976年，CISPR开始制订电磁干扰的EMI标准。1900年10月在几经修订基础上公布再版标准，随后该委员会还与国际无线通信资询委员会一起审议，为电子产品电磁兼容性的检测制订数据要求及具体方法。制订了以信息技术装置噪声为对象的“工业、科学及医疗用无线电仪器的干扰特性允许值及其测量方法”（标准11号）；“车辆、机动船和火花点火发动驱动装置无线电干扰特性的测量方法及允许值”（标准12号）；“无线电和电视接收机的无线电干扰特性的测量方法及允许值”（标准13号）等。直至1992年中期，国际EMI标准才最终完善起来。CISPR推荐的容限已为世界上许多国家所采纳，并作为其国家条例的基础。

无线电发射机功率电平是影响周围无线电电子设备，产生干扰电平的一个重要因素。因此无线电发射机功率电平应该受到限制。例如，根据无线电通信咨询委员会357-1号建议，在卫星通信系统和地面微波中继通信线路共同使用的（5800～8100MHz）频段上，当给到天线上的功率不超过13dBW时，应该限制微波中继通信线路的发射机有效辐射功率（即发射机功率和天线增益的乘积）数值为55dBW。建议同时限制卫星通信的地面站的功率及通信卫星辐射功率通量密度。许多其它的无线电业务，例如业余无线电爱好者的，移动通信系统等的发射机功率的最大值也应该受到限制。

频率规划在全国和全世界范围内已被广泛采用，是提高射频资源利用率的一种途径，也是保证无线电电子设备电磁兼容性的重要措施之一。因此应严格按照国际协议（无线电频率分配表）和全国文件，实行国家、地区的频带划分和业务之间的频带分配。根据频率—空间分配的原理进行无线频道分配。频率规划必须保证每个无线电电子设备干扰电平最小，或消除干扰，由国家无线电管理委员会负责协调。

近年来，我国许多部门都在开展电磁兼容性的试验研究和有关技术标准的制定工作，制定了一系列标准和规范。例如，国家标准GB3907-83为工业无线电干扰基本测量方法；GB4824.1-84为工业、科学和医疗射频设备无线电干扰允许值；GB6279-86为车辆、机动船和火花点火发动机驱动装置无线电特性测量方法及允许值等。国家无线电管理委员会对工、科、医等电子设备的使用频率、带宽和最大辐射场强都作出了具体规定。这对保证电子设备的正常工作和人民的正常生活以及促进现代科学技术更迅速发展，都起了重要的作用。

6一些典型电磁兼容性问题的解决

由于电子技术在各行各业中的广泛应用，在人类活动的空间无处不充斥着电磁波，因此，电子设备不解决电磁波干扰问题，就不能兼容工作。在实际应用中，人们在研究抗干扰技术方面也积累了大量的经验，不断地研究出许多实用的方法来消除电磁干扰。

实验发现汽车工作时，电磁干扰相当突出，严重时会损坏电子元器件。因此，汽车电子设备的电磁环境最为恶劣，汽车电子设备的电磁兼容性问题也特别受到人们的重视。汽车点火所产生的高频辐射最为突出。日本和美国等先进国家的环保部门为防止汽车电气噪声对环境的污染，规定只能使用带阻尼（如碳芯）的屏蔽线作为点火线，实践表明这是很有效的措施。

为了解决微电技术，尤其是计算机在汽车上的应用和推广，根据需要和实际要求，可以设计出效果良好的滤波电路，置于前级可使大多数因传导而进入系统的干扰噪声消除在电路系统的入口处；可以设置隔离电路，如变压器隔离和光电隔离等解决通过电源线、信号线和地线进入电路的传导干扰，同时阻止因公共阻抗、长线传输而引起的干扰；也可以设置能量吸收回路，从而减少电路、器件吸收的噪声能量；或通过选择元器件和合理安排电路系统，使干扰的影响减小。

