課程名稱電磁場與微波技術

1、 教育城：課程名稱：電磁場與微波技術課程代碼：0910第一部分 課程性質(zhì)與目標一、課程性質(zhì)與特點電磁場與微波技術是高等教育自學考試通信工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，是在完成高等數(shù)學和高頻電子線路課程的學習后開設的必修課程之一，本課程在整個課程體系中是后續(xù)眾多通信專業(yè)課的生長點和發(fā)展的基礎。本課程重點論述了工程電磁場的基本理論和技術，內(nèi)容涵蓋了電場、磁場、時變場、電磁波、傳輸線、波導和天線等。通過學習可以使考生較全面的了解電磁場及微波領域的基本理論和基本內(nèi)容，為今后學習和工作打下堅實的基礎。二、課程目標與基本要求本課程的目標是使學生通過本課程的學習和輔導考試，進行有關工程電磁場基礎理論和技術方面的培

2、養(yǎng)和訓練，使學生對電磁場、微波和天線領域有相當程度的了解，為今后學習和工作創(chuàng)造一個知識面寬廣的環(huán)境。課程基本要求如下：1、 熟悉工程電磁場中數(shù)學分析方法。2、 掌握靜電場中電場、電位和電能的計算，了解靜電場基本性質(zhì)。3、 掌握恒定磁場中磁場和磁能的計算，了解引入矢量磁位的必要性并熟悉恒定磁場的基本性質(zhì)。4、 掌握時變場中法拉第電磁感應定律和麥克斯韋關于位移電流的概念。5、 熟悉麥克斯韋方程組數(shù)學表達式及其物理意義。6、 熟悉電磁場中的邊界條件及其應用。7、 掌握坡印廷矢量概念。8、 學習電磁波在兩種不同介質(zhì)界面上的垂直入射和斜入射，掌握有關公式。9、 學習傳輸線基本理論，掌握分布參數(shù)、特性阻抗

3、、輸入阻抗、反射系數(shù)、電壓駐波比基本概念及相關表達式，熟悉傳輸線阻抗匹配的意義和應用。10、學習波導中波型（TE模和TM模）的概念，了解矩形波導中模的截止頻率和主摸傳輸?shù)母拍睢?1、學習天線有關知識，了解天線的基本參數(shù)。三、與本專業(yè)其他課程的關系本課程在通信工程專業(yè)的教學計劃中被列為專業(yè)基礎課，安排在學完高頻電子線路之后和通信專業(yè)課之前時間內(nèi)開設。本課程的學習是后續(xù)通信專業(yè)課程（如移動通信、通信技術等）的基礎。第二部分 考核內(nèi)容與考核目標第一章 矢量分析一、 學習目的與要求通過本章學習，熟悉矢量分析中矢量符號表示法，矢量加減運算、兩矢量點積和叉積運算規(guī)則，三種坐標系（笛卡爾、圓柱和球坐標）表示

4、方法和相互間的轉換。二、考核知識點與考核目標（一）矢量表示方法，兩矢量點積和叉積運算規(guī)則（重點）識記：矢量是一個有方向和大小的物理量，熟悉矢量在正式出版書中和手寫時不同表示方法，并了解單位矢量含義。兩矢量點積和叉積運算規(guī)則。理解：兩矢量點積后為一個標量；兩矢量叉積后仍為一個矢量。（二）三種坐標系中空間某點的表示方法及其相互轉換（次重點）識記：空間某點在笛卡爾坐標系、圓柱坐標系和球坐標系中的表示法。理解：每種坐標系中三個坐標變量的含義以及三種坐標系中，坐標變量之間的相互轉換。應用：三種坐標系中微分線元、微分面元和微分體元的具體表達式；會進行矢量的加減、點積和叉積運算。 第二章 庫侖力和電場強度一

