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電磁波的實際應用范文1
關鍵詞：矩形波導;傳輸系數;反射系數
1 引言
波導是一種用來約束或引導電磁波傳輸的結構。盡管存在很多不同形式的波導，而且新的形式還不斷涌現，但到目前，在實際應用中矩形波導和圓波導仍是兩種最主要的波導形式。人工電磁材料是本世紀初物理學和電磁學的重要發現之一。作為人工電磁材料的一種，相對介電常數接近零的超材料（Epsilon-near- zero，ENZ超材料）具有低折射率，高相速度，近零相移等特點，這種超材料突破了傳統電磁場理論中的一些重要概念，可以應用于標準化技術領域，如新型電磁元器件、天線和開環諧振器等[1，2]，矩形波導在接近截止頻率時的色散特性可以用來模擬ENZ超材料的行為[3]。該結構有大量的應用前景，特別對于隱形裝置和微型天線的設計[4] 具有重要的理論參考價值和實際應用意義。
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。根據Maxwell方程組可以得到矩形波導TEmn模式電磁波的空間傳輸表達式：
TE波場方程 （1）
表式中w為電磁波角頻率，kc為臨界波數，m表示x方向變化的半周期數，n表示y方向變化的半周期數，γ為傳播常數。
3 變形矩形波導的傳輸特性
選擇兩個過渡層厚度相等形成Π通道（或ENZ通道）[4]，對ENZ通道的傳輸系數進行模擬。介質通道和過渡區的介電常數εRCH=1（空氣），波導輸入端的介電常數εR=2，bs = bch = 0.8毫米時，Π通道傳輸系數曲線如圖2所示。
可見，第一次傳輸峰出現在1.476 GHz，該點代表零階共振，即在隧道中出現的頻率;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度。
第二傳輸峰值的產生主要是由于法布里-珀羅共振引起的，并且高度依賴通道長度的變化而變化。法布里 - 珀羅共振的變化相當于狹窄的通道各種長度分別改變了L1 = 95毫米，L2= 127毫米，L3 = 190毫米，如圖3所示?？梢姡搶傩钥梢杂脕聿倏v第二傳輸高峰期。
5 結論
通過矩形波導的邊界條件解出Maxwell方程組關于電磁波的空間傳輸表達式，得到了矩形波導截止頻率和模式譜圖的一般結果。討論了ENA通道發生幾何變形的傳輸電磁波的特征，改變通道長度僅影響法布里-珀羅共振出現的位置，并不會影響零階共振的產生。
參考文獻：
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[4]馬軍，王弘剛，杜廣星等.矩形波導TM11-TE10模式轉換器的初步設計[J].強激光與離子束，2014，26（06）：063004-1-5.
電磁波的實際應用范文2
一、教學分析
知識與技能：
1.了解無線電波的波長范圍.
2.了解無線電波的發射過程和調制的簡單概念.
3.了解調諧、檢波及無線電波接收的基本原理.
過程與方法：
通過觀察總結了解無線電波的基本應用，了解現代技術的應用方法，學會基本原理.
情感、態度與價值觀：
通過對無線電波應用原理的基本認識感悟科學技術的價值和重要性.端正科學態度，培養科學的價值觀.
二、教學重點
對本節基本概念的理解.
三、教學難點
對調諧的理解，無線電波發射與接收過程.
四、教學方法
演示推理法和分析類比法.
五、教學用具
信號源，示波器，收音機，錄音機，調頻發射機，計算機多媒體，實物投影儀等.
六、教學過程
（一）引入新課
師：在信息技術高速發展的今天，電磁波對我們來說越來越重要，無論是廣播、電視還是無線電通信以及航空、航天中的自動控制和通信聯系，都離不開電磁波．在無線電技術中使用的電磁波叫做無線電波，那么無線電波是怎樣發射和接收的呢？這節課我們就來學習電磁波的發射和接收.
（二）進行新課
1.無線電波的發射
師：請同學們討論，在普通LC振蕩電路中能否有效地發射電磁波？（學生討論.）
生：在普通LC振蕩電路中，電場主要集中在電容器的極板之間，磁場主要集中在線圈內部.在電磁振蕩過程中，電場能和磁場能的相互轉化主要是在電路內部完成的，輻射出去的能量很少.不能有效地發射電磁波.
師：有效地發射電磁波的條件是什么？（學生閱讀教材有關內容.）
師生總結：
要有效地向外發射電磁波，振蕩電路要滿足如下條件：
（1）要有足夠高的振蕩頻率.
（2）振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的空間，才能有效地把電磁場的能量傳播出去.
師：如何改造普通的LC振蕩電路，才能使它能夠有效地發射電磁波？（引導學生討論.）
（師生一起討論后，引出開放電路的概念.將閉合電路變成開放電路就可以有效地把電磁波發射出去.）
如圖1所示，是由閉合電路變成開放電路的示意圖.
師：無線電波是由開放電路發射出去的.
