電磁波的實(shí)際應(yīng)用精選(九篇)

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第1篇：電磁波的實(shí)際應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：電磁場與電磁波；類比法；循序漸進(jìn)；講義；習(xí)題

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）21-0010-02

隨著信息時(shí)代的到來，作為通信傳輸技術(shù)基礎(chǔ)的電磁場理論得到越來越廣泛和深入的研究與應(yīng)用?！半姶艌雠c電磁波”是電氣、電子信息、通信等工科電子類專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，它是在大學(xué)物理電磁學(xué)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究宏觀電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律和分析方法。這不但是為了后續(xù)課程的需要，也是深入理解和分析工程實(shí)際中的電磁問題所必需掌握的基本知識，而且電磁場理論也是微波通信、衛(wèi)星通信、電磁兼容和生物電磁學(xué)等高新技術(shù)的理論基礎(chǔ)及交叉領(lǐng)域新學(xué)科的生長點(diǎn)。[1，2]所以電類專業(yè)的學(xué)生，無論是從當(dāng)前的學(xué)習(xí)出發(fā)，還是為了拓寬將來的專業(yè)面，都應(yīng)該重視這門課程，學(xué)好這門課程，打好專業(yè)基礎(chǔ)。此外，學(xué)好這門課，對培養(yǎng)學(xué)生樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思想、科學(xué)分析問題的方法、復(fù)雜抽象的思維能力、勇于開拓的創(chuàng)新精神等將起著十分重要的作用。[3，4]另外由于獨(dú)立學(xué)院學(xué)生普遍基礎(chǔ)不是很好，并且對抽象的理論課程的學(xué)習(xí)興趣不大，更加重了獨(dú)立學(xué)院重“電磁場與電磁波”課程的教學(xué)工作。

一、“電磁場與電磁波”課程特點(diǎn)

1.基礎(chǔ)知識要求多

“電磁場與電磁波”課程是以大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)、電路分析、數(shù)學(xué)物理方程、復(fù)變函數(shù)等為基礎(chǔ)，所涉及的內(nèi)容很廣 。大學(xué)物理中，電磁學(xué)部分內(nèi)容是“電磁場與電磁波”的物理基礎(chǔ)，而矢量分析、特殊函數(shù)等內(nèi)容是學(xué)好“電磁場與電磁波”課程必需的數(shù)學(xué)工具，由于涉及復(fù)雜偏微分和特殊函數(shù)的計(jì)算，難度不小。因此要學(xué)好這門課程，必須熟練掌握這些基礎(chǔ)課程的相關(guān)概念、理論和運(yùn)算等。同樣對擔(dān)任本課程教學(xué)的教師提出了較高的要求，即一方面需要有較好的物理、數(shù)學(xué)及電路知識；另一方面需要有比較全面的專業(yè)知識。同時(shí)，又需要對通信工程實(shí)際情況有較廣泛的了解。因此本課程的教學(xué)相對而言比較不易。

2.數(shù)學(xué)推導(dǎo)計(jì)算多

課程涉及大量的物理知識以及各種數(shù)學(xué)方法，在學(xué)習(xí)過程中如何處理數(shù)學(xué)與物理的銜接，數(shù)學(xué)方法和物理概念的聯(lián)系以及理論分析與工程應(yīng)用的關(guān)系至關(guān)重要，這也是學(xué)生較難處理的問題。

3.抽象的概念多

“電磁場與電磁波”每章內(nèi)容都會引入一些新的、較難理解的概念、定律。例如散度和旋度是兩個(gè)比較抽象的數(shù)學(xué)概念，學(xué)生們甚至在課程結(jié)束之后仍感到這兩個(gè)概念很抽象，不理解在電磁場與波學(xué)習(xí)中為什么始終與之打交道；靜電場中的自分布電容、互分布電容、廣義力、虛位移等；恒定磁場中的矢量磁位、標(biāo)量磁位；邊值問題求解中的鏡像法、分離變量法等。這些新的概念及定律不僅抽象、難理解，而且所涉及的公式通常比較復(fù)雜，計(jì)算起來難度較大?；谝陨咸攸c(diǎn)，對于“電磁場與電磁波”這門課程，學(xué)生普遍認(rèn)為“難學(xué)”，教師普遍感到“難教”。

