前言：中文期刊網(wǎng)精心挑選了電磁波的實(shí)際應(yīng)用范文供你參考和學(xué)習(xí)，希望我們的參考范文能激發(fā)你的文章創(chuàng)作靈感，歡迎閱讀。

電磁波的實(shí)際應(yīng)用范文1

關(guān)鍵詞：矩形波導(dǎo);傳輸系數(shù);反射系數(shù)

1 引言

波導(dǎo)是一種用來(lái)約束或引導(dǎo)電磁波傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)。盡管存在很多不同形式的波導(dǎo)，而且新的形式還不斷涌現(xiàn)，但到目前，在實(shí)際應(yīng)用中矩形波導(dǎo)和圓波導(dǎo)仍是兩種最主要的波導(dǎo)形式。人工電磁材料是本世紀(jì)初物理學(xué)和電磁學(xué)的重要發(fā)現(xiàn)之一。作為人工電磁材料的一種，相對(duì)介電常數(shù)接近零的超材料（Epsilon-near- zero，ENZ超材料）具有低折射率，高相速度，近零相移等特點(diǎn)，這種超材料突破了傳統(tǒng)電磁場(chǎng)理論中的一些重要概念，可以應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)領(lǐng)域，如新型電磁元器件、天線和開(kāi)環(huán)諧振器等[1，2]，矩形波導(dǎo)在接近截止頻率時(shí)的色散特性可以用來(lái)模擬ENZ超材料的行為[3]。該結(jié)構(gòu)有大量的應(yīng)用前景，特別對(duì)于隱形裝置和微型天線的設(shè)計(jì)[4] 具有重要的理論參考價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用意義。

2 理論分析

圖1是寬度為a和高度為b（其中a>b）的矩形波導(dǎo)。根據(jù)Maxwell方程組可以得到矩形波導(dǎo)TEmn模式電磁波的空間傳輸表達(dá)式：

TE波場(chǎng)方程 （1）

表式中w為電磁波角頻率，kc為臨界波數(shù)，m表示x方向變化的半周期數(shù)，n表示y方向變化的半周期數(shù)，γ為傳播常數(shù)。

3 變形矩形波導(dǎo)的傳輸特性

選擇兩個(gè)過(guò)渡層厚度相等形成Π通道（或ENZ通道）[4]，對(duì)ENZ通道的傳輸系數(shù)進(jìn)行模擬。介質(zhì)通道和過(guò)渡區(qū)的介電常數(shù)εRCH=1（空氣），波導(dǎo)輸入端的介電常數(shù)εR=2，bs = bch = 0.8毫米時(shí)，Π通道傳輸系數(shù)曲線如圖2所示。

可見(jiàn)，第一次傳輸峰出現(xiàn)在1.476 GHz，該點(diǎn)代表零階共振，即在隧道中出現(xiàn)的頻率;第二次傳輸峰值是由于法布里-珀羅共振所引起，其峰值位置很大程度上取決于隧道長(zhǎng)度。

第二傳輸峰值的產(chǎn)生主要是由于法布里-珀羅共振引起的，并且高度依賴(lài)通道長(zhǎng)度的變化而變化。法布里 - 珀羅共振的變化相當(dāng)于狹窄的通道各種長(zhǎng)度分別改變了L1 = 95毫米，L2= 127毫米，L3 = 190毫米，如圖3所示。可見(jiàn)，該屬性可以用來(lái)操縱第二傳輸高峰期。

5 結(jié)論

通過(guò)矩形波導(dǎo)的邊界條件解出Maxwell方程組關(guān)于電磁波的空間傳輸表達(dá)式，得到了矩形波導(dǎo)截止頻率和模式譜圖的一般結(jié)果。討論了ENA通道發(fā)生幾何變形的傳輸電磁波的特征，改變通道長(zhǎng)度僅影響法布里-珀羅共振出現(xiàn)的位置，并不會(huì)影響零階共振的產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝處方，饒克謹(jǐn).電磁場(chǎng)與電磁波[M].北京：高等教育出版社，2006：160-168.

[2]邵毅全，吳國(guó)建.矩形波導(dǎo)中電磁波傳輸特性研究[J].激光雜志，2011，32（01）：06-07.

[3]黃麗，蔣練軍，張學(xué)軍等.基于高阻抗表面材料電磁特性的矩形波導(dǎo)[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，43（10）：3912-3916.

[4]馬軍，王弘剛，杜廣星等.矩形波導(dǎo)TM11-TE10模式轉(zhuǎn)換器的初步設(shè)計(jì)[J].強(qiáng)激光與離子束，2014，26（06）：063004-1-5.

電磁波的實(shí)際應(yīng)用范文2

一、教學(xué)分析

知識(shí)與技能：

1.了解無(wú)線電波的波長(zhǎng)范圍.

2.了解無(wú)線電波的發(fā)射過(guò)程和調(diào)制的簡(jiǎn)單概念.

3.了解調(diào)諧、檢波及無(wú)線電波接收的基本原理.

過(guò)程與方法：

通過(guò)觀察總結(jié)了解無(wú)線電波的基本應(yīng)用，了解現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用方法，學(xué)會(huì)基本原理.

情感、態(tài)度與價(jià)值觀：

通過(guò)對(duì)無(wú)線電波應(yīng)用原理的基本認(rèn)識(shí)感悟科學(xué)技術(shù)的價(jià)值和重要性.端正科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)科學(xué)的價(jià)值觀.

二、教學(xué)重點(diǎn)

對(duì)本節(jié)基本概念的理解.

三、教學(xué)難點(diǎn)

對(duì)調(diào)諧的理解，無(wú)線電波發(fā)射與接收過(guò)程.

四、教學(xué)方法

演示推理法和分析類(lèi)比法.

五、教學(xué)用具

信號(hào)源，示波器，收音機(jī)，錄音機(jī)，調(diào)頻發(fā)射機(jī)，計(jì)算機(jī)多媒體，實(shí)物投影儀等.

六、教學(xué)過(guò)程

（一）引入新課

師：在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，電磁波對(duì)我們來(lái)說(shuō)越來(lái)越重要，無(wú)論是廣播、電視還是無(wú)線電通信以及航空、航天中的自動(dòng)控制和通信聯(lián)系，都離不開(kāi)電磁波．在無(wú)線電技術(shù)中使用的電磁波叫做無(wú)線電波，那么無(wú)線電波是怎樣發(fā)射和接收的呢？這節(jié)課我們就來(lái)學(xué)習(xí)電磁波的發(fā)射和接收.

（二）進(jìn)行新課

1.無(wú)線電波的發(fā)射

師：請(qǐng)同學(xué)們討論，在普通LC振蕩電路中能否有效地發(fā)射電磁波？（學(xué)生討論.）

生：在普通LC振蕩電路中，電場(chǎng)主要集中在電容器的極板之間，磁場(chǎng)主要集中在線圈內(nèi)部.在電磁振蕩過(guò)程中，電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能的相互轉(zhuǎn)化主要是在電路內(nèi)部完成的，輻射出去的能量很少.不能有效地發(fā)射電磁波.

師：有效地發(fā)射電磁波的條件是什么？（學(xué)生閱讀教材有關(guān)內(nèi)容.）

師生總結(jié)：

要有效地向外發(fā)射電磁波，振蕩電路要滿(mǎn)足如下條件：

（1）要有足夠高的振蕩頻率.

（2）振蕩電路的電場(chǎng)和磁場(chǎng)必須分散到盡可能大的空間，才能有效地把電磁場(chǎng)的能量傳播出去.

師：如何改造普通的LC振蕩電路，才能使它能夠有效地發(fā)射電磁波？（引導(dǎo)學(xué)生討論.）

（師生一起討論后，引出開(kāi)放電路的概念.將閉合電路變成開(kāi)放電路就可以有效地把電磁波發(fā)射出去.）

如圖1所示，是由閉合電路變成開(kāi)放電路的示意圖.