微机设备的软件抗干扰主要是稳定内存数据和保证程序指针。微机是一个可编程控制装置，软件可以支持和加强硬件的抗干扰能力。如果微机系统中随机内存RAM主要用于测量和控制时数据的暂时存放，内存空间较小，对存放的数据而言，若将采集到的几组数据求平均值作为采样结果，可避免在采集时因干扰而破坏了数据的真实性；如果存放在随机内存中的数据因干扰而丢失或者数据发生变化，可以在随机内存区设置检验标志；为了减少干扰对随机内存区的破坏，可在随机存储器芯片的写信号线上加触发装置，只有在CPU写数据时才发。软件抗干扰的措施也很多，如数字滤波程序、抗窄脉冲的延时程序、逻辑状态的真伪判别等。有时候，必须采用软件和硬件相结合的办法才能抑制干扰，常用的办法是设置一个定时器，从而保护程序正常运行。

近年来，电子仪器向着“轻、薄、短、小”和多功能、高性能及成本低方向发展。塑料机箱、塑料部件或面板广泛地应用于电子仪器上，于是外界电磁波很容易穿透外壳或面板，对仪器的正常工作产生有害的干扰，而仪器所产生的电磁波，也非常容易辐射到周围空间，影响其它电子仪器的正常工作。为了使这种电子仪器能满足电磁兼容性要求，人们在实践中，研究出塑料金属化处理的工艺方法，如溅射镀锌、真空镀（AL）、电镀或化学镀铜、粘贴金属箔（Cu或AL）和涂覆导电涂料等。经过金属化处理之后，使完全绝缘的塑料表面或塑料本身（导电塑料）具有金属那样反射（如手机）。吸收、传导和衰减电磁波的特性，从而起到屏蔽电磁波干扰的作用。实际应用中，采用导电涂料作屏蔽涂层，性能优良而且价格适宜。在需要屏蔽的地方，做成一个封闭的导电壳体并接地，把内外两种不同的电磁波隔离开。实践表明，若屏蔽材料能达到（30～40）dB以上衰减量的屏蔽效果时，就是实用、可行的。

由于电子技术应用广泛，而且各种干扰设备的辐射很复杂，要完全消除电磁干扰是不可能的。但是，根据电磁兼容性原理，可以采取许多技术措施减小电磁干扰，使电磁干扰控制到一定范围内，从而保证系统或设备的兼容性，例如，通信系统最初设计时，就应该严格进行现场电波测试，有针对性地选择频率及极化方式，避开雷达、移动通信等杂波干扰；高压线选择路径时，应尽量绕开无线电台（站）或充分利用接收地段的地形、地物屏蔽；接收设备与工业干扰源设备适当配置，使接收设备与各种工业干扰源离开一定距离；在微波通信电路设计中，为了减少干扰，可采用天线高低站方式调整微波电路反射点，并利用山头阻挡反射波，使之不能对直射波形成干扰。另外，微波铁塔是独立的高大建筑物，应采用完善的接地、屏蔽等避雷措施。

第14篇

关键词：电子设备 电磁兼容性 干扰源 有效抑制

1引言

随着电子技术的迅速发展，现代的电子设备已广泛地应用于人类生活的各个领域。当前，电子设备已处速发展的时期，并且这个发展过程仍以日益增长的速度持续着。电子设备的广泛应用和发展，必然导致它们在其周围空间产生的电磁场电平的不断增加。也就是说，电子设备不可避免地在电磁环境（EME）中工作。因此，必须解决电子设备在电磁环境中的适应能力。电磁兼容性（EMC）是一门关于抗电磁干扰（EMI）影响的科学。目前，就世界范围来说，电磁兼容性问题已经形成一门新的学科。电磁兼容的中心课题是研究控制和消除电磁干扰，使电子设备或系统与其它设备联系在一起工作时，不引起设备或系统的任何部分的工作性能的恶化或降低。一个设计理想的电子设备或系统应该既不辐射任何不希望的能量，又应该不受任何不希望有的能量的影响。

2电磁干扰源的分类

各种形式的电磁干扰是影响电子设备电磁兼容性的主要因素，因此，它是电磁兼容性设计中需要研究的重要内容。

2－1 内部干扰

内部干扰是指电子设备内部各元部件之间的相互干扰，包括以下几种。

（1）工作电源通过线路的分布电容和绝缘电阻产生漏电造成的干扰；(与工作频率有关)

