信息與電子專業(yè)導(dǎo)論講座課件

1、信息與電子專業(yè)導(dǎo)論講座（二）北京理工大學(xué)信息與電子學(xué)院徐曉文9/13/20221課程目的介紹學(xué)院本科教學(xué)、國際交流、學(xué)生管理等基本情況介紹電子信息類專業(yè)課程體系及主要課程關(guān)系介紹電子信息工程專業(yè)內(nèi)涵、培養(yǎng)目標與人才需求介紹相關(guān)專業(yè)（方向）內(nèi)涵、應(yīng)用、人才需求與就業(yè)9/13/20222講座內(nèi)容電子信息類專業(yè)課程體系及主要課程關(guān)系電子信息工程專業(yè)簡介電磁場與微波技術(shù)專業(yè)（方向）簡介9/13/20223電子信息類專業(yè)課程體系及主要課程關(guān)系 9/13/20224專業(yè)課程電路與系統(tǒng)信號與信息處理信號與圖像處理通信工程電子科學(xué)與技術(shù)電磁場與微波技術(shù)信息對抗技術(shù)信息科技菁英班專業(yè)基礎(chǔ)課程電學(xué)電子學(xué)模塊信號模

2、塊電磁場與波模塊機械制造模塊工程概論計算機模塊公共基礎(chǔ)課程自然科學(xué)人文科學(xué)工具人生規(guī)劃就業(yè)指導(dǎo)體育電子信息類專業(yè)課程體系圖9/13/20225電子信息類專業(yè)主要課程關(guān)系結(jié)構(gòu)圖 工科數(shù)學(xué)分析線性代數(shù)概率與數(shù)理統(tǒng)計大學(xué)物理復(fù)變函數(shù)與積分變換數(shù)理方程與特殊函數(shù)C語言程序設(shè)計 或 C+程序設(shè)計電磁場理論微波技術(shù)基礎(chǔ)或微波工程導(dǎo)論數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計計算機原理與應(yīng)用信號與系統(tǒng)控制理論基礎(chǔ)隨機信號分析數(shù)字信號處理數(shù)字通信原理電路分析基礎(chǔ)模擬電路數(shù)字電路通信電路與系統(tǒng)專 業(yè) 課 程 模 塊大學(xué)計算機基礎(chǔ)工程制圖基礎(chǔ)工程概論9/13/20226例1 電路分析基礎(chǔ)如果在一個電路中只有一個電容元件、或者只有一個電感

3、元件，根據(jù)KVL、KCL和元件的VCR得到的是以由 u 或 i 為因變量、以 t 為自變量的一階常微分方程，該電路稱為 “ 一階電路 ” 。9/13/20227例1 電路分析基礎(chǔ)串聯(lián)RLC電路的沖激響應(yīng) 工科數(shù)學(xué)分析9/13/202210例2 電磁場理論波動方程簡稱波方程，是一種重要的偏微分方程，用以描述各類波動現(xiàn)象，包括機械波和電磁波等。電磁場理論中的波方程為二階偏微分方程。9/13/202211例2 電磁場理論均勻、無源空間電磁場對應(yīng)的標量位滿足如下齊次波方程：直角坐標圓柱坐標球坐標數(shù)理方程與特殊函數(shù)、復(fù)變函數(shù)與積分變換9/13/202212專業(yè)概述天線天線發(fā)射機接收機電磁波無線通信系統(tǒng)示

4、意圖電路與系統(tǒng)、信號與信息處理、信號與圖像處理電磁場與微波技術(shù)9/13/202216培養(yǎng)目標與要求電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)具備電子技術(shù)和信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識，能從事各類電子設(shè)備和信息系統(tǒng)的研究、設(shè)計、制造、應(yīng)用和開發(fā)的高等工程技術(shù)人才。本專業(yè)是一個電子和信息工程方面的較寬口徑專業(yè)。學(xué)生主要學(xué)習(xí)信號的獲取與處理、電子設(shè)備與信息系統(tǒng)等方面的專業(yè)知識，受到電子與信息工程實踐的基本訓(xùn)練，具備設(shè)計、開發(fā)、應(yīng)用、集成電子設(shè)備和信息系統(tǒng)的基本能力。 9/13/202217人才需求當今社會是高度信息化的社會，信息技術(shù)是社會發(fā)展與進步的原動力之一。信息技術(shù)極大的改變了現(xiàn)代人類的學(xué)習(xí)和工作模式，也徹底改變了人類文明的演