師：無(wú)線電波是由開(kāi)放電路發(fā)射出去的.

講解：在實(shí)際應(yīng)用中常把開(kāi)放電路的下端跟地連接.跟地連接的導(dǎo)線叫做地線.線圈上部接到比較高的導(dǎo)線上，這條導(dǎo)線叫做天線.天線和地線形成了一個(gè)敞開(kāi)的電容器，電磁波就是由這樣的開(kāi)放電路發(fā)射出去的.電視發(fā)射塔要建得很高，是為了使電磁波發(fā)射得較遠(yuǎn).實(shí)際發(fā)射無(wú)線電波的裝置中還需在開(kāi)放電路旁加一個(gè)振蕩器電路與之耦合，如圖2所示.

振蕩器電路產(chǎn)生的高頻率振蕩電流通過(guò)L2與L1的互感作用，使L1也產(chǎn)生同頻率的振蕩電流，振蕩電流在開(kāi)放電路中激發(fā)出無(wú)線電波，向四周發(fā)射．

師：發(fā)射電磁波是為了利用它傳遞某種信號(hào).例如無(wú)線電報(bào)傳遞的是電碼符號(hào)，無(wú)線電廣播傳遞的是聲音，電視廣播傳遞的不僅有聲音，還有圖像.這就要求發(fā)射的電磁波隨信號(hào)而改變.電磁波是怎樣傳遞這些信號(hào)的呢？

講解：在電磁波發(fā)射技術(shù)中，如果把這種電信號(hào)“加”到高頻等幅振蕩電流上，那么，載有信號(hào)的高頻振蕩電流產(chǎn)生的電磁波就載著要傳送的信號(hào)一起發(fā)射出去.把要傳遞的信號(hào)“加”到高頻等幅振蕩電流上，使電磁波隨各種信號(hào)而改變的技術(shù)叫做調(diào)制.

進(jìn)行調(diào)制的裝置叫做調(diào)制器.要傳遞的電信號(hào)叫做調(diào)制信號(hào).

使高頻振蕩電流的振幅隨調(diào)制信號(hào)而改變叫做調(diào)幅（AM）.

使高頻振蕩電流的頻率隨調(diào)制信號(hào)而改變叫做調(diào)頻（FM）.

圖3是調(diào)幅裝置的示意圖．接在振蕩器和線圈之間的話筒就是一個(gè)最簡(jiǎn)單的調(diào)制器，由聲源發(fā)出的聲音振動(dòng)使話筒里的碳粒發(fā)生時(shí)松時(shí)緊的變化，它的電阻也發(fā)生時(shí)大時(shí)小的變化.所以，雖然振蕩器產(chǎn)生的是高頻等幅振蕩電流，但是線圈通過(guò)的卻是隨聲音而改變的高頻調(diào)幅電流．由于線圈的互感作用，從開(kāi)放電路中發(fā)射的也是這種高頻調(diào)幅電流.這種電磁波叫調(diào)幅波.（多媒體演示：調(diào)幅波.）

（用示波器觀察調(diào)幅波形.）

2．無(wú)線電波的接收

師：處在電磁波傳播空間中的導(dǎo)體，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，導(dǎo)作中感應(yīng)電流的頻率與激起它的電磁波頻率相同，因此，利用放在電磁波傳播空間中的導(dǎo)體，就可以接收到電磁波，這樣的導(dǎo)體就是接收天線.

在無(wú)線電技術(shù)中，用天線和地線組成的接收電路來(lái)接收電磁波.

講解：世界上有許許多多的無(wú)線電臺(tái)、電視臺(tái)以及各種無(wú)線電通訊設(shè)備，它們不斷地向空中發(fā)射不同頻率的電磁波，這些電磁波強(qiáng)弱不等地彌漫在我們周?chē)?如果不加選擇地把它們都接收下來(lái)，那必然是信號(hào)一片混亂，分辨不清，達(dá)不到我們傳遞信息的目的.所以，接收電磁波時(shí)，首先要從諸多的電磁波中把我們需要的選出來(lái)，通常叫做選臺(tái).這就要設(shè)法使我們需要的電磁波在接收天線中激起的感應(yīng)電流最強(qiáng).在無(wú)線電技術(shù)里，是利用電諧振來(lái)達(dá)到這個(gè)目的的.當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時(shí)，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng).這種現(xiàn)象叫做電諧振，相當(dāng)于機(jī)械振動(dòng)中的共振.

（用示波器觀察電諧振波形.）

師：接收電路產(chǎn)生電諧振的過(guò)程叫做調(diào)諧，能夠調(diào)諧的接收電路叫做調(diào)諧電路.

如圖6是收音機(jī)的調(diào)諧電路.調(diào)節(jié)可變電容器的電容來(lái)改變調(diào)諧電路的頻率，使它跟要接收的電臺(tái)發(fā)出的電磁波的頻率相同，這個(gè)頻率的電磁波在調(diào)諧電路里激起較強(qiáng)的感應(yīng)電流，這樣就選出了這個(gè)電臺(tái).（演示調(diào)諧過(guò)程.）

講解：收音機(jī)接收的經(jīng)過(guò)調(diào)制的高頻振蕩電流（對(duì)應(yīng)圖講解），這種電流通過(guò)收音機(jī)的耳機(jī)或揚(yáng)聲器，并不能使它們振動(dòng)而發(fā)聲，為什么呢，假定某一個(gè)半周期電流的作用是使振動(dòng)片向某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，下一個(gè)半周期電流就以幾乎同樣大的作用使振動(dòng)片向反方向運(yùn)動(dòng).高頻電流的周期非常短，半周期更短，而振動(dòng)片的慣性相當(dāng)大，所以在振動(dòng)片還沒(méi)有來(lái)得及在電流的作用下向某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，就立刻有一個(gè)幾乎同樣大的作用要使它向反方向運(yùn)動(dòng)，結(jié)果振動(dòng)片實(shí)際上不發(fā)生振動(dòng)．要聽(tīng)到聲音，必須從高頻振蕩電流中“檢”出聲音信號(hào)，使揚(yáng)聲器(或耳機(jī))中的動(dòng)片隨聲音信號(hào)振動(dòng).

從接收到的高頻振蕩電流中“檢”出所攜帶的調(diào)制信號(hào)過(guò)程，叫做檢波.檢波是調(diào)制的逆過(guò)程，因此也叫解調(diào).由于調(diào)制的方法不同，檢波的方法也不同.檢波之后的信號(hào)再經(jīng)過(guò)放大、重現(xiàn)，我們就可以聽(tīng)到或看到了.

下面介紹收音機(jī)中對(duì)調(diào)幅波的檢波.

圖7是晶體二極管的檢波電路，是利用晶體二極管的單向?qū)щ娦詠?lái)進(jìn)行檢波的.調(diào)諧電路中產(chǎn)生的是經(jīng)過(guò)調(diào)幅的高頻振蕩電流，L1和L2繞在同一磁棒上，由于互感作用，在L2上產(chǎn)生的是高頻交變電壓．由于二極管的單向?qū)щ娦裕ㄟ^(guò)它的是單向脈動(dòng)電流，這個(gè)單向脈動(dòng)電流既有高頻成分，又有低頻的聲音信號(hào)，高頻成分基本從電容器C（復(fù)習(xí)旁路電容器）通過(guò)，剩下的音頻電流通過(guò)耳機(jī)發(fā)聲.（用示波器觀察檢波過(guò)程）實(shí)際上就是一個(gè)晶體二極管收音機(jī)的電路圖.這種收音機(jī)聲音很小，只能用開(kāi)機(jī)收聽(tīng)本地電臺(tái).為了提高收音機(jī)的接收性能，需要用放大器把微弱的信號(hào)放大.圖8是加有放大器的收音機(jī)方框圖.由天線和調(diào)諧電路接收到的高頻調(diào)幅電流，先通過(guò)放大器進(jìn)行高頻放大，然后進(jìn)行檢波和低頻放大，放大后的音頻電流輸送到喇叭，使它們發(fā)出聲音.