講解：在實際應用中常把開放電路的下端跟地連接.跟地連接的導線叫做地線.線圈上部接到比較高的導線上，這條導線叫做天線.天線和地線形成了一個敞開的電容器，電磁波就是由這樣的開放電路發射出去的.電視發射塔要建得很高，是為了使電磁波發射得較遠.實際發射無線電波的裝置中還需在開放電路旁加一個振蕩器電路與之耦合，如圖2所示.
振蕩器電路產生的高頻率振蕩電流通過L2與L1的互感作用，使L1也產生同頻率的振蕩電流，振蕩電流在開放電路中激發出無線電波，向四周發射．
師：發射電磁波是為了利用它傳遞某種信號.例如無線電報傳遞的是電碼符號，無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.這就要求發射的電磁波隨信號而改變.電磁波是怎樣傳遞這些信號的呢？
講解：在電磁波發射技術中，如果把這種電信號“加”到高頻等幅振蕩電流上，那么，載有信號的高頻振蕩電流產生的電磁波就載著要傳送的信號一起發射出去.把要傳遞的信號“加”到高頻等幅振蕩電流上，使電磁波隨各種信號而改變的技術叫做調制.
進行調制的裝置叫做調制器.要傳遞的電信號叫做調制信號.
使高頻振蕩電流的振幅隨調制信號而改變叫做調幅（AM）.
使高頻振蕩電流的頻率隨調制信號而改變叫做調頻（FM）.
圖3是調幅裝置的示意圖．接在振蕩器和線圈之間的話筒就是一個最簡單的調制器，由聲源發出的聲音振動使話筒里的碳粒發生時松時緊的變化，它的電阻也發生時大時小的變化.所以，雖然振蕩器產生的是高頻等幅振蕩電流，但是線圈通過的卻是隨聲音而改變的高頻調幅電流．由于線圈的互感作用，從開放電路中發射的也是這種高頻調幅電流.這種電磁波叫調幅波.（多媒體演示：調幅波.）
（用示波器觀察調幅波形.）
2．無線電波的接收
師：處在電磁波傳播空間中的導體，會產生感應電流，導作中感應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體，就可以接收到電磁波，這樣的導體就是接收天線.
在無線電技術中，用天線和地線組成的接收電路來接收電磁波.
講解：世界上有許許多多的無線電臺、電視臺以及各種無線電通訊設備，它們不斷地向空中發射不同頻率的電磁波，這些電磁波強弱不等地彌漫在我們周圍.如果不加選擇地把它們都接收下來，那必然是信號一片混亂，分辨不清，達不到我們傳遞信息的目的.所以，接收電磁波時，首先要從諸多的電磁波中把我們需要的選出來，通常叫做選臺.這就要設法使我們需要的電磁波在接收天線中激起的感應電流最強.在無線電技術里，是利用電諧振來達到這個目的的.當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時，接收電路中產生的振蕩電流最強.這種現象叫做電諧振，相當于機械振動中的共振.
（用示波器觀察電諧振波形.）
師：接收電路產生電諧振的過程叫做調諧，能夠調諧的接收電路叫做調諧電路.
如圖6是收音機的調諧電路.調節可變電容器的電容來改變調諧電路的頻率，使它跟要接收的電臺發出的電磁波的頻率相同，這個頻率的電磁波在調諧電路里激起較強的感應電流，這樣就選出了這個電臺.（演示調諧過程.）
講解：收音機接收的經過調制的高頻振蕩電流（對應圖講解），這種電流通過收音機的耳機或揚聲器，并不能使它們振動而發聲，為什么呢，假定某一個半周期電流的作用是使振動片向某個方向運動，下一個半周期電流就以幾乎同樣大的作用使振動片向反方向運動.高頻電流的周期非常短，半周期更短，而振動片的慣性相當大，所以在振動片還沒有來得及在電流的作用下向某個方向運動的時候，就立刻有一個幾乎同樣大的作用要使它向反方向運動，結果振動片實際上不發生振動．要聽到聲音，必須從高頻振蕩電流中“檢”出聲音信號，使揚聲器(或耳機)中的動片隨聲音信號振動.
從接收到的高頻振蕩電流中“檢”出所攜帶的調制信號過程，叫做檢波.檢波是調制的逆過程，因此也叫解調.由于調制的方法不同，檢波的方法也不同.檢波之后的信號再經過放大、重現，我們就可以聽到或看到了.
下面介紹收音機中對調幅波的檢波.
圖7是晶體二極管的檢波電路，是利用晶體二極管的單向導電性來進行檢波的.調諧電路中產生的是經過調幅的高頻振蕩電流，L1和L2繞在同一磁棒上，由于互感作用，在L2上產生的是高頻交變電壓．由于二極管的單向導電性，通過它的是單向脈動電流，這個單向脈動電流既有高頻成分，又有低頻的聲音信號，高頻成分基本從電容器C（復習旁路電容器）通過，剩下的音頻電流通過耳機發聲.（用示波器觀察檢波過程）實際上就是一個晶體二極管收音機的電路圖.這種收音機聲音很小，只能用開機收聽本地電臺.為了提高收音機的接收性能，需要用放大器把微弱的信號放大.圖8是加有放大器的收音機方框圖.由天線和調諧電路接收到的高頻調幅電流，先通過放大器進行高頻放大，然后進行檢波和低頻放大，放大后的音頻電流輸送到喇叭，使它們發出聲音.
