电磁波的实际应用范文

电磁波的实际应用范文第1篇

关键词：电磁场 电磁波 实验教学

1引言

在高校人才培养中，实验室实现了将理论与实践的有机结合，对学生的创新性思维有着启迪作用。 因此，实验教学历来都是各高校非常重视的环节。对物理学来说，电磁场与电磁波理论性强，概念抽象，因此，为了加深学生的理解与学习，必须通过实验促进学生对知识的理解与掌握。

2“电磁场与电磁波”课程特征分析

“电磁场与电磁波”研究的重点是电磁场和电磁波的属性，规律，以及应用等。由于其和光纤通信技术，电磁干扰，移动通信技术等联系紧密，应用范围非常广。“电磁场与电磁波”要求数学基础深，并且理论性强，概念非常抽象，因此，学生进行学习时不容易理解，非常困惑，单纯的理论讲解，会丧失学生学习主动性与积极性。

“电磁场与电磁波”内容抽象，理论性强，其理论应用又十分具体，和人们的生活联系紧密，这是其特征；而“电磁场与电磁波”学习的难点在于，由于“电磁场与电磁波”看不见摸不到，必须具有非常强的空间想象力，才能理解“电磁场与电磁波”空间传播的形态。

3“电磁场与电磁波”教学设计

3.1“电磁场与电磁波”教学理念

高校学生培养思想应该是基于知识能力与素质相结合，培养学生的学习知识的能力以及研究探索的能力，提高学生应用知识的能力以及实践能力。因此，电磁场与电磁波教学中学生学习的重点不是知识的接受与知识的传承，而是对知识的探索。教师对学生的培养要从以传授知识为主转变为培养学生独自思考，开拓创新能力的培养方面，从而使得教学的质量不断提高。

3.2“电磁场与电磁波”教学方法

在电磁场与电磁波教学过程中，通过改革要实现由老师为主体向以学生为中心的转变，老师只起到引导作用；教学过程中改变传统的老师注入式教学，要转变为师生互动；要积极利用现代化的科技教学手段。教师进行课程的教学设计时，要充分考虑教学并重的原则，积极探索学生主动学习，勤于动手的能力的培养，改变学生的死记硬背，强接受式的学习。能力培养学生的独立分析解决问题以及获取新知识的能力。

3.3“电磁场与电磁波”实验目标与实验设计

基于电磁场与电磁波内容的特征，电磁场与电磁波实验目标在于解决目前电子技术对电磁波知识的依赖；和教学大纲紧密结合，结合课程重点的知识内容，对难点问题进行解决。由于电磁场与电磁波教学比较抽象，重点解决学生抽象学习和具体知识的矛盾；理论联系实际，利用理论知识解决实际中的问题，提高学生学习的积极性与热情，从而使得学生独立思考问题解决问题的能力得到提升。

“电磁场与电磁波”实验采用电磁波教学综合试验仪。实验内容和教材中重点内容，难点知识点紧密结合在一起，通过对实验的设计，演示和验证，将教材中抽象的概念具体形象化，从而将枯燥的教学变得生动活泼，从而使得学生能够主动的研究学习，极大的促进了学生的积极性与学习的热情，加深了学生对电磁场与电磁波的理解。

4实验方法

4.1实验装置

电磁场与电磁波实验装置包括了发射装置，辅助装置以及接收装置，如图1所示。信号产生器与发射天线构成了发射装置；具有可视化的电磁波感应器构成了接收装置。学生基于课本理论知识，对接收装置进行设计。实验的支架，强度指示装置，反射机构等等都属于辅助装置。辅助装置基于实验内容与目的的不同，为了使实验具有可扩展性，辅助装置能够进行多种组合。

4.2电磁波实验原理

实际中，收发电磁波都需要天线，天线不但是能量转换器同时还可以进行电磁波的辐射与接收。天线发射电磁波时，高频电流的能量被转变为电磁波能量；而天线接收时，又将电磁波能量转变为电流能量。发射信号源采用的是功率信号发生器，利用天线进行电磁波的发射。当在天线馈电点接入小功率的电泡时，电泡就会发光，表明接收位置电场强度。此时，灯泡与接收天线就构成了电磁波感应接收装置。

4.3实验内容

一、设计和制作电磁波感应器

天线通过金属丝制作，在感应灯板的两端通过螺丝将天线固定，同时安装于测试支架，不断将感应板角度进行调整，使得发射天线极化方向和感应板角度一直，那么由于穿过了线圈，磁场发生变化，天线出现电流，使得电流表发生偏转或者灯泡发亮。通过实验能够使得学生对电磁感应的原理有了更加深刻的理解。接收天线形式示意图如图2所示。

二、电磁波传播特性实验

在能够旋转的支臂上安装天线，将天线的极化方向与天线和支臂的角度一致，此时固定支臂滑块，不断变化发射板的位置，会使得电流表不断发生变化，或者使得灯泡的亮度发生改变，从而判断出现了波节。利用这个实验，可以加深学生对驻波产生原理，迈克尔逊干涉原理的认识与理解；同时，利用反复测量电磁波的波长，频率，波节等，使得学生对于电磁波的空间的传播的特性有更加深刻的认识。

三、电磁波的极化实验

在水平极化接口，垂直极化接口，右旋圆极化接口与左旋圆极化接口上接发送天线的电缆，然后在测试支架上安装电磁波感应器，感应器位置设置成水平，垂直以及45°角等不同形式，不断改变感应器滑块的位置，此时，对灯泡亮度改变时，移动感应器滑块与发射天线的距离，从而对发射天线电磁波的极化形式进行判断，通过实验使得学生对电磁波极化特性加深了认识和掌握。

结束语

利用“电磁场与电磁波”课程的实验设计，将课本抽象的理论概念形象具体化。通过实验教学，使得学生对教材的理论知识点掌握的更加牢固，理解的更加透彻，提高了学生的动手实践的能力，使得学生主动学习的积极性大大提高。“电磁场与电磁波”实验教学说明，教学过程中理论固然重要，而实践更是不能缺少。和具体的实际问题的应用背景相结合，通过实验提高了教学的启发性，不但提高学生独立思考问题的能力，同时使得学生综合实践能力得到了极大的培养，对高校培养高素质人才有着非常重要的作用。

参考文献

[1]杜章永，宋清华.电磁场与电磁波课程教学改革的探索与实践[J].科技信息.2011（21）：455

电磁波的实际应用范文第2篇

关键词：电磁场与电磁波；类比法；循序渐进；讲义；习题

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）21-0010-02

随着信息时代的到来，作为通信传输技术基础的电磁场理论得到越来越广泛和深入的研究与应用。“电磁场与电磁波”是电气、电子信息、通信等工科电子类专业的一门重要的技术基础课，它是在大学物理电磁学的基础上，进一步研究宏观电磁现象的基本规律和分析方法。这不但是为了后续课程的需要，也是深入理解和分析工程实际中的电磁问题所必需掌握的基本知识，而且电磁场理论也是微波通信、卫星通信、电磁兼容和生物电磁学等高新技术的理论基础及交叉领域新学科的生长点。[1，2]所以电类专业的学生，无论是从当前的学习出发，还是为了拓宽将来的专业面，都应该重视这门课程，学好这门课程，打好专业基础。此外，学好这门课，对培养学生树立严谨的科学思想、科学分析问题的方法、复杂抽象的思维能力、勇于开拓的创新精神等将起着十分重要的作用。[3，4]另外由于独立学院学生普遍基础不是很好，并且对抽象的理论课程的学习兴趣不大，更加重了独立学院重“电磁场与电磁波”课程的教学工作。

一、“电磁场与电磁波”课程特点

1.基础知识要求多

“电磁场与电磁波”课程是以大学物理、高等数学、电路分析、数学物理方程、复变函数等为基础，所涉及的内容很广 。大学物理中，电磁学部分内容是“电磁场与电磁波”的物理基础，而矢量分析、特殊函数等内容是学好“电磁场与电磁波”课程必需的数学工具，由于涉及复杂偏微分和特殊函数的计算，难度不小。因此要学好这门课程，必须熟练掌握这些基础课程的相关概念、理论和运算等。同样对担任本课程教学的教师提出了较高的要求，即一方面需要有较好的物理、数学及电路知识；另一方面需要有比较全面的专业知识。同时，又需要对通信工程实际情况有较广泛的了解。因此本课程的教学相对而言比较不易。

2.数学推导计算多

课程涉及大量的物理知识以及各种数学方法，在学习过程中如何处理数学与物理的衔接，数学方法和物理概念的联系以及理论分析与工程应用的关系至关重要，这也是学生较难处理的问题。

3.抽象的概念多

“电磁场与电磁波”每章内容都会引入一些新的、较难理解的概念、定律。例如散度和旋度是两个比较抽象的数学概念，学生们甚至在课程结束之后仍感到这两个概念很抽象，不理解在电磁场与波学习中为什么始终与之打交道；静电场中的自分布电容、互分布电容、广义力、虚位移等；恒定磁场中的矢量磁位、标量磁位；边值问题求解中的镜像法、分离变量法等。这些新的概念及定律不仅抽象、难理解，而且所涉及的公式通常比较复杂，计算起来难度较大。基于以上特点，对于“电磁场与电磁波”这门课程，学生普遍认为“难学”，教师普遍感到“难教”。

二、“电磁场与电磁波”教学存在的问题

1.学习问题

由“电磁场与电磁波”课程的特点可知课程本身过于抽象，学生普遍反映难学难懂，表现为抽象的纯理论和概念多，复杂的偏微分公式多，计算求解难度大，而对老师来说教好这门课也具有相当的难度。另外，在学习“电磁场与电磁波”课程过程中，学生常常难以将已经学好的数学知识和电磁场内容很好地结合。在学习“电磁场与电磁波”之前，学生一般都具备矢量场论的基本知识，但是在学习“电磁场与电磁波”的过程中却难以将所学知识与电磁场理论融会贯通、学以致用。还有许多学生数学基础薄弱，学习起来备感吃力。

2.教材问题

目前绝大多数教材都只强调经典的理论知识，缺乏有应用背景和紧密跟踪最新前沿发展的内容，这样不但导致理论与实际应用脱节，也很难激发学生的学习热忱。特别是对基础知识差的学生来说，一看到大量的证明和数学推导问题就失去了信心。

3.缺少实验设备

由于资金和实验设备的匮乏，使得大部分高校在“电磁场与电磁波”教学中缺少实验设备，导致无法开展实验课程。这样原本就十分抽象的课程，完全变成了一门纯理论教学的课程，也导致了学生学习中理论与实践的脱节问题。

4.课时问题

随着这些年的教学改革，大学生要求的总学分略有下降，而开设课程又增多的趋势导致“电磁场理论”的教学课时被极大压缩，由以前的80学时被压缩到40学时，导致教学自由度受到了较大的限制。

三、提高“电磁场与电磁波”教学质量的方法

1.制订教学大纲，确定教学内容

现有的“电磁场与电磁波”教学，大部分都是一些纯理论讲解的内容，而学生在学习的过程中经常问学这门课有什么用，学某一章节有什么用。看是一个简单的问题，但作为老师一定认真思考，给学生一个满意的答案。因为从这个问题上一方面反映了老师讲课不能只是大谈理论讲解，另一方面也反映了现有教材在实际应用方面的缺陷。对这个问题回答的好坏直接关系到同学们学习的效果和兴趣。基于以上原因和笔者多年的“电磁场与电磁波”的教学经验，自编内部教材讲义，此讲义最大的特点是以通俗的语言来讲解抽象的概念，以实际的例题来帮助理解重点理论，并且在每个知识点都有对应的应用实例。

由于“电磁场与电磁波”理论是人类在认识自然规律和生产实践活动中发展起来的，在日常生活、科学研究和军事等领域中的应用非常广泛，例如在微波炉、磁悬浮列车、隐形轰炸机、移动电话中的应用等。这些在此讲义的每一章的后面都是一个拓展知识的介绍，比如在第二章静态电磁场的最后一节中，就针对磁悬浮列车和卫星电推进器做了详细讲解，提高了同学们的学习兴趣。

2.循序渐进的教学方法

电磁场与电磁波是利用场的观点来研究空间某一物理量的确定值问题，而矢量分析正是研究此问题的重要教学工具。应用矢量分析的方法，可以使电磁场的基本定律、公式以简洁的形式表述出来，且与坐标的选择无关。所以先要学习一下矢量分析的内容，包括矢量运算、三种坐标系、矢量的散度和旋度等内容。以后每个章节的教学，采用从易到难、从静态场到时变场、从电场到磁场再到电磁场、从三维空间到四维空间的循序渐进的教学顺序。

首先，从较为容易掌握的静电磁场开始进行学习，此章节的教学应详细地分析各种情况，其中包含对基本方程、边值问题等理论的推导以及物理含义的分析，以及静电能量与力的分析等，而静磁场的讲解一定要和静电场的知识进行类比学习。这样就为时变电磁场、电磁场波的传播、波导等教学内容打下一个比较好的基础。后续各章节的教学，也应注意与静电磁场的理论进行比较。从静止电荷产生的静电场到研究运动的稳定电荷产生的恒定电场，然后研究电流引入的恒定磁场，随后进行电磁感应以及时变电磁场分析，并且在时变电磁场的分析中，推测电磁波的产生。之后讲解均匀平面电磁波在无界空间的传播、反射和透射，以及导行电磁波、电磁波辐射等知识，最后进行传输线理论的讲解。按照逐步深入方式，进行知识的扩充，使课程知识具有连贯性，学生也比较容易掌握。