下面我們通過(guò)調(diào)幅和調(diào)頻兩種方式，來(lái)看看無(wú)線電波發(fā)射和接收的全過(guò)程.

（1）調(diào)幅發(fā)射和接收.（實(shí)驗(yàn)演示.）

（2）調(diào)頻發(fā)射和接收.（實(shí)驗(yàn)演示.）

比喻：

高頻電流火車(chē) 音頻電流貨物

調(diào)制發(fā)射傳播調(diào)諧解調(diào)

裝貨出站運(yùn)行進(jìn)站卸貨

師：我們?cè)賮?lái)看一下無(wú)線電波的分段.（投影.）

（三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng)

本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下內(nèi)容：

1.電磁波的產(chǎn)生和發(fā)射條件.

2.開(kāi)放電路的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn).

3.電磁波的發(fā)射過(guò)程和接收過(guò)程.

七、課后作業(yè)

完成P92“問(wèn)題與練習(xí)”中的題目.閱讀P91“科學(xué)足跡”.

預(yù)習(xí)下一節(jié)：電磁波的發(fā)射和接收.

八、教學(xué)體會(huì)

思維方法是解決問(wèn)題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實(shí)踐參與知識(shí)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵，離開(kāi)了思維方法和實(shí)踐活動(dòng)，物理教學(xué)就成了無(wú)源之水、無(wú)本之木.學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月.

附：鞏固訓(xùn)練

1.電磁波的調(diào)制有哪兩種方式？

2.什么叫電諧振？

3.調(diào)諧過(guò)程中，若接收同一波段內(nèi)的不同信號(hào)，通常是改變電路中哪個(gè)元件的值？

4.發(fā)射電磁波為什么要用開(kāi)放電路？

5.接收電磁波信號(hào)時(shí)，為什么要調(diào)諧？

6.調(diào)諧電路中可變電容器的動(dòng)片從完全旋入到完全旋出仍接收不到某較高頻率電臺(tái)發(fā)出的電信號(hào)，要收到該電臺(tái)的信號(hào)，應(yīng)該怎么辦？

A．增加調(diào)諧電路線圈的匝數(shù) B．加大電源電壓

C．減少調(diào)諧電路線圈的匝數(shù) D．減小電源電壓

參考答案：

1.電磁波的調(diào)制有調(diào)幅和調(diào)頻兩種方式.

2.當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時(shí)，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)，這種現(xiàn)象叫電諧振.

3.調(diào)諧過(guò)程中，通常是改變調(diào)諧電路中電容器的電容.

4.振蕩電路要有效地向外發(fā)射電磁波必須具備兩個(gè)條件：（1）有足夠高的振蕩頻率.（2）振蕩電路的電場(chǎng)和磁場(chǎng)要盡量分散到大的空間，只有開(kāi)放電路才能滿(mǎn)足這兩個(gè)條件，因此，發(fā)射電磁波要使用開(kāi)放電路.

5.在空間里有大量的不同頻率的電磁波傳播.要接收到其中某一頻率的信號(hào)，必須使這一信號(hào)在接收電路中引起電諧振，因此必須進(jìn)行調(diào)諧.

6.C

電磁波的實(shí)際應(yīng)用范文3

關(guān)鍵詞 電磁場(chǎng)與電磁波 課程教學(xué)探究 現(xiàn)代信息技術(shù) 整合

中圖分類(lèi)號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 省內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀分析

“卓越人才培養(yǎng)計(jì)劃”要求學(xué)校培養(yǎng)出基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬、創(chuàng)新實(shí)踐能力強(qiáng)、具有社會(huì)責(zé)任感、團(tuán)隊(duì)合作精神和卓越人才培養(yǎng)潛質(zhì)的優(yōu)秀學(xué)生。對(duì)于我校電信、電科專(zhuān)業(yè)學(xué)生而言，最好的平臺(tái)之一就是利用好每一年一度的電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽和物理創(chuàng)新大賽。而要想在各類(lèi)大型競(jìng)賽中獲得成績(jī)，學(xué)生必需要有扎實(shí)的理論知識(shí)。其中電磁場(chǎng)與電磁波是高等院校通信工程、電子信息工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。如何上好這門(mén)基礎(chǔ)課，給同學(xué)們提供扎實(shí)的理論指導(dǎo)，是卓越人才培養(yǎng)計(jì)劃必然要求。信息化是當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的大趨勢(shì)，當(dāng)代教育技術(shù)的發(fā)展，給電磁場(chǎng)與電磁波課程的學(xué)習(xí)帶來(lái)新的春天。在新的教育理念下，探索信息技術(shù)與學(xué)科課程整合成為當(dāng)前教育研究的一個(gè)熱點(diǎn)內(nèi)容。研究信息技術(shù)與電磁場(chǎng)與電磁波課程整合，對(duì)于整體優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，深化高等教育改革，增進(jìn)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)效果，提高學(xué)生的信息技術(shù)能力，培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)和創(chuàng)新精神具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。作為一門(mén)探究性課程。我們將如何信息技術(shù)與電磁場(chǎng)與電磁波課程整合方面進(jìn)行了初步的探討。將“知識(shí)、能力、人格”的培養(yǎng)理念落實(shí)到具體教學(xué)環(huán)節(jié)中。推行啟發(fā)式、探究式、討論式、小制作等授課方式，將創(chuàng)新實(shí)踐能力訓(xùn)練貫穿于課程教學(xué)之中。

2 課程教學(xué)改革研究對(duì)促進(jìn)教學(xué)工作、提高教學(xué)質(zhì)量的作用和意義探究

（1）作為一門(mén)探究性課程，電磁場(chǎng)與電磁波課程是通信工程、電子信息工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。它以麥克斯韋方程為根本基礎(chǔ)構(gòu)建電磁理論的知識(shí)體系，它研究自然界中電磁現(xiàn)象和電磁過(guò)程。近年來(lái)材料、光子晶體等領(lǐng)域的理論研究和材料研發(fā)的突破給經(jīng)典電磁理論帶來(lái)了勃勃生機(jī)。

（2）另一方面，電磁場(chǎng)與電磁波課程對(duì)于學(xué)生的動(dòng)手創(chuàng)造能力的培養(yǎng)遺跡從事相關(guān)科學(xué)研究都具有基礎(chǔ)性的重要意義，對(duì)于學(xué)習(xí)其它相關(guān)專(zhuān)業(yè)（如通信技術(shù)、電力系統(tǒng)、電子技術(shù)、激光技術(shù)、光學(xué)工程等）的課程也有重要影響。

（3）以多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心的信息技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用是教育信息化的重要標(biāo)志。通過(guò)電磁場(chǎng)與電磁波課程的探究教學(xué)與當(dāng)代信息技術(shù)的整合與深化，使學(xué)生掌握電磁場(chǎng)與電磁波課程知識(shí)所涉及的相關(guān)科學(xué)方法，有效提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，提高學(xué)生知識(shí)拓展能力和自我學(xué)習(xí)能力。