下面我們通過調幅和調頻兩種方式，來看看無線電波發射和接收的全過程.
（1）調幅發射和接收.（實驗演示.）
（2）調頻發射和接收.（實驗演示.）
比喻：
高頻電流火車 音頻電流貨物
調制發射傳播調諧解調
裝貨出站運行進站卸貨
師：我們再來看一下無線電波的分段.（投影.）
（三）課堂總結、點評
本節課主要學習了以下內容：
1.電磁波的產生和發射條件.
2.開放電路的結構和特點.
3.電磁波的發射過程和接收過程.
七、課后作業
完成P92“問題與練習”中的題目.閱讀P91“科學足跡”.
預習下一節：電磁波的發射和接收.
八、教學體會
思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學的根本；親自實踐參與知識的發現過程是培養學生能力的關鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學就成了無源之水、無本之木.學生素質的培養就成了鏡中花，水中月.
附：鞏固訓練
1.電磁波的調制有哪兩種方式？
2.什么叫電諧振？
3.調諧過程中，若接收同一波段內的不同信號，通常是改變電路中哪個元件的值？
4.發射電磁波為什么要用開放電路？
5.接收電磁波信號時，為什么要調諧？
6.調諧電路中可變電容器的動片從完全旋入到完全旋出仍接收不到某較高頻率電臺發出的電信號，要收到該電臺的信號，應該怎么辦？
A．增加調諧電路線圈的匝數 B．加大電源電壓
C．減少調諧電路線圈的匝數 D．減小電源電壓
參考答案：
1.電磁波的調制有調幅和調頻兩種方式.
2.當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時，接收電路中產生的振蕩電流最強，這種現象叫電諧振.
3.調諧過程中，通常是改變調諧電路中電容器的電容.
4.振蕩電路要有效地向外發射電磁波必須具備兩個條件：（1）有足夠高的振蕩頻率.（2）振蕩電路的電場和磁場要盡量分散到大的空間，只有開放電路才能滿足這兩個條件，因此，發射電磁波要使用開放電路.
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，必須使這一信號在接收電路中引起電諧振，因此必須進行調諧.
6.C
電磁波的實際應用范文3
關鍵詞 電磁場與電磁波 課程教學探究 現代信息技術 整合
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A
1 省內外相關研究現狀分析
“卓越人才培養計劃”要求學校培養出基礎扎實、知識面寬、創新實踐能力強、具有社會責任感、團隊合作精神和卓越人才培養潛質的優秀學生。對于我校電信、電科專業學生而言，最好的平臺之一就是利用好每一年一度的電子設計競賽和物理創新大賽。而要想在各類大型競賽中獲得成績，學生必需要有扎實的理論知識。其中電磁場與電磁波是高等院校通信工程、電子信息工程專業的一門重要的專業基礎課。如何上好這門基礎課，給同學們提供扎實的理論指導，是卓越人才培養計劃必然要求。信息化是當今世界經濟和社會發展的大趨勢，當代教育技術的發展，給電磁場與電磁波課程的學習帶來新的春天。在新的教育理念下，探索信息技術與學科課程整合成為當前教育研究的一個熱點內容。研究信息技術與電磁場與電磁波課程整合，對于整體優化教學過程，深化高等教育改革，增進學生的專業知識學習效果，提高學生的信息技術能力，培養學生的合作意識和創新精神具有重大的現實意義。作為一門探究性課程。我們將如何信息技術與電磁場與電磁波課程整合方面進行了初步的探討。將“知識、能力、人格”的培養理念落實到具體教學環節中。推行啟發式、探究式、討論式、小制作等授課方式，將創新實踐能力訓練貫穿于課程教學之中。
2 課程教學改革研究對促進教學工作、提高教學質量的作用和意義探究
（1）作為一門探究性課程，電磁場與電磁波課程是通信工程、電子信息工程專業的一門重要的專業基礎課。它以麥克斯韋方程為根本基礎構建電磁理論的知識體系，它研究自然界中電磁現象和電磁過程。近年來材料、光子晶體等領域的理論研究和材料研發的突破給經典電磁理論帶來了勃勃生機。
（2）另一方面，電磁場與電磁波課程對于學生的動手創造能力的培養遺跡從事相關科學研究都具有基礎性的重要意義，對于學習其它相關專業（如通信技術、電力系統、電子技術、激光技術、光學工程等）的課程也有重要影響。