二、“電磁場與電磁波”教學(xué)存在的問題

1.學(xué)習(xí)問題

由“電磁場與電磁波”課程的特點(diǎn)可知課程本身過于抽象，學(xué)生普遍反映難學(xué)難懂，表現(xiàn)為抽象的純理論和概念多，復(fù)雜的偏微分公式多，計(jì)算求解難度大，而對老師來說教好這門課也具有相當(dāng)?shù)碾y度。另外，在學(xué)習(xí)“電磁場與電磁波”課程過程中，學(xué)生常常難以將已經(jīng)學(xué)好的數(shù)學(xué)知識和電磁場內(nèi)容很好地結(jié)合。在學(xué)習(xí)“電磁場與電磁波”之前，學(xué)生一般都具備矢量場論的基本知識，但是在學(xué)習(xí)“電磁場與電磁波”的過程中卻難以將所學(xué)知識與電磁場理論融會貫通、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)起來備感吃力。

2.教材問題

目前絕大多數(shù)教材都只強(qiáng)調(diào)經(jīng)典的理論知識，缺乏有應(yīng)用背景和緊密跟蹤最新前沿發(fā)展的內(nèi)容，這樣不但導(dǎo)致理論與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，也很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱忱。特別是對基礎(chǔ)知識差的學(xué)生來說，一看到大量的證明和數(shù)學(xué)推導(dǎo)問題就失去了信心。

3.缺少實(shí)驗(yàn)設(shè)備

由于資金和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的匱乏，使得大部分高校在“電磁場與電磁波”教學(xué)中缺少實(shí)驗(yàn)設(shè)備，導(dǎo)致無法開展實(shí)驗(yàn)課程。這樣原本就十分抽象的課程，完全變成了一門純理論教學(xué)的課程，也導(dǎo)致了學(xué)生學(xué)習(xí)中理論與實(shí)踐的脫節(jié)問題。

4.課時(shí)問題

隨著這些年的教學(xué)改革，大學(xué)生要求的總學(xué)分略有下降，而開設(shè)課程又增多的趨勢導(dǎo)致“電磁場理論”的教學(xué)課時(shí)被極大壓縮，由以前的80學(xué)時(shí)被壓縮到40學(xué)時(shí)，導(dǎo)致教學(xué)自由度受到了較大的限制。

三、提高“電磁場與電磁波”教學(xué)質(zhì)量的方法

1.制訂教學(xué)大綱，確定教學(xué)內(nèi)容

現(xiàn)有的“電磁場與電磁波”教學(xué)，大部分都是一些純理論講解的內(nèi)容，而學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中經(jīng)常問學(xué)這門課有什么用，學(xué)某一章節(jié)有什么用。看是一個(gè)簡單的問題，但作為老師一定認(rèn)真思考，給學(xué)生一個(gè)滿意的答案。因?yàn)閺倪@個(gè)問題上一方面反映了老師講課不能只是大談理論講解，另一方面也反映了現(xiàn)有教材在實(shí)際應(yīng)用方面的缺陷。對這個(gè)問題回答的好壞直接關(guān)系到同學(xué)們學(xué)習(xí)的效果和興趣?；谝陨显蚝凸P者多年的“電磁場與電磁波”的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，自編內(nèi)部教材講義，此講義最大的特點(diǎn)是以通俗的語言來講解抽象的概念，以實(shí)際的例題來幫助理解重點(diǎn)理論，并且在每個(gè)知識點(diǎn)都有對應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例。

由于“電磁場與電磁波”理論是人類在認(rèn)識自然規(guī)律和生產(chǎn)實(shí)踐活動中發(fā)展起來的，在日常生活、科學(xué)研究和軍事等領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛，例如在微波爐、磁懸浮列車、隱形轟炸機(jī)、移動電話中的應(yīng)用等。這些在此講義的每一章的后面都是一個(gè)拓展知識的介紹，比如在第二章靜態(tài)電磁場的最后一節(jié)中，就針對磁懸浮列車和衛(wèi)星電推進(jìn)器做了詳細(xì)講解，提高了同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣。