3 課程教學(xué)探究的實(shí)施方案

3.1 具體研究對(duì)象和內(nèi)容

（1）我們將采用傳統(tǒng)板書(shū)、電子課件、網(wǎng)絡(luò)和視頻多種手段結(jié)合。課內(nèi)講授與課外討論和制作相結(jié)合、基礎(chǔ)理論教學(xué)與學(xué)科前沿講座結(jié)合，基本理論訓(xùn)練與科研實(shí)踐訓(xùn)練相結(jié)合。（2）針對(duì)電磁場(chǎng)與電磁波是理論基礎(chǔ)課的特點(diǎn)，課堂教學(xué)主要采用探究式課堂教學(xué)法：即每節(jié)課突出一個(gè)主題，講清論透；每個(gè)主題，通過(guò)多種形式的師生互動(dòng)，及時(shí)了解學(xué)生的疑難問(wèn)題和創(chuàng)造欲望。（3）鼓勵(lì)和指導(dǎo)有能力的學(xué)生提早進(jìn)入科研實(shí)踐訓(xùn)練、參加各類(lèi)科技競(jìng)賽。將學(xué)生撰寫(xiě)課程小論文融入教學(xué)全過(guò)程，從中選出有質(zhì)量的項(xiàng)目進(jìn)入科研實(shí)踐訓(xùn)練。構(gòu)建多樣化應(yīng)用型人才，培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型、技能型人才，增強(qiáng)畢業(yè)生就業(yè)能力；完成本課的預(yù)期目的。（4）電磁場(chǎng)與電磁波也是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，其研究對(duì)象——場(chǎng)是區(qū)別于實(shí)物的物質(zhì)形態(tài)，具有抽象的特征。為避免課程教學(xué)的數(shù)學(xué)化，我們將充分應(yīng)用當(dāng)代信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，比如說(shuō)應(yīng)用視頻教學(xué)資料增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)和動(dòng)手能力，同時(shí)反過(guò)來(lái)應(yīng)用于當(dāng)代信息技術(shù)，充分發(fā)展學(xué)生的物理思維和物理探究能力。（5）我們將充分利用好點(diǎn)子競(jìng)賽等創(chuàng)新平臺(tái)，促進(jìn)電磁場(chǎng)與電磁波的教學(xué)。

3.2 課堂教學(xué)改革研究擬達(dá)到的目標(biāo)

在課堂教學(xué)中，突出學(xué)生的參與性，使他們主動(dòng)獲取而不是被動(dòng)接受科學(xué)結(jié)論，強(qiáng)調(diào)思維互動(dòng)，使學(xué)生感覺(jué)電磁場(chǎng)與電磁波發(fā)人深思，不難入門(mén)。作為電磁理論基礎(chǔ)的麥克斯韋方程是從大量個(gè)體電磁實(shí)驗(yàn)總結(jié)而得的“共性”規(guī)律。同時(shí)，電磁場(chǎng)與電磁波與其他物理學(xué)分支也具有“共性”和“個(gè)性”的關(guān)系。針對(duì)這一特點(diǎn)，教學(xué)中注意引導(dǎo)學(xué)生“相似性形象思維”，開(kāi)展“抽象思維”，促成“頓悟思維”。學(xué)生感覺(jué)電磁場(chǎng)與電磁波思路清晰，容易理解。激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，經(jīng)常采用課堂討論，由學(xué)生提問(wèn)，在教師引導(dǎo)下大家討論，總結(jié)得出準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)。由于分析“電磁場(chǎng)和電磁波”要在多維時(shí)空中抽象思維，課堂教學(xué)充分使用多媒體，盡力使用圖像和色彩搭配，使學(xué)生建立正確的物理圖像。

3.3 課堂教學(xué)改革研究擬解決的主要問(wèn)題

（1）突出科學(xué)性和探究性。電磁場(chǎng)與電磁波探究式教學(xué)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生能力的培養(yǎng)。教學(xué)中遵循“物理現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)—物理現(xiàn)象的描述—物理過(guò)程的分析—結(jié)果驗(yàn)證與實(shí)驗(yàn)測(cè)量”，再現(xiàn)科學(xué)研究過(guò)程，突出物理學(xué)實(shí)驗(yàn)性的特征。教學(xué)中注意知識(shí)拓展，充分聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用和現(xiàn)代科技發(fā)展，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和畢業(yè)生就業(yè)的適應(yīng)性。（2）重視物理思維和學(xué)生能力培養(yǎng)。課程教學(xué)中鍛煉“相似性形象思維”，提高“抽象思維”，促成“頓悟思維”。采用多媒體手段、有效使用圖示，幫助學(xué)生正確建立物理圖像，認(rèn)識(shí)物理過(guò)程。提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。培養(yǎng)他們的科學(xué)創(chuàng)新能力。（3）推進(jìn)個(gè)性化教育。探究式教學(xué)可以使具有不同基礎(chǔ)的學(xué)生各有所獲。課程網(wǎng)站的建立和電磁場(chǎng)與電磁波論壇的開(kāi)通，也將有效推動(dòng)個(gè)性化教育的實(shí)施。

4 課堂教學(xué)改革研究的特色和應(yīng)用價(jià)值及推廣

4.1 特色

（1）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)解答學(xué)生的問(wèn)題，及時(shí)了解學(xué)生的創(chuàng)造欲望。（2）通過(guò)課外閱讀、討論與講座擴(kuò)展學(xué)生視野，引導(dǎo)學(xué)生了解學(xué)科前沿發(fā)展動(dòng)態(tài)，將有些問(wèn)題安排給學(xué)生進(jìn)行課外閱讀和討論，提高學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題的能力。

4.2 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）網(wǎng)絡(luò)與視頻教學(xué)可以擴(kuò)展學(xué)生自主學(xué)習(xí)空間，有些問(wèn)題通過(guò)播放視頻，讓學(xué)生可以直觀地理解電磁現(xiàn)象基本規(guī)律的內(nèi)涵。（2）多種形式的師生互動(dòng)，可以了解學(xué)生的學(xué)習(xí)與創(chuàng)造欲望。（3）科研實(shí)踐訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新能力，從學(xué)生課程論文中，挑選有質(zhì)量的項(xiàng)目進(jìn)入科研實(shí)踐訓(xùn)練。 鼓勵(lì)和指導(dǎo)有能力的學(xué)生參加各級(jí)科研訓(xùn)練項(xiàng)目與科技競(jìng)賽。

4.3 應(yīng)用價(jià)值及推廣

（1）當(dāng)代教育技術(shù)中網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)提供了傳統(tǒng)教學(xué)中所沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)播放演示實(shí)驗(yàn)中的與電磁場(chǎng)與電磁波現(xiàn)象相關(guān)的視頻資料，學(xué)生可以直觀地理解這些現(xiàn)象及其物理內(nèi)涵。（2）任課教師通過(guò)課后答疑和討論、電子郵件、學(xué)生QQ群，解答學(xué)生的問(wèn)題，了解學(xué)生的創(chuàng)造欲望，指導(dǎo)有能力的學(xué)生開(kāi)展科研實(shí)踐訓(xùn)練、參加各類(lèi)科技競(jìng)賽。這種教學(xué)方式不僅對(duì)提高學(xué)生的理解能力、動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力都有相當(dāng)好的效果，同時(shí)也可以促進(jìn)本課程的教學(xué)改進(jìn)也很有益。（3）同時(shí)這種教學(xué)模式還可以推廣到其他物理類(lèi)基礎(chǔ)學(xué)科，對(duì)于改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，增強(qiáng)教學(xué)效果以及學(xué)生的動(dòng)手能力和知識(shí)理解都有很好的借鑒作用。

電磁場(chǎng)與電磁波是物理學(xué)發(fā)展比較成熟的一門(mén)學(xué)科，從電磁理論發(fā)展史看，章章節(jié)節(jié)中滲透著科學(xué)家的成功思想和方法，讓學(xué)生了解并學(xué)習(xí)這一點(diǎn)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)學(xué)生的物理直覺(jué)和科學(xué)素質(zhì)是十分有益的，這也是本課程教學(xué)的一個(gè)目的。本課程教學(xué)的基本要求是：使學(xué)生系統(tǒng)而深入地掌握靜電場(chǎng)和靜磁場(chǎng)理論，掌握電磁波的傳播和電磁場(chǎng)輻射規(guī)律，并能夠熟練運(yùn)用知識(shí)分析和解決相關(guān)電磁問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳海江.科學(xué)原創(chuàng)與科學(xué)積累[J].自然辯證法研究，2002.18（5）：42-50.