3.巧妙使用类比方法

“电磁场与电磁波”课程体系中，小到一个公式，大到整个理论框架，都存在着对立统一的关系。通过这些知识点的类比，不仅使学生学到了“电磁场与电磁波”课程的精髓，也使他们体会到“电磁场与电磁波”课程体系中的对称美。类比包含两个方面的类比，一是课程、领域之间的横向类比，例如与“大学物理”相关知识点的类比，“电磁场”和“流体力场”、“电磁波”和“机械横波”的比较。由于电磁波与机械波都是横波，都具有横波的特性等方面的类比，水波的传播与电磁波能的传播的类比，电磁场与流体力场的类比等等，类比的教学策略进行更加形象直观的传授，启发创造性思维。另一个则是纵向类比，譬如该课程本身的静电场和静磁场、静电场和恒定电流场等的对比。这样，既拓宽了学生的知识面，也使学生通过类比对电磁场波动函数表达式有了深刻而又直观的理解。

4.仿真软件在教学中的应用

对于电子信息、通信专业的学生，基本上都会使用MATLAB软件，并且场与波的分析往往涉及复杂的绘图和大量的计算，将MATLAB仿真技术应用到“电磁场与电磁波”实验教学中，十分有助于将抽象的理论变成容易理解、接受的结论，这必将有助于“电磁场与电磁波”的课堂教学。[5]比如，利用MATLAB编写的程序可以绘制三维矢量的静态和动态分布图，给出了均匀平面波、矩形波导的传输模和截止模、电流元的电场和磁场的分布图，这将大大提高同学们的空间想象力和对这部分知识的理解能力。

5.适当的习题练习

对“电磁场与电磁波”课程的学习，不但要有正确的教和学的方法，还要有适当的习题练习。其实，习题都是针对某一知识点的实际应用而设计的，在同学们做习题的过程中一方面帮助他们理解知识点的应用，另一方面也巩固了课堂老师所讲内容。

在课堂教学中，不可能留出时间让学生来学习题，只能有针对性地来讲解有代表性的例题，做习题只让同学们在课下做，让同学把遇到的问题汇总起来，在集体答疑的时间来给同学们做详细的解答。在讲义中不但针对每一知识点精心设计应用实例，而且还设计了一定量的习题要求同学们完成。

此外，习题不仅仅是计算，在每一章结束后给学生出了一些思考题，让学生自己去查找资料来完成。比如假如存在磁单极子，麦克斯韦方程的形式是什么样的？

四、总结

本文是笔者多年来在“电磁场与电磁波”教学中的一点体会，本课程涉及的基础知识比较多，对教师的专业课程知识的要求较高，同时需要教师密切结合本校学生的基础、实验设备、课时、教学大纲的制订等实际情况进行分析。教学过程的每一个环节都需要周密思考、认真备课，注意平时在科研项目中随时积累，在教学中随时涉猎其他专业的知识。教师的视野开阔了，学生才能在电磁场领域的思维角度开阔一些，能够掌握宏观电磁场与电磁波的基本性质及基本规律，培养他们的抽象思维能力，分析解决实际问题的能力。

参考文献：

[1]田雨波， 张贞凯.“电磁场理论”教学改革初探[J].电气电子教学学报，2008，30（1）：11-12.

[2]王家礼，朱满座，路宏敏.电磁场与电磁波[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.

[3]李波，豆根生，袁超.电磁场与电磁波课程的教学方法探索[J].河南机电高等专科学校学报，2007，15（6）：127-128.

电磁波的实际应用范文第3篇

关键词：电磁场与电磁波；电磁特性；均匀平面波

作者简介：张清河（1969-），男，湖北当阳人，三峡大学理学院，副教授。

基金项目：本文系国家自然科学基金（项目编号：61179025）、三峡大学教学研究项目共同资助的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）14-0071-02

鉴于“电磁场与电磁波”在电子与通信技术领域的重要性，各国高校的电子与信息技术类专业一直将其作为一门必修的基础课程。[1-3]对于电子与信息技术类大学本科专业学生而言，“电磁场与电磁波”无疑是理论性最强、逻辑性最严密、数学工具应用最多、概念最抽象、涉及应用领域最广的课程之一。学好这门课，对培养学生严谨的科学思想、科学分析问题的能力、复杂抽象的逻辑思维能力、勇于开拓的创新精神等将起着十分重要的作用。笔者在三峡大学（以下简称“我校”）电子信息科学与技术、光信息科学与技术两个本科专业讲授“电磁场与电磁波”课程多年，根据该课程的特点和知识体系，结合学生实际，采用多样化教学方法、新颖独特的教学内容，强化理论与实际应用相结合，激发了学生的学习兴趣，有效地改善了教学效果。

一、教材内容灵活处理

我校选用文献[4]作为电磁场与电磁波课程教材，它同时也是国内多所高校选用的教材。在多年讲授的基础上，对教材中的一些内容进行了灵活处理，取得了良好的效果。

在“媒质的电磁特性”一节中，教材直接给出了介质表面极化电荷面密度、磁化电流面密度的表达式，没有具体的推导过程，学生理解不了。事实上，这一结论的前提应该是自由空间中单一均匀介质表面，而教材中没有明确这一前提。在讲授这一部分内容时，先推导出任意两种不同均匀介质形成的交界面上极化电荷、磁化电流面密度，然后再退化到自由空间中单一均匀介质表面，下面仅以极化电荷为例。如图1，由于两者介质的极化强度不同，极化迁出与迁入的电荷不相等，导致在交界面的薄层内存在极化面电荷分布。

二、注重课程在新技术领域中的应用

在教学过程中，在阐述基本理论和基本概念的同时，积极引导学生去寻找电磁场与电磁波的应用，特别是在若干新技术领域中的应用，让学生了解电磁场与电磁波在科学技术进步中的作用，极大地激发了学生的学习兴趣，收到了良好的教学效果。

在讲授“均匀平面波在各向异性媒质中的传播”一节时，重点放在均匀平面波在磁化等离子体中的传播。首先介绍了电离层依据电子浓度的不同，具有层状结构的分布特点，如D层、E层、F层等，在地磁场的作用下，电离层具有两个特性角频率，即电子的回旋角频率和等离子体临界频率。并指出电磁波在电离层中的传播特性与这两个频率紧密相关。当电磁波频率接近电子的回旋角频率时，将发生磁共振现象，导致电磁波能量损耗极大，电离层对电磁波的吸收最大，这是短波通信应该尽量回避使用的频率。为了实现卫星通信，电磁波频率必须高于等离子体临界频率，否则信号将不能穿过电离层。另一方面，频率小于临界频率的电磁波不能穿透电离层而被反射，利用电离层对电磁波的反射原理，可以实现短波远距离的通信和远距离目标的探测，这正是天波雷达的基本原理。在讲述“天线阵”一节时，结合现代军事尖端武器装备，讲解了相控阵雷达及相控阵天线的概念，并简要介绍了其工作原理，即通过控制相邻天线之间的相位差，就能够改变天线阵波束最大值的指向，实现主波束在全空间的扫描。讲解电磁波在导电介质中的传播时，结合海水的导电特性，向学生解释了为什么对潜通信要用长波通信。在讲解电磁波的极化概念时，引导学生分析为什么收音机和电视的天线架设不同，并简要介绍了电磁波的极化在微波遥感、光学工程、分析化学等应用领域中的广泛应用。通过理论知识与实际应用相结合，学生对这些问题有了较深的认识，开阔了视野，对本课程的学习兴趣也越来越浓厚。

三、结语

“电磁场与电磁波”课程难学难教，而掌握本课程的理论基础知识，对电子信息类专业的学生来说又非常重要。我们在教学过程中进行了一些有益的探索，通过对教材内容的灵活处理、大量穿插理论知识在高新技术领域中的应用实例等，激发了学生对该课程的学习兴趣，取得了良好的教学效果。

参考文献：

[1]Jin Au Kong.电磁波理论[M].吴季，等，译.北京：电子工业出版社，2003.

[2]柯亨玉.电磁场理论[M].北京：人民邮电出版社，2004.

电磁波的实际应用范文第4篇

[关键词]人工源极低频电磁波、地球-空气-电离层模型

中图分类号：P224.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0070-01

引言

电磁波的频率范围及其命名根据国际电联（ITU）的规定，3～30的频率范围称为极低频（Extremely Low Frequency，简写为ELF），30～300的称为超低频（Super Low Frequency，简写为SLF），而发射机实际发射信号频率范围为0.1～300，其中实际包括了超低频、极低频和至低频（3以下）频段，为了方便，统一称为极低频[1]。

极低频电磁波的特点就是频率极低，波长极长，与其他频段的电磁波比较，极低频电磁波在传播中稳定，衰减小，穿透能力强。

1 人工源极低频电磁波技术原理

在ELF频段时，垂直架设的天线几何高度与波长相比较都太小，不能作为激励源。一般情况下，水平低架天线可以成为ELF发射天线。极低频发射天线的长度一般在几十千米到几百千米，仍然远远小于波长，因此极低频发射天线可以视为水平电偶极子源或垂直磁偶极子源。选择高电阻率的地区，在地面上架设一条或多条发射天线，用大功率无线电发射机通过天线和接地体向地下发送100A左右的正弦波大电流。随着发射源功率的增大，收发距可能达数千公里，较传统意义上的收发距大很多，这时必须考虑地球半径及电离层的影响[2]。因此该技术采用地球-空气-电离层模型来研究。

2 人工源极低频电磁波传播特点及分析

由电磁波趋肤效应，接地的有限长电流源注射到大地中的低频交变电流将会在另一个反向电极处流回而形成回路[3]。由电磁感应原理，回路内的交变电流感应产生交变电磁场。由电磁波的传播特征，极低频电磁波传播分为近区、远区和波导区三个区域。电磁场主要分布地面和电离层之间的波导中，电磁信号衰减小可以传播很远，直到上万千米。

电流环路的磁矩，计算公式为：

式中，为天线电流强度，为天线长度，为趋肤深度，电流环的磁矩与天线长度、天线电流和趋肤深度成正比。目前广泛采用球形空腔法进行研究，即地球-空气-电离层模型：

假设地球半径无限大，可以将地球看成水平均匀大地。经计算，得到如下的总场表达式[2]：

其中、、是球坐标系中径向变量、仰角、方位角。球形谐振腔中极低频水平电偶极子置于地表，源的发射电流为，源的长度为，发射电流和天线长度虽远小于实际情况，也能模拟电磁场的特征，因为计算的电磁场基本特征是一样的，只是幅度上有大小不同而已，长发射天线和大电流也是可以归一到一个单位的。本文研究测线垂直平分水平电偶极子的情形，测线方位角，第一个测点与源的距离，测点之间的距离为，计算400点，共20000，约半个地球周长。电离层高度取=80，电离层电导率取=，地球半径为，地球电导率为，对频率为1，10，100的电磁场的场强进行绘图。

在电离层-空气-地球之间的波导中，不同频率的电场在电离层中会激发出相应二次感应电流，二次感应电流激发相应的磁场，谐变的磁场又激发相应的电场，，电磁场就在波导中传播出去。如图2，电磁场强度和频率关系密切，频率越小时电磁场幅值也越小，频率越大时电磁场幅值也越大。当传播距离不断增加到10000左右时，电磁波存在一定的衰减，当传播距离继续增加至接近20000时，电磁场的幅值相对10000处有所增大，这是因为电磁波出现同相叠加导致电磁场幅值增强。

3 结论

本文从极低频电磁波的发射原理出发，通过在地球-空气-电离层模型下水平电偶极子激发的极低频电磁波的解，在给定参数下对不同频率极低频电磁场进行了计算，并分析了在不同频率下极低频电磁波的传播特性。极低频电磁波幅度非常稳定，衰减极小。在极低频电偶极子关于地球的对极点附近，电磁波出现了同相叠加现象，电磁场幅值增强。极低频电磁波技术是具有潜力的新技术，值得进一步深入研究。

参考文献

[1] 卓贤军，陆建勋. 极低频探地工程在资源探测和地震预测中的应用与展望[J].2010，23（6）：3～7.