5、進方式與速度。作為信息技術(shù)重要分支的電子信息技術(shù)，其發(fā)展尤為迅猛，新技術(shù)新理念層出不窮；并已成為發(fā)展最快、滲透性最強、應(yīng)用范圍最廣的關(guān)鍵技術(shù)之一。 9/13/202218人才需求電子信息工程專業(yè)是前沿學(xué)科，現(xiàn)代社會的各個領(lǐng)域及人們?nèi)粘Ｉ畹榷寂c電子信息技術(shù)有著緊密的聯(lián)系。僅從國內(nèi)情況看，全國各地從事電子技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)、開發(fā)、銷售和應(yīng)用的企事業(yè)單位很多，且隨著改革開放步伐的加快，這樣的企事業(yè)單位會越來越多。因此，培養(yǎng)一大批具有能綜合運用所學(xué)知識技能，適應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展要求，從事企事業(yè)單位與電子信息工程專業(yè)相關(guān)的產(chǎn)品及設(shè)備的生產(chǎn)、安裝調(diào)試、運行維護、銷售及售后服務(wù)、新產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)等高級應(yīng)用型技術(shù)人

6、才和管理人才，是社會發(fā)展和經(jīng)濟建設(shè)的客觀需要。9/13/202219電磁場與微波技術(shù)專業(yè)（方向）簡介9/13/202223電磁場與微波技術(shù)方向的主要專業(yè)基礎(chǔ)課程序號課程名稱備注1電磁場理論必修2微波技術(shù)基礎(chǔ)必修主要專業(yè)基礎(chǔ)課程簡介9/13/202224主要專業(yè)基礎(chǔ)課程簡介電磁場理論電磁場理論主要研究電磁場中各物理量之間的關(guān)系及其空間分布和時間變化。本課程重點討論電磁場與電磁波的基本理論、基本概念和基本分析方法。9/13/202225主要專業(yè)基礎(chǔ)課程簡介微波技術(shù)基礎(chǔ)微波技術(shù)主要研究微波的產(chǎn)生、傳輸、變換、檢測、發(fā)射和測量的基本理論和基本概念。本課程重點討論各種微波傳輸線、微波諧振器、常用微波元器

7、件的基本原理和工程應(yīng)用。 9/13/202226電磁場與微波技術(shù)方向的主要專業(yè)課程序號課程名稱備注1計算電磁學(xué)基礎(chǔ)必修2天線理論與技術(shù)必修3微波電子線路必修4微波測量基礎(chǔ)必修5微波頻率源設(shè)計必修6微波系統(tǒng)設(shè)計必修7微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)選修8電磁兼容原理選修9現(xiàn)代電子測量技術(shù)選修主要專業(yè)課程簡介9/13/202227主要專業(yè)課程簡介計算電磁學(xué)基礎(chǔ)電磁理論+應(yīng)用數(shù)學(xué)+計算機（軟、硬件）技術(shù)天線理論與技術(shù)電磁波發(fā)射與接收前端器件微波電子線路微波系統(tǒng)/設(shè)備所涉及各類有源、無源電路微波測量基礎(chǔ)微波電路、器件、設(shè)備和系統(tǒng)的測量9/13/202228主要專業(yè)課程簡介微波頻率源設(shè)計微波能源生成設(shè)備（器件）微波系統(tǒng)設(shè)計