2.循序漸進(jìn)的教學(xué)方法

電磁場與電磁波是利用場的觀點(diǎn)來研究空間某一物理量的確定值問題，而矢量分析正是研究此問題的重要教學(xué)工具。應(yīng)用矢量分析的方法，可以使電磁場的基本定律、公式以簡潔的形式表述出來，且與坐標(biāo)的選擇無關(guān)。所以先要學(xué)習(xí)一下矢量分析的內(nèi)容，包括矢量運(yùn)算、三種坐標(biāo)系、矢量的散度和旋度等內(nèi)容。以后每個(gè)章節(jié)的教學(xué)，采用從易到難、從靜態(tài)場到時(shí)變場、從電場到磁場再到電磁場、從三維空間到四維空間的循序漸進(jìn)的教學(xué)順序。

首先，從較為容易掌握的靜電磁場開始進(jìn)行學(xué)習(xí)，此章節(jié)的教學(xué)應(yīng)詳細(xì)地分析各種情況，其中包含對基本方程、邊值問題等理論的推導(dǎo)以及物理含義的分析，以及靜電能量與力的分析等，而靜磁場的講解一定要和靜電場的知識進(jìn)行類比學(xué)習(xí)。這樣就為時(shí)變電磁場、電磁場波的傳播、波導(dǎo)等教學(xué)內(nèi)容打下一個(gè)比較好的基礎(chǔ)。后續(xù)各章節(jié)的教學(xué)，也應(yīng)注意與靜電磁場的理論進(jìn)行比較。從靜止電荷產(chǎn)生的靜電場到研究運(yùn)動的穩(wěn)定電荷產(chǎn)生的恒定電場，然后研究電流引入的恒定磁場，隨后進(jìn)行電磁感應(yīng)以及時(shí)變電磁場分析，并且在時(shí)變電磁場的分析中，推測電磁波的產(chǎn)生。之后講解均勻平面電磁波在無界空間的傳播、反射和透射，以及導(dǎo)行電磁波、電磁波輻射等知識，最后進(jìn)行傳輸線理論的講解。按照逐步深入方式，進(jìn)行知識的擴(kuò)充，使課程知識具有連貫性，學(xué)生也比較容易掌握。

3.巧妙使用類比方法

“電磁場與電磁波”課程體系中，小到一個(gè)公式，大到整個(gè)理論框架，都存在著對立統(tǒng)一的關(guān)系。通過這些知識點(diǎn)的類比，不僅使學(xué)生學(xué)到了“電磁場與電磁波”課程的精髓，也使他們體會到“電磁場與電磁波”課程體系中的對稱美。類比包含兩個(gè)方面的類比，一是課程、領(lǐng)域之間的橫向類比，例如與“大學(xué)物理”相關(guān)知識點(diǎn)的類比，“電磁場”和“流體力場”、“電磁波”和“機(jī)械橫波”的比較。由于電磁波與機(jī)械波都是橫波，都具有橫波的特性等方面的類比，水波的傳播與電磁波能的傳播的類比，電磁場與流體力場的類比等等，類比的教學(xué)策略進(jìn)行更加形象直觀的傳授，啟發(fā)創(chuàng)造性思維。另一個(gè)則是縱向類比，譬如該課程本身的靜電場和靜磁場、靜電場和恒定電流場等的對比。這樣，既拓寬了學(xué)生的知識面，也使學(xué)生通過類比對電磁場波動函數(shù)表達(dá)式有了深刻而又直觀的理解。

4.仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用

對于電子信息、通信專業(yè)的學(xué)生，基本上都會使用MATLAB軟件，并且場與波的分析往往涉及復(fù)雜的繪圖和大量的計(jì)算，將MATLAB仿真技術(shù)應(yīng)用到“電磁場與電磁波”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，十分有助于將抽象的理論變成容易理解、接受的結(jié)論，這必將有助于“電磁場與電磁波”的課堂教學(xué)。[5]比如，利用MATLAB編寫的程序可以繪制三維矢量的靜態(tài)和動態(tài)分布圖，給出了均勻平面波、矩形波導(dǎo)的傳輸模和截止模、電流元的電場和磁場的分布圖，這將大大提高同學(xué)們的空間想象力和對這部分知識的理解能力。

