1、電磁場與微波教學大綱（2014年9月修訂）三亞學院二。一四年九月電磁場與電磁波課程教學大綱執筆人：丁學用制定（修訂）時間：2014年9月Electromagnetic Field And Microwave學 院：理工學院專業負責人：丁學用、課程基本信息課程代碼課程性質專業課課程總學時48課程總學分3本學期學分3本學期學時48理論學時48實驗學時0開課學院理工學院適用專業通信工程、海洋通信先修課程高等數學、復變函數、概率論后續課程移動通信、衛星通信、數據通信技術、微波天線技術選用教材電磁場與電磁波、謝處方、饒克謹、高等教育出版社、2006年主要教學 經臼力電磁場與電磁波學習指導、郭輝?平、四安

2、電子科技大學出版社、2010年推薦閱讀書 目、工具書1.電磁場與電磁波、楊儒貴、高等教育出版社、 2003年考核方式考試課程在人才培 養體系中的地 位和作用本課程是高等院校理、工等各專業的公共基礎課之一。隨著信息技術的飛速發展，要求從事電子信息技術的人員必須通曉和掌握電磁場與電磁波的基本特性、分析方法及其應用。通過學習本課程目的是使學生通過學習，能熟練地較系統、深入地掌握電磁場與電磁波方面的基本理論及其應用，為學生將來從事這方面的工作以及進一步深造打好理論基礎，從而使學生能“帶的走”，學得知識“用的上”，以達到“走進校園是為了更好地走向社會”這一育人理念。、學時分配表章序內容學時理論課時實驗課

3、時1第1章矢量分析102第2章電磁場的基本規律103第3章靜態電磁場及其邊值問題的解84第4章時變電磁場65第5章 均勻平囿波在無界空間中的傳播26第6章 均勻平面波的反射與透射47第7章導行電磁波68第8章電磁輻射總復習2總計48三、教學內容與基本要求第1章矢量分析（10學時）【教學目標】 本章是基本知識的介紹，要掌握的主要內容為矢量、標量和場的概念，矢量的加、 減、標量積、矢量積運算，了解三種常用正交坐標系之間的轉化關系，方向導數和梯度、通量和散 度、環量和旋度的概念及其運算公式，并了解矢量的旋度和散度的區別與聯系。【教學內容】1.1 矢量代數1.1.1 標量和矢量1.1.2 矢量的加法和

4、減法1.1.3 矢量的乘法1.2 三種常用的正交坐標系1.2.1 直角坐標系1.2.2 圓柱坐標系1.2.3 球坐標系1.2.4 矢量積（叉積）1.3 標量場的梯度1.3.1 標量場的等值面1.3.2 方向導數1.3.3 梯度1.4 矢量場的通量與散度1.4.1 矢量場的矢量線1.4.2 通量1.4.3 散度1.4.4 散度定理1.5 矢量場的環流與旋度1.5.1 環流1.5.2 旋度1.5.3 斯托克斯定理1.6 無旋場與無散場1.6.1 無旋場1.6.2 無散場1.7 拉普拉斯運算與格林定理1.7.1 拉普拉斯運算1.7.2 格林定理1.8 亥姆霍茲定理【基本要求】了解：矢量、標量和場的概

5、念，三種常用正交坐標系之間的轉化關系以及矢量的旋度和散度 的區別與聯系。理解：方向導數和梯度、通量和散度、環量和旋度的概念及其運算公式。掌握：矢量的加、減、標量積、矢量積運算。【本章重點】矢量的加、減、標量積、矢量積運算。【本章難點】方向導數和梯度、通量和散度、環量和旋度的概念及其運算公式。【思考拓展】實踐項目：在日常生活中，分別找出矢量場與標量場的例子，理解矢量場的概念。第2章 電磁場的基本規律（10學時）【教學目標】主要介紹電磁場的基本物理量和基本規律，主要內容包括：電荷與電荷分布、電流與電流密度、 電荷守恒定律；真空中的靜電場方程；真空中的靜磁場方程；煤質的極化和磁化；電磁感應定律、 位

6、移電流；麥克斯韋方程組、電磁場的邊界條件。【教學內容】2.1 電荷守恒定律2.1.1 電荷及電荷密度2.1.2 電流及電流密度2.1.3 電荷守恒定律與電流連續性方程2.2 真空中的靜電場基本規律2.2.1 庫侖定律 電場強度2.2.2 靜電場的散度與旋度1.1.1 安培力定律磁感應強度1.1.2 恒定磁場的散度與旋度2.4 煤質的電磁特性2.4.1 電介質的極化電位移矢量2.4.2 磁介質的磁化磁場強度2.4.3 煤質的傳導特性2.5 電磁感應定律和位移電流2.5.1 法拉第電磁感應定律2.5.2 位移電流2.6 麥克斯韋方程組2.6.1 麥克斯韋方程組的積分形式2.6.2 麥克斯韋方程組的

