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通信电磁场与电磁波大纲

作者:快乐28 发布时间:2020-07-03 11:30 点击数:

  通信电磁场与电磁波大纲_纺织/轻工业_工程科技_专业资料。《电磁场与电磁波》教学大纲 一、课程基本情况 总 学 时:56 讲课学时:48 实践学时:8 总 学 分:3.5 课程类别:(专业基础、核心、必修) 考核方式:(考试) 适用对象:(电

  《电磁场与电磁波》教学大纲 一、课程基本情况 总 学 时:56 讲课学时:48 实践学时:8 总 学 分:3.5 课程类别:(专业基础、核心、必修) 考核方式:(考试) 适用对象:(电子信息工程) 先修课程:高等数学、 工程数学、大学物理 参考教材:王家礼,朱满座.电磁场与电磁波[M].陕西:西安电子科技大学出版社,2012 谢益溪.无线电波传播-原理与应用[M].北京:人民邮电出版社,2008 吕保维,王贞松.无线电波传播理论及其应用[M] .北京:科学出版社,2010 二、课程设置目标 电磁场与电磁波是通信工程专业的一门技术基础课。它是研究电场、磁场及其相互关系, 进而得出麦克斯韦方程组,并用它来分析电磁波的一门课程。通过这门课程的学习,旨在培 养学生的理论推导能力、抽象思维能力、理论联系实际的能力,提高利用数学工具解决实际 问题的能力,掌握基本的宏观电磁理论,具备分析和解决基本的电磁场与电磁波工程问题的 能力,为通信工程专业,尤其是光纤通信、无线通信、卫星通信、微波技术与天线等课程的 学习打下良好的基础。 三、教学内容、教学方法和手段、学时分配 知识单元一:绪论、矢量分析 (建议 3 学时) 知识点 1:绪论 主要内容和要求:了解课程的地位意义、学习内容、研究对象技术发展 知识点 2:矢量分析 主要内容和要求:了解标量场与矢量场、理解矢量的通量、散度、环流、旋度、 标量的梯度的计算、掌握空间三种坐标系的线元、面元、体元的表达形式与计算过程 重点和难点:三度,微分元的表达形式与计算过程 教学方法和手段:讲授 知识单元二:静电场分析(建议 6 学时) 知识点 1:库仑定律、高斯定律、电偶极子 主要内容和要求:了解库伦定律,电偶极子,理解静电场的空间分布、掌握高 斯定律的使用方法 知识点 2:电介质极化、边界条件 主要内容和要求:掌握电介质极化特性及场方程、掌握边界条件的判断与解题 过程 知识点 3:电场能量 主要内容和要求:电容、能量、静电力的计算 重点和难点:高斯定律,电介质极化,边界条件 教学方法和手段:讲授 知识单元三:恒定电流的电场和磁场(建议 6 学时) 知识点 1:恒定电流及电场[重点] 主要内容和要求:理解电流与电流密度空间分布、概念与相互求解过程 知识点 2:恒定磁场 主要内容和要求:了解矢量磁位、磁偶极子的矢量位与标量位、掌握磁化密度、 强度含义 知识点 3:磁化现象、电感、磁场能量、磁场力 主要内容和要求:理解磁化含义、掌握磁场边界条件的运用、掌握电感、磁场 能量两者关系及其解题过程 重点和难点:电流密度空间分布,磁化,磁场边界条件的运用 教学方法和手段:讲授 知识单元四:静电场的解(建议 3 学时) 知识点 1:静态场边值问题的解法的分类与异同点 主要内容和要求:了解静态场边值问题的解法分析与唯一性定理的含义 知识点 2:镜像法 主要内容和要求:掌握镜像法在无穷大平面、成一定角度平面下,球体中,不 同条件下的运用及解题过程 知识点 3:分离变量法 主要内容和要求:掌握分离变量法的核心思想及直角坐标下的解题过程 知识点 4:有限差分法 主要内容和要求:有限差分法的思路、方法与实例 重点和难点:镜像法的解题过程,分离变量法的核心思想 教学方法和手段:讲授 知识单元五:时变电磁场(建议 6 学时) 知识点 1:感应定律、位移电流 主要内容和要求:了解感应定律的由来,公式的理解,理解位移电流的抽象概 念、由来与求解过程和作用 知识点 2:麦克斯韦方程 主要内容和要求:掌握麦克斯韦方程的两种形式八个方程及其含义,以及在时 变电磁场中的计算过程与作用 知识点 3:能量、坡印廷矢量、平均坡印廷矢量 主要内容和要求:了解坡印廷矢量特性、掌握坡印廷矢量的分析方法及其与能 量的关系 知识点 4:正弦电磁场 主要内容和要求:了解正弦电磁场的概念与表达方式、掌握波动方程的含义 重点和难点:位移电流,麦克斯韦方程、坡印廷矢量 教学方法和手段:讲授 知识单元六:平面电磁波(建议 9 学时) 知识点 1:平面电磁波的传输特性 主要内容和要求:了解无耗媒质、导电媒质中的平面电磁波的波动方程、传输 特性,及各种良性导体,不良导体的划分与判断 知识点 2:波在空间的极化 