（3）以多媒體技術和網絡技術為核心的信息技術在教育領域中的應用是教育信息化的重要標志。通過電磁場與電磁波課程的探究教學與當代信息技術的整合與深化，使學生掌握電磁場與電磁波課程知識所涉及的相關科學方法，有效提高學生發現問題、分析問題、解決問題的能力，提高學生知識拓展能力和自我學習能力。
3 課程教學探究的實施方案
3.1 具體研究對象和內容
（1）我們將采用傳統板書、電子課件、網絡和視頻多種手段結合。課內講授與課外討論和制作相結合、基礎理論教學與學科前沿講座結合，基本理論訓練與科研實踐訓練相結合。（2）針對電磁場與電磁波是理論基礎課的特點，課堂教學主要采用探究式課堂教學法：即每節課突出一個主題，講清論透；每個主題，通過多種形式的師生互動，及時了解學生的疑難問題和創造欲望。（3）鼓勵和指導有能力的學生提早進入科研實踐訓練、參加各類科技競賽。將學生撰寫課程小論文融入教學全過程，從中選出有質量的項目進入科研實踐訓練。構建多樣化應用型人才，培養應用型、復合型、技能型人才，增強畢業生就業能力；完成本課的預期目的。（4）電磁場與電磁波也是一門實踐性很強的課程，其研究對象——場是區別于實物的物質形態，具有抽象的特征。為避免課程教學的數學化，我們將充分應用當代信息技術的優勢，比如說應用視頻教學資料增強學生的感性認識和動手能力，同時反過來應用于當代信息技術，充分發展學生的物理思維和物理探究能力。（5）我們將充分利用好點子競賽等創新平臺，促進電磁場與電磁波的教學。
3.2 課堂教學改革研究擬達到的目標
在課堂教學中，突出學生的參與性，使他們主動獲取而不是被動接受科學結論，強調思維互動，使學生感覺電磁場與電磁波發人深思，不難入門。作為電磁理論基礎的麥克斯韋方程是從大量個體電磁實驗總結而得的“共性”規律。同時，電磁場與電磁波與其他物理學分支也具有“共性”和“個性”的關系。針對這一特點，教學中注意引導學生“相似性形象思維”，開展“抽象思維”，促成“頓悟思維”。學生感覺電磁場與電磁波思路清晰，容易理解。激發學生學習興趣，經常采用課堂討論，由學生提問，在教師引導下大家討論，總結得出準確認識。由于分析“電磁場和電磁波”要在多維時空中抽象思維，課堂教學充分使用多媒體，盡力使用圖像和色彩搭配，使學生建立正確的物理圖像。
3.3 課堂教學改革研究擬解決的主要問題
（1）突出科學性和探究性。電磁場與電磁波探究式教學，強調學生能力的培養。教學中遵循“物理現象的發現—物理現象的描述—物理過程的分析—結果驗證與實驗測量”，再現科學研究過程，突出物理學實驗性的特征。教學中注意知識拓展，充分聯系實際應用和現代科技發展，提高了學生學習興趣和畢業生就業的適應性。（2）重視物理思維和學生能力培養。課程教學中鍛煉“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，幫助學生正確建立物理圖像，認識物理過程。提高學生發現問題、分析問題、解決問題的能力。培養他們的科學創新能力。（3）推進個性化教育。探究式教學可以使具有不同基礎的學生各有所獲。課程網站的建立和電磁場與電磁波論壇的開通，也將有效推動個性化教育的實施。
4 課堂教學改革研究的特色和應用價值及推廣
4.1 特色
（1）通過網絡解答學生的問題，及時了解學生的創造欲望。（2）通過課外閱讀、討論與講座擴展學生視野，引導學生了解學科前沿發展動態，將有些問題安排給學生進行課外閱讀和討論，提高學生獨立分析問題的能力。
4.2 創新點
（1）網絡與視頻教學可以擴展學生自主學習空間，有些問題通過播放視頻，讓學生可以直觀地理解電磁現象基本規律的內涵。（2）多種形式的師生互動，可以了解學生的學習與創造欲望。（3）科研實踐訓練培養學生的探索精神和創新能力，從學生課程論文中，挑選有質量的項目進入科研實踐訓練。 鼓勵和指導有能力的學生參加各級科研訓練項目與科技競賽。
4.3 應用價值及推廣
（1）當代教育技術中網絡視頻教學提供了傳統教學中所沒有的優勢。通過播放演示實驗中的與電磁場與電磁波現象相關的視頻資料，學生可以直觀地理解這些現象及其物理內涵。（2）任課教師通過課后答疑和討論、電子郵件、學生QQ群，解答學生的問題，了解學生的創造欲望，指導有能力的學生開展科研實踐訓練、參加各類科技競賽。這種教學方式不僅對提高學生的理解能力、動手能力、創新能力都有相當好的效果，同時也可以促進本課程的教學改進也很有益。（3）同時這種教學模式還可以推廣到其他物理類基礎學科，對于改變傳統的教學模式，增強教學效果以及學生的動手能力和知識理解都有很好的借鑒作用。