[2] 孫秀英.全國(guó)科技創(chuàng)新大會(huì)在京舉行[N].人民日?qǐng)?bào)，2012-07-08.

[3] 姜宇.在“電磁場(chǎng)與電磁波”課程中建立創(chuàng)新理念[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009（1）.

電磁波的實(shí)際應(yīng)用范文4

關(guān)鍵詞： 《電磁場(chǎng)與電磁波》 教學(xué)方案 教學(xué)改革

目前我國(guó)高校電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的大部分都開(kāi)設(shè)了《電磁場(chǎng)與電磁波》［1］課程，它是一門(mén)理論性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，可以為學(xué)生以后從事射頻與微波技術(shù)技術(shù)、無(wú)線通信、天線理論與設(shè)計(jì)、電磁散射與逆散射、光通訊，以及微波通信、生物醫(yī)學(xué)微波成像、微波遙感及電波傳播等方面的相關(guān)工程研究打下基礎(chǔ)。然而該課程復(fù)雜、物理概念抽象、理論性強(qiáng)，學(xué)生往往因缺乏感性認(rèn)識(shí)，不易理解，感到難學(xué)，所以只靠課堂講授很難收到預(yù)期的教學(xué)效果。

“深化教育教學(xué)改革，全面加強(qiáng)大學(xué)生素質(zhì)和能力培養(yǎng)”［2］是21世紀(jì)人才培養(yǎng)的要求，也是教育系統(tǒng)適應(yīng)我國(guó)現(xiàn)階段的形勢(shì)必須采用的方針戰(zhàn)略。筆者根據(jù)目前江蘇大學(xué)通信工程專(zhuān)業(yè)本科生教授介紹了《電磁場(chǎng)與電磁波》的研究對(duì)象及基本內(nèi)容，通過(guò)實(shí)施電磁波理論的多方位、多層次的教學(xué)改革，將課堂激勵(lì)式教學(xué)、計(jì)算機(jī)多媒體教學(xué)、實(shí)驗(yàn)室教學(xué)等多種手段和方式相結(jié)合，進(jìn)行了《電磁場(chǎng)與電磁波》整體教學(xué)方案的多方位教學(xué)改革的嘗試。

一、《電磁場(chǎng)與電磁波》課程教學(xué)現(xiàn)狀及目前存在的基本問(wèn)題

《電磁場(chǎng)與電磁波》課程是我校通信工程及其它電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，原來(lái)課時(shí)設(shè)置60學(xué)時(shí)，后來(lái)根據(jù)教學(xué)實(shí)際情況增加到75學(xué)時(shí)。但目前的課程內(nèi)容沒(méi)有大的改動(dòng)。課程內(nèi)容為：矢量分析，靜態(tài)場(chǎng)，恒定電流場(chǎng)，恒定磁場(chǎng)，時(shí)變電磁場(chǎng)和平面電磁波。電磁場(chǎng)的物理概念抽象，難于理解。前期“電路”方面的課程基本上講的是時(shí)間的一維函數(shù)，而電磁場(chǎng)中的場(chǎng)量都是時(shí)間、空間上的矢量函數(shù)，需要建立矢量場(chǎng)的概念。此外，微積分、矢量分析、數(shù)理方程等數(shù)學(xué)理論是研究電磁場(chǎng)的語(yǔ)言和工具，扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是學(xué)習(xí)電磁場(chǎng)的必備條件。

筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)目前存在以下方面的基本問(wèn)題。1.在學(xué)習(xí)《電磁場(chǎng)與電磁波》課程過(guò)程中，學(xué)生常常難以將已經(jīng)學(xué)好的數(shù)學(xué)知識(shí)和電磁場(chǎng)內(nèi)容很好地結(jié)合。在學(xué)習(xí)《電磁場(chǎng)與電磁波》之前，學(xué)生一般都具備矢量場(chǎng)論的基本知識(shí)，但是在學(xué)習(xí)《電磁場(chǎng)與電磁波》的過(guò)程中卻難以將所學(xué)知識(shí)與電磁場(chǎng)理論融會(huì)貫通、學(xué)以致用。還有許多學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)起來(lái)倍感吃力。2.在電磁場(chǎng)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生常常反映電磁場(chǎng)課程內(nèi)容多、公式多、理論性強(qiáng)，很難理出頭緒，或者課堂上聽(tīng)不明白，而且課后怕做習(xí)題，對(duì)課程學(xué)習(xí)沒(méi)有興趣。3.電磁場(chǎng)彌漫于空間，看不見(jiàn)摸不著，在理論教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生常感到電磁場(chǎng)太抽象，沒(méi)有實(shí)感，從心理上對(duì)這門(mén)課產(chǎn)生畏懼。4.在學(xué)習(xí)《電磁場(chǎng)與電磁波》課程中，學(xué)生時(shí)常會(huì)遇到一些似是而非的東西，產(chǎn)生大量的疑難問(wèn)題。

二、課程教學(xué)改革嘗試

為了提高教學(xué)效果，我們做了如下幾方面的探索。

1.理論聯(lián)系實(shí)際，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

我們要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，講述該課程的重要性。在目前以信息科學(xué)為代表的新技術(shù)革命席卷全球，電磁場(chǎng)與微波作為信息載體，無(wú)疑處于這場(chǎng)革命的漩渦中心。例如，微波頻段的移動(dòng)通信的大力發(fā)展極大地改變了現(xiàn)代人類(lèi)的生活，使手機(jī)成為人類(lèi)生活的一部分。還有微波能的普及，極大地方便了人類(lèi)的物質(zhì)生活。另外，現(xiàn)代技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)，已經(jīng)是“陸、海、空、天、電磁”5位一體的聯(lián)合作用。“制電磁權(quán)”成為繼“制海權(quán)”、“制空權(quán)”之后戰(zhàn)爭(zhēng)雙方極力爭(zhēng)奪的新的制高點(diǎn)。通過(guò)這方面的介紹和學(xué)習(xí)，學(xué)生認(rèn)識(shí)到這門(mén)課的重要性，并且認(rèn)識(shí)到自身的歷史使命感，從而增加了學(xué)習(xí)這門(mén)課的動(dòng)力。

2.教學(xué)與科研結(jié)合，拓寬學(xué)生的知識(shí)視野，提高教學(xué)效果。

教學(xué)過(guò)程中，讓學(xué)生了解最新前沿研究課題，了解最近科研動(dòng)態(tài)，使學(xué)生明確當(dāng)前及今后一段時(shí)間電子信息的研究熱點(diǎn)與方向。如講解“分層介質(zhì)中的電磁波的反射及透射”時(shí)，可以結(jié)合當(dāng)前電磁隱身與反隱身的科學(xué)研究進(jìn)行課程的講授，使學(xué)生領(lǐng)會(huì)得更加透徹。另外，我們還可以結(jié)合科研工作的一些積累，講解電磁波的極化特性，使學(xué)生深刻領(lǐng)悟極化的物理概念。改變傳統(tǒng)的教學(xué)思想，具體而言就是要改變“大而全”和“滿(mǎn)堂灌”的教學(xué)思想，在掌握好基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)向主動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變。我們適時(shí)地向?qū)W生提出一些綜合性和靈活性的問(wèn)題，使課堂生動(dòng)活潑，吸引學(xué)生的注意力。有意義的啟發(fā)性的問(wèn)題可使學(xué)生聚攏目光，積極思考，達(dá)到新的層次。