主要内容和要求:掌握波在空间的三种极化条件、特性与判断过程 知识点 3:色散、相速与群速 主要内容和要求:理解色散、相速与群速的概念、表达方式及其相互关系 知识点 4:分界面、多界面的垂直入射 主要内容和要求:掌握电磁波垂直入射到理想介质与理想导体的过程与合成的 解题过程 知识点 5:斜入射 主要内容:均匀平面电磁波的斜入射、掌握平面波的全投射的条件 重点和难点:良性导体,不良导体的划分与判断,空间的极化、电磁波垂直入射到 理想介质与理想导体的过程 教学方法和手段:讲授 知识单元七:电磁波的辐射(建议 6 学时) 知识点 1:电偶极子辐射 主要内容:了解滞后位的概念与空间模型、电偶极子辐射、电与磁的对偶性 知识点 2:磁偶极子与开槽天线 主要内容:了解磁偶极子与开槽天线:天线、天线阵 主要内容:掌握天线阵的模型、天线的互易定理、有效面积、传输方程的意义 与表达形式 重点和难点:天线阵的模型,传输方程 教学方法和手段:讲授 知识单元八:导行电磁波(建议 6 学时) 知识点 1:波导中波 主要内容和要求:掌握波导中波的特性与分类、特性 知识点 2: 波导传输条件 主要内容和要求:了解波导传输条件、掌握截止波长与截止频率及其求解过程 知识点 3:矩形波导 主要内容和要求:掌握矩形波导、传输模式、简并等参数的求解 知识点 4:圆柱形波导、同轴线、谐振腔 主要内容:了解圆柱形波导的波的传输特性、理解波导中的波与能量传输、掌 握同轴线、传输特性参数、理解谐振腔的品质因数、谐振频率 重点和难点:截止波长,矩形波导传输模式,同轴线、传输特性参数 教学方法和手段:讲授 综合训练项目一:平板电容器电场仿线D 仿线 学时) 目的和要求: 加强对静电场场强、电容、电场能量的理解,应用静电场的边界条件建 立模拟的静态电场,解决电容等计算问题;提升学生抽象思维能力、提高利用数学工具解决 实际问题的能力。 成果形式:仿真过程分析及结果报告。用 Ansoft Maxwell 软件计算电场强度,并画出 电压分布图,计算出单位长度电容,和电场能量,并对仿真结果进行分析、总结。将所做步 骤详细写出,并配有相应图片说明。 综合训练项目二:平面波垂直入射理想介质现象分析 (建议 1 学时) 目的和要求:加强对平面波在空间中传输及其遇到理想介质时产生透射、发射波现象的 理解,应用透射、反射系数,解决反射波、投射波的等计算问题;提升学生理论推导能力、 宏观电磁理论,具备分析和解决基本的电磁波工程问题的能力。 成果形式:原理及数值分析报告。平面电磁波向理想介质垂直入射时,会产生透射波、 反射波,根据边界条件,计算出反射系数、透射系数,确定好数值,就可以推导出相应的反 射波、投射波的表达形式。 综合训练项目三: 电磁波在矩形导波中传输 (建议 1 学时) 目的和要求:加强对平面电磁波在矩形波导中传输中模式判断条件的理解,应用截止波 长及截止频率条件,解决传输模式的判断问题;提升学生理论联系实际的能力分析和解决基 本的电磁波工程问题的能力。 成果形式:原理推导与数值分析报告。熟悉电磁波在矩形导波中的传输条件与传输模式, 记录设定的数据和测得的结果,分析其原因,验证电磁波的导波中的传输原理。 四、其它教学环节 序号 实验名称 目的要求 主要内容 实验 实验 开出 学时 类型 要求 调节介质极化、磁化 电介质极化、磁 理解介质极化、磁化 的不同方式,观察相 电脑 及仿 1 介质磁化仿真实 的方式与原因与微观 对应的极化束缚电 2 验证 真环 验 机制 荷,磁化电流的形成 境 过程 电脑 平 面 电 磁 波 幅 理解两种电磁波合成 调节平台的频差、幅 及仿 2 度、频率与群速 现象、掌握相速、群 度,观察合成波的群 2 验证 真环 度演示实验 速的关系 速的变化规律 境 调节电磁波的幅度与 左旋和右旋方式,观 电脑 分析平面电磁波极化 察线性与圆极化波的 极化波的分解与 及仿 3 合成仿真实验 现象,培养空间想像 分解与合成过程,记 2 设计 真环 能力 录观察的实验现象, 境 分析平面电磁波的极 化规律与条件 掌握电磁波的垂直入 调节左边介质的介电 电脑 常数,观察电磁波的 平面波垂直入射 射理想导体表面后的 及仿 4 理想导体实验 现象,及形成驻波过 传输速度,并记录合 2 设计 真环 成波的传输特性,掌 程 境 握其变化规律与原理 五、成绩构成和评价方法 平时成绩+期末考试卷面成绩+实验成绩=该课成绩 其中:平时成绩 50 分,占总成绩的 50%,包括综合训练项目 30 分(每个项目 10 分),作 业、阶段测试等 20 分。 教学大纲撰写人:徐光宪 审核人: 教学负责人:


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