电磁波的实际应用范文第5篇

关键词：电磁场；教学方法；教学内容；美国大学

中图分类号：G642.0 ； ； ； ； ；文献标识码：A ； ； ； ； ；文章编号：1007-0079（2014）17-0073-02

电磁场理论具有理论性强、概念抽象、公式繁多、数学推导繁琐的特点，要求学生具有较强的空间想象能力、抽象思维能力和逻辑推理能力。[1，2]这门课的特点对学生提出了很高的要求，所以这门课是教学和学习难度最大的课程。特别是对于像桂林电子科技大学这样的二本院校来说，学生基础相对于重点院校的学生普遍要差些，自主学习的能力也要差些。[3]因此，如何做好二本高校电磁场课程的教学工作是摆在面前的一个紧迫问题，值得花大力气来探讨研究。笔者在美国休斯顿大学（University of Houston）留学期间旁听了Jackson教授讲授的应用电磁波和微波工程两门课，感受到中美教育颇有不同，所以将这些经验与在实际教学中的经验和发现的问题相结合，根据我国高校的实际情况探讨电磁场课程的教学。

一、教学内容探讨

对于电磁场这门抽象、复杂、教学难度大的课程，二本高校还得面对学生基础和自主学习能力比重点高校学生相较稍差的校情，因地制宜地选择合适的教学内容是十分重要的；特别是桂林电子科技大学（以下简称“我校”）电磁场课程的学时已由原来的100多学时减少到现在的56学时。面对这样的情况，需认真研究这门课程的教学内容，使学生以有限的学时掌握电磁场的基础知识，为进一步的学习或研究打下坚实的基础。为此，将教学内容与美国大学的教学内容做一比较应该是有益的。

先看休斯顿大学电磁场这门课程的教学内容。休斯顿大学将电磁场课程分为两门课程，即应用电磁学（ECE 2317）和应用电磁波（ECE 3317）。应用电磁学这门课程包含的主要内容有电磁学基础、矢量分析、麦克斯韦方程、基尔霍夫定律、静电场与静磁场、电阻、电容、电感、磁路与变压器。而应用电磁波课程包括时域与频域中的麦克斯韦方程、波印亭定理、平面波传播、波在理想与有耗煤质中的反射与透射、传输线、波导和天线。可见，休斯顿大学将电磁场这门课将静态场与动态场分别放在两门课讲授，每门课讲授时间相当于国内的48学时，即两门课加起来有96学时。而我校本科电磁场课程目前只有56学时，比休斯顿大学整整少了40个学时。因此，我校电磁场课程的教学内容主要包括矢量分析、静态场、麦克斯韦方程、时变电磁场、无界空间中的TEM波、TEM波的反射与透射。可见，我校的电磁场课程教学内容与休斯顿大学有所不同。但是需要指出，基尔霍夫定律学生在“电路分析”课程即已学习，传输线、波导和天线有后续的课程学习，磁路与变压器、电阻、电容、电感、分离变量法和镜像法根据我校不同专业的需求而有所取舍；此外，对一些复杂的内容，如分离变量法和镜像法等，做简化处理。

做这样的安排首先因为课时相比休斯顿大学来说少得多；其次，二本高校的学生基础与学习能力都稍差，有必要简化讲授部分复杂的内容；第三，我校电子科学与技术专业有电磁场方面的后续课程，专业基础必修课“微波技术”，专业限选课“微带电路”“电波传播与天线”“微波电路及CAD技术”和专业任选课“电磁兼容”等课程，这些课程的设置覆盖了“电磁场”课程的不足部分。我校的其他专业根据需求也会选择一定的电磁场后续课程。可见，鉴于我校“电磁场”学时远比休斯顿大学相关课程学时少且我校学生素质比休斯顿大学学生稍差的现实，笔者简化了这门课的教学内容以适应我校不同专业（如通信工程等）对电磁场知识的需求，且我校电子科学与技术专业的后续课程弥补了“电磁场”课程的不足，覆盖了休斯顿大学电磁场课程的内容并有所拓展。我校电磁场课程教学内容的设置因地制宜，适合学生基础及不同专业的需求，使学生打下良好的电磁场知识基础，奠定了进一步学习和研究的基础。

二、教学方法探讨

1.教材选取

探讨了教学内容，再来探讨下教学方法。教学方法跟教材的选取形式是密切相关的。休斯顿大学应用电磁学课程并没有指定一本专门的上课用教材，而是推荐了三本教材书：《Applied Electromagnetism》（L. C. Shen and J. A. Kong， 3rd）、《Schaum's Outline on Theory and Problems of Electromagnetics》（J. A. Edminister， 2nd）和《Schaum's Outline on 2000 Solved Problems in Electromagnetics》（S. A. Nasar）；休斯顿大学的应用电磁波课程推荐的参考教材为《Applied Electromagnetism》（L. C. Shen and J. A. Kong， 3rd）、《Engineering Electromagnetics》（Hayt and Buck，6th）和Fundamentals of Engineering Electromagnetics （D. K. Cheng）。可见，休斯顿大学电磁场的教学并没有指定一本专门的教材，而是教师按照自己的讲义进行授课，学生参考几本教材进行学习。而像很多国内高校一样，我校的电磁场课程指定了一本专门的教材《电磁场与电磁波》（谢处方、饶克谨著），[4]虽然也另外指定了2本参考教材，但是多数学生习惯于只看指定教材。

2.教学考核

教材的选取形式一方面是因为国外学生是主动学习，主动思考并探索知识；而国内的学生从小到大习惯于被动学习和接收知识，习惯于指定学习内容，缺乏主动探索和求知的精神。另一方面休斯顿大学电磁场类课程老师除了会布置一定的作业外，也会布置一些project来要求学生利用课外时间完成；这些作业或project多是要求学生利用所学知识来解决实际问题，难度较大，需要学生大量查阅文献资料和参考书来完成，从而培养了学生独立进行科学研究的能力。美国的其他大学也大多如此。[5]而我校（也包括很多国内高校）的作业布置一般都是教材里的习题，且没有project这个环节，学生完成作业只需要翻看课本即可，难以锻炼学生的独立科研能力。

此外，休斯顿大学应用电磁学考核成绩中平时作业占10%，project占10%，第一次考试占25%，第二次考试占25%，期终考试占30%；应用电磁波平时作业占15%，project占10%，中期考试占25%，期终考试占50%。而我校电磁场考核成绩中平时占20%，实验占10%，期终占70%。考核的平时成绩主要看学生到勤率和交作业情况，主要考核成绩还是看期末考试；如此，很多学生抱着临时抱佛脚，考前冲刺一下的想法，难以调动学生学习的积极性。当然，这种情况是国内较为普遍的情况。但是，可以适当借鉴美国高校的一些做法，如平时安排一些小的project让学生查阅文献，增加平时测试，布置一些与实际问题密切相关的作业，从而调动学生平时学习的积极性，培养独立研究的能力。

3.教学方法

面对电磁场课程学习的高难度，学习能力稍差的二本学生容易产生畏难情绪，并逐渐失去学习的兴趣。因此，具体到课堂教学方法上要特别注意因材施教，注意讲课的逻辑清晰、物理概念清楚、理论联系实际，引导学生学习的兴趣。笔者根据在美国休斯顿大学留学期间旁听Jackson教授课堂教学的理解和多年的教学经验，认为授课应注意以下几点：

（1）笔者一开始讲课就应该跟学生交代清楚本次课的讲课内容，需要解决的问题，重点问题和难点问题，并在课的最后交代下一次课的讲授内容，便于学生预习。讲课时要逻辑要清晰，条理清楚，应该将复杂的问题简单化，利于学生理解；并经常使用提问的方式，引导学生思考。

（2）电磁场这门课是数学与物理的完美结合，但是这也就意味着物理概念抽象、理论性强并且公式繁多。[6]要避免将课堂教学变成数学推导课，枯燥的数学推导只会降低学生课堂学习的兴趣。电磁场这门课的数学推导都应该是为把物理问题讲清楚而进行的，不能一味为推导而推导；一定要把数学背后的电磁原理和电磁现象讲清楚，便于学生理解和应用。

（3）一定要讲明白公式的适用条件。一些公式在不同的适用条件下其形式是不同的，或者该公式只在一定条件下适用。如果不把这些问题讲清楚，这些公式在学生的头脑中就很混乱，无所适从。如麦克斯韦第一方程的微分形式为（1）式所示。但是在学习中也会应用麦克思维第一方程的另外两种形式（2）和（3）。要分清这几个公式的适用情况，首先就要搞清楚和的概念。是传导电流密度，是位移电流密度。在静态场中，场不随时间变化，因此对时间的偏导为零，因此不存在位移电流，此时适用公式（2）；在时变电磁场的无源区=0，但存在位移电流，因此适用公式（3）；而在时变电磁场的有源区，同时存在传导电流和位移电流，因而适用公式（1）。这样讲解，学生对公式的使用条件就很清楚了，也便于学生理解这几个公式。

（1）

（2）

（3）

（4）将相近或易混淆内容做比较，更易于理解和记忆。如上面所讲的麦克斯韦第一方程的几种适应条件放到一起做比较。坡印廷定理瞬态形式（4）式和平均形式（5）式，放到一起做比较，更利于学生理解（4）式是瞬时值，而（5）式是一个周期T内的平均能流密度矢量。这样的比较有利于理解两个相近的概念，分清两个公式的物理意义与应用环境，并易于公式的记忆。

（4）

S平均

（5）

（5）将课本枯燥的理论知识与实际应用联系起来，以激起学生的学习热情。电磁场课程不但学习难度高，而且很多学生反映不知道学习这门课有何用处，这些问题严重打击了学生的学习兴趣。因此，在授课时要注意介绍电磁场知识在实际生活中的应用，让学生明白学习并不单单是枯燥的理论知识，这些知识都是指导实际工程的基础，解决学生为什么要学的问题。除可适当介绍电磁场在通信（手机、基站、卫星等）、探测（探地雷达，石油探测等）、定位（各种雷达）和微波医疗等的应用外，还可介绍具体知识的应用。如电磁场应用的例子之一的微波炉就应用了电磁波在导电媒质中传播的知识：一般食物的电导率σ为有限值（非零），所以电磁波在食物中传播是有耗的（电场转化为电流，电流转化为转化为热量W=Pt=I2Rt）；而微波炉中不能放金属器皿是因为金属的电导率σ很大，会产生很大的电流，损坏金属器皿，甚至产生危险。通过对授课内容的拓展，可以活跃课堂教学，让学生明白电磁场知识是怎样在实际中应用的，从而激发学生的学习热情，大大提高课堂教学的效果。

三、结语

电磁场理论在电子和通信类专业中占有十分重要的地位，值得花大力气去探讨怎么学好这门课。欧美等国家在电磁场教学上有很多值得借鉴的经验，应将这些经验与二本高校的实际相结合，探讨最适合的教学道路。最后，教师应该不断提高自己的业务水平和综合素质，不断提高教学水平。

参考文献：

[1]田雨波，张贞凯.“电磁场理论”教学改革初探[J].电气电子教学学报，2008，30（1）：11-13.

[2]张华美，徐立勤.“电磁场理论”课程教学的几点认识[J].科技信息，2010，（14）：3.

[3]付志坚.新进本科院校“工程电磁场”教学改革初探[J].经营管理者，2013，（20）：346.

[4]谢处方，饶克谨.电磁场与电磁波[M].第4版.北京：高等教育出版社，2006.

电磁波的实际应用范文第6篇

关键词 《电磁场与电磁波》 教学改革 教学效果

中图分类号：O441-4 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2015）21-0006-02

《电磁场与电磁波》是普通高等学校电子信息类、电气信息类专业本科生必修的一门专业基础课，该课程主要研究宏观电磁场的基本规律及分析计算方法，为采用“场”的观点解决实际电磁问题和今后在这一领域的继续深造打下较扎实的基础。随着电子信息和通信系统的发展，我国对电磁场与电磁波工程技术的研究也发展迅速。因此，为适应新形势下人才培养目标，如何在有限的教学时间内开好该课程是急需解决的问题。我们在课程教学过程中，努力摸索合适的教学方法，以期提高教学效果。

一、充分利用多媒体技术和网络资源

《电磁场与电磁波》课程涉及较多抽象理论、概念以及大量的公式、定理及复杂的计算过程，如果只使用传统的板书教学方法，学生普遍缺乏学习兴趣。而多媒体课件可以提供文字、图像和声音等多方面的信息，更以形象、生动、直观的方式展现教学知识点，有助于学生很快抓住学习的知识点。并且对于较为复杂的场，我们可以借助MATLAB、电磁仿真软件等进行仿真和数值计算，将场的分布等做成动画直观演示给学生，使抽象的问题形象化。教学内容以图文并茂的多媒体手段呈现，能从多角度吸引学生注意力，激发学生兴趣。且使用多媒体教学，扩展了教学内容，提高了教学效率。适当的板书教学配合形象生动的多媒体展示，可以达到最佳的教学效果。

随着互联网技术的飞速发展，网络教学资源越来越丰富，可以充分利用网络资源，扩展课堂教学空间，弥补课堂教学的不足。学生可上网搜索相关知识点，拓宽学习渠道，开拓学习思路，加深对课堂知识的掌握。还可将课程的资料上传至网络，让学生利用课余时间查阅、学习，方便学生课前预习和课后复习。通过网络途径，积极引导学生利用网络资源了解学科发展的最新动态以及热点问题，进行自主的探究式学习，将理论运用于实际。

二、教学内容体系的优化

从我校学生的实际情况出发，通过多方比较，我们最终选择了郑钧编著的《电磁场与电磁波》作为主要教材，该教材由浅入深，内容编排较为合理和连贯，理论的系统性和逻辑性较好。《电磁场与电磁波》课程是先修课程《大学物理》的延续，需注意前后课程的衔接，同时避免授课内容的重复性。以往课程教学中，根据教材的内容编排讲授会导致对静态场的授课时间较多，可是其基本理论学生在学习《大学物理》时却已学过，学生觉得没有吸引力，导致学习效果欠佳。时变场的内容是本课程的授课重点，同时也是考核的重点，课时却相对不足，很难保证教学质量和教学效果。因此，有必要对课程知识结构进行优化，缩减静态场授课学时，增加时变场授课学时，这样的课时分配更显合理性。对静态场的教学，教师以讲解重难点为主，学生课下自学部分内容为辅。时变场授课内容包括电磁感应、麦克斯韦方程组、波动方程，时谐电磁场，到平面波的传播及平面边界的入射，波导及天线，学时数的增多使得时变场的学习更为系统和全面，学生可以较为牢固地掌握时变场的分析思路和计算方法，从而系统地了解电磁场与电磁波的理论。

三、案例式教学，培养学生的创新能力

电磁场理论有广泛的应用背景，因此在课堂授课中教师可以增加与理论密切相关的应用背景知识，列举一些工程实践和日常生活中电磁理论应用的案例。案例式教学是将理论联系实际，让学生直接了解理论知识的实际应用，不仅活跃课堂的氛围，避免学生分散注意力，而且有助于开阔学生的思路，使学生充分认识到本课程的重要性，提高学习的主动性。我们选取了如电磁辐射与电磁污染、静电复印工作原理、医学中的微波治疗、磁共振成像技术、喷墨打印机、静电屏蔽、多普勒雷达等内容作为案例，进一步结合课堂教学知识点进行归纳讲解，让学生从案例中更深刻地了解教学内容，同时培养学生逻辑思维与创新思维。也可以介绍学科发展前沿，比如“电磁隐形衣”“电磁黑洞”等，结合课程内容提出问题进行启发式教学，培养学生分析问题的能力。

总之，在电子信息迅速发展、电磁应用越来越广泛的背景下，课题组教师经过多年的不懈努力，《电磁场与电磁波》课程教学实践取得了一定成效，教学效果得到明显改善。当然，还有许多工作需要进一步完善，我们一定会在今后的教学实践中继续改进。

参考文献：

[1]袁明辉，莫礼东.CAI在《电磁场理论》教学中的应用[J].科技创新导报，2015，（2）：134-135.