5.適當(dāng)?shù)牧?xí)題練習(xí)

對“電磁場與電磁波”課程的學(xué)習(xí)，不但要有正確的教和學(xué)的方法，還要有適當(dāng)?shù)牧?xí)題練習(xí)。其實(shí)，習(xí)題都是針對某一知識點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，在同學(xué)們做習(xí)題的過程中一方面幫助他們理解知識點(diǎn)的應(yīng)用，另一方面也鞏固了課堂老師所講內(nèi)容。

在課堂教學(xué)中，不可能留出時(shí)間讓學(xué)生來學(xué)習(xí)題，只能有針對性地來講解有代表性的例題，做習(xí)題只讓同學(xué)們在課下做，讓同學(xué)把遇到的問題匯總起來，在集體答疑的時(shí)間來給同學(xué)們做詳細(xì)的解答。在講義中不但針對每一知識點(diǎn)精心設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例，而且還設(shè)計(jì)了一定量的習(xí)題要求同學(xué)們完成。

此外，習(xí)題不僅僅是計(jì)算，在每一章結(jié)束后給學(xué)生出了一些思考題，讓學(xué)生自己去查找資料來完成。比如假如存在磁單極子，麥克斯韋方程的形式是什么樣的？

四、總結(jié)

本文是筆者多年來在“電磁場與電磁波”教學(xué)中的一點(diǎn)體會，本課程涉及的基礎(chǔ)知識比較多，對教師的專業(yè)課程知識的要求較高，同時(shí)需要教師密切結(jié)合本校學(xué)生的基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、課時(shí)、教學(xué)大綱的制訂等實(shí)際情況進(jìn)行分析。教學(xué)過程的每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要周密思考、認(rèn)真?zhèn)湔n，注意平時(shí)在科研項(xiàng)目中隨時(shí)積累，在教學(xué)中隨時(shí)涉獵其他專業(yè)的知識。教師的視野開闊了，學(xué)生才能在電磁場領(lǐng)域的思維角度開闊一些，能夠掌握宏觀電磁場與電磁波的基本性質(zhì)及基本規(guī)律，培養(yǎng)他們的抽象思維能力，分析解決實(shí)際問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]田雨波， 張貞凱.“電磁場理論”教學(xué)改革初探[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30（1）：11-12.

[2]王家禮，朱滿座，路宏敏.電磁場與電磁波[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003.

[3]李波，豆根生，袁超.電磁場與電磁波課程的教學(xué)方法探索[J].河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2007，15（6）：127-128.

第2篇：電磁波的實(shí)際應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：電磁場 教學(xué)方法 教學(xué)效果

“電磁場與電磁波”課程是電子信息類本科各專業(yè)學(xué)生必修的一門核心基礎(chǔ)課。學(xué)好這門課，對培養(yǎng)學(xué)生樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思想、科學(xué)分析問題的方法、復(fù)雜抽象的思維能力、勇于開拓的創(chuàng)新精神等將起著十分重要的作用，并且引導(dǎo)學(xué)生思考學(xué)習(xí)麥克斯韋方程組過程中的科學(xué)方法論-對稱性思想，這對他們?nèi)蘸蠊ぷ鲗?shí)踐具有強(qiáng)大的指導(dǎo)性意義。

一、“電磁場與電磁波”課程教學(xué)現(xiàn)狀

由于電磁現(xiàn)象比較復(fù)雜和抽象，研究它需要的數(shù)學(xué)工具多且難，教學(xué)過程中感到困難，特別是利用理論解題和實(shí)際應(yīng)用更覺得難。