電磁場與電磁波是物理學發展比較成熟的一門學科，從電磁理論發展史看，章章節節中滲透著科學家的成功思想和方法，讓學生了解并學習這一點，對于培養學生學習方法，培養學生的物理直覺和科學素質是十分有益的，這也是本課程教學的一個目的。本課程教學的基本要求是：使學生系統而深入地掌握靜電場和靜磁場理論，掌握電磁波的傳播和電磁場輻射規律，并能夠熟練運用知識分析和解決相關電磁問題。
參考文獻
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電磁波的實際應用范文4
關鍵詞： 《電磁場與電磁波》 教學方案 教學改革
目前我國高校電子信息類專業的大部分都開設了《電磁場與電磁波》［1］課程，它是一門理論性很強的專業基礎課，通過該課程的學習，可以為學生以后從事射頻與微波技術技術、無線通信、天線理論與設計、電磁散射與逆散射、光通訊，以及微波通信、生物醫學微波成像、微波遙感及電波傳播等方面的相關工程研究打下基礎。然而該課程復雜、物理概念抽象、理論性強，學生往往因缺乏感性認識，不易理解，感到難學，所以只靠課堂講授很難收到預期的教學效果。
“深化教育教學改革，全面加強大學生素質和能力培養”［2］是21世紀人才培養的要求，也是教育系統適應我國現階段的形勢必須采用的方針戰略。筆者根據目前江蘇大學通信工程專業本科生教授介紹了《電磁場與電磁波》的研究對象及基本內容，通過實施電磁波理論的多方位、多層次的教學改革，將課堂激勵式教學、計算機多媒體教學、實驗室教學等多種手段和方式相結合，進行了《電磁場與電磁波》整體教學方案的多方位教學改革的嘗試。
一、《電磁場與電磁波》課程教學現狀及目前存在的基本問題
《電磁場與電磁波》課程是我校通信工程及其它電子信息類專業開設的一門重要的專業基礎課，原來課時設置60學時，后來根據教學實際情況增加到75學時。但目前的課程內容沒有大的改動。課程內容為：矢量分析，靜態場，恒定電流場，恒定磁場，時變電磁場和平面電磁波。電磁場的物理概念抽象，難于理解。前期“電路”方面的課程基本上講的是時間的一維函數，而電磁場中的場量都是時間、空間上的矢量函數，需要建立矢量場的概念。此外，微積分、矢量分析、數理方程等數學理論是研究電磁場的語言和工具，扎實的數學基礎是學習電磁場的必備條件。
筆者在教學中發現目前存在以下方面的基本問題。1.在學習《電磁場與電磁波》課程過程中，學生常常難以將已經學好的數學知識和電磁場內容很好地結合。在學習《電磁場與電磁波》之前，學生一般都具備矢量場論的基本知識，但是在學習《電磁場與電磁波》的過程中卻難以將所學知識與電磁場理論融會貫通、學以致用。還有許多學生數學基礎薄弱，學習起來倍感吃力。2.在電磁場教學過程中，學生常常反映電磁場課程內容多、公式多、理論性強，很難理出頭緒，或者課堂上聽不明白，而且課后怕做習題，對課程學習沒有興趣。3.電磁場彌漫于空間，看不見摸不著，在理論教學過程中，學生常感到電磁場太抽象，沒有實感，從心理上對這門課產生畏懼。4.在學習《電磁場與電磁波》課程中，學生時常會遇到一些似是而非的東西，產生大量的疑難問題。
二、課程教學改革嘗試
為了提高教學效果，我們做了如下幾方面的探索。
1.理論聯系實際，提高學生的學習興趣。
我們要結合實際應用，講述該課程的重要性。在目前以信息科學為代表的新技術革命席卷全球，電磁場與微波作為信息載體，無疑處于這場革命的漩渦中心。例如，微波頻段的移動通信的大力發展極大地改變了現代人類的生活，使手機成為人類生活的一部分。還有微波能的普及，極大地方便了人類的物質生活。另外，現代技術戰爭，已經是“陸、海、空、天、電磁”5位一體的聯合作用。“制電磁權”成為繼“制海權”、“制空權”之后戰爭雙方極力爭奪的新的制高點。通過這方面的介紹和學習，學生認識到這門課的重要性，并且認識到自身的歷史使命感，從而增加了學習這門課的動力。
2.教學與科研結合，拓寬學生的知識視野，提高教學效果。
教學過程中，讓學生了解最新前沿研究課題，了解最近科研動態，使學生明確當前及今后一段時間電子信息的研究熱點與方向。如講解“分層介質中的電磁波的反射及透射”時，可以結合當前電磁隱身與反隱身的科學研究進行課程的講授，使學生領會得更加透徹。另外，我們還可以結合科研工作的一些積累，講解電磁波的極化特性，使學生深刻領悟極化的物理概念。改變傳統的教學思想，具體而言就是要改變“大而全”和“滿堂灌”的教學思想，在掌握好基本知識的基礎上，引導學生從被動學習向主動學習轉變。我們適時地向學生提出一些綜合性和靈活性的問題，使課堂生動活潑，吸引學生的注意力。有意義的啟發性的問題可使學生聚攏目光，積極思考，達到新的層次。
3.采用形式多樣的教學手段，實現教學方法的優化結構。