[2]石磊，郝静. MATLAB在电磁场课程中的应用[J].科技资讯，2014，（29）：200.

电磁波的实际应用范文第7篇

【关键词】等离子体;HPM;传播特性;影响

一、引言

HPM作为一种特殊的电磁波，在其传播过程中要想提高其传播质量，满足其传播要求，就要对其概念和传播特性有全面深入的了解，并选择合适的载体进行传播。基于HPM电磁波的传播需要，等离子体对HPM传播具有较大的促进作用，从目前等离子体的发展来看，等离子体已经成为促进HPM传播的重要载体，在HPM传播过程中起到了积极的作用，保证了HPM的整体传播效果。为此，我们应对HPM和等离子体的特性有全面深入的了解，并做好HPM传播特性的研究工作。

二、HPM的定义和传播特性

电磁脉冲持续纳秒级的时间，―指单个脉冲中一个小脉冲的持续时间。

频谱范围从300MHZ到30GHZ―频谱主要分布在特高频（UHF）到超高频（SHF）间。

脉冲功率从100MW到10GW，或平均功率为1MW以上。―秒冲功率指辐射源的波峰脉冲，由于功率是功对时间的导数，且波峰处场强值很大、波峰的持续时间为一个点，所以，实际中的脉冲功率是对峰值的一个临域内的功率的平均。平均功率是一个小脉冲内的平均功率。但基本所有问题采用的功率均是脉冲功率。另外一个用功率电平定义功率的方法，以一毫瓦为零分贝的计数单位。

HPM的传播特性主要表现在以下几个方面：

1.HPM作为一种电磁波，在传播过程中容易受到周围环境的影响

从HPM的定义来看，HPM是电磁波的一种，在传播过程中，容易受到外界因素的影响，如果环境中存在干扰因素，将会导致HPM传播受到较大影响。因此，HPM对传播环境要求较高。

2.HPM对传播载体的要求较高

通过HPM的实际传播来看，HPM需要传播载体具有一定的传播能力，同时还需要传播载体能够在实际传播中减少其他干扰。由此可见，HPM对传播载体的要求相对较高，需要特殊的传播载体才能适应实际需求。

3.HPM的电磁脉冲频率与其他电磁波存在一定差异

电磁波在传播过程中不但容易受到环境影响，同时也会影响周边环境。但是HPM电磁脉冲在频率和功率方面都与其他电磁波存在一定的区别，因此，HPM电磁波作为一种特殊的电磁波，在传输过程中与其他电磁波存在一定差异。

由此可见，HPM作为一种特殊的电磁波，在整体传输上与其他电磁波存在明显差异，为了保证HPM能够提高传播质量，满足HPM的传播需要，我们应立足电磁波研究实际，重点研究HPM的传播特点，保证HPM的传播效果。

三、等离子体特性分析

等离子体的状态主要取决于它的化学成分、粒子密度和粒子温度等物理化学参量，其中粒子的密度和温度是等离子体的两个最基本的参量。对于实验室中采用气体放电方式产生的等离子体主要是由电子、离子、中性粒子或粒子团组成的。因此，描述等离子体的密度参数和温度参数主要有：电子的密度ne和温度Te、离子的密度ni和温度Ti以及中性粒子的密度ng和温度Tg。在一般情况下，为了保证等离子体的宏观电中性，要求等离子体处在平衡状态时，电子密度近似地等于离子密度ne ni=n0。可以用参量“电离度”来描述等离子体的电离程度。低气压放电产生的等离子体是一个弱电离的等离子体对于实验室中采用低气压放电产生的等离子体，电子的温度Te约为10eV（1eV=11600K），远大于离子的温度Ti（只有数百K，基本上等于中性粒子的温度）。有时称这种等离子体为冷等离子体（Cold Plasma）。

等离子体作为当前一种特殊的传播载体，在电磁波传输中得到了全面应用，从等离子体的成分来看，等离子体主要在化学成分上与其他载体存在明显差别，同时在粒子密度和粒子温度等方面与其他载体存在一定的差别。因此，等离子体作为一种新型材料，在电磁波传输中得到了重要应用，不但提高了电磁波的传输效果，同时也减少了电磁波在传播过程中的损失，提高了电磁波的传输效果。对于HPM而言，等离子体起到了重要的保障作用，保证了HPM的传输效果。

等离子作为一种新型的传播介质，对HPM的传播起到了积极的促进作用，不但提高了HPM的传播效果，还解决了HPM传播过程中电磁波损失和干扰问题，满足了电磁波传播需要，为HPM传播提供了新的参考和帮助。

四、等离子体对HPM传播特性的影响

由于等离子体在化学成分、粒子密度以及粒子温度上都较其他介质有明显的优点，因此等离子体对HPM的传播起到了积极的促进作用。结合HPM在等离子体中的实际传播来看，等离子体对HPM传播特性的影响主要表现在以下几个方面：

1.等离子体改变了HPM的传播方式

等离子体的出现，为HPM提供了新的传播方式，从等离子体的化学成分和粒子特性来看，等离子体对HPM的传播起到了积极的促进，不但使HPM的传播方式得到了改变，还减少了HPM的传播损失，为HPM传播提供了有力的手段支撑，保证了HPM传播能够在传播方式上满足实际要求，为HPM传播提供了有力的手段支持。

2.等离子体提高了HPM的传播质量

由于等离子体在成分和粒子特性上不同于其他的载体，因此等离子体对HPM传播质量的提高提供了有力的支持，不但在传播形式上达到了HPM的要求，还在传播环境和载体强度上给与了充分的保证。由此以来对HPM的传播也形成了有力的促进，保证了HPM传播质量达到预期要求，确保了HPM的传播质量满足实际需要。

3.等离子体满足了HPM的传播需要

在HPM传播过程中，要想达到传播技术指标，就需要传播载体在载体成分、传播特性和传播方式上满足实际需要。通过对等离子体的分析，等离子体具有这样的特点，对满足HPM传播需要起到了积极的作用，保证了HPM的传播效果，给了BPM传播以新的手段，促进了HPM的发展，使HPM的发展质量得到全面提高。

五、结论

通过本文的分析可知，HPM作为一种特殊的电磁波，在传播过程中对传播介质和传播环境要求较高，等离子体由于在化学成分和粒子特性上有利于HPM的传播，因此等离子体成为促进HPM传播的重要手段，保证了HPM的传播质量。因此，我们应对等离子体的特性及其对HPM传播特性的影响进行深入研究，保证HPM传播取得积极效果。

参考文献

[1]莫锦军，刘少斌，袁乃昌.等离子体隐身机理研究[J].南京：现代雷达，2012，5.

[2]В.Л.金兹堡.电磁波在等离子体中的传播[M].北京：科学出版社，2012.

电磁波的实际应用范文第8篇

【关键词】吸波材料 电磁兼容 手机 杂散辐射

1 引言

随着电子技术的飞速发展,电子产品正迅速向节能化、智能化、信息化、多系统、多功能及娱乐性等多元化方向发展。这些拥有各种个性化娱乐功能的电子产品的普及,在很大程度上丰富了人们的物质生活需要;但与此同时,也不可避免地带来了一些问题,尤其是电磁兼容(EMC)问题。电磁兼容问题的存在,往往使电子、电气设备或系统不能正常工作,性能降低,甚至受到损坏。为解决这些问题,全球各地区基本都设置了与电磁兼容相关的市场准入认证,用以保护本地区的电磁环境,如:北美的FCC、NEBC认证,欧盟的CE认证,日本的VCCEI认证,澳洲的C-TICK认证,台湾地区的BSMI认证,中国的3C认证等。

此外,由于消费类电子产品集成的功能越来越多,以手机为例,目前市场上一部智能手机,往往同时集成有GSM移动通信、蓝牙、Wi-Fi、摄像头等,另外还具有MP3、MP4等多媒体功能,这使得手机的工作频率越来越高,系统内部各个子模块之间的互相干扰也变得很突出。因此,电子产品内各子系统之间的电磁兼容设计问题也更加突出,在一定程度上增加了电子产品设计的难度。

鉴于此,如何有效地解决电子产品的电磁兼容问题,为产品赢得市场机会,成为每一个电子产品设计工程师必须予以足够重视的问题。而由于目前消费类电子产品的便携化、小巧化、多通信系统融合及智能化等趋势,使得在进行电子产品电磁兼容设计时,一些传统的设计方法无法应用,比如:使用全封闭的金属外壳,各子系统之间保证足够的距离,产品内使用屏蔽罩等。因此,必须采用一些新型的电磁兼容设计方法和材料。其中,吸波材料作为一种新型的屏蔽材料,具有“轻、薄”特征的产品已经面世,使得在手机产品的电磁兼容设计中应用吸波材料作为屏蔽材料成为可能。

2 吸波材料

2.1 介绍

所谓吸波材料,是指能够将投射到它表面的电磁波大部分吸收并转化成其他形式的能量(主要是热能)而几乎无反射的材料[1]。

对于吸波材料的研究,起初是为适应现代战争的需要――20世纪40年代,由于雷达的面世,引发了对于吸波材料的研究。1950年代,美国开始把吸波材料用于隐形飞机技术中,海湾战争F117隐形飞机的成功使用,使世界各国加大了对吸波材料研究的力度。随着技术的发展,由于在民用领域电磁兼容问题日益严重,吸波材料的应用与研究已远远超出军事应用范围,而更广泛地用于微波暗室、电磁屏蔽、降低光学器件反射、避免通讯设备干扰、建筑防辐、消除电视重影等许多方面[2]。

2.2 基本原理

设材料的介电常数和磁导率分别为εr和μr,自由空间的介电常数和磁导率分别为ε0和μ0。入射电磁波从自由空间照射在吸波材料上时(如图1),依据Maxwell方程及边界条件可知,当电磁波垂直入射时,材料界面的复反射系数为[1]:

R=(ZM-Z0)/(ZM+Z0) (1)

其中,ZM和Z0分别为吸波材料和自由空间的阻抗。

式中:εr'、μr'分别为吸波材料在电场和磁场作用下产生的极化和磁化程度的变量;εr"为在外加电场下,材料电偶矩产生重排引起损耗的量度;μr"为在外加磁场作用下,材料磁偶矩产生重排引起损耗的量度。由此可见,对介质而言,承担着电磁波吸波功能的是介电常数和磁导率的虚部εr"和μr",它们引起能量的损耗。

吸波材料对电磁波能量的吸收,可以由下式来表示[3]:

式中:

P[W/m3]:单位体积吸波材料所吸收的电磁能量;

E[V/m]:入射电磁波的电场强度;

H[A/m]:入射电磁波的磁场强度;

σ[S/m]:材料的电导率;

ω[sec-1]:电磁波的角速度,ω=2πf,f是电磁波的频率;

ε0[F/m]:真空的介电常数,8.854×10-12F/m;

εr:材料的复介电常数;

μ0[A/m]:真空的磁导率,1.2566×10-6A/m;

μr:材料的复磁导率。

为使吸波材料实现吸收电磁波的功能,首先必须能够使电磁波不反射,必须使得电磁波在材料界面的复反射系数为R=0,亦即要求ZM=Z0,即吸波材料必须满足阻抗匹配的条件。如电磁波是由自由空间入射到吸波材料,自由空间的阻抗是Z0=377Ω,那么,此时要求吸波材料的阻抗必须为ZM=Z0=377Ω。

此外,电磁波在入射到吸波材料内后,还必须能够在一定的距离内被衰减掉。电磁波在介质内传播时,其能量的衰减与传输距离x呈指数关系:Ploss=e-αx。α是吸波材料的衰减常数,可以由下式表示[4]:

α=-(μ0ε0)1/2ω(a2+b2)1/4sin[(1/2)tan-1(-a/b)] (7)

其中,a=(εr'μr'-εr"μr"),b=(εr'μr"-εr"μr')。

由式(7)可以看出,要在较短的距离内实现很大的衰减,α必须很大,也就是说,εr'、εr"、μr'及μr"必须很大。这是吸波材料实现吸收电磁波功能所必须满足的另外一个条件,即吸波材料必须满足衰减匹配。

然而,我们发现,实际上这两个条件是相互矛盾的:要满足衰减匹配的要求,εr'、εr"、μr'及μr"必须很大,而这又会导致反射系数变大。因此,在实际设计时,往往会采用多层吸波材料或阻抗渐变的吸波材料。

综上所述,吸波材料要实现吸收电磁波的功能,必须满足阻抗匹配及衰减匹配这两个条件;且在设计时,必须采用一些方法来解决阻抗匹配与衰减匹配之间的矛盾。吸波材料对电磁波的吸收能力,取决于材料的电导率、介电损耗及磁损耗,介电损耗取决于复介电常数的虚数部分,对电场起作用;而磁损耗由复磁导率的虚数部分决定,作用于磁场。因此,可以利用微波吸波材料的介电损耗来吸收电磁波的电场部分,这种类型的吸波材料称为介电型吸波材料。在使用介电型吸波材料时,如果应用在距离射频电路很近的位置,会存在导致电路短路的风险。填充物是特殊的铁及铁氧体之类的磁性材料,被称为磁性吸波材料,这些材料对于直流来说是绝缘的,因此可以以直接接触的方式应用于内部电路。

2.3 分类

吸波材料有许多分类方法,一般来讲,主要有以下几种[2]:

(1)按损耗机理,可分为介电型吸波材料和磁性吸波材料。介电型吸波材料的主要特点是具有较高的介电常数和介电损耗角,以介质的电子极化或界面衰减来吸收电磁波。磁性吸波材料损耗机理主要为铁磁共振吸收,具有较大的磁损耗角,以涡流损耗、磁滞损耗、剩余损耗衰减来吸收电磁波。

(2)按成型工艺和承载能力,可分为涂覆型和结构型。涂覆型吸波材料是具有电磁波吸收功能的涂料,其工艺简单,使用方便,因容易调节而受到重视,隐形兵器几乎都是用了涂覆型吸波材料。结构型吸波材料具有承载和吸波的双重功能,其结构形式有蜂窝状、角锥状和波纹状等。

(3)按吸收原理,可分为吸收型和干涉型。吸收型吸波材料本身对雷达波进行吸收损耗,基本类型有复磁导率与复介电常数基本相等的吸收体、阻抗渐变“宽频”吸收体和衰减表面电流的薄层吸收体;干涉型则是利用吸波层表面和底层两列反射波的振幅相等、相位相反进行干涉相消,如1/4波长“谐振”吸收体,这类材料的缺点是吸收频带较窄。

(4)按研究时期,可分为传统吸波材料和新型吸波材料。铁氧体、钛酸钡、金属微粉、石墨、碳化硅、导电纤维等属于传统吸波材料,它们通常都具有吸收频带窄、密度大等缺点。其中铁氧体吸波材料和金属微粉吸波材料研究较多,性能也较好。新型吸波材料包括纳米材料、手性材料、导电高聚物、多晶铁纤维及电路模拟吸波材料等,它们具有不同于传统吸波材料的吸波机理。其中纳米材料和多晶铁纤维是众多新型吸波材料中性能最好的两种。

其中,如前所述,铁氧体等磁性吸波材料,由于在直流工作时具有不导电的特性,因此可以直接贴附于发出干扰的电路上,这一特性使得磁性吸波材料很适合在手机等对产品尺寸要求较高的消费类电子产品中应用。

3 吸波材料在手机电磁兼容设计中的应用

手机在工作时,会不断往外发射电磁波,最大功率可以达到2w,这对周围环境的影响是很大的。比如,在手机通话的过程中,如果与固定电话距离较近,且固定电话也在通话,那么,我们经常会在固定电话的手柄中听到“滋滋滋”的声音,非常刺耳,这就是典型的手机对固定电话的干扰现象。因此,为避免手机在工作时对周围环境的干扰,必须对手机工作时的一些不必要的辐射(spurious emission)进行限制。国际上对此有严格的限制,其中与手机相关的国际规范(3GPP TS 51.010-1 V9.0.1(2010-02))对此的规定如表1所示[5]:

在处理手机的杂散辐射时,常用的措施有滤波、屏蔽等,而在某些特殊的情形下,吸波材料的应用也是一个很好的解决办法。下文通过一个典型案例,阐述吸波材料在解决手机杂散辐射问题时的应用。

在本案例中,手机在耦合杂散辐射性能上不能满足上述规范的要求,主要的问题为:在手机各个频段反射的二次谐波处,超出限制值。测试数据如表2所示:

从上述原始数据来看,手机在各频段的二次、三次谐波点处超出了3GPP规范的要求,并且最大超出了23.53dBm。

而手机在传导测试时,各频段的二次、三次谐波性能正常,完全满足规范的要求,如表3所示:

因此,需要进一步查找其他的原因。经排查发现,手机中内置的GPS天线与该项测试有着明显的相关性:当去除GPS天线时,测试结果一切正常,能够完全满足规范要求;而在安装上GPS天线后,测试结果大大恶化。然而,在进行此项测试时,GPS部分功能是完全处于关断状态的,所以,手机在耦合状态下所测试到的二次、三次谐波处的杂散辐射,应不是由GPS天线本身辐射出来的。经仔细观察,发现GPS天线与手机天线位置相对,处于手机主板的两端,GPS天线背面有一个大的金属地平面,且与手机天线相距62mm。因此,怀疑是这块金属地平面形成了一个反射面,将手机天线发射出的电磁波反射回去,从而形成了能量的叠加,恶化了二次、三次谐波处的杂散辐射性能(如图3所示)。作为一种解决对策,在GPS天线背面的金属平面处粘贴一铁氧体吸波材料,重新进行此项测试,结果得到了很大的改善,如表4所示。

由表4可以看出,在GPS天线背面的金属平面上粘贴吸波材料后,确实起到了吸收电磁波、减少反射的作用,从而改善了耦合二次、三次谐波辐射性能。

4 总结

近年来,随着民用产品电磁兼容设计需求的不断增多,吸波材料的应用场合已经远远超出最初的军事领域,不断向民用方向发展。同时,适合于民用产品如手机的电磁兼容设计等应用的产品也不断被开发出来。从上述实例可以看出,吸波材料在解决手机产品的电磁兼容设计问题时是很有效的。随着电子产品的小型化、多功能化、数字化发展以及工作频率的不断提升,吸波材料,尤其是具有不导电性能的铁氧体吸波材料,在这些产品的电磁兼容设计方面,将可发挥越来越大的作用。

参考文献

[1]赵灵智,胡社军,等. 吸波材料的吸波原理及其研究进展[J]. 现代防御技术,2007,35(1):27-31.

[2]孟建华,杨桂琴,等. 吸波材料研究进展[J]. 磁性材料及器件,2004,35(4):11-14.

[3]Sony. 2008. Sony’s electromagnetic wave absorber reduces EMC and SAR problem[EB/OL]. /Products/SC-HP/cx_news/vol25/pdf/emcstw.pdf.

[4]Xingcun Colin Tong. Advanced Materials and Design for Electromagnetic Interference Shielding[C]. CRC Press Taylor & Francis Group, 2009:237-255.

[5]ETSI. 3GPP TS 51.010-1 V9.0.1. 3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group. GSM/EDGE Radio Access Network Digital Cellular Telecommunications System(Phase 2+); Mobile Station (MS) Conformance Specification; Part 1: Conformance Specification(Release 9)[EB/OL]. (2010-02)/ftp/Specs/archive/51_series/51.010-1/51010-1-901.zip.

电磁波的实际应用范文第9篇

关键词 分层次教学 电磁场与电磁波 教学模式探索

中图分类号：G424 文献标识码：A

“电磁场与电磁波”是世界各国大学电子类专业学生必修的一门技术基础课，它在培养学生坚实的理论基础及分析问题和解决问题的能力方面起着非常重要和积极的作用。并为后续课程：微波工程、射频通信电路、天线原理等打下基础。因为“电磁场与电磁波”理论性强，概念抽象，数学推导繁琐，历来被公认为是一门难教和难学的课程。

传统的教学形式都是采用整齐划一的班级授课制，很难关注学生的差异性，具有明显的弱点。针对学生的差异性，可行的办法是将班级授课形式与隐性分层教学结合起来，以班级授课为框架，以隐性分层教学为辅，使二者形成互补。

1 “电磁场与电磁波”的特点和教学现状

（1）“电磁场与电磁波”是一门理论性很强，概念抽象的课程，它要求数学基础扎实，物理概念强，同时学生还应该有一定的空间想象能力以及抽象思维能力乃至严密逻辑能力，一直以来大家都认为这是一门教学难教和学习难学的课程。

（2）因为学时紧张，电磁场与电磁波的学时数根据要求，已经由最初的64 学时减少到现在的48 学时。对教师如何在有限学时内如何讲授好这门课程提高了要求，学生既要掌握理论知识同时又要有相关应用能力，既要突出知识体系的完整性和基础性，又要注意理论与实际应用的结合，使学生易于接受。近几年，笔者对教学相关内容有了一定的调整， 在教学方法上逐渐多样化， 但课程本质上变化不大， 组织教学形式还是：分专业开设课程， 大课堂统一授课。 目前，这种常规教学形式逐步显现出一定的局限性。

2 “电磁场与电磁波”隐性分层次教学的针对性

2.1 分层次教学可以针对学生的个体差异性做到因材施教

目前，高校的扩招导致学生个体的基础知识差异日益明显，这种差异在电磁场与电磁波课程的教学中，主要体现在学生数学基础不一致，思维能力不同步，对电磁场与电磁波的理解及学习态度均有明显的不同。因此我们必须从实际情况考虑，做到因材施教，授课内容循序渐进，使不同层次的学生都能在自己原来的基础上逐步提高，达到教学目的。

2.2 分层次教学同时针对学生的就业选择

学生将来就业的选择意的不同能影响其个人的学习主动性， 进一步会影响其爱好和兴趣。在电磁场与电磁波的教学中， 我们考虑到学生对课程的要不同求， 部分学生因为兴趣爱好或者因为需要考研进而想多学一些，他们了解21世纪是科学技术发展的信息时代，所以我们可以把国内外的先进通讯技术、射频集成电路以及微波和毫米波技术方面的学术进展、专家们的精辟见解和分析方法传授给这部分有需要的学生，另外部分学生些对电磁场不感兴趣或者认为电磁场与将来的职业选择不相关，因而只想拿到绩点和学分，我们也必须让学生了解到“电磁场与波”课程是上述技术的基础，它是架设于“路”的课程与“场”的课程的一座理论桥梁。

3 分层次教学在电磁场与电磁波课程的具体实施

3.1 分层学生

A层目标：数学基础薄弱，能识记并理解所学的物理量概念、公理、定理法则基础知识，能直接应用所学知识进行简单运算。B层目标：在上这基础上，能进一步掌握所学知识，应用所学知识解决较简单的实际问题。C层目标：在前两层目标的基础上，学会应用有关电磁波知识能拓展学习微波相关知识，独立地分析和解决一些综合性的问题和实际问题。

3.2 分层备课

要给学生一杯水，教师首先要有一桶水备好课是上好课的关键。根据学生的不同层次，因为我们要因材施教，明确层次性，确立不同层次的教学目标。在电磁场与电磁波备课时，要特别理解教学大纲的要求，对于教材要精通，着重对学生进行分析，找出不同层次的差异，进而进行分层训练。同时更要立足于所有学生，使大多数学生达到我们要求的目标；同时考虑目标的差异进而弹性设计目标要求，建立整体目标要求以及各层次每个单元的教学目标。

3.3 分层授课

根据不同层次学生的个体差异，对于班内的各种不同层次的不同要求，在授课时要实施隐性分层。在我们授课的时候，根据不同难度的例题和习题对不同层次的学生提问、同时根据不同难度知识点的，对不同层次的学生讲授。在教学过程中一般采取集体教学，分组教学和个别教学相结合的方式，不同的组提出了不同层次的要求，对学有余力的学生提出特别要求，进度比一般同学稍快一些，学习内容稍深一些。

3.4 评价分层

我们考虑的隐性分层评价是面对不同层次的学生的学习水平，给予合理的实事求是的评价。主要目的是，给予学生学习的自信心。

4 采用分层次教学后的效果

在隐性分层教学开展的这几年，课程组积极开展教学研究、集体备课、教学讲评、观摩教学等活动，针对学生分层的可行性、教学目标分层的深入及准确性进行研究探讨以及实践，几年下来，教学有了一定的效果。

在没有开展隐性分层教学以前，学生成绩分布很广，优秀和不及格人数都占有一定比例，下面是在进行分层教学以前的电子信息工程专业2006级一个班级成绩分布：参加考试人数：35人， 90～100分： 1人；80～90分：3人；70～80分：9人；60～70分：10人；60分以下：12人，平均分：62.7，标准差：16.2。

同年，我们开始在学院内部进行隐性分层教学，我们根据学生之间的性格特点、认知基础差异等因素作为参考，来对学生划分层次。保证各个层次的学生在一些方面具有大致相同的特点，以便于我们有针对性有目的地进行教学，在探索中前进， 我们的努力逐渐成效，学生成绩有所提高，剔除一些其它客观因素，在同一个专业，同一个教师授课的前提下，能看到学生的标准差明显缩小，隐性分层教学取得了一定的教学效果，下面是电子信息工程专业2009级一个班级成绩分布：参加考试人数：31人， 90～100分： 2人；80～90分：8人；70～80分：11人；60～70分：10人；60分以下：0人，平均分：74.5，标准差：8.8。

今后我们更要总结可用于电磁场与电磁波教学的例子，对学生进行隐性分层，便于课堂教学和目标分层，教师对教学内容深入研究、精心设计，结合班级不同层次学生的实际情况，制定分层教学目标，使不同层次的学生各得其所，各展所长充分发展，以此来优化课堂教学结构， 完善“电磁场与电磁波”课程隐性分层教学模式，使隐性分层教学得到进一步推广。

参考文献

[1] 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.