5、、學習目的與要求通過本章的學習，掌握庫侖力和電場強度的概念，并會計算電荷離散和連續(xù)分布情況下的電場強度。二、考核知識點與考核目標（一）庫侖定律和電場強度（重點）識記：庫侖定律描寫的是真空中兩點電荷之間的相互作用力，熟悉式中各物理量的單位，掌握電場強度基本概念。理解：庫侖力和電場強度都是矢量，計算時，應用矢量合成法則。應用：會計算多個點電荷在某處產(chǎn)生的電場強度。（二）電荷分布（次重點）識記：體電荷、線電荷、面電荷的概念。理解：上述三種電荷分布情況下，求解電場的積分表達式，注意是矢量積分形式。應用：會計算電荷在無限長直線上線分布和無限大平面上面分布情況下，利用電場積分表達式求得電場強度的大小和方向

6、（有時可結合線性疊加原理解題）。第三章 電通量和高斯定理一、學習目的與要求通過本章的學習，掌握電通量和電通量密度的概念，熟悉高斯定理的數(shù)學表達式和含義，并在電荷分布對稱性情況下，會運用高斯定理求得電場強度。二、考核知識點與考核目標（一）電通量和電通量密度（重點）識記：電通量和電通量密度的定義。理解：電通量是標量，電通量密度是矢量。應用：電通量計算。（二）高斯定理（重點）識記：高斯定理的數(shù)學表達式和含義。理解：高斯定理反映靜電場是有源場，即電荷是產(chǎn)生電通量的源。應用：在電荷具有對稱分布（軸對稱或球?qū)ΨQ）情況下，通過選取特殊高斯面，可應用高斯定理直接求得電通量密度和電場強度。（三）電通量密度和電場

7、強度之間的關系（次重點）識記：在各向同性介質(zhì)中，。理解：由電荷形態(tài)產(chǎn)生的電通量密度不是介電常數(shù)的函數(shù)，而電場是的函數(shù)。應用：在涉及多種電介質(zhì)的問題中，根據(jù)，可由方便的求得。第四章 散度和散度定理一、學習目的與要求通過本章的學習，掌握散度的概念，并運用散度定理求得的散度。二、考核知識點與考核目標（一）散度（重點）識記：散度的定義。理解：散度是描述矢量場性質(zhì)的一個重要側面，一個矢量的散度，其結果是一個標量，只有矢量才有散度可言。（二）的散度（重點）識記：理解：的散度描述的是空間某處單位體積中的電通量與該處電荷密度之間的關系，若該處，則；若該處，則。應用：已知的分布，運用上面公式，可求得的分布。（三

8、）三種坐標系下，某一矢量散度的表達式（次重點）識記：笛卡爾坐標系中散度表達式：理解：矢量的散度表達式中，、分別為矢量在笛卡爾坐標系中在三個直角坐標軸上投影的分量，即。 矢量的散度在另兩種坐標系（圓柱和球坐標）下的表達式不用記，若用到，可查書；考試時用到，直接給出公式。（四）散度定理（重點） 識記：散度定理的數(shù)學表達式。 理解：將某一矢量對閉合曲面的面積分轉化為對該閉合曲面所包圍體積的體積分形式，在本課程中經(jīng)常用到散度定理。 應用：運用散度定理，可通過高斯定理直接推得的散度，另外在已知的情況下，通過散度定理可直接求得的通量。第五章 靜電場中的功、能和位一、學習目的與要求通過本章的學習，掌握靜電場

9、的保守性，電位和梯度的概念，電場強度與電位之間的關系，并會計算電位、電位差、電場和電場能量。二、考核知識點與考核目標（一）靜電場的保守性（重點）識記：靜電場保守性含義。理解：靜電場與力學中的重力場相似，均為保守場，這是靜電場的又一重要性質(zhì)。（二）電位（重點）識記：兩點間的電位、點電荷的電位及分布電荷的電位計算公式。理解：由于電場是保守場，所以能在靜電場中引入電位概念；取不同的電位參考點，電位值可相差一個常數(shù)；當電荷分布在有限區(qū)域內(nèi)時，一般參考電位可選取無窮遠處作為零電位；但當電荷分布在無限長直線上或無限大平面上時，一般參考電位只能選有限處某點為零電位。應用：當電荷分布已知時，結合求電位公式，可