我們利用計算機多媒體輔助教學，增加直觀的課堂演示。通過直觀演示，很容易引發學生的興趣，目的在于使學生對所學知識加深理解和鞏固，并能得以運用和發展，使知識、技能轉化為能力，同時也可得到信息反饋，發現不足及時補救。比如“平面電磁波”等章節內容，是本課程的重點及難點，通過制作一維電磁波的動畫效果進行課堂演示，使學生可以清晰地看到平面電磁波在一維空間中的傳播情況，以及當遇到理想導體情形時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時電磁波傳輸問題，讓學生形象地理解電磁波行為。這些難點內容常會在學生腦海中縈繞，產生了很直觀的認識，有助于進一步理解。
同時，在課堂教學外，還要結合實驗室中的實驗教學，讓學生從實驗的角度深刻理解電磁場與電磁波的理論，提高學生的動手能力。在實驗中學生要養成認真細致的工作作風，訓練敏銳入微的觀察能力，結合理論基礎分析實驗現象能力，以及鍛煉實際操作能力。
4.采取激勵式教學方法，結合課外興趣學習活動小組，提高教學效果。
利用教學評價機制，在學生的考核成績中，按一定的比例，比如30%作為平時成績。學生在課堂上主動積極地回答次數作為考核的機制，每次2分至5分。這樣可以鼓勵學生積極踴躍發言，活躍課堂氣氛，提高學生學習的積極性和主動性；還可以吸引學生的注意力，提高課堂上的學習效率。
另外，我們還可以在課外組織學有余力的學生成立興趣小組；引導他們利用課余時間去實驗室，和研究生一起參加課題的研究，從中學習到課內沒有的知識，從而不斷地提高他們運用知識分析問題、解決問題的能力。
三、結語
《電磁場與電磁波》課程教學實踐表明，課堂教學不但需要教師有淵博的理論知識及理論修養，還需要教師精心組織教學，激發學生的學習熱情，提高教和學的質量，從而收到培養面向新世紀的合格人才的目的。通過這門課程的教改嘗試，達到了激發學生的創新意識，促進學生對知識的理解和掌握，培養學生的創新意識的預期效果?？傊菊n程是一門理論性很強的專業基礎學科，如何搞好本課程的教學，還有待于進一步地探索及改革。
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電磁波的實際應用范文5
一、衛星通信的工作頻段
衛星通信中，工作頻段的選擇是一個十分重要的問題。它直接影響系統的通信容量、質量、可靠性、設備的復雜程度和成本的高低，并且還影響到與其它通信系統的協調。一般而言，衛星通信工作頻段的選擇必須根據需要與可能相結合的原則，重點考慮下列因素。
（1）電波能夠穿過電離層，傳播損耗和外部附加噪聲應盡可能小。
（2）應具有較寬的可用頻帶，盡可能增大通信容量。
（3）合理使用無線電頻譜，防止各種宇宙通信業務之間以及與其它地面通信業務之間產生相互干擾。
（4）考慮電子技術與器件的進展情況以及現有通信技術設備的利用與相互配合。
綜合上述因素，衛星通信的工作頻率選擇微波波段是最合適的。
二、衛星通信電波的傳播損耗
衛星通信鏈路的傳輸損耗包括自由空間傳播損耗、對流層傳播損耗、電離層傳播損耗等，下面依次來分析。
1、自由空間的傳播損耗
在整個電磁波傳輸過程中，即使不發生反射、折射、吸收和散射等現象，也會發生能量向空間擴散而損耗的現象，這被稱為自由空間損耗。電波被天線輻射后，便向周圍空間傳播，由電磁波傳播原理可知，每個輻射出去的平面上的點都可以當做新的信源，繼續向四周輻射。
實際表明，電波在自由空間以球面形式傳播，電磁場能量擴散，接收機只能接收到其中的一小部分，大部分能量在傳播過程中損耗了。傳播距離越遠，到達接收地點的能量越小。
2、對流層傳播損耗
對流層是指自地面向上大約10km范圍的低空大氣層，對流層集中了整個大氣質量的3/4，當地面受太陽照射時，地表溫度上升，地面放出的熱量使低溫大氣受熱膨脹，進而造成了大氣密度不均勻，于是產生了大氣的對流運動，對電波傳輸產生了一定的損耗。
（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，實際的電波傳播不是按照直線進行，而是按曲線傳播的。大氣折射使電磁波射線路徑發生彎曲，從而使收信點的接收功率發生變化。
（2）大氣吸收損耗
任何物質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。當通過這些物質的微波頻率接近它們的諧振頻率時，這些物質對微波就產生共振吸收。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，從而產生吸收損耗。
（3）雨霧引起的損耗