电磁波的实际应用范文第10篇

[关键词]稀土永磁同步发电机气隙磁场电压波形正弦性畸变率

电机的气隙磁场是由定子磁场和转子磁场偶合而成的,它在电机进行机电能量转换过程中起了主要的作用,决定了机电能量转换的能力和运行的技术性能。因此,分析与研究电机气隙磁场是电机设计者的重要研究的课题。

稀土永磁凸极同步发电机(以下简称稀土永磁发电机)的转子磁场是由永磁体提供的,与电励磁凸极同步发电机(以下简称电励磁发电机)相比,无需励磁电流,节省了励磁损耗,具有效率高、结构简单、运行可靠等优点。但是,凸极同步发电机的极靴形状直接影响了气隙磁场的分布波形,为了力求稀土永磁发电机的空载气隙磁场接近于正弦形分布、降低电压波形正弦性畸变率Ku、提高稀土永磁发电机的运行性能,对稀土永磁发电机的气隙磁场进行分析与研究,探讨稀土永磁凸极同步发电机极靴形状的设计是非常必要的。

1稀土永磁发电机气隙磁场的特点

由于凸极永磁发电机的气隙磁场性质与凸极电励磁发电机的气隙磁场性质不同,电枢反应产生的效果也有所不同,因此,磁极的极靴形状的设计参数选择也有所不同。

首先,电励磁发电机的电枢反应是可逆的,当电机卸载后,气隙磁场可以恢复到起始时的空载状态,随着电子技术的发展与应用,电励磁发电机的励磁可以采用电子电路可控励磁,对负载的变化实现励磁自动补偿供给,而永磁发电机在运行过程中,随着负载的变化,电枢反应使永磁体的工作点在磁化曲线的退磁回复线上变化,永磁体工作点的变化引起永磁体发出的磁能积随之变化,因此,永磁体提供的气隙磁场具有动态特性,当发电机卸载后(特别在突然短路状态后),电枢反应可能会使永磁体造成不可逆的去磁反应。

其次,电励磁发电机为了减小磁极间的漏磁,一般极弧系数αp(αp=bp/τ,bp为极弧长度,τ为极距)选取0.68～0.72为最佳值,而永磁发电机为了增强抵抗电枢的去磁反应能力,极弧系数要选得比电励磁发电机的极弧系数大得多,这样,就增大了磁极间的漏磁通,减少了气隙有效磁通。

第三,电励磁发电机极靴采用整块钢,或者在磁极表层增设阻尼绕组,可以起阻尼作用,而永磁发电机磁极表面如果带有软铁极靴的结构也可以起阻尼作用,如果没有带软铁极靴的结构,永磁磁钢直接面对着气隙,电枢反应直接作用于永磁体,因此,磁极表面应采取形成阻尼作用的措施,这样,就加长气隙长度。

第四,在永磁发电机磁路计算中,计算磁位差的方法和计算公式与电励磁发电机基本相似,但是,各个修正系数大小的选取,直接关系到磁路计算的准确与否。所以凸极永磁发电机与凸极电励磁发电机的转子极靴形状的设计存在着异同点。

永磁体提供一个沿着磁极极靴表面是不随时间变化的矩形波磁场,含有谐波分量比较大,气隙长度与最小气隙长度的比值、极弧系数、磁路饱和度、电枢齿槽效应、漏磁现象等等。为了力求空载气隙磁场波形接近正弦分布,尽量削弱谐波分量,对凸极稀土永磁发电机极靴形状的设计进行了探讨。

2极靴形状设计方案

为了便于定性分析与研究永磁发电机气隙磁场,假定电枢表面光滑,铁的导磁率μFe为无穷大,忽略磁路饱和度等影响的因素。本文结合一台2极、3kW稀土永磁发电机的典型样机,采用不同磁极极靴形状结构、不同极弧系数αp、均匀气隙和不均匀气隙情况,实测出气隙磁场波形图和实测出空载电压波形正弦性畸变率,分析稀土永磁凸极同步发电机极靴形状对气隙磁场波形分布的影响。样机采用高矫顽力的稀土永磁(钕铁硼)瓦片形永磁体,磁极表面不带有软铁极靴的结构,磁极表面采取阻尼作用的措施。

2.1 均匀气隙

定子电枢内径与转子磁极极靴表面直径为同心圆,极靴表面到电枢表面之间的气隙长度δ为恒值,称为均匀气隙,如图1所示,由于极靴表面气隙磁导相等,永磁体提供的磁场在气隙中产生的磁感应分布规律B=f(x)是一个矩形波,如图2所示,均匀气隙中非正弦规律分布的磁感应B(x)含有较大的谐波分量。图3为一台2极、3kW均匀气隙的稀土永磁发电机样机的磁极结构截面示意图,磁极表面不带有软铁,由于定子冲片单边齿槽效应,使得齿和槽下的气隙磁导不一样,空载气隙磁场分布为锯齿形波,图4所示为利用示波器测出极弧系数αp分别为0.64和0.81时,样机的空载气隙磁场分布实际波形曲线,用波形畸变率测量仪测出电压波形正弦性畸变率Ku见表1。

图1图2

图3图4

2.2 非均匀气隙

转子磁极极靴表面到电枢表面之间的气隙长度不均匀,磁极中心处气隙长度最小,沿着磁极两边气隙长度δ(x)按一定规律连续增大,磁极两端气隙长度最大δmax,称为非均匀气隙。此时由于极靴表面气隙长度不相等,故气隙磁导也不相等。为了力求永磁体提供的磁场在气隙中分布规律B=f(x)接近于正弦形波,采用合适的非均匀气隙的转子磁极极靴形式,有利于减小谐波分量,改善永磁发电机的电压波形,降低电压波形正弦性畸变率Ku。

2.2.1 偏心圆弧形极靴

采用偏心圆弧形极靴,稀土永磁发电机转子磁极极靴表面为磁极直径DP与定子内径Di成偏心的偏心圆弧形结构,磁极中心处气隙长度最小为δ,磁极两端气隙长度最大δmax, 极靴偏心距H为;

(1)

极靴表面圆弧半径;(2)

由于非均匀气隙中极靴表面气隙磁导不相等,永磁体提供的磁场在气隙中产生的磁感应分布规律B=f(x)是一个接近于正弦形波,利用电励磁凸极发电机推荐的最佳气隙长度比系数 δmax÷δ=1.5, 图5所示为一台2极、3kW偏心圆弧形结构的稀土永磁发电机样机的磁极极靴截面示意图,磁极表面不带有软铁,图6所示为利用示波器测出极弧系数αp分别为0.64和0.81时,样机的空载气隙磁场实际波形曲线,用波形畸变率测量仪测出电压波形正弦性畸变率Ku见表1。

图5

图6

2.2.2 气隙长度按正弦规律变化

采用气隙长度按正弦规律变化的偏心圆弧形极靴,在磁极中心处气隙长度最小为δ,沿着磁极两边气隙长度按正弦规律变化,磁极两端气隙长度最大δmax,转子磁极极靴表面到电枢表面之间的气隙长度不均匀。

空载气隙磁场分布;

(3)

空载气隙磁场基波幅值;

(4)

把(4)代入(3)可以求出;

(5)

根据公式(5)计算,当极弧系数αp选0.64和0.81时, ,,这样δmax太大,根据电励磁凸极发电机推荐的最佳气隙长度比系数,选择δmax÷δ=1.5,当,,当,,取δmax=1.5δ,则气隙长度按下式规律变化;

(6)

当极弧系数αp选0.64和0.81时,磁极两端气隙长度分别为δmax=1.45δ和δmax= 1.48δ。此时非均匀气隙中正弦规律变化的磁感应B(x)波形如图7所示。一台2极、3kW稀土永磁发电机样机的磁极极靴表面结构与图5所示相似,磁极表面不带有软铁,利用示波器测出极弧系数αp为0.81时的空载气隙磁场实际波形曲线如图8所示,用波形畸变率测量仪测出电压波形正弦性畸变率Ku见表1。

2.3 不同设计方案性能分析

从不同设计方案样机的实测空载气隙磁场的波形图和实测数据表可以看出,稀土永磁发电机的空载气隙磁场的波形、电压波形正弦性畸变率以及稳态电压调整率都受到磁极极靴形状和极弧系数的影响。可以得出:

2.3.1当磁极极靴形状一样时,极弧系数αp为0.81时电压波形正弦性畸变率和稳态电压调整率比极弧系数αp为0.64时小;

2.3.2当极弧系数αp为一样时,非均匀气隙时的电压波形正弦性畸变率和稳态电压调整率比均匀气隙时小,表明非均匀气隙的磁极极靴形状优于均匀气隙的磁极极靴形状;2.3.3当气隙长度比系数 δmax/δ一样时,非均匀气隙的磁极极靴存在选取最佳的极弧系数的问题,比较电压波形正弦性畸变率和稳态电压调整率,由表1可知,气隙长度按公式(6)规律变化的样机与偏心圆弧形极靴比较接近。

3结束语

本文结合典型规格的稀土永磁凸极同步发电机样机的实测空载气隙磁场的波形和实测数据,来阐述稀土永磁凸极同步发电机极靴形状的设计,对空载气隙磁场的波形、电压波形正弦性畸变率以及稳态电压调整率的影响,由于永磁体励磁与电励磁的不同,决定了气隙磁场性质的不同,使得稀土永磁凸极同步发电机与电励磁凸极同步发电机的极靴形状设计存在着异同点,探讨稀土永磁凸极同步发电机极靴形状的优化设计,选择最佳系数,力求达到稀土永磁凸极同步发电机气隙分布最接近于正弦波形,有利于减小谐波分量,减小电压波形正弦性畸变率,以改善永磁发电机的电压波形。

参考文献:

[1] 唐任远.现代永磁电机理论于设计[M]. 北京:机械工业出版社,1997.

[2] 陈俊峰.永磁电机[M].北京:机械工业出版社,1983.

[3] 汤.电机内的电磁场(第二版)[M].北京,科学出版社,1998.

电磁波的实际应用范文第11篇

关键词:电磁辐射(EMF);电磁感应;近场;远场;非选频式宽带测量仪

中图分类号:X591文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)03-0107-02

一、电磁辐射(EMF)背景介绍

(一)电磁辐射(EMF)

随着技术革命的更新和不同波段新的应用的不断发现,许多频率电磁辐射(EMF)的暴露水平显著增加,生活中的每个人都处在0～300GHz频率的复合电磁场(EMF)暴露中,电磁污染(EMF)已成为最广泛的环境影响因素之一。这些电磁现象的综合,我们称之为电磁环境。电磁辐射表示能量以电磁波形式由源发射到空间的现象,这个词的含义也常常被引申,将电磁感应的现象也包括在内。

电磁噪声是比较典型的电磁污染现象,它表示明显不传送信息的时变电磁现象,可能与有用信号叠加或者组合,可能损害有用信号接收。电磁污染的主要来源有:各种输变电系统;运输系统、长途通讯设施和便携式通讯工具如移动电话;医药、商业和工业设备;雷达;电台和电视台发射天线等。

随着对电磁场(EMF)暴露会引起各种健康问题担忧的增加,1996年世界卫生组织(WHO)设立了国际电磁辐射(EMF)项目以寻求解决问题的方法,其目的是对EMF的健康危害进行正式评估总结现有资料文献和不同国家的研究成果。

由于对电磁辐射所造成的健康危害的不同理解,不同国家所制定的电磁辐射标准有很大的差异。其中,俄罗斯、中国、意大利、比利时等国家在制定标准时考虑了电磁辐射对人体的神经效应方面的影响,标准限值较严厉,美国、澳大利亚、德国等国在制定标准时采用了国际非电离协会(ICNIRP)的推荐标准,没有考虑电磁辐射对人体的神经效应方面的影响,而只是考虑已有明确研究结果的热效应,标准限值较宽松,将来仍然有进一步提高标准限值的可能。很少有国家颁布相关的法规。

(二)电磁辐射(EMF)的环境影响

电磁辐射对人类健康的影响。电磁辐射对人体的健康影响主要有两方面:躯体热效应和神经效应。根据频率的不同电磁辐射对体的影响有所不同,一般而言低频电磁辐射对人体的影响以神经效应为主,高频电磁辐射对体的影响以热效应为主。