（2）信号通过地线、电源和传输导线的阻抗互相耦合，或导线之间的互感造成的干扰；

（3）设备或系统内部某些元件发热，影响元件本身或其它元件的稳定性造成的干扰；

（4）大功率和高电压部件产生的磁场、电场通过耦合影响其它部件造成的干扰。

2－2　外部干扰

外部干扰是指电子设备或系统以外的因素对线路、设备或系统的干扰，包括以下几种。

（1）外部的高电压、电源通过绝缘漏电而干扰电子线路、设备或系统；

（2）外部大功率的设备在空间产生很强的磁场，通过互感耦合干扰电子线路、设备或系统；

（3）空间电磁波对电子线路或系统产生的干扰；

（4）工作环境温度不稳定，引起电子线路、设备或系统内部元器件参数改变造成的干扰；

（5）由工业电网供电的设备和由电网电压通过电源变压器所产生的干扰。

3干扰的传递途径

当干扰源的频率较高、干扰信号的波长又比扰的对象结构尺寸小，或者干扰源与扰者之间的距离r>>λ／2π时，则干扰信号可以认为是辐射场，它以平面电磁波形式向外副射电磁场能量进入扰对象的通路。

（2）干扰信号以漏电和耦合形式，通过绝缘支承物等（包括空气）为媒介，经公共阻抗的耦合进入扰的线路、设备或系统。

如果干扰源的频率较低，干扰信号的波长λ比扰对象的结构尺寸长，或者干扰源与干扰对象之间的距离r

（3）干扰信号可以通过直接传导方式引入线路、设备或系统。

4电磁兼容性设计的基本原理

4－1　接地

接地是电子设备的一个很重要问题。接地目的有三个：

（1）接地使整个电路系统中的所有单元电路都有一个公共的参考零电位，保证电路系统能稳定地干作。

（2）防止外界电磁场的干扰。机壳接地可以使得由于静电感应而积累在机壳上的大量电荷通过大地泄放，否则这些电荷形成的高压可能引起设备内部的火花放电而造成干扰。另外，对于电路的屏蔽体，若选择合适的接地，也可获得良好的屏蔽效果。

（3）保证安全工作。当发生直接雷电的电磁感应时，可避免电子设备的毁坏；当工频交流电源的输入电压因绝缘不良或其它原因直接与机壳相通时，可避免操作人员的触电事故发生。此外，很多医疗设备都与病人的人体直接相连，当机壳带有110V或220V电压时，将发生致命危险。

因此，接地是抑制噪声防止干扰的主要方法。接地可以理解为一个等电位点或等电位面，是电路或系统的基准电位，但不一定为大地电位。为了防止雷击可能造成的损坏和工作人员的人身安全，电子设备的机壳和机房的金属构件等，必须与大地相连接，而且接地电阻一般要很小，不能超过规定值。

电路的接地方式基本上有三类，即单点接地、多点接地和混合接地。单点接地是指在一个线路中，只有一个物理点被定义为接地参考点。其它各个需要接地的点都直接接到这一点上。多点接地是指某一个系统中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引线的长度最短。接地平面，可以是设备的底板，也可以是贯通整个系统的地导线，在比较大的系统中，还可以是设备的结构框架等等。混合接地是将那些只需高频接地点，利用旁路电容和接地平面连接起来。但应尽量防止出现旁路电容和引线电感构成的谐振现象。

4－2　屏面

屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。

因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量（涡流损耗）、反射能量（电磁波在屏蔽体上的界面反射）和抵消能量（电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波）的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。

屏蔽体材料选择的原则是：

（1）当干扰电磁场的频率较高时，利用低电阻率（高电导率）的金属材料中产生的涡流（P=I2R，电阻率越低（电导率越高），消耗的功率越大），形成对外来电磁波的抵消作用，从而达到屏蔽的效果。

（2）当干扰电磁波的频率较低时，要采用高导磁率的材料，从而使磁力线限制在屏蔽体内部，防止扩散到屏蔽的空间去。

（3）在某些场合下，如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时，往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体。

4－3　其它抑制干扰方法

（1）滤波

滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施。滤波器可以显著地减小传导干扰的电平，因为干扰频谱成份不等于有用信号的频率，滤波器对于这些与有用信号频率不同的成份有良好的抑制能力，从而起到其它干扰抑制难以起到的作用。所以，采用滤波网络无论是抑制干扰源和消除干扰耦合，或是增强接收设备的抗干扰能力，都是有力措施。用阻容和感容去耦网络能把电路与电源隔离开，消除电路之间的耦合，并避免干扰信号进入电路。对高频电路可采用两个电容器和一个电感器（高频扼流圈）组成的CLCMπ型滤波器。滤波器的种类很多，选择适当的滤波器能消除不希望的耦合。