10、得到電位函數(shù)。（三）梯度（重點）識記：梯度的概念，在笛卡爾坐標下某一標量函數(shù)梯度的表達式。理解：標量函數(shù)才有梯度運算，梯度的結果為一個矢量。應用：電場強度與電位之間的關系： 當已知電荷分布時，先求電位，再應用得到電場。（四）靜電場能量（次重點） 識記：靜電場能量兩種計算公式（靜電場能量看成儲存在帶電體上或儲存于整個電場空間） 理解：靜電場能量是由于外界電源對帶電體充電荷時做的功轉化而來的。應用：會利用計算電場能量公式，求出較簡單帶電體產(chǎn)生的電能。第六章 安培定律與磁場一、學習目的與要求通過本章的學習，掌握穩(wěn)恒電流產(chǎn)生磁場的性質(zhì)，熟悉安培定律的內(nèi)容，旋度的基本概念，磁場強度和電流密度的關系、引入

11、矢量磁位的必要性，以及磁通密度與矢量磁位的關系，了解斯托克斯定理。二、考核知識點與考核目標（一）安培定律（重點）識記：安培定律數(shù)學表達式和含義。理解：當電流分布具有一定對稱性時，可利用安培定律直接求得磁場強度。應用：利用安培定律，可求出軸對稱載流導體周圍的磁場強度。（二）旋度（次重點）識記：旋度定義，某一矢量的旋度在笛卡爾坐標下表達式。理解：散度和旋度是研究某一矢量場的兩個方面，若某一矢量場的旋度處處為零，則說明該矢量場為無旋場；若一矢量場的旋度不為零，則說明該矢量場為有旋場。應用：因，靜電場為無旋場；因，恒定磁場為有旋場。（三）恒定磁場性質(zhì)（重點）識記：因，所以恒定磁場是有旋無源場。理解：在

12、恒定磁場中，電流是以旋度方式激發(fā)磁場的。應用：因，恒定磁場為無源場，所以在磁場中可引入矢量磁位的概念， 與關系為：。（四）斯托克斯定理（次重點）識記：斯托克斯定理的數(shù)學表達式和含義。理解：將矢量對閉合回路積分轉化為面積分形式，經(jīng)常用到。應用：由斯托克斯定理和靜電場的保守性，可推得，即靜電場為無旋場。第七章 位移電流和感應電動勢一、學習目的與要求通過本章的學習，掌握位移電流的概念和含義，熟悉法拉第電磁感應定律和楞次定律，并會計算簡單回路中感應電動勢。二、考核知識點與考核目標（一）位移電流（重點）識記：位移電流數(shù)學表達式。理解：麥克斯韋引入位移電流的概念實質(zhì)反映了變化電場亦可產(chǎn)生一種稱為位移電流的

13、電流，這種位移電流與一般導體中真實傳導電流不同，它是一種假想電流。應用：計算電容器外加交變電壓后，電容器內(nèi)部的位移電流。（二）法拉第定律和楞次定律（次重點）識記：法拉第定律和楞次定律的數(shù)學表達式和含義。理解：法拉第定律和楞次定律實質(zhì)上反映變化的磁場可以產(chǎn)生電場這一事實，揭示交變場中電場與磁場的相互聯(lián)系。應用：利用法拉第定律計算簡單回路中感應電動勢。（三）在恒定磁場中運動的導體（一般） 識記：當運動導體在恒定磁場中切割磁力線時，在導體回路中產(chǎn)生感應電動勢的表達式。 理解：運動導體切割磁力線時，由于回路磁通量變化，會產(chǎn)生感應電動勢，因此，計算回路感應電動勢時，要考慮兩個因素，即由于磁場變化和導體運