1.在學(xué)習(xí)中存在的狀況

一是推導(dǎo)和計(jì)算難。課程中所涉及的公式多、表達(dá)式復(fù)雜、數(shù)學(xué)要求強(qiáng)。再推導(dǎo)中運(yùn)用到矢量運(yùn)算、微積分方程以及復(fù)數(shù)運(yùn)算，過程繁雜，往往顧此失彼，學(xué)習(xí)吃力。二是概念抽象。該課程理論性強(qiáng)，概念抽象，對一些定理及概念，比如說惟一性定律、內(nèi)自感、外自感等等概念難理解，物理概念不熟悉，學(xué)習(xí)難度大。三是解題困難。很多學(xué)生反應(yīng)上課認(rèn)真聽講，下課花大量時(shí)間推導(dǎo)公式，可遇到習(xí)題又像到另外一個(gè)世界，完全無從下手。長此以往，失去學(xué)習(xí)的興趣。

2.在教學(xué)過程中存在的狀況

第一，電磁場與電磁波課程涉及大量的公式推導(dǎo)，部分教師尤其是青年教師往往注重?cái)?shù)學(xué)計(jì)算，而忽略了其物理意義，容易使該課程失去其意義。第二，課程系統(tǒng)性強(qiáng)，注重介紹其理論基礎(chǔ)知識，忽略與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系，容易讓學(xué)生產(chǎn)生“學(xué)習(xí)這門課有何用”的疑惑，不能調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

基于以上特點(diǎn)，對于電磁場與電磁波這門課，學(xué)生普遍認(rèn)為“難學(xué)”，教師普遍感到“難教”。

二、教學(xué)方法的探討

1.理論聯(lián)系實(shí)際，調(diào)動學(xué)習(xí)積極性

電磁場與電磁波以三大實(shí)驗(yàn)定律(庫侖定律、安培定律和法拉第電磁感應(yīng)定律)和兩個(gè)基本假說(有旋電場的假說和位移電流的假說)為基礎(chǔ)，歸納總結(jié)出宏觀電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律―麥克斯韋方程組，然后再從麥克斯韋方程組（即時(shí)變場）出發(fā)，回顧靜態(tài)場，這時(shí)我們可以把靜態(tài)場歸結(jié)為時(shí)變場的一種特殊情況，用麥克斯韋方程組和其輔助方程來解決我們所遇到的具體的電磁問題。這樣就使我們電磁場與電磁波這門課的內(nèi)容簡化為對麥克斯韋方程組的理解和應(yīng)用，學(xué)起來也就簡單容易，更有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)。在強(qiáng)調(diào)對概念的理解上，應(yīng)該增加與實(shí)際相聯(lián)系的內(nèi)容和問題，用課本的理論來解釋日程生活中的事例，以調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性。

比如在講解靜態(tài)場時(shí)，由電磁學(xué)的庫侖實(shí)驗(yàn)定律和安培定律分別引出靜電場、恒定磁場的概念，并掌握靜態(tài)場的方程及其物理意義，并介紹靜電場的最常見的一個(gè)應(yīng)用就是帶電粒子的偏轉(zhuǎn)，像控制電子或是質(zhì)子的軌跡。很多裝置，例如陰極射線示波器、回旋加速器、噴墨打印機(jī)以及速度選擇器等都是基于這一原理的。隨著學(xué)生對靜態(tài)場的逐漸了解，問題也就解決了。在介紹時(shí)變場時(shí)，重點(diǎn)放在麥克斯韋方程組及其物理意義上，引導(dǎo)學(xué)生從該方程組出發(fā)，推導(dǎo)出波動方程、邊界條件等方程。又比如，在學(xué)習(xí)均勻平面波的傳播時(shí)，應(yīng)該幫助學(xué)生建立起電磁波的概念，并對現(xiàn)實(shí)生活中遇到的電磁波傳播問題進(jìn)行討論，再向?qū)W生提出幾個(gè)應(yīng)用問題：為什么海水中需要用長波通信？防輻射孕婦裝為什么能起到防輻射作用？為什么在微波爐加熱不能用金屬托盤？收音機(jī)和電視的天線架設(shè)為什么不同？為什么隱形飛機(jī)雷達(dá)探測不到？等等，引導(dǎo)學(xué)生去尋找電磁波的應(yīng)用，在工程實(shí)踐、科學(xué)研究、日常生活，乃至現(xiàn)代戰(zhàn)爭中都能找到電磁場應(yīng)用的實(shí)例。通過這部分理論知識的講授，學(xué)生對這些問題有了較深的認(rèn)識，經(jīng)過發(fā)現(xiàn)提出問題、解決問題的過程，學(xué)生對本課程的興趣越來越濃厚，學(xué)習(xí)目的也非常明確了。