在这方面医学上有很多研究,例如手机使用时间长了以后,头面部会发热。低频电磁辐射强度对人体的神经效应由于缺乏足够的实验支持和大量的流行病学调查研究,因此在国际标准(欧洲EN)制定时没有考虑该因素,但对标准限值的修改留出了修改的余地。

(三)电磁辐射物理原理

磁辐射源产生的交变电磁场可分为性质不同的两个部分,其中一部分电磁场能量在辐射源周围空间及辐射源之间周期性地来回流动,不向外发射,称为感应场;另一部分电磁场能量脱离辐射体,以电磁波的形式向外发射,称为辐射场。一般情况下,电磁辐射场根据感应场和辐射场的不同而区分为远区场(感应场)和近区场(辐射场)。由于远场和近场的划分相对复杂,要具体根据不同的工作环境和测量目的进行划分,一般而言,以场源为中心,在三个波长范围内的区域,通常称为近区场,也可称为感应场;在以场源为中心,半径为三个波长之外的空间范围称为远区场,也可称为辐射场。可以想见对于100kHz以下的低频信号,如50Hz的电力传输频率,我们的测量显然是在近场区内进行的,我们需要单独测试该场的电场和磁场(在实际测量中考虑到无线电干扰的可能还需要另外测量无线电干扰),而对于如300MHz以上的微波信号,很显然测试是在远场进行的,我们只需要测定环境的电场强度。对于典型的有用信号,其波长和频率对应关系见表1:

近区场内,电场强度与磁场强度的大小没有确定的比例关系。近区场的电磁场强度比远区场大得多。近区场的电磁场强度随距离的变化比较快,在此空间内的不均匀度较大。

在远区场中,所有的电磁能量基本上均以电磁波形式辐射传播,这种场辐射强度的衰减要比感应场慢得多。远区场为弱场,其电磁场强度均较小。由于我们对于磁辐射的测量按测量场所分为作业环境、特定公众暴露环境、一般公众暴露环境测量。按测量参数分为电场强度、磁场强度和电磁场功率通量密度等的测量。

(四)电磁辐射测量仪器

磁辐射的测量按测量场所分为作业环境、特定公众暴露环境、一般公众暴露环境测量。按测量参数分为电场强度、磁场强度和电磁场功率通量密度等的测量。测量仪器根据测量目的分为非选频式宽带辐射测量仪和选频式辐射测量仪。无论是非选频式宽带辐射测量仪还是选频式辐射测量仪,基本构造都是由天线(传感器)及主机系统两部分组成的,考虑到经济适用的原因,重点介绍非选频式宽带辐射测量仪,通常也称作时域场强仪,实际上,由于价格合适和操作比较简单的原因,非选频宽带辐射测量仪的应用广泛,它的优势在于操作简单价格实惠,另外它的传感器一般都是三维各向同性探头,符合了场强测量的物理特性,该仪器采用的检波方式是传统的RMS(均方根值)检波,强调了实际的功率累计效果,非常适合于电磁环境的测定。而稍显不足的地方在于,相对于应用于复杂电磁环境测量的选频式辐射测量仪来说,精度没有达到那么高的标准,另外没有办法从频域对于辐射源作一个很直观的浏览和精确的判定。

二、非选频式宽带辐射测量仪(综合场强仪)的工作原理

(一)电场探头

偶极子和检波二极管组成探头。这类仪器由三个正交的2～10cm长的偶极子天线,端接肖特基检波二极管、RC滤波器组成。检波后的直流电流经高阻传输线或光缆送入数据处理和显示电路。通常这类仪器探头响应快,动态范围大,但由于作为天线的偶极子的长度应远小于被测频率的半波长,以避免在被测频率下谐振。这一特性决定了这类仪器只能在低于几吉赫频率范围使用,不过随着仪器技术的不断发展,近几年也有厂家能将频率范围扩展到40GH频率,甚至更高范围。

(二)热电偶型探头

采取三条相互垂直的热电偶结点阵作电场测量探头,提供了和热电偶元件切线方向场强平方成正比的直流输出,待测场强与极化无关,保证了探头有极宽的频带,容易做到极高的频率,但探头响应和动态范围要相对差一些。

(三)磁场探头

磁场探头由三个相互正交环天线和二极管、RC滤波元件、高阻线组成,从而保证其全向性和频率响应。对电性能的要求使用非选频式宽带辐射测量仪实施环境监测时,为了确保环境监测的质量,应对这类仪器电性能提出基本要求:

各向同性误差≤±1dB;系统频率响应不均匀度≤±3dB;灵敏度:0.5V/m;校准精度:±0.5dB。

三、国内EMF标准

1.1996年,世界卫生组织WHO 设立了国际电磁辐射(EMF)项目以寻求解决问题的方法。1999/519/EC,1999.07.12,欧盟理事会建议,公众对电磁场的暴露限制一般来说所有的标准都根据工作性质分为公众暴露(限值相对较严格)和职业暴露(限值相对宽松),中国的电磁辐射防护规定是(GB8702-88)。基本限值在于职业照射在每天8小时工作时间内,任意连续6分钟全身比吸收率(SAR)应小于0.1w/kg;而公众照射时在每天24小时的工作时间内,任意连续6分钟按全身平均的比吸收率应小于0.02w/kg。需要指出的是到目前为止,电磁辐射防护规定的频率下限是100kHz,也就是射频的频率范围,对于工频(0.005～100kHz)的频率范围,则不作规定。关于这部分的测试,现在以我们环境保护行业标准《500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》(HJ/T24-1998)的规定进行评定。

2.EMF不是EMC。EMF是为了保证人身安全目的,是研究电子产品发射出的电场、磁场噪声对人身的影响,重点在于考量生物安全效应。而EMC(电磁兼容)是为了保证电子产品的正常工作目的,是研究电子产品发射出的噪声对其他电子产品的影响,或者不受其他电子产品的影响。重点在于考量无线电骚扰和电磁抗扰效应。体现在具体的测试仪器上,后者一般选择是窄带测试仪,选用的检波方式也是不同于均方根检波器的准峰值和平均值检波方。

参考文献

[1]攸纲.谈高频场电磁污染[C].第二届电磁辐射与健康目标研讨会议文集,2000.

[2]中华人民共和国卫生部.工作场所物理测量-高频污染(GBZ/T189.2)[S].2007.

[3]Gandhi,0.P.“放射测量的一些数量方法:特低频率到微波频率”[J].无线电科学,1995,(30).

[4]国家环保总局.电磁辐射防护规定(GB8702-88)[S].

电磁波的实际应用范文第12篇

（安徽工程大学 电气工程学院，安徽 芜湖 241000）

摘 要：针对传统直接转矩控制系统采用磁链和转矩滞环比较器存在的波形脉动大问题，提出了基于EKF和预期电压矢量调制技术的永磁同步电机直接转矩控制系统，采用预期电压矢量调制技术使得定子电压能够更好地满足磁链和转矩的控制要求，同时采用EKF对转矩和磁链进行观测，提高了磁链的估计精度，保证了直接转矩控制的响应和系统鲁棒性.实验结果表明，与传统直接转矩控制相比，该系统下的转矩和磁链脉动大大减小，并且具有良好的静动态响应性能.

关键词 ：EKF；预期电压；直接转矩控制；PMSM

中图分类号：TP23文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）01-0044-03

1 引言

永磁同步电机构成系统性能优良，使其广泛应用于生产生活中的各个领域.永磁同步电机的控制方法一般有直接转矩控制和矢量控制.传统的直接转矩通过调节磁链和转矩滞环宽度实现控制逆变器开关频率，但由于逆变器开关频率不恒定，难以达到充分利用逆变器的开关频率,使得传统直接转矩控制系统中存在磁链、转矩以及电流波形存在脉动问题[1-3].

为了解决传统直接转矩控制中的磁链、转矩和电流波形脉动问题，常用的方法有两种：（1）对施加的空间矢量进行高频化和精细化；（2）增加定子磁链的观测精度.常见的减小脉动方法是在逆变器开关控制中利用电压空间矢量调制技术(SVM-DTC)可以获得更多连续变化的电压空间矢量，保证逆变器开关频率恒定[4-8].

本文采用两个PI调节器代替传统直接转矩控制系统中使用磁链和转矩滞环比较器，提出基于EKF和预期电压矢量调制技术的永磁同步电机直接转矩控制.采用预期电压矢量调制技术，确保逆变器开关频率恒定，利用转子位置和定子电流估计磁链，保持定子幅值不变，通过改变转矩角的大小.而EKF的使用是对永磁同步电机定子磁链和转速进行观测，克服传统直接转矩控制系统中电压积分的缺点，改善了系统的稳定性能和动态性能，同时代替机械式位置传感器测量的转子位置和转速，克服了使用传感器给系统带来的缺陷.

2 预期电压矢量调制技术的直接转矩

如图1所示为基于预期电压矢量调制技术的DTC系统，由给定的转速和实际的转速差经PI调节器得出维持该给定转速所需的给定电磁转矩Te*；由给定的Te*和实际的Te经PI调节器得出维持该转矩差TTe所需的负载角增量Tδsf；由计算出的预期电压矢量经过空间矢量调节(SVPWM)得到逆变器的输入脉冲，从而控制电磁转矩驱动电机工作.

由图1可将电压方程（4）近似表示为

其中，T为控制周期；uαref和uβref为期望电压矢量usref的电压分量值.

由此得到期望电压矢量usref的幅值和相位角分别为

3 PMSM的EKF观测模型

如图2所示为基于EKF和预期电压矢量调制技术的PMSM DTC系统框图.图中，EKF观测器对定子磁链和转速进行估计，代替使用光电编码器，提高定子磁链的估计精度，同时也实现了PMSM无速度传感器控制.

永磁同步电机在αβ坐标系下的电压方程为

电流方程为：

由于电机的电气常数比机械常数小得多，所以在采样周期很短的情况下，认为电机的转速ω不变，且近似认为转动惯量为无穷大.则选取状态变量、输入量和输出量如下：

x=[iα iβ ωr θe]T、u=[uα uβ]T、y=[iα iβ]T

则状态方程可表示为

对状态方程进行线性化处理

设采样周期为Ts，则将式（5）离散化加入过程噪声wk和测量噪声vk可得

由此得到离散后的状态方程：

其中，状态噪声误差w(k)为电机参数变化和线性化以及离散化所产生的误差；测量噪声误差v(k)为电机输入和输出引起的误差.

4 仿真结果分析

本文采用Matlab/Simulink对基于EKF和预期电压矢量调制技术的PMSM DTC系统进行仿真，其中，EKF算法采用S函数实现[15].仿真所选电机参数如下:极对数P=2、直交轴电感Ld=Lq=2.1mH、Rs=0.62?赘，J=0.00036kg·m2、?追f=0.08627 wb,黏滞摩擦系数F=9.44e-5N.m.s.

EKF的参数选择如下：

系统噪声协方差Q=

初始协方差Q=

测量噪声协方差R=

在给定转速为100r/min.负载转矩为10N.M的情况下，分别采用传统DTC和基于EKF和预期电压矢量调制技术DTC系统，其定子磁链和转矩波形分别如图3、图4中磁链和转矩波形.

由图3、图4可知，传统DTC下的磁链和转矩波动较大，而基于EKF和预期电压矢量调制技术的磁链和转矩波形脉动明显减小，且曲线更加光滑.

图5、图6分别为传统DTC下的三相电流波形和基于EKF和预期电压矢量调制技术的三相电流波形,从图中可以看出,与传统DTC相比，采用EKF和预期电压矢量调制技术的三相电流波形脉动大大减小.

为了检测扩展卡尔曼滤波器的跟踪效果，在给定转速为500r/min时的EKF估计转速和实际转速波形如图7所示，由波形可以看出，在启动时，由EKF估计的转速滞后于实际转速，但当电机达到稳定状态时，EKF估计的转速能够很好的跟踪实际转速，体现了EKF算法良好的滤波效果.图8为实际转子位置波形和图9为EKF估计的转子位置波形，由图8、图9可以看出，EKF估计的转子位置波形比实际的转子位置角稍微滞后，但能够准确的跟踪电机实际运行值，稳态精度较高.总的来说，基于EKF和预期电压矢量调制技术的永磁同步电机系统具有准确的估计能力和较好的静动态能.

5 结束语

为了解决传统直接转矩控制下转矩和磁链脉动大问题，本文提出基于EKF和预期电压矢量调制技术的PMSM DTC系统，并在Matlab/Simulink中对传统DTC和基于EKF和预期电压矢量调制技术的DTC系统进行仿真，由仿真结果可以得出，与传统DTC相比，采用预期电压矢量调制，大大减小了转矩和磁链的脉动；采用EKF观测器代替了光电编码器，对定子磁链和转速进行估算，提高了估算的精度.总之，基于EKF和预期电压矢量调制技术的DTC系统具有准确的估计能力和较好的静动态性能.