14、動這兩方面產(chǎn)生的感應電動勢之和。 應用：會計算磁場中導體回路運動時，產(chǎn)生的感應電動勢。第八章 麥克斯韋方程組和邊界條件一、 學習目的與要求通過本章的學習，掌握麥克斯韋方程組的數(shù)學表達式及其含義，熟悉在兩種電介質(zhì)分界面兩側場量（、和）須滿足的邊界條件。二、 考核知識點與考核目標（一）麥克斯韋方程組（重點）識記：麥克斯韋方程組數(shù)學表達式及其含義。理解：麥克斯韋方程組揭示了時變場情況下，電場與磁場是相互依賴相互轉化的不可分割的統(tǒng)一整體。應用：已知時變場中的（或）的表達式，利用麥克斯韋方程組點形式，可求得另一場量（或）。（二）邊界條件（重點）識記：熟記在兩種不同介質(zhì)分界面兩側場量（、和）滿足的關系式，

15、即邊界條件。 理解：邊界條件在研究多層介質(zhì)中電磁波傳播時，是非常有用的。 應用：在第九章電磁波垂直入射（包括斜入射）到兩種不同介質(zhì)分界面時，邊界條件有著重要應用。第九章 電磁波一、 學習目的與要求 通過本章的學習，掌握弱導電介質(zhì)、理想介質(zhì)和良導體中波動方程的解，體會透入深度的含義，了解電磁波垂直入射（包括斜入射）到兩種不同介質(zhì)分界面時的傳播規(guī)律，垂直極化波和水平極化波以及駐波的概念，坡印廷矢量數(shù)學表達式及其含義。二、 考核知識點與考核目標（一）波動方程及其解（次重點）識記：波動方程數(shù)學形式，笛卡爾坐標系中一維波動方程的解及其物理意義。理解：在無限大介質(zhì)中，一維波動方程的解表明是兩個反方向傳播的

16、電磁波。（二）電磁波在三種無限大介質(zhì)中（弱導電介質(zhì)、理想介質(zhì)和良導體）波動方程的解（次重點）識記：電磁波在上述三種介質(zhì)中傳播時的異同點，各自本征阻抗的表達式。 理解：理想介質(zhì)是無損耗的介質(zhì)，所以電磁波傳播時，幅度保持不變，和同相；而弱導電介質(zhì)和良導體均有損耗，所以電磁波傳播時，幅度隨傳播距離增大而衰減，且和不同相，在良導體情況下，的相位比的相位滯后。（三）透入深度（一般） 識記：透入深度表達式及含義。 理解：由透入深度表達式可知，頻率越高，透入深度越小，說明頻率越高的電磁波透入到導體的深度越小。（四）電磁波垂直入射時的分界面條件（次重點） 識記：本征阻抗表達式的比值（、和用本征阻抗表示的比值）

17、。 理解：和分別為電場在分界面上的反射系數(shù)和透射系數(shù)。 應用：已知兩種不同介質(zhì)的情況，求出分界面上本征阻抗比值或反射波、透射波幅值（入射波已知）。（五）斜入射和斯涅爾定律（次重點）識記：斜入射的概念、斯涅爾定律、臨界角的表達式及含義。理解：當波由光密介質(zhì)傳播到光疏介質(zhì)（1>2）中，當入射角等于或大于臨界角時，波不會透射到第二種介質(zhì)中，而是沿介質(zhì)的分界面?zhèn)鞑ィ@就是“全反射”，它是實現(xiàn)表面波傳輸?shù)幕A。光纖就是一個例子。應用：已知兩種不同的介質(zhì)，計算反射角，透射角和入射角。（六）垂直極化波、水平極化波和駐波（一般）識記：何謂垂直極化波和水平極化波，駐波如何形成的。理解：水平極化波時，存在一