8、發(fā)射系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、綜合系統(tǒng)微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)微波電路的分析和設(shè)計方法電磁兼容原理電磁兼容性是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行且不對環(huán)境和其他設(shè)備產(chǎn)生超標電磁干擾的能力。 9/13/202229主要專業(yè)課程簡介現(xiàn)代電子測量技術(shù)一般意義上的無線電測量技術(shù)。主要內(nèi)容應(yīng)包括：測量誤差與數(shù)據(jù)處理、模擬測量、數(shù)字測量、時域測量、頻域測量、測量用信號發(fā)生器、數(shù)據(jù)域測量和自動測試系統(tǒng)等。 9/13/202230電磁場與微波技術(shù)的重要性近代人類歷史上已經(jīng)歷過的三次產(chǎn)業(yè)革命：300多年前以紡織機械改革為突破口，以蒸汽機的廣泛應(yīng)用為核心的第一次產(chǎn)業(yè)革命；200多年前以電的生產(chǎn)和電力的廣泛應(yīng)用為標志的第二

9、次產(chǎn)業(yè)革命；19世紀末20世紀初以核能的開發(fā)和電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用為標志的第三次產(chǎn)業(yè)革命。 9/13/202231電磁場與電磁波簡介1873年，英國物理學(xué)家麥克斯韋發(fā)表了他的著名論著“電磁研究”，導(dǎo)出了麥克斯韋方程組，從理論上預(yù)測了電磁波的存在；1882年法國數(shù)學(xué)家安培提出了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)假說，為磁現(xiàn)象提供了合理的解釋；1888年，德國科學(xué)家赫茲制作了一個非常巧妙的裝置，輻射出了波長為30厘米電磁波；1895年，倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)了X射線，隨后人們又發(fā)現(xiàn)了射線；1960年，人類第一次產(chǎn)生了激光。 9/13/202234電磁場與電磁波簡介在電磁波譜中，傳統(tǒng)上把波長大于0.03毫米的稱為無線電波，

10、其次為紅外線、可見光和紫外線，后三者統(tǒng)稱為熱輻射。無線電波和熱輻射等均屬于電磁波，但由于其波長或頻率的差異、源和產(chǎn)生方法的區(qū)別以及應(yīng)用目的的不同，導(dǎo)致了各自研究方法與內(nèi)容的不一致，從而形成了若干分支，即電磁場與微波技術(shù)、光電子技術(shù)和物理電子技術(shù)等學(xué)科。 9/13/202235研究范圍及學(xué)科分支電磁場與微波技術(shù)是專門研究無線電波產(chǎn)生、輻射、傳輸、變換和接收的基本理論、工程設(shè)計及其應(yīng)用的學(xué)科。9/13/202236研究范圍及學(xué)科分支無線電波波段劃分：超長波：頻率330KHz，波長10000010000m；長波：頻率30300KHz，波長100001000m；中波：頻率3003MHz，波長10001

11、00m；短波：頻率330MHz，波長10010m；超短波：頻率30300MHz，波長101m；微波：頻率300MHz30GHz，波長1m1cm；毫米波：頻率30300GHz，波長101mm；亞毫米波：頻率3001000GHz，波長10.03mm。9/13/202237名 稱波 長頻 率主 要 應(yīng) 用超長波105104m330KHz海岸與潛艇通信、海上導(dǎo)航等長波104103m30300KHz中距通信、船舶通信、水下導(dǎo)航等中波103102m3003MHz廣播、海上導(dǎo)航、航空無線電導(dǎo)航等短波10210m330MHz遠距短波通信、廣播、船舶通信、衛(wèi)星通信、醫(yī)療、工業(yè)加熱等超短波101m30300MHz