（2）正确选用无源元件

实用的无源元件并不是“理想”的，其特性与理想的特性是有差异的。实用的元件本身可能就是一个干扰源，因此正确选用无源元件非常重要。有时也可以利用元件具有的特性进行抑制和防止干扰。

（3）电路技术

有时候采用屏蔽后仍不能满足抑制和防止干扰的要求，可以结合屏蔽，采取平衡措施等电路技术。平衡电路是指双线电路中的两根导线与连接到这两根导线的所有电路，对地或对其它导线都具有相同的阻抗。其目的在于使两根导线所检拾到的干扰信号相等。这时的干扰噪声是一个共态信号，可在负载上自行消失。另外，还可采用其它一些电路技术，例如接点网络，整形电路，积分电路和选通电路等等。总之，采用电路技术也是抑制和防止干扰的重要措施。

5　电磁兼容性问题的规范和标准

干扰特别委员会（CISPR），主要研究无线电系统中干扰噪声的测量。1976年，CISPR开始制订电磁干扰的EMI标准。1900年10月在几经修订基础上公布再版标准，随后该委员会还与国际无线通信资询委员会一起审议，为电子产品电磁兼容性的检测制订数据要求及具体方法。制订了以信息技术装置噪声为对象的“工业、科学及医疗用无线电仪器的干扰特性允许值及其测量方法”（标准11号）；“车辆、机动船和火花点火发动驱动装置无线电干扰特性的测量方法及允许值”（标准12号）；“无线电和电视接收机的无线电干扰特性的测量方法及允许值”（标准13号）等。直至1992年中期，国际EMI标准才最终完善起来。CISPR推荐的容限已为世界上许多国家所采纳，并作为其国家条例的基础。

无线电发射机功率电平是影响周围无线电电子设备，产生干扰电平的一个重要因素。因此无线电发射机功率电平应该受到限制。例如，根据无线电通信咨询委员会357-1号建议，在卫星通信系统和地面微波中继通信线路共同使用的（5800～8100MHz）频段上，当给到天线上的功率不超过13dBW时，应该限制微波中继通信线路的发射机有效辐射功率（即发射机功率和天线增益的乘积）数值为55dBW。建议同时限制卫星通信的地面站的功率及通信卫星辐射功率通量密度。许多其它的无线电业务，例如业余无线电爱好者的，移动通信系统等的发射机功率的最大值也应该受到限制。

频率规划在全国和全世界范围内已被广泛采用，是提高射频资源利用率的一种途径，也是保证无线电电子设备电磁兼容性的重要措施之一。因此应严格按照国际协议（无线电频率分配表）和全国文件，实行国家、地区的频带划分和业务之间的频带分配。根据频率—空间分配的原理进行无线频道分配。频率规划必须保证每个无线电电子设备干扰电平最小，或消除干扰，由国家无线电管理委员会负责协调。

近年来，我国许多部门都在开展电磁兼容性的试验研究和有关技术标准的制定工作，制定了一系列标准和规范。例如，国家标准GB3907-83为工业无线电干扰基本测量方法；GB4824.1-84为工业、科学和医疗射频设备无线电干扰允许值；GB6279-86为车辆、机动船和火花点火发动机驱动装置无线电特性测量方法及允许值等。国家无线电管理委员会对工、科、医等电子设备的使用频率、带宽和最大辐射场强都作出了具体规定。这对保证电子设备的正常工作和人民的正常生活以及促进现代科学技术更迅速发展，都起了重要的作用。

6　一些典型电磁兼容性问题的解决

由于电子技术在各行各业中的广泛应用，在人类活动的空间无处不充斥着电磁波，因此，电子设备不解决电磁波干扰问题，就不能兼容工作。在实际应用中，人们在研究抗干扰技术方面也积累了大量的经验，不断地研究出许多实用的方法来消除电磁干扰。