参考文献：

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〔4〕钱坤，谢寿生，高梅艳，等．改进的直接转矩控制在异步电机中的应用[J]．中国电机工程学报，2004，24(7)：210-214．

〔5〕谭文，王耀南，黄创霞等.永磁同步电机中混沌现象的滑模变结构控制[J]计算机工程与应用，2009,45(11):220-222．

〔6〕Tang Lixin，Zhong Limin，Rahman M F．A novel direct torque controlled interior permanent magnet synchronous machine drive with low ripple in flux and torque and fixed switching frequency[J]．IEEE Transactions on Power Electronics，2004，19(2)：346-354．

电磁波的实际应用范文第13篇

关键词：电力变压器；鉴别方法

Abstract: the transformer is differential protection is the main transformer protection, most are used with the ratio of brake is differential protection, because its itself has the characteristics of reliable atresia outside of the fault fault and the reliable action feature, make the system in the society have widely used. Longitudinal differential protection is its main protection. In the transformer is running, because excitation inrush current the influence of factors will produce the unbalance current, which affects the sensitivity of longitudinal differential protection. Transformer differential protection to the core of how to correctly identify excitation inrush current and internal fault current.

Key words: electric power transformer; Identification method

中图分类号：TM41文献标识码：A文章编号：

0 概述

电力变压器是电力系统的重要设备，发生故障时使短路电流产生的电弧破坏绕组绝缘，烧毁铁芯，油箱爆炸，对电力系统带来严重影响。变压器的继电保护常装设：瓦斯保护、纵差保护、低压起动的过流保护、复合电压起动的过流保护、零序电流保护、过负荷保护等。而纵差保护是其主保护，安全可靠性对变压器保护影响最关键。在变压器正常工作和外部故障时，流过差动继电器的电流在理想情况下等于零。但实际上由于多种原因，即使在正常运行时，也会有不平衡电流流过差动回路，迫使纵差保护的整定动作值增大，使保护的灵敏度降低。因此要提高纵差保护的灵敏度，关键是减小不平衡电流的影响。

一、变压器励磁涌流特点

单相变压器励磁涌流的特点：波形偏向于时间轴一侧，并且出现间断。涌流越大，间断角越小。含有大量的高次谐波，并且以二次谐波为主。间断角越小，二次谐波也越小。含有大量的非周期分量，间断角越小，非周期分量越大。4励磁涌流是否产生以及产生的的大小与合闸角有关。

三相变压器励磁涌流的特点：与单相变压器励磁涌流相比，其中一相或两相励磁涌流的二次谐波明显减少，但至少还有一相励磁涌流含有大量的二次谐波。励磁涌流仍然间断，但是间断角明显减少，其中以对称涌流的间断角最小。某相励磁涌流可能不再偏离时间轴的一侧，变成了对称涌流。其它两相仍然为偏离时间轴一侧的非对称涌流。对称性涌流的数值较小，非对称性涌流仍含有大量的非周期分量，但对称性涌流中无非周期分量。三相电压之间有相位差，三相励磁涌流不同，任何情况下空载投入变压器，至少在两相中要出现不同程度的励磁涌流。

二、励磁涌流鉴别方法

在变压器的差动保护中，励磁涌流的识别是关键性问题。许多学者提出了许多判别励磁涌流的新方法新原理。

1 二次谐波制动原理

二次谐波制动原理[1]简单明了，但是在应用时也有较大的局限性。缺点之一是很难适当选择制动比。其二是励磁涌流是暂态电流，不适合用傅氏级数的谐波分析方法。因为对于暂态信号而言，傅氏级数的周期延拓将导致错误的判断。其三是大型变压器励磁涌流衰减较慢，导致差动保护被长时间闭锁，内部故障时暂态电流中含有较大的二次谐波，保护不易识别，并且动作延时。在剩磁较多时涌流中二次谐波含量变的很低，很容易导致差动保护误动。

2 电压谐波制动原理

该原理能可靠鉴别涌流,闭锁保护[1]。对LC振荡对不敏感，使二次谐波制动的某些不足得以某种程度的改善。由于只用半个周期的数据，动作速度快。缺点是门槛值的整定比较复杂，应用与系统阻抗密切相关，在整定时需要精确的了解系统的阻抗。而当阻抗很小的时候，保护特性将要受到破坏，到极端情况(系统联系阻抗为O)，该原理拒动，所以运用该原理的保护必须对系统阻抗有比较精确的了解。

3 间断角原理

间断角闭锁原理[1]是利用励磁涌流波形具有较大的间断而短路电流波形连续变化不间断的特征作为鉴别判据，简单直接。但它是以精确测量间断角为基础，如遇到暂态饱和传变会使涌流二次侧间断角发生畸变，有时会消失，必须采取某些措施来恢复间断角，这样就增加了保护硬件的复杂性。同时间断角原理还要受到采样率、采样精度的影响及硬件的限制，它面临着因TA传变引起的间断角变形问题。它需要较高的采样率以准确地测量间断角，这对CPU的计算速度提出了更高的要求。此外，用微机实现间断角原理时硬件成本高。

4 波形对称原理

波形对称原理原理[1]是利用差电流导数的前半波与后半波进行对称比较，根据比较的结果判断是否发生了励磁涌流。该原理是间断角原理的推广，比间断角原理容易实现，克服了间断角原理对微机硬件要求太高的缺点，可实现快速出口和可靠闭锁于涌流。但是该原理的应用的问题有:比较阈值K如何确定？对称范围（对称角度）应当取多大？这两个问题很难通过严格的理论分析解决，应用中只能根据实际情况，通过试验的方式设定或修正，结果潜伏了误判的隐患。

5 小波变换方法

小波变换[2]运用于差动保护，能更加精细地提取信号的幅值、相位等特征，检测信号的突变点，用以判断铁芯是否进入了饱和。它通过比较各种波形奇异度的差异区分涌流和故障情况，能提取出涌流波形与各种故障波形的奇异性。如果实际运行现场的干扰较重，信号的奇异度是否扰噪声所淹没而无法提供足够的裕度以满足保护可靠性的问题还有待商榷。另外，一般情况下小波算法的计算量较大，应用于实际的徽机保护，面临实时性不能得到满足的问题。目前小波变换在此方面的应用主要集中于高次谐波检测和奇异点检测，此外并未发现大的突破。另外，对微机保护来讲，获得高频分量势必需要提高采样频率，从而增加了技术难度和成本，而且可能会受到系统谐波的影响，能否经受住环境高频噪声的考验，有待进一步研究。另外，如何正确检测模值也是一个难题。

6 神经网络方法

人工神经网络[2]用由短路电流仿真模型和涌流仿真模型得到的频域及时域数据样本训练，按照系统判别励磁涌流的实际要求设计频域和时域神经网络模块。其出发点是把多种判据综合应用于差动保护，能提高差动保护正确率，具有广泛的适用性,神经计算能力、极强的自适应性、容错性，不需要调试, 安装简单, 运行可靠。但是突出矛盾体现在训练样本能否涵盖过去及将来电力系统，各种运行方式下可能发生的不同故障类型。将同一权值网络应用于不同类型的变压器，其可能性微乎其微。此外，该技术手段应用于实际保护的症结是如何提取神经网络的训练样本。

三、小结

除了以上介绍的几种判据，还有模糊贴近度原理、逆电感等效电路原理、等值电路法等等。以上各个判别法各有利弊。相比而言，目前以数字信号处理的方法应用最广泛，但离微机保护的实现还有一段距离。因此，为适应未来电力系统的要求，需要尽快在工作原理、整定计算、判断逻辑上多方位进行综合优化和改进,还要在日常的维护过程中加强技术管理工作，才能将变压器的稳定运行提高的理想水平,确保电网安全。

电磁波的实际应用范文第14篇

【关键词】电磁场与电磁波;卓越工程师;教学改革

一、引言

“卓越工程师教育培养计划”是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的重大改革项目，也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措。电子信息类专业是一门知识密集、发展和更新十分迅速，且具有很强的工程应用背景的技术学科，既强调知识的综合性、实用性，又强调创新能力、综合分析和解决生产实践问题的能力，这也是“卓越计划”所要求的。可见，培养和提高学生的实践创新能力是培养电子信息类卓越工程师的关键所在。电子信息类各种专业课程中，《电磁场与电磁波》是电子信息类的重要专业基础课，它的前修课程是高等数学、工程数学、大学物理，是学生学习微波技术、天线、光技术、雷达技术、电气技术的基础。通过本课程的学习，使学生掌握电磁场与电磁波的基本属性、分布参数系统的主要理论、分析方法等，并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。但目前在该课程的实际教学过程中，偏重于教师的课堂讲授，由于课程理论性强、概念抽象和缺少实验，学生不仅分析电磁现象的能力和实践动手能力较差，而且影响后续课程的学习，甚至使部分学生失去学习兴趣。笔者从卓越工程师人才培养的角度出发，结合几年的教学经验从几个方面去探讨《电磁场与电磁波》教学改革，达到提高教学质量的目的，从而提高电子信息类学生的实践能力和发展能力。

二、树立先进的教学理念

《电磁场与电磁波》是一门理论性很强的专业基础课程，涉及的数学推导繁琐、公式繁多、理论性强、概念抽象，很多学生把这门课当作沉重的负担，学起来易感到枯燥、乏味。这就要求教师采用一些先进的教学理念，对于学生必备的基础理论部分，坚持严格把关，奠定坚实基础;在理论教学时，适当增加近代分析工具的介绍，以激发学生的学习积极性，纯粹的理论课程往往会使学生觉得枯燥乏味。虽然《电磁场与电磁波》具有较强的理论性，但电磁波的应用已广泛深入到人们的日常生活。因此，在授课过程中多给学生讲述一些身边的电磁场应用的例子，会大大激发学生学习该课程的积极性，使其由被动接受变为主动学习，对掌握本课程有很大帮助。比如，可在绪论中讲解电磁炉的原理，指出对应的理论部分。对学生感兴趣的现象，比如手机短信的发送、传播及接收，结合理论知识进行讲解。大量运用生活中的实例进行教学，不仅可以很好的贯穿理论知识，还可让学生切身感受学好本课程的必要性。

三、应用启发式教学

高等数学是《电磁场与电磁波》的先修课程，尤其是矢量代数、矢量微积分、微分方程与特殊函数等是本课程必备的数学基础。在课程教学中，结合数学知识设置一些开放性的问题，可以培养学生思考问题的习惯。例如，界面上自由电荷面密度为0时，静电场电位的导数满足，另外，电位是连续的，单从数学上看这两个关系式似乎不能同时成立，引导学生从函数的角度认识电位，上述的边界条件是成立的。再如关于电流环轴线上的磁场，通过计算得到其方向是沿着轴线方向，这里可以给学生设置问题：磁力线是闭合曲线，但电流环轴线上的磁场始终沿着轴线方向，怎么才能闭合呢。类似的问题都需要学生利用所学的数学、物理等知识进行解答，可以锻炼学生独立思考问题的能力。

四、运用现代化的教学方法

课程的一些内容包括介质的极化和磁化、电磁波的传播、反射和透射等内容，对学生来说很抽象，很难理解，我们充分利用多媒体课件，用动画和图形的方式展示出来，让学生有感性认识，提高他们的学习兴趣。在引入多媒体技术授课的同时，不能完全放弃传统的板书授课模式。在一些关键性的公式推导过程中，板书仍不失为一种有效的教学手段，这种授课方式相对来说速度较慢，可以让学生绷得很紧的大脑神经得到适当的缓冲，也有适当的时间进行思考，有助于学生提高听课效果。因此，要把多媒体课件和黑板板书相结合，调整好讲课速度，重点难点体现在板书上，以引起学生注意，达到优势互补的目的。这就要求教师取百家之精华，根据课程的特点和学生的具体情况，自行研制多媒体课件。课件中绘制的图形和动画要达到立体化、动态化、色彩化的效果，使授课内容丰富，紧密与现代科技发展相关联，并根据课程特点、专业需求以及每届学生的具体情况对电子教案进行实时修改。

五、加强实验教学

电磁场电磁波实验是理论课教学的一个重要组成部分，通过实验教学学生不仅能更牢固地掌握理论知识，而且在实验过程中，通过对理论知识的运用和实践，上升到一个新的高度，从而提高他们的素质。为培养具有创新精神的高素质人才，适应电子信息技术飞跃发展对学生知识结构和能力的要求。（1）加强电磁场与电磁波课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。（2）试增加实验教学，修订实验计划和大纲，编写实用的实验指导书。为了保证工科学生工程能力的提高，实验内容应不但具有基础性、设计性和综合性，还要具有研究创新性;不仅使学生能够打下良好的基础，还要激发学生的创造性思维。为了适应开放实验室的要求，实验教学既要有实验理论教学，又有实践部分，即包括基本部分实验内容、设计性部分实验内容和综合性部分实验内容以及研究创新部分内容。使实验的教学层次分明，使学生的实验兴趣得到提高，达到最佳实验效果。

六、总结

总之，笔者根据卓越工程师的培养理念，结合《电磁场与电磁波》课程的特点，改进教学理念与方法，灵活应用多种先进的教学手法与教学手段，保证学生理论与实践紧密结合，提高分析问题和解决实际问题的能力，培养学生的创新意识和创造能力，为培养电子信息类专业学生的实践动手能力、分析和解决实际问题的能力、创新意识和应用能力提供一个良好的平台，为实现电子信息类专业卓越人才的培养奠定基础。

参考文献：

[1]王宝玺.关于实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].高校教育管理，2012，6（1）：15-19.

[2]吴朝建.基于“卓越工程师教育培养计划”的全开放实验教学探析[J].湖南工程学院学报，201l，2l（1）：108一111.

电磁波的实际应用范文第15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。利用部级实验中心的优势，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”部级规划教材。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.