12、移動無線電通信（公安、消防）、無線電廣播、電視、航空通信、雷達、遙控遙測、醫(yī)療、工業(yè)加熱、飛機著陸等微波分米波10.1m3003000MHz移動無線電通信（列車）、電視、雷達、資源衛(wèi)星、微波中繼通信、醫(yī)療、工業(yè)加熱、飛機導(dǎo)航、氣象衛(wèi)星等厘米波101cm330GHz雷達、微波中繼通信、衛(wèi)星通信、數(shù)字通信、射電天文、醫(yī)療、工業(yè)加熱、氣象衛(wèi)星等毫米波101mm30300GHz波導(dǎo)通信、雷達、衛(wèi)星通信等亞毫米波10.03mm3001000GHz深空通信、雷達、大氣測量等9/13/202238研究范圍及學(xué)科分支電磁場與微波技術(shù)學(xué)科的學(xué)科分支包括：電磁場理論、計算電磁學(xué)、微波理論與技術(shù)、無線電波傳播、天線

13、理論與技術(shù)、微波光學(xué)、微波波譜學(xué)、微波氣象學(xué)、射電天文學(xué)、微波生物醫(yī)學(xué)、微波能應(yīng)用、微波遙感、微波成象、環(huán)境電磁工程學(xué)等。 9/13/202239研究范圍及學(xué)科分支場路統(tǒng)一概念：電磁場理論涵蓋電路理論電路特性是電磁場的宏觀表現(xiàn)場分析：適用于高頻、分布參數(shù)路分析：適用于低頻、集總參數(shù)例：E-U，H-I，-Z9/13/202240應(yīng)用與發(fā)展方向無線電通信1901年底，意大利人馬可尼和他的研究小組成功地使無線電波跨過大西洋，飛躍了2700公里，它標志著遠距離無線電通信的誕生；1923年后，在專家和業(yè)余愛好者的共同努力下，采用短波使通信距離達到了幾千公里；1930年左右開始了超短波通信；1940年以后

14、實現(xiàn)了微波中繼通信；1965年以后利用同步地球衛(wèi)星實現(xiàn)了全球的微波通信；接著，人們開發(fā)了毫米波資源，使得有可能同時傳輸幾百萬路電話或幾千路電視；目前人們正在研究并建立“全球通星座”通信系統(tǒng)；無線電波還被應(yīng)用于地下通信。 9/13/202241應(yīng)用與發(fā)展方向廣播與電視 在廣播電視領(lǐng)域，電磁場與微波技術(shù)也大有用武之地。研制價廉物美、用途廣泛、性能優(yōu)異和穩(wěn)定可靠的接收機，以及小巧輕便、美觀大方、效果極佳的全頻道接收天線，至今仍然是人們追求的重要目標之一。 9/13/202242應(yīng)用與發(fā)展方向雷達與導(dǎo)航雷達是指利用無線電波實現(xiàn)各種信息檢測和目標探測的系統(tǒng)。雷達的概念自20世紀20年代提出至今已有90多

15、年的歷史。雷達在軍事方面的重要用途包括：軍用通信、警戒、目標跟蹤、導(dǎo)彈制導(dǎo)等。雷達在民用方面的主要用途包括：民用通信、精密跟蹤、導(dǎo)航、測繪攝影、飛機盲著陸、空中及地面交通管制、港口監(jiān)視、氣象預(yù)報、資源勘測、射電天文、空間技術(shù)等。Radar：Radio Detection and Ranging雷達：無線電檢測與測距9/13/202243應(yīng)用與發(fā)展方向電子對抗與隱身技術(shù)現(xiàn)代戰(zhàn)爭將是一場電子戰(zhàn)，勝者將是能夠較好控制和駕馭電磁波譜的一方。隱身技術(shù)是電子對抗領(lǐng)域中發(fā)展較為迅速的一個分支。有資料表明，利用隱身技術(shù)已經(jīng)能將目標的雷達散射截面降低23個數(shù)量級，在某些情況下甚至更高。隱身技術(shù)的對立面是反隱身技