7、微分形式2.6.3 煤質的本構關系2.7 電磁場的邊界條件2.7.1 邊界條件的一般形式2.7.2 兩種特殊情況下的邊界條件【基本要求】了解：電荷及其分布、電流及其分布以及電流連續性方程。理解：電磁和磁場的概念，掌握電磁強度和磁感應強度的積分形式，會計算一些簡單源分布 產生的場。掌握：電磁場基本方程、牢固掌握麥克斯韋方程組并深刻理解其物理意義，掌握電磁場的邊 界條件。【本章重點】真空中和介質中靜電場的積分和微分方程，麥克斯韋方程組的積分和微分形式，電磁場的邊 界條件。【本章難點】電磁場邊界條件的證明。【思考拓展】為什么要研究邊界條件？怎么樣建立模型證明電磁場的邊界條件。第3章靜態電磁場及其邊值

8、問題的解（8學時）【教學目標】主要介紹靜態電場、恒定電場和恒定磁場的基本方程和邊界條件，位函數，能量和力，電容、電阻和電感，靜態場邊值問題的幾種解法（鏡像法、分離變量法和有限差分法）【教學內容】3.1 靜電場分析3.1.1 靜電場的基本方程和邊界條件3.1.2 電位函數3.1.3 導體系統的電容3.1.4 靜電場的能量3.1.5 靜電力3.2 導電煤質中的恒定電場分析3.2.1 恒定電場的基本方程和邊界條件3.2.2 恒定電場與靜電場的比擬3.3 恒定磁場分析3.3.1 恒定磁場的基本方程和邊界條件3.3.2 矢量磁位和標量磁位3.3.3 電感3.3.4 恒定磁場的能量3.3.5 磁場力3.4

9、 靜態場的邊值問題及解的惟一性定理3.4.1 邊值問題的類型3.4.2 惟一性定理3.5 鏡像法3.5.1 接地導體平面的鏡像3.5.2 導體球面的鏡像3.5.3 導體圓柱面的鏡像3.5.4 介質平面的鏡像3.6 分離變量法3.6.1 直角坐標系中的分離變量法3.6.2 圓柱坐標系中的分離變量法3.6.3 球坐標系中的分離變量法3.7.1 有限差分方程3.7.2 差分方程的求解方法【基本要求】了解：靜電比擬法，標量磁位的概念，分離變量法的基本思想和解題步驟，能夠用分離變量 法求解直角坐標系中的一些簡單二維問題。理解：電場能量和能量密度的概念，會計算一些典型場的能量，會計算典型雙導體的電容， 矢

10、量磁位及其微分方程，磁場能量和能量密度，靜電場的惟一性定理及其重要意義。掌握：靜電場的基本方程和邊界條件，靜電場中的電位函數及其微分方程，電位的邊界條件, 恒定電場的基本方程和邊界條件，恒定磁場的基本方程和邊界條件，鏡像法的基本原理。【本章重點】真空中和介質中靜磁場的基本方程的積分和微分形式。【本章難點】靜態場邊值問題的幾種解法（鏡像法、分離變量法和有限差分法）【思考拓展】比較電場和磁場的相似之處和不同之處。第4章時變電磁場（6學時）【教學目標】主要介紹時變電磁場的普遍規律，電磁場的波動方程、動態矢量位和標量位、坡印廷定理和坡 印廷矢量、時諧電磁場。【教學內容】4.1 波動方程4.2 電磁場的

11、位函數4.2.1 矢量位和標量位4.2.2 達朗貝爾方程4.3 電磁能量守恒定律4.4 惟一性定理4.5 時諧電磁場4.5.1 時諧電磁場的復數表示4.5.2 復矢量的麥克斯韋方程【基本要求】了解：坡印廷定理和坡印廷矢量的意義，以及時諧變電磁場的形成過程，波動方程的應用。理解：動態矢量位和標量位的概念以及其滿足的微分方程，惟一性定理及其重要意義。掌握：坡印廷定理的意義并應用其分析計算電磁能量的傳輸，正弦電磁場的復數表示方法及其意義，復數形式的麥克斯韋方程和波動方程。【本章重點】坡印廷定理的意義，復數形式的麥克斯韋方程和波動方程。【本章難點】時諧變電磁場的形成過程，波動方程的應用。【思考拓展】根

12、據麥克斯韋方程了解電磁波的形成過程。第5章 均勻平面波在無界空間中的傳播（2學時）【教學目標】主要介紹均勻平面波在無界的理想介質中的傳播特性和導電煤質中的傳播特性、電磁波的極化、均勻平面波在各向異性煤質中的傳播、相速與群速。【教學內容】5.1 理想介質中的均勻平面波5.2 電磁波的極化5.3 均勻平面波在導電煤質中的傳播5.4 色散與群速【基本要求】了解：電磁波在各向異性煤質中傳播問題的分析方法及其傳播特性。理解：均勻平面波的概念以及研究均勻平面波的重要意義，描述傳播特性的參數的物理意義，群速的概念以及群速與相速的關系。掌握：波的概念和表示方法，波的極化的概念以及研究波的極化的重要意義，三種極