18、個布儒斯特角，當入射角等于該角時，反射波中不存在水平極化波；駐波是由于波垂直入射到理想介質(zhì)和理想導體的交界面時，反射波和入射波疊加形成的，電場在空間呈現(xiàn)波腹和波節(jié)的交替。應用：已知兩種不同介質(zhì)，計算布儒斯特角。（七）坡印廷矢量（重點）識記：坡印廷矢量表達式及含義。理解：坡印廷矢量代表電磁波能流方向，它提供了確定波的傳播方向或者已知波的傳播方向確定場的方向的方法。應用：應用坡印廷矢量確定入射波、反射波和透射波方向；已知電場和磁場，確定坡印廷矢量或已知坡印廷矢量確定某一場量。第十章 傳輸線一、 學習目的與要求通過本章的學習掌握均勻傳輸線模型以及傳輸線上電壓波和電流波的解。建立傳輸線特性阻抗Z0、反

19、射系數(shù)(x)、邊界反射系數(shù)R，阻抗Z（x）以及駐波比VSWR等參數(shù)，簡要介紹史密斯圖使用方法，最后介紹一下傳輸線中阻抗匹配概念及其應用。二、 考核知識點與考核目標（一）均勻傳輸線模型以及傳輸線上電壓波和電流波的解（一般）識記：傳輸線上增量模型、傳輸線方程及電壓波和電流波的解。理解：傳輸線方程是指傳輸線上電壓和電流沿線變化（俗稱電壓波和電流波）所滿足的方程，其解無論是電壓波或者是電流波均為入射波和反射波兩項的疊加。（二）描述傳輸線特性的參數(shù)（重點） 識記：特性阻抗Z0、反射系數(shù)(x)、邊界反射系數(shù)R、某處阻抗Z(x)以及駐波比VSWR表達式以及參量之間的相互轉化。 理解: 參量間相互轉換指采用(

20、x)表示Z(x)的表達式或反過來用Z(x)來表示(x)的表達式，其他依此類推。 應用：已知傳輸線的終端負載ZR和特性阻抗Z0,求傳輸線某處的阻抗Z(x)、反射系數(shù)(x)以及傳輸線的駐波比VSWR。（三）史密斯圖（一般） 識記：史密斯圖上各組數(shù)據(jù)和符號、箭頭方向以及曲線圖形的含義。 理解：熟悉如何使用史密斯圖來表示傳輸線上某處的歸一化阻抗(r+jx)，反射系數(shù)(x)、駐波比VSWR等參數(shù)以及史密斯圖上圓心、1、1處所表示的傳輸線狀態(tài)，還有圖上箭頭順時針或逆時針轉動的含義。 應用：已知傳輸線的特性阻抗Z0和終端阻抗ZR，如何使用史密斯圖求得傳輸線參數(shù)（如(x)、Z(x)、VSWR等）。（四）阻抗匹

21、配及其應用（次重點） 識記：何謂阻抗匹配，阻抗匹配常用的兩種形式。 理解：當傳輸線特性阻抗與終端負載阻抗不等時，傳輸線傳到負載的一部分功率就會反射回來，人們往往希望反射功率越小越好。為了使傳輸線工作于行波狀態(tài)，人們就在ZR和傳輸線之間，人為地加了一段消除反射的單短截線或雙短截線，使在該外加段輸入端阻抗Z(x)等于傳輸線的特性阻抗Z0，達到傳輸線上無反射的目的，從而實現(xiàn)阻抗匹配。 應用：用史密斯圖完成單短截線匹配和雙短截線匹配的工作過程。第十一章 波導一、 學習目的與要求通過本章的學習，了解微波傳輸線（即波導）的結構、傳輸波型TE模和TM模、波阻抗TE、TM以及模的截止頻率fC和矩形波導中主模T