实验发现汽车工作时，电磁干扰相当突出，严重时会损坏电子元器件。因此，汽车电子设备的电磁环境最为恶劣，汽车电子设备的电磁兼容性问题也特别受到人们的重视。汽车点火所产生的高频辐射最为突出。日本和美国等先进国家的环保部门为防止汽车电气噪声对环境的污染，规定只能使用带阻尼（如碳芯）的屏蔽线作为点火线，实践表明这是很有效的措施。

为了解决微电技术，尤其是计算机在汽车上的应用和推广，根据需要和实际要求，可以设计出效果良好的滤波电路，置于前级可使大多数因传导而进入系统的干扰噪声消除在电路系统的入口处；可以设置隔离电路，如变压器隔离和光电隔离等解决通过电源线、信号线和地线进入电路的传导干扰，同时阻止因公共阻抗、长线传输而引起的干扰；也可以设置能量吸收回路，从而减少电路、器件吸收的噪声能量；或通过选择元器件和合理安排电路系统，使干扰的影响减小。

微机设备的软件抗干扰主要是稳定内存数据和保证程序指针。微机是一个可编程控制装置，软件可以支持和加强硬件的抗干扰能力。如果微机系统中随机内存RAM主要用于测量和控制时数据的暂时存放，内存空间较小，对存放的数据而言，若将采集到的几组数据求平均值作为采样结果，可避免在采集时因干扰而破坏了数据的真实性；如果存放在随机内存中的数据因干扰而丢失或者数据发生变化，可以在随机内存区设置检验标志；为了减少干扰对随机内存区的破坏，可在随机存储器芯片的写信号线上加触发装置，只有在CPU写数据时才发。软件抗干扰的措施也很多，如数字滤波程序、抗窄脉冲的延时程序、逻辑状态的真伪判别等。有时候，必须采用软件和硬件相结合的办法才能抑制干扰，常用的办法是设置一个定时器，从而保护程序正常运行。

近年来，电子仪器向着“轻、薄、短、小”和多功能、高性能及成本低方向发展。塑料机箱、塑料部件或面板广泛地应用于电子仪器上，于是外界电磁波很容易穿透外壳或面板，对仪器的正常工作产生有害的干扰，而仪器所产生的电磁波，也非常容易辐射到周围空间，影响其它电子仪器的正常工作。为了使这种电子仪器能满足电磁兼容性要求，人们在实践中，研究出塑料金属化处理的工艺方法，如溅射镀锌、真空镀（AL）、电镀或化学镀铜、粘贴金属箔（Cu或AL）和涂覆导电涂料等。经过金属化处理之后，使完全绝缘的塑料表面或塑料本身（导电塑料）具有金属那样反射（如手机）。吸收、传导和衰减电磁波的特性，从而起到屏蔽电磁波干扰的作用。实际应用中，采用导电涂料作屏蔽涂层，性能优良而且价格适宜。在需要屏蔽的地方，做成一个封闭的导电壳体并接地，把内外两种不同的电磁波隔离开。实践表明，若屏蔽材料能达到（30～40）dB以上衰减量的屏蔽效果时，就是实用、可行的。

由于电子技术应用广泛，而且各种干扰设备的辐射很复杂，要完全消除电磁干扰是不可能的。但是，根据电磁兼容性原理，可以采取许多技术措施减小电磁干扰，使电磁干扰控制到一定范围内，从而保证系统或设备的兼容性，例如，通信系统最初设计时，就应该严格进行现场电波测试，有针对性地选择频率及极化方式，避开雷达、移动通信等杂波干扰；高压线选择路径时，应尽量绕开无线电台（站）或充分利用接收地段的地形、地物屏蔽；接收设备与工业干扰源设备适当配置，使接收设备与各种工业干扰源离开一定距离；在微波通信电路设计中，为了减少干扰，可采用天线高低站方式调整微波电路反射点，并利用山头阻挡反射波，使之不能对直射波形成干扰。另外，微波铁塔是独立的高大建筑物，应采用完善的接地、屏蔽等避雷措施。

第15篇

1 前言

太赫兹波的概念虽然早已经被人类所提出，但是在上世纪八十年代，太赫兹波被正式命名，对其特性的研究和发现，却是九十年代之后的事情。在此之前，其一直被简单地划归远红外线的范畴。由于技术限制，太赫兹波在通信范畴内的应用却一直未能有效实现。