13、化方式的條件并能正確判別波的極化狀態。【本章重點】波的概念和表示方法，波的極化的概念以及研究波的極化的重要意義。【本章難點】三種極化方式的條件并能正確判別波的極化狀態。【思考拓展】波的極化的概念以及研究波的極化的重要意義。第6章均勻平面波的反射與透射（4學時）【教學目標】主要介紹均勻平面波對兩種不同煤質分界平面的垂直入射。均勻平面波對理想介質分界面的斜入射和均勻平面波對理想導體表面的斜入射。【教學內容】6.1 均勻平面波對分界面的垂直入射6.1.1 對導電煤質分界面的垂直入射6.1.2 對理想導體平面的垂直入射6.1.3 對理想介質分界面的垂直入射6.2 均勻平面波對多層介質分界平面的垂直入射

14、6.2.1 多層煤質的場量關系與等效波阻抗6.2.2 四分之一波長匹配層6.2.3 半波長介質窗6.3 均勻平面波對理想介質分界平面的斜入射6.3.1 反射定律與折射定律6.3.2 反射系數與透射系數6.3.3 全反射與全透射6.4 均勻平面波對理想導體平面的斜入射6.4.1 垂直極化波對理想導體表面的斜入射6.4.2 平行極化波對理想導體表面的斜入射【基本要求】了解：均勻平面波對多層煤質分界面垂直入射的分析方法，均勻平面波對分界面的斜入射問 題的分析方法。理解：反射定律和折射定律以及反射系數、透射系數的意義，全反射現象和無反射現象的概O掌握：四分之一波長匹配層和半波長介質窗的意義及其應用，全

15、反射現象和無反射現象產生 的條件及其應用。【本章重點】四分之一波長匹配層和半波長介質窗的意義及其應用，全反射現象和無反射現象產生的條件 及其應用。【本章難點】反射定律和折射定律以及反射系數、透射系數的意義。【思考拓展】 跟初中學過的光的折射放射定理進行比較。第7章導行電磁波（6學時）【教學目標】主要介紹導行波系統中的場分析及規則波導的傳輸特性參量，了解矩形波導中的場方程的推導過程以及圓波導中的場方程及諧振腔的基本性質。【教學內容】7.1 導行電磁波概論7.1.1 TEM 波7.1.2 TM波和TE波7.2 矩形波導7.2.1 矩形波導中的場分布7.2.2 矩形波導中波的傳輸特性7.2.3 矩形

16、波導中的主模7.2.4 矩形波導中的傳輸功率7.3 圓柱行波導7.3.1 圓波導中的場分布7.3.2 圓波導的傳輸特性7.3.3 圓柱形波導中的三種典型模式7.4 同軸波導7.4.1 同軸波導中的 TEM波7.4.2 同軸波導中的高次模7.5 諧振腔7.6 傳輸線【基本要求】了解：圓波導和同軸波導中的場方程及諧振腔的基本性質。理解：矩形波導中的場方程的推導過程。掌握：導行波系統中的場分析及規則波導的傳輸特性參量和矩形波導中的場方程。【本章重點】導行波系統中的場分析及規則波導的傳輸特性參量和矩形波導中的場方程。【本章難點】矩形波導中的場方程的推導過程。【思考拓展】1.找相關波導與諧振腔的論文學習

17、波導和諧振腔在實際中的應用。第8章電磁輻射（2學時）【教學目標】了解天線的定義，天線的分類及研究方法，掌握電磁輻射的基本理論及天線的電參數。【教學內容】8.1 滯后位8.2 電偶極子的輻射8.5 天線的基本參數8.6 對稱天線8.7 天線陣【基本要求】了解：天線的定義，天線的分類及研究方法。理解：天線的電參數。掌握：電磁輻射的基本理論。【本章重點】天線的定義，天線的分類及研究方法，電磁輻射的基本理論。【本章難點】電磁輻射的基本理論。【思考拓展】簡述天線的功能，它有哪些電參量？四、教學改革與創新【教學內容改革與創新】根據學生的知識基礎特點和課時分配，以“應用型本科”學生為主要授課對象，以培養應用型 人才為基本目的，以“實用、適用、夠用”為基本原則，重在基本概念、基本方法的表述。注重基 本概念，追求過程簡明、清晰和準確，重在原理，壓縮繁瑣的理論推導。做到重點突出、敘述簡潔、 易教易學。【教學方法改革與創新】從教