3.采用形式多樣的教學(xué)手段，實(shí)現(xiàn)教學(xué)方法的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。

我們利用計(jì)算機(jī)多媒體輔助教學(xué)，增加直觀的課堂演示。通過(guò)直觀演示，很容易引發(fā)學(xué)生的興趣，目的在于使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)加深理解和鞏固，并能得以運(yùn)用和發(fā)展，使知識(shí)、技能轉(zhuǎn)化為能力，同時(shí)也可得到信息反饋，發(fā)現(xiàn)不足及時(shí)補(bǔ)救。比如“平面電磁波”等章節(jié)內(nèi)容，是本課程的重點(diǎn)及難點(diǎn)，通過(guò)制作一維電磁波的動(dòng)畫(huà)效果進(jìn)行課堂演示，使學(xué)生可以清晰地看到平面電磁波在一維空間中的傳播情況，以及當(dāng)遇到理想導(dǎo)體情形時(shí)的電磁波的反射情形，從而深刻理解駐波、半波損失等基本的物理理論；另外，還可以模擬電磁波在遇到多層介質(zhì)時(shí)電磁波傳輸問(wèn)題，讓學(xué)生形象地理解電磁波行為。這些難點(diǎn)內(nèi)容常會(huì)在學(xué)生腦海中縈繞，產(chǎn)生了很直觀的認(rèn)識(shí)，有助于進(jìn)一步理解。

同時(shí)，在課堂教學(xué)外，還要結(jié)合實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)的角度深刻理解電磁場(chǎng)與電磁波的理論，提高學(xué)生的動(dòng)手能力。在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生要養(yǎng)成認(rèn)真細(xì)致的工作作風(fēng)，訓(xùn)練敏銳入微的觀察能力，結(jié)合理論基礎(chǔ)分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能力，以及鍛煉實(shí)際操作能力。

4.采取激勵(lì)式教學(xué)方法，結(jié)合課外興趣學(xué)習(xí)活動(dòng)小組，提高教學(xué)效果。

利用教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制，在學(xué)生的考核成績(jī)中，按一定的比例，比如30%作為平時(shí)成績(jī)。學(xué)生在課堂上主動(dòng)積極地回答次數(shù)作為考核的機(jī)制，每次2分至5分。這樣可以鼓勵(lì)學(xué)生積極踴躍發(fā)言，活躍課堂氣氛，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性；還可以吸引學(xué)生的注意力，提高課堂上的學(xué)習(xí)效率。

另外，我們還可以在課外組織學(xué)有余力的學(xué)生成立興趣小組；引導(dǎo)他們利用課余時(shí)間去實(shí)驗(yàn)室，和研究生一起參加課題的研究，從中學(xué)習(xí)到課內(nèi)沒(méi)有的知識(shí)，從而不斷地提高他們運(yùn)用知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

三、結(jié)語(yǔ)

《電磁場(chǎng)與電磁波》課程教學(xué)實(shí)踐表明，課堂教學(xué)不但需要教師有淵博的理論知識(shí)及理論修養(yǎng)，還需要教師精心組織教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高教和學(xué)的質(zhì)量，從而收到培養(yǎng)面向新世紀(jì)的合格人才的目的。通過(guò)這門(mén)課程的教改嘗試，達(dá)到了激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)的預(yù)期效果。總之，本課程是一門(mén)理論性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科，如何搞好本課程的教學(xué)，還有待于進(jìn)一步地探索及改革。

參考文獻(xiàn)：

［1］馮恩信.電磁場(chǎng)與電磁波［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社，2005.

［2］孫卉.試論啟發(fā)式教學(xué)與創(chuàng)新教育［J］.徐州教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，（4）：25-26.

［3］姚華楨，李小敏.電磁場(chǎng)與電磁波課程的教學(xué)研究［J］.中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2007，（7）：50-51.

電磁波的實(shí)際應(yīng)用范文5

一、衛(wèi)星通信的工作頻段

衛(wèi)星通信中，工作頻段的選擇是一個(gè)十分重要的問(wèn)題。它直接影響系統(tǒng)的通信容量、質(zhì)量、可靠性、設(shè)備的復(fù)雜程度和成本的高低，并且還影響到與其它通信系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。一般而言，衛(wèi)星通信工作頻段的選擇必須根據(jù)需要與可能相結(jié)合的原則，重點(diǎn)考慮下列因素。

（1）電波能夠穿過(guò)電離層，傳播損耗和外部附加噪聲應(yīng)盡可能小。

（2）應(yīng)具有較寬的可用頻帶，盡可能增大通信容量。

（3）合理使用無(wú)線電頻譜，防止各種宇宙通信業(yè)務(wù)之間以及與其它地面通信業(yè)務(wù)之間產(chǎn)生相互干擾。

（4）考慮電子技術(shù)與器件的進(jìn)展情況以及現(xiàn)有通信技術(shù)設(shè)備的利用與相互配合。

綜合上述因素，衛(wèi)星通信的工作頻率選擇微波波段是最合適的。

二、衛(wèi)星通信電波的傳播損耗

衛(wèi)星通信鏈路的傳輸損耗包括自由空間傳播損耗、對(duì)流層傳播損耗、電離層傳播損耗等，下面依次來(lái)分析。

1、自由空間的傳播損耗

在整個(gè)電磁波傳輸過(guò)程中，即使不發(fā)生反射、折射、吸收和散射等現(xiàn)象，也會(huì)發(fā)生能量向空間擴(kuò)散而損耗的現(xiàn)象，這被稱(chēng)為自由空間損耗。電波被天線輻射后，便向周?chē)臻g傳播，由電磁波傳播原理可知，每個(gè)輻射出去的平面上的點(diǎn)都可以當(dāng)做新的信源，繼續(xù)向四周輻射。

實(shí)際表明，電波在自由空間以球面形式傳播，電磁場(chǎng)能量擴(kuò)散，接收機(jī)只能接收到其中的一小部分，大部分能量在傳播過(guò)程中損耗了。傳播距離越遠(yuǎn)，到達(dá)接收地點(diǎn)的能量越小。

2、對(duì)流層傳播損耗

對(duì)流層是指自地面向上大約10km范圍的低空大氣層，對(duì)流層集中了整個(gè)大氣質(zhì)量的3/4，當(dāng)?shù)孛媸芴?yáng)照射時(shí)，地表溫度上升，地面放出的熱量使低溫大氣受熱膨脹，進(jìn)而造成了大氣密度不均勻，于是產(chǎn)生了大氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，對(duì)電波傳輸產(chǎn)生了一定的損耗。

（1）大氣折射

大氣折射率n是指電磁波在自由空間中的傳播速度c與在大氣中的傳播速度v之比。n隨高度的增加而減小，v隨高度的增加而增加，從而使電波傳播的軌跡向下彎曲，因而，由于大氣的折射作用，實(shí)際的電波傳播不是按照直線進(jìn)行，而是按曲線傳播的。大氣折射使電磁波射線路徑發(fā)生彎曲，從而使收信點(diǎn)的接收功率發(fā)生變化。

（2）大氣吸收損耗

任何物質(zhì)的分子都是由帶電粒子組成的，這些粒子都有其固有的電磁諧振頻率。當(dāng)通過(guò)這些物質(zhì)的微波頻率接近它們的諧振頻率時(shí)，這些物質(zhì)對(duì)微波就產(chǎn)生共振吸收。大氣中的氧分子具有磁偶極子，水蒸氣分子具有電偶極子，它們都能從電磁波中吸收能量，從而產(chǎn)生吸收損耗。