而随着技术的发展，电磁波波源和光源更加稳定。太赫兹波才能够得以有效应用。太赫兹波具有高抗噪性、高传输稳定性、瞬态性等优势，同时其带宽高，能耗低，穿透性高。因此，太赫兹波与微波以及光波相比，具有更高的信息传递优势。目前的技术水平对于太赫兹波皮秒量级的脉宽可以有效分辨。对宇宙微波背景有较强的抗噪性。

2 目前太赫兹波技术的主要研究成果

2.1 太赫兹波辐射源

目前，广泛应用的太赫兹波辐射源主要有两种，首先是半导体太赫兹波辐射源。该种辐射源具有体积小、使用方便、能耗低的特点。目前使用较为广泛的有Impatt、Gun振荡器，光子产生方面有QCL等。目前较为主流和先进的太赫兹信号源可以达到200mW的脉冲功率。并且已经产生了太赫兹波成像技术；其次是基于光学和光子学的太赫兹波辐射源。以飞秒级的激光脉冲形成光电流，产生太赫兹辐射脉冲。

2.2 太赫兹波调制技术

利用无线电传输信号，就必须对无线电波进行调制。在2003年，科研人员就已经通过半导体结构和电控结构对太赫兹波进行调制。但效果不佳，且只能在低于80k的温度下进行工作。由于太赫兹波频率过高，传统的无线电调制技术很难对其进行调制。所以一般采用电磁波代替电流信号的调制方法进行调制。该方法可以在较高的工作温度下实行，而且大幅度地提高了数据的传输速率。在解调方面，目前也只能通过间接的方法对太赫兹波的震荡进行检测。

2.3 太赫兹波脉冲规律的研究

太赫兹波的的波长介于微波与光波之间，略长于红外线。因此，太赫兹波的传输过程中容易发生衍射。同时，太赫兹波在传播过程中，也极易受到介质的散射作用影响。即散射颗粒越小，介质对于太赫兹波的散射作用越明显。在空气中传播时，受空气中极性分子所带电荷的影响，太赫兹波容易被极性分子所吸收。进一步加强了太赫兹波的衰减。目前，较为知名的120GHz无线电通信技术，仅仅可以通过亚太赫兹波实现10m以内的近距离通信和1km左右的远距离通信。但是，相较于红外线传输技术，这已经是一项较为重要的进步。

3 太赫兹波通信的应用优势及存在问题

相对于目前已经得到广泛应用的微波通信技术，太赫兹波具有更为稳定的特点。其极高的频率，极小的波长使得太赫兹波通信技术拥有了更高的信息容量和传输速率，其理论传输速率最高可以达到10Gb/s。太赫兹波的理论频带宽度，高出了微波通信频带宽度1～4个数量级。而太赫兹波较短的波长也使其波束较窄，这样，太赫兹波就具有较强的方向性，可以减小天线尺寸，简化设备结构。而相对于光波通信来说，太赫兹波具有更强的穿透性。可以减小天气对于电磁波信号传输效果的影响，同时能量利用率较高。因此，在解决了辐射源稳定性的问题之后，太赫兹波传输在未来必将是一种高穿透性、高速率、低能耗的电磁波通信手段。

但是目前在太赫兹波通信的应用上，依然存在着很多的技术瓶颈无法突破。例如目前很难保证太赫兹波在大气传输过程中的频段稳定性。即使频段得到了稳定的控制，也很难在当前的技术范围内找到一种合适的调制技术对波段进行控制。其次，由于太赫兹波通信信号源载波功率较低，必须对太赫兹波进行间接调制才能够实现信息传输。而实际应用中，在技术上要求的载波功率通常要高于实际的太赫兹载波功率。因此，必须通过完善太赫兹载波信号放大技术进行调制与解调。然而，此项技术还没能有效实现。其三，虽然在理论上，太赫兹波的传输稳定性很高，但是还不能够完全满足商业化、普及化应用的需求。频率不足、传输性能不足、调制和探测技术不成熟也就成为了太赫兹波通信技术发展的重大瓶颈。综上所述，太赫兹波的最终大规模应用还需要克服调制的高效性、信号源的稳定性、更为有效的接收技术和信号放大技术才能够真正得到大规模的实际应用。