22、E10的場結構與傳輸功率。二、 考核知識點與考核目標（一）波導（特別是矩形波導）傳輸波型（或模）以及對應的傳輸參數(shù)表達式（重點）識記：何謂TE模、TM模，它們與TEM模有何不同，熟記矩形波導的TE、TM和fC的表達式，工作波長及波導波長mn之間關系以及TEmn或TMmn波的相速Umn表達式。理解：波導不同于雙導體傳輸線，在波導中不允許傳輸TEM波，只能傳輸TE或TM波型，由于波導中存在模的截止頻率fcmn，所以波導中傳輸頻率必須大于fcmn；若不滿足f > fcmn，則對應的該模式TEmn或TMmn就不能在波導中傳輸。應用：已知矩形波導尺寸，求解當傳輸某一確定頻率時，波導中能傳輸?shù)牟ㄐ鸵?/p>

23、及TE（TM）、相速Umn以及波導波長mn等。（二）矩形波導中主模TE10的場結構和傳輸參數(shù)（次重點）識記：何謂主模，矩形波導中TE10波場結構特點及傳輸參數(shù)表達式。 理解：人們希望矩形波導中工作模式簡單為好，所以僅允許TE10模單獨傳輸，為此，熟悉TE10模場結構及傳輸參數(shù)表達式尤為重要，TE10模傳輸參數(shù)指TE10模傳輸時它的10、U10、10和P10的表達式。第十二章 天線一、 學習目的及要求通過本章的學習，了解天線的基本參數(shù)以及接受天線和陣列天線特性。二、 考核知識點與考核目標（一）天線的基本參數(shù)（次重點） 識記：輻射電阻Rrad、方向圖函數(shù)F(q,j)、輻射強度U(q,j)、天線的方

24、向增益D(q,j)、天線的輻射效率erad和功率增益G(q,j)。 理解：天線基本參數(shù)是衡量一付天線性能好壞的技術性指標。 應用：電偶極子的Rrad和D(q,j)。（二）接收天線和陣列天線特性（一般） 識記：接收天線的幾個重要參數(shù)表達式，陣列天線的方向圖乘積原理。 理解：陣列方向圖乘積原理指陣列方向圖函數(shù)等于各個天線的方向圖函數(shù)與陣因子f(x)的乘積。第三部分 有關說明與實施要求一、考核目標的能力層次表述本大綱在考核目標中按著“識記”、“理解”、“應用”等三個能力層次規(guī)定考生應達到的能力層次要求，各能力層次為遞進關系，后者必須建立在前者的基礎上，其含義為：識記：能知道有關的名詞、概念、知識的含

25、義，并能正確認識和表述。理解：在了解的基礎上，能全面的把握基本概念、基本原理、基本方法與技能，并把握上述內(nèi)容的區(qū)別與聯(lián)系。應用：在理解的基礎上，能運用基本概念、基本原理、基本方法與技能，分析解決有關的理論和實際問題，并能夠運用多個知識點進行綜合分析，解決問題。二、指定教材：北京：科學出版社，2002年1月，第一版。三、自學方法指導1、在開始學習指定教材每一章之前，應先閱讀大綱中有關這一章考核知識點及對知識點的能力層次要求和考核目標，使閱讀教材有的放矢。2、閱讀教材時，要仔細閱讀逐句推敲，深刻理解基本概念、基本理論，牢固把握基本方法與技能。3、自學過程中堅持做好讀書筆記，做到有歸納、有總結、有理解。自學過程中除了勤于思考外，還要勤于提問，勤于請教，勿死記硬背，生搬硬套，急于求成。要注意所學內(nèi)容縱向和橫向的聯(lián)系。四、對社會助學的要求1、應熟知考試大綱對課程提出的目標總要求和各章掌握的知識點。2、應熟知各知識點要求達到的能力層次，并深刻體會與理解各知識點的考核目標。3、輔導時應注意指導考生加強本學科研究方法的訓練，加強考生自學能力、觀察和思維理解能力、分析解決問題能力及創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。4、輔導時應以考試大綱為準，指定教材為基礎，避免隨意超