16、術(shù)。雷達反隱身技術(shù)的關(guān)鍵是通過研究隱身目標大幅度降低雷達散射截面的機理和條件，從中尋求反隱身的新方法和新體制。電子對抗是指作戰(zhàn)雙方利用電子設(shè)備和器材所進行的電磁頻譜斗爭。電子對抗也稱“電子戰(zhàn)” 。目的是削弱、破壞敵方電子設(shè)備的使用效能，保護己方電子設(shè)備效能得到充分發(fā)揮。 9/13/202244應(yīng)用與發(fā)展方向微波在國民經(jīng)濟中的其它應(yīng)用微波遙感微波遙感指在遠離被測目標處，利用微波儀器設(shè)備和有關(guān)技術(shù)，探測該目標的位置、形態(tài)及其它有關(guān)特性，它包括無源遙感和有源遙感。與光學(xué)照相機和紅外遙感技術(shù)相比，微波遙感具有如下優(yōu)點：（1）微波無論在白天或夜晚，還是在各種惡劣氣候條件下均可工作，具有“全天候”的工作能

17、力；（2）微波對地表植被、松散沙層以及冰雪具有一定的穿透能力，故其探測范圍更為廣泛。 9/13/202245應(yīng)用與發(fā)展方向微波在國民經(jīng)濟中的其它應(yīng)用工業(yè)應(yīng)用微波化學(xué)合成、消解、淬取技術(shù)；微波陶瓷及能源材料高溫?zé)Y(jié)技術(shù)；微波低溫干燥技術(shù)；微波等離子體技術(shù)在新材料和微電子領(lǐng)域的應(yīng)用。9/13/202246應(yīng)用與發(fā)展方向微波在國民經(jīng)濟中的其它應(yīng)用農(nóng)業(yè)應(yīng)用微波加熱效應(yīng)的應(yīng)用：谷物烘干、種子烘干、催芽、農(nóng)作物防凍、純化小麥面粉淀粉酶和木材烘干等；微波加速器所產(chǎn)生電離輻射的應(yīng)用：改變植物的遺傳特性，得到具有抗銹、抗旱、早熟和不倒伏的良種，殺滅害蟲或提高昆蟲養(yǎng)殖效率等。9/13/202247應(yīng)用與發(fā)展方向微

18、波在國民經(jīng)濟中的其它應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用微波治療；微波診斷；微波凝固酶；微波滅菌。9/13/202248應(yīng)用與發(fā)展方向毫米波與太赫茲技術(shù)毫米波通信優(yōu)點：保密及抗干擾性強；設(shè)備輕巧可靠，機動性強與激光相比，對大霧、風(fēng)沙等具有較強的穿透力可用頻帶寬，通信容量大擁有三個最大吸收衰減頻段，適用于電子對抗的保密通信9/13/202249應(yīng)用與發(fā)展方向毫米波與太赫茲技術(shù)毫米波雷達優(yōu)點：采用小口徑天線便可獲得窄波束、高增益和高角分辨率寬帶，易于實現(xiàn)高距離分辨率、展寬頻譜或低截獲概率易于實現(xiàn)較高的電磁兼容性、抗干擾性和保密性動目標回波的多普勒頻移大，提高了多普勒效應(yīng)的靈敏度目標雷達散射截面相對較大，有利于目標探測9/13/202250應(yīng)用與發(fā)展方向毫米波與太赫茲技術(shù)太赫茲技術(shù)THz時域光譜技術(shù)THz成像技術(shù)安全檢查THz雷達天文學(xué)通信技術(shù)半導(dǎo)體及高溫超導(dǎo)材料糧食選種，優(yōu)良菌種的選擇等 優(yōu)點：頻帶更寬時空分辨率更高能量很小，對物質(zhì)無破壞作用9/13/202251人才需求與就業(yè)由于電磁場與微波技術(shù)專業(yè)在信息科學(xué)領(lǐng)域中的重要地位，一直以來社會（包括國內(nèi)和國外）對該專業(yè)人才的需求均呈現(xiàn)穩(wěn)定增長的趨勢。特別是進入21世紀以后，隨著電子信息領(lǐng)域工程應(yīng)用