（3）雨霧引起的損耗

雨霧等自然現(xiàn)象都是對(duì)流層殊的大氣環(huán)境造成的，并且是隨機(jī)產(chǎn)生的，它使發(fā)端到收端之間的電磁波被散射、折射、吸收。其中，降雨損耗尤為明顯。當(dāng)工作頻率大于30GHz時(shí)，即使是小雨，造成的損耗也不能忽視。在10GHz以下時(shí)，必須考慮中雨以上的影響。為了保證可靠通信，在進(jìn)行鏈路設(shè)計(jì)時(shí)，通常先以晴天為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，然后留有一定的余量，以保證降雨、下雪等的情況仍然滿(mǎn)足通信質(zhì)量要求。

3、電離層傳播損耗

電離層的影響主要是電離層閃爍衰落，衰落值同地磁緯度有密切關(guān)系，在地磁緯度30°附近是一閃爍增強(qiáng)帶，地磁緯度20°以下，春夏發(fā)生閃爍嚴(yán)重且頻繁。電波穿過(guò)電離層的衰減量，隨入射角而變化，垂直入射時(shí)，衰減量最小。

另外，電波還受地球磁場(chǎng)的影響，線極化電磁波的極化平面會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，因此，要根據(jù)不同情況，對(duì)極化面的變化進(jìn)行補(bǔ)償。

4、多普勒頻移

當(dāng)衛(wèi)星與用戶(hù)終端之間、衛(wèi)星與基站之間、衛(wèi)星與衛(wèi)星之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收端收到的發(fā)射端載頻發(fā)生頻移，即多普勒效應(yīng)引起的附加頻移，稱(chēng)之為多普勒頻移。多普勒頻移對(duì)采用相關(guān)解調(diào)的數(shù)字通信危害較大，地球站接收機(jī)必須采用鎖相技術(shù)才能穩(wěn)定地接收衛(wèi)星發(fā)來(lái)的信息。

對(duì)于移動(dòng)衛(wèi)星通信而言，它可能利用靜止軌道衛(wèi)星，也可以是非靜止軌道衛(wèi)星，對(duì)于前者，產(chǎn)生多普勒頻移主要是因?yàn)橛脩?hù)終端的運(yùn)動(dòng)，后者主要取決于衛(wèi)星相對(duì)于地面目標(biāo)的快速運(yùn)動(dòng)。

5、多徑衰落和陰影遮蔽效應(yīng)

電波在移動(dòng)環(huán)境中傳播時(shí)，會(huì)遇到各種物體，經(jīng)反射、散射、繞射，到達(dá)接收天線時(shí)，己成為通過(guò)各種路徑到達(dá)的合成波，即多徑傳播模式。各傳播路徑分量的幅度和相位各不相同，因此合成信號(hào)起伏很大，稱(chēng)為多徑衰落。

電波途經(jīng)建筑物、樹(shù)林等時(shí)受到阻擋被衰減，這種陰影遮蔽對(duì)陸地移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的電波傳播影響很大。

以上分析了衛(wèi)星通信電波在傳輸過(guò)程中可能產(chǎn)生的各種傳播損耗，實(shí)際中，電波還受到傳輸噪聲的影響。

三、衛(wèi)星通信電波的傳輸噪聲

當(dāng)電波經(jīng)過(guò)傳輸達(dá)到接收機(jī)時(shí)，會(huì)引入一部分噪聲，這些噪聲對(duì)接收機(jī)影響較大，實(shí)際中要充分考慮。接收機(jī)輸入端的噪聲分別由內(nèi)部（接收機(jī)）和外部（天線引入）噪聲源引入，外部噪聲源可以分為兩類(lèi)：地面噪聲和太空噪聲。地面噪聲影響最大，來(lái)源于大氣、降雨、地面、工業(yè)活動(dòng)等，太空噪聲來(lái)源于宇宙、太陽(yáng)系等。

1、太陽(yáng)系噪聲

它指的是太陽(yáng)系中太陽(yáng)、各行星以及月亮輻射的電磁干擾被天線接收而形成的噪聲，其中太陽(yáng)是最大的熱輻射源。只要天線不對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，在靜寂期太陽(yáng)噪聲對(duì)天線噪聲影響不大；其他行星和月亮，沒(méi)有高增益天線直接指向時(shí)，對(duì)天線噪聲影響也不大。實(shí)際上，當(dāng)太陽(yáng)和衛(wèi)星匯合在一起，即太陽(yáng)接近地球站指向衛(wèi)星的延伸線時(shí)，地球站就會(huì)受到干擾，甚至造成中斷。

2、宇宙噪聲

外空間星體的熱氣體及分布在星際空間的物質(zhì)所形成的噪聲，在銀河系中心的指向上達(dá)到最大值（通常稱(chēng)為指向熱空），在天空其它某些部分的指向上是很低的（稱(chēng)為冷空）。宇宙噪聲是頻率的函數(shù)，在1GHz以下時(shí)，它是天線噪聲的主要成分。

3、大氣噪聲與降雨噪聲

電離層、對(duì)流層不但吸收電波的能量，也產(chǎn)生電磁輻射而形成噪聲，其中主要是氧氣和水蒸汽構(gòu)成的大氣噪聲，大氣噪聲是頻率和仰角的函數(shù)。大氣噪聲在10GHz以上顯著增加，仰角越低時(shí)，由于電波穿越大氣層的路徑長(zhǎng)度增加，大氣噪聲作用加大。

降雨以及云、霧在產(chǎn)生電波吸收衰減的同時(shí)，也產(chǎn)生噪聲，稱(chēng)為降雨噪聲。對(duì)天線噪聲的作用與雨量、頻率、天線仰角有關(guān)。即使在4GHz的頻率下，仰角低的時(shí)候，大雨對(duì)天線噪聲影響也很大，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)候要充分考慮這些因素。

4、內(nèi)部噪聲

內(nèi)部噪聲來(lái)源于接收機(jī)，由于接收機(jī)中含有大量的電子元件，而這些電子元件中由于溫度的影響，其中自由電子會(huì)做無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)實(shí)際上影響了電路的工作，這就是熱噪聲，因?yàn)樵诶碚撋希绻麥囟冉档偷浇^對(duì)零度，那么這種內(nèi)部噪聲會(huì)為零，但實(shí)際上我們達(dá)不到絕對(duì)零度，所以?xún)?nèi)部噪聲不可根除，只可抑制。

電磁波的實(shí)際應(yīng)用范文6

[關(guān)鍵詞] FMCW； 探地雷達(dá)； 煤層超前探測(cè)； MUSIC算法

0 引言

由于不同的煤層地質(zhì)條件，煤層中可能含有瓦斯或水體，在采掘過(guò)程中會(huì)引發(fā)災(zāi)害，嚴(yán)重威脅職工的生命安全和設(shè)備安全。因此利用超前探測(cè)的方法提前判斷掘進(jìn)煤層前方可能存在的安全隱患，對(duì)于煤礦安全高效生產(chǎn)具有重要意義。

在實(shí)際應(yīng)用中，探地雷達(dá)依據(jù)其信號(hào)形式大致可以分為三類(lèi)：調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）探地雷達(dá)、脈沖探地雷達(dá)以及步進(jìn)變頻探地雷達(dá)。其中FMCW探地雷達(dá)屬于頻率域探地雷達(dá)，接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍大，具有更高的輻射功率，可獲得比時(shí)間域探地雷達(dá)更好的分辨率，并且更適合在損耗較大的媒介中工作。一直以來(lái)，由于頻率域探地雷達(dá)硬件結(jié)構(gòu)造價(jià)較大，所以其商業(yè)應(yīng)用一直比較落后。但是隨著電子技術(shù)的不斷提高，使得頻率域探地雷達(dá)的造價(jià)一直在降低，同時(shí)人們對(duì)目標(biāo)識(shí)別的重視，使得頻率域雷達(dá)的高分辨率優(yōu)點(diǎn)更加突出，所以近年來(lái)頻率域雷達(dá)得到了較好的發(fā)展。如果將FMCW探地雷達(dá)應(yīng)用于煤層超前探測(cè)，其具有很高的發(fā)射功率，即探測(cè)深度很大，而且也能盡可能的增加分辨率，所以將FMCW探地雷達(dá)應(yīng)用于煤層超前探測(cè)具有很大的價(jià)值。[1-7]