雨霧等自然現象都是對流層殊的大氣環境造成的，并且是隨機產生的，它使發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。當工作頻率大于30GHz時，即使是小雨，造成的損耗也不能忽視。在10GHz以下時，必須考慮中雨以上的影響。為了保證可靠通信，在進行鏈路設計時，通常先以晴天為基礎進行計算，然后留有一定的余量，以保證降雨、下雪等的情況仍然滿足通信質量要求。
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系，在地磁緯度30°附近是一閃爍增強帶，地磁緯度20°以下，春夏發生閃爍嚴重且頻繁。電波穿過電離層的衰減量，隨入射角而變化，垂直入射時，衰減量最小。
另外，電波還受地球磁場的影響，線極化電磁波的極化平面會發生旋轉效應，因此，要根據不同情況，對極化面的變化進行補償。
4、多普勒頻移
當衛星與用戶終端之間、衛星與基站之間、衛星與衛星之間存在相對運動時，接收端收到的發射端載頻發生頻移，即多普勒效應引起的附加頻移，稱之為多普勒頻移。多普勒頻移對采用相關解調的數字通信危害較大，地球站接收機必須采用鎖相技術才能穩定地接收衛星發來的信息。
對于移動衛星通信而言，它可能利用靜止軌道衛星，也可以是非靜止軌道衛星，對于前者，產生多普勒頻移主要是因為用戶終端的運動，后者主要取決于衛星相對于地面目標的快速運動。
5、多徑衰落和陰影遮蔽效應
電波在移動環境中傳播時，會遇到各種物體，經反射、散射、繞射，到達接收天線時，己成為通過各種路徑到達的合成波，即多徑傳播模式。各傳播路徑分量的幅度和相位各不相同，因此合成信號起伏很大，稱為多徑衰落。
電波途經建筑物、樹林等時受到阻擋被衰減，這種陰影遮蔽對陸地移動衛星通信系統的電波傳播影響很大。
以上分析了衛星通信電波在傳輸過程中可能產生的各種傳播損耗，實際中，電波還受到傳輸噪聲的影響。
三、衛星通信電波的傳輸噪聲
當電波經過傳輸達到接收機時，會引入一部分噪聲，這些噪聲對接收機影響較大，實際中要充分考慮。接收機輸入端的噪聲分別由內部（接收機）和外部（天線引入）噪聲源引入，外部噪聲源可以分為兩類：地面噪聲和太空噪聲。地面噪聲影響最大，來源于大氣、降雨、地面、工業活動等，太空噪聲來源于宇宙、太陽系等。
1、太陽系噪聲
它指的是太陽系中太陽、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，其中太陽是最大的熱輻射源。只要天線不對準太陽，在靜寂期太陽噪聲對天線噪聲影響不大；其他行星和月亮，沒有高增益天線直接指向時，對天線噪聲影響也不大。實際上，當太陽和衛星匯合在一起，即太陽接近地球站指向衛星的延伸線時，地球站就會受到干擾，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所形成的噪聲，在銀河系中心的指向上達到最大值（通常稱為指向熱空），在天空其它某些部分的指向上是很低的（稱為冷空）。宇宙噪聲是頻率的函數，在1GHz以下時，它是天線噪聲的主要成分。
3、大氣噪聲與降雨噪聲
電離層、對流層不但吸收電波的能量，也產生電磁輻射而形成噪聲，其中主要是氧氣和水蒸汽構成的大氣噪聲，大氣噪聲是頻率和仰角的函數。大氣噪聲在10GHz以上顯著增加，仰角越低時，由于電波穿越大氣層的路徑長度增加，大氣噪聲作用加大。
降雨以及云、霧在產生電波吸收衰減的同時，也產生噪聲，稱為降雨噪聲。對天線噪聲的作用與雨量、頻率、天線仰角有關。即使在4GHz的頻率下，仰角低的時候，大雨對天線噪聲影響也很大，因此我們在設計系統的時候要充分考慮這些因素。
4、內部噪聲
內部噪聲來源于接收機，由于接收機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，其中自由電子會做無規則的運動，這些運動實際上影響了電路的工作，這就是熱噪聲，因為在理論上，如果溫度降低到絕對零度，那么這種內部噪聲會為零，但實際上我們達不到絕對零度，所以內部噪聲不可根除，只可抑制。
電磁波的實際應用范文6
[關鍵詞] FMCW； 探地雷達； 煤層超前探測； MUSIC算法
0 引言
由于不同的煤層地質條件，煤層中可能含有瓦斯或水體，在采掘過程中會引發災害，嚴重威脅職工的生命安全和設備安全。因此利用超前探測的方法提前判斷掘進煤層前方可能存在的安全隱患，對于煤礦安全高效生產具有重要意義。
在實際應用中，探地雷達依據其信號形式大致可以分為三類：調頻連續波（FMCW）探地雷達、脈沖探地雷達以及步進變頻探地雷達。其中FMCW探地雷達屬于頻率域探地雷達，接收機的動態范圍大，具有更高的輻射功率，可獲得比時間域探地雷達更好的分辨率，并且更適合在損耗較大的媒介中工作。一直以來，由于頻率域探地雷達硬件結構造價較大，所以其商業應用一直比較落后。但是隨著電子技術的不斷提高，使得頻率域探地雷達的造價一直在降低，同時人們對目標識別的重視，使得頻率域雷達的高分辨率優點更加突出，所以近年來頻率域雷達得到了較好的發展。如果將FMCW探地雷達應用于煤層超前探測，其具有很高的發射功率，即探測深度很大，而且也能盡可能的增加分辨率，所以將FMCW探地雷達應用于煤層超前探測具有很大的價值。[1-7]
FMCW探地雷達是根據接收到的回波信號與本地信號進行混頻，然后根據差頻信號的頻率進行信號位置的確定。所以在FMCW探地雷達中，頻率測量的準確性直接關系到對物體定位的精確程度。而且在處理過程中，要同時確定多個信號的頻率。MUSIC算法由于其超高的頻率分辨能力以及可實現多目標檢測的能力，使其成為處理FMCW探地雷達回波信號的主要算法。[7] [9]
1 FMCW探地雷達原理
調頻連續波探地雷達的系統組成簡圖如圖1所示， 首先向目標發射頻率按一定規律變化的電磁波，此電磁波在遇到目標介質后發生反射，包含有目標介質特性的反射電磁波通過雷達的接收天線被雷達系統接收。此時，將接收到的反射電磁波與本地的發射電磁波進行混頻，然后就會得到一個差頻信號，我們根據發射電磁波的變化規律以及混頻后的差頻信號就可以得知電磁波在介質中的傳播時間。
在實際應用中，我們首先根據一定的算法處理差頻信號，使差頻信號的頻譜在差頻信號的頻率處產生頻譜峰值，我們通過此峰值就可以確定出差頻信號的頻率，然后確定出目標的位置。
2 探地雷達信號處理中的MUSIC算法
MUSIC算法是一種典型的空間譜估計算法，它是將陣列接收到的數據進行特征分解，求取其特征值及特征值對應的特征向量，從而得到兩個子空間――信號子空間以及噪聲子空間，其中信號子空間與接收到的信號以及噪聲都有關系，而噪聲子空間只與噪聲有關。MUSIC算法就是利用噪聲子空間與信號的各個分量相正交的特性來對信號的來波方向或者頻率進行估計，這種算法具有非常高的頻率分辨率以及角度分辨率。前面我們已經介紹FMCW探地雷達中，頻率測量的準確性直接關系到對物體定位的精確程度。而且在處理時，要同時確定多個信號的頻率。MUSIC算法由于其超高的頻率分辨能力以及可實現多目標檢測的能力，使得MUSIC算法成為處理FMCW探地雷達回波信號的主要算法。
MUSIC算法的處理步驟：
第二步 對估計出的自相關矩陣進行分析，得出自相關矩陣的噪聲子空間。
第三步 利用構造出來的譜函數P（？棕）進行計算。
3 MUSIC算法性能仿真
1）來波信號的信噪比對算法分辨率的影響 。
取來波信號的長度為1000， 探地雷達的接收天線為均勻線陣，均勻線陣的陣元數為10，來波信號的數目為三個，其歸一化頻率分別為？仔/2、35*？仔/64、 3*？仔/2，取信號的信噪比分別為0dB、10dB、20dB、30dB、40dB、50dB，仿真結果如圖2所示。從圖中可知信噪比越高，算法的分辨率就越高。
此外我們還對信號長度（信號的采樣點數）、接收天線的陣元數對算法分辨率的影響進行了仿真，通過對不同參數的仿真分析總結出，當信號長度（采樣點數）越大、信號的信噪比越大、接收信號的天線的陣元數越多，算法的分辨率就越高。
2）不同來波信號的歸一化頻率間隔對算法分辨率的影響 。
我們還對來波信號的數目對算法分辨率的影響進行了仿真，仿真結果表明當天線陣元數大于來波信號的數目時，來波信號的數目對算法的影響較少，故該算法適用于多信號的識別。
4 結論
本文由FMCW探地雷達信號的特點入手，分析了MUSIC算法用來處理FMCW探地雷達信號的優勢。之后介紹了MUSIC算法的思路，根據其要利用信號子空間以及噪聲子空間相正交的特性，對MUSIC算法進行了推導，最后構造出了MUSIC算法用來進行信號頻率估計的譜函數。通過總結MUSIC算法的推導過程，得到了MUSIC算法的實現步驟。
最后對MUSIC算法進行仿真，通過對不同參數的仿真分析總結出，當信號長度（采樣點數）越大、信號的信噪比越大、接收信號的天線的陣元數越多，算法的分辨率就越高；并通過仿真結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的識別。
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