FMCW探地雷達(dá)是根據(jù)接收到的回波信號(hào)與本地信號(hào)進(jìn)行混頻，然后根據(jù)差頻信號(hào)的頻率進(jìn)行信號(hào)位置的確定。所以在FMCW探地雷達(dá)中，頻率測(cè)量的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到對(duì)物體定位的精確程度。而且在處理過(guò)程中，要同時(shí)確定多個(gè)信號(hào)的頻率。MUSIC算法由于其超高的頻率分辨能力以及可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)檢測(cè)的能力，使其成為處理FMCW探地雷達(dá)回波信號(hào)的主要算法。[7] [9]

1 FMCW探地雷達(dá)原理

調(diào)頻連續(xù)波探地雷達(dá)的系統(tǒng)組成簡(jiǎn)圖如圖1所示， 首先向目標(biāo)發(fā)射頻率按一定規(guī)律變化的電磁波，此電磁波在遇到目標(biāo)介質(zhì)后發(fā)生反射，包含有目標(biāo)介質(zhì)特性的反射電磁波通過(guò)雷達(dá)的接收天線被雷達(dá)系統(tǒng)接收。此時(shí)，將接收到的反射電磁波與本地的發(fā)射電磁波進(jìn)行混頻，然后就會(huì)得到一個(gè)差頻信號(hào)，我們根據(jù)發(fā)射電磁波的變化規(guī)律以及混頻后的差頻信號(hào)就可以得知電磁波在介質(zhì)中的傳播時(shí)間。

在實(shí)際應(yīng)用中，我們首先根據(jù)一定的算法處理差頻信號(hào)，使差頻信號(hào)的頻譜在差頻信號(hào)的頻率處產(chǎn)生頻譜峰值，我們通過(guò)此峰值就可以確定出差頻信號(hào)的頻率，然后確定出目標(biāo)的位置。

2 探地雷達(dá)信號(hào)處理中的MUSIC算法

MUSIC算法是一種典型的空間譜估計(jì)算法，它是將陣列接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征分解，求取其特征值及特征值對(duì)應(yīng)的特征向量，從而得到兩個(gè)子空間――信號(hào)子空間以及噪聲子空間，其中信號(hào)子空間與接收到的信號(hào)以及噪聲都有關(guān)系，而噪聲子空間只與噪聲有關(guān)。MUSIC算法就是利用噪聲子空間與信號(hào)的各個(gè)分量相正交的特性來(lái)對(duì)信號(hào)的來(lái)波方向或者頻率進(jìn)行估計(jì)，這種算法具有非常高的頻率分辨率以及角度分辨率。前面我們已經(jīng)介紹FMCW探地雷達(dá)中，頻率測(cè)量的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到對(duì)物體定位的精確程度。而且在處理時(shí)，要同時(shí)確定多個(gè)信號(hào)的頻率。MUSIC算法由于其超高的頻率分辨能力以及可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)檢測(cè)的能力，使得MUSIC算法成為處理FMCW探地雷達(dá)回波信號(hào)的主要算法。

MUSIC算法的處理步驟：

第二步 對(duì)估計(jì)出的自相關(guān)矩陣進(jìn)行分析，得出自相關(guān)矩陣的噪聲子空間。

第三步 利用構(gòu)造出來(lái)的譜函數(shù)P（？棕）進(jìn)行計(jì)算。

3 MUSIC算法性能仿真

1）來(lái)波信號(hào)的信噪比對(duì)算法分辨率的影響 。

取來(lái)波信號(hào)的長(zhǎng)度為1000， 探地雷達(dá)的接收天線為均勻線陣，均勻線陣的陣元數(shù)為10，來(lái)波信號(hào)的數(shù)目為三個(gè)，其歸一化頻率分別為？仔/2、35*？仔/64、 3*？仔/2，取信號(hào)的信噪比分別為0dB、10dB、20dB、30dB、40dB、50dB，仿真結(jié)果如圖2所示。從圖中可知信噪比越高，算法的分辨率就越高。

此外我們還對(duì)信號(hào)長(zhǎng)度（信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)）、接收天線的陣元數(shù)對(duì)算法分辨率的影響進(jìn)行了仿真，通過(guò)對(duì)不同參數(shù)的仿真分析總結(jié)出，當(dāng)信號(hào)長(zhǎng)度（采樣點(diǎn)數(shù)）越大、信號(hào)的信噪比越大、接收信號(hào)的天線的陣元數(shù)越多，算法的分辨率就越高。

2）不同來(lái)波信號(hào)的歸一化頻率間隔對(duì)算法分辨率的影響 。

我們還對(duì)來(lái)波信號(hào)的數(shù)目對(duì)算法分辨率的影響進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明當(dāng)天線陣元數(shù)大于來(lái)波信號(hào)的數(shù)目時(shí)，來(lái)波信號(hào)的數(shù)目對(duì)算法的影響較少，故該算法適用于多信號(hào)的識(shí)別。

4 結(jié)論

本文由FMCW探地雷達(dá)信號(hào)的特點(diǎn)入手，分析了MUSIC算法用來(lái)處理FMCW探地雷達(dá)信號(hào)的優(yōu)勢(shì)。之后介紹了MUSIC算法的思路，根據(jù)其要利用信號(hào)子空間以及噪聲子空間相正交的特性，對(duì)MUSIC算法進(jìn)行了推導(dǎo)，最后構(gòu)造出了MUSIC算法用來(lái)進(jìn)行信號(hào)頻率估計(jì)的譜函數(shù)。通過(guò)總結(jié)MUSIC算法的推導(dǎo)過(guò)程，得到了MUSIC算法的實(shí)現(xiàn)步驟。

最后對(duì)MUSIC算法進(jìn)行仿真，通過(guò)對(duì)不同參數(shù)的仿真分析總結(jié)出，當(dāng)信號(hào)長(zhǎng)度（采樣點(diǎn)數(shù)）越大、信號(hào)的信噪比越大、接收信號(hào)的天線的陣元數(shù)越多，算法的分辨率就越高；并通過(guò)仿真結(jié)果得知此算法的歸一化頻率的分辨率在3*？仔/100～4*？仔/100之間，該算法適用于多信號(hào)的識(shí)別。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 馮曉君. 礦井物探技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（13）：47.

[2] 李 華，焦彥杰，楊俊波. 淺析地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展及應(yīng)用[J]. 物探化探計(jì)算技術(shù)，2010（32）：291-299.

[3] 張 紅. 探地雷達(dá)的簡(jiǎn)述及在各領(lǐng)域中的應(yīng)用[J]. 城市道橋與防洪， 2012（7）：355-357.

[4] 趙文軻，陳國(guó)順，田剛等.探地雷達(dá)屬性技術(shù)進(jìn)展[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展，2010（25）：1262-1267.

[5] 宋 勁，吳燕清，胡運(yùn)兵等. 探地雷達(dá)在煤巷超前探測(cè)[J]. 礦業(yè)安全與環(huán)保，2007（ 2） ：37.

[6] 曾昭發(fā)，劉四新，馮.探地雷達(dá)原理與應(yīng)用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[7] 倪秀勝. FMCW探地雷達(dá)信號(hào)發(fā)生器及其回波處理方法研究[D].成都：成都理工大學(xué)，2007.6.

[8] 梁慶華. 礦井探地雷達(dá)井下快速超前探測(cè)與數(shù)據(jù)分析[J]. 物探化探計(jì)算技術(shù)，2011（33）：531-535.