2.板書與現(xiàn)代教學(xué)手段相結(jié)合

多媒體計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)以其豐富的媒體表現(xiàn)形式、強(qiáng)大的教學(xué)交互功能和方便自由的自主性學(xué)習(xí)特性，對于提高學(xué)生的知識水平、培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維有著傳統(tǒng)教學(xué)無法比擬的優(yōu)勢。但運(yùn)用多媒體進(jìn)行教學(xué)不能完全拋棄傳統(tǒng)板書，尤其是“電磁場與電磁波”課程公式多，推導(dǎo)復(fù)雜，兩者應(yīng)有機(jī)結(jié)合起來，并把多媒體教學(xué)作為一種輔助教學(xué)手段。當(dāng)進(jìn)行公式的推導(dǎo)與分析時(shí)，應(yīng)采用板書為主要方式，學(xué)生容易對復(fù)雜公式理解和接受，同時(shí)又引導(dǎo)思路，而不是一頁幻燈片過去，學(xué)生不知道講解了什么。但在介紹一些抽象的概念時(shí)，利用多媒體技術(shù)和仿真技術(shù)制作的CAI課件相結(jié)合，把復(fù)雜抽象的內(nèi)容用生動形象的方式表達(dá)出來，圖文并茂，形象直觀，可以幫助學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解。

下面以介紹波導(dǎo)的場結(jié)構(gòu)教學(xué)為例，教師可以在教學(xué)過程中插入波導(dǎo)場結(jié)構(gòu)的動畫效果，其截圖如圖1，通過動畫效果演示不僅能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)波導(dǎo)的積極性和主動性，而且能夠鼓勵并引導(dǎo)學(xué)生的好奇心、求知欲、想象力、創(chuàng)新欲望和探索精神。

圖1 波導(dǎo)的場結(jié)構(gòu)

3.梳理知識系統(tǒng)，學(xué)會舉一反三

電磁場與電磁波解題困難，其主要原因是其求解過程不僅僅是一個(gè)數(shù)學(xué)問題，更主要是一個(gè)物理問題。只有把其中內(nèi)含的物理過程分析明白，運(yùn)用好數(shù)學(xué)知識，才能充分理解問題的實(shí)質(zhì)，找到正確的求解方法。對于大三學(xué)生來說，有必要增加對前面相關(guān)內(nèi)容的回顧，如矢量的通量、環(huán)量及矢量運(yùn)算等。在學(xué)習(xí)過程中，要加強(qiáng)前面知識的回顧和應(yīng)用，比如介紹動態(tài)位函數(shù)時(shí)，先回顧靜態(tài)場中位函數(shù)的引入、位函數(shù)滿足的方程、以及位函數(shù)的定義表達(dá)式以及應(yīng)用，進(jìn)而推導(dǎo)出動態(tài)位以及滯后位的相關(guān)理論，有利于學(xué)習(xí)的連貫性。又例如在介紹平面波時(shí)，結(jié)合波動方程分析平面波的傳播、入射和反射等波動特性等等。鼓勵學(xué)生在做具體的題目時(shí)，做完后反思這題所涉及的知識及能力要求符合教學(xué)大綱的哪一部分內(nèi)容，跳出題海戰(zhàn)術(shù)，學(xué)會舉一反三，更有助于加深學(xué)生對于電磁場與電磁波的認(rèn)識。

“電磁場與電磁波”課程難學(xué)難教，而掌握本課程的理論基礎(chǔ)知識，對電子信息工程與通信工程專業(yè)的學(xué)生來說又非常重要。我們將進(jìn)一步合理運(yùn)用新的教學(xué)手段，提高教學(xué)質(zhì)量，在理論教學(xué)中注意結(jié)合具體的應(yīng)用問題講述，鼓勵學(xué)生主動學(xué)習(xí)、積極思考。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫玉發(fā)，尹成友，郭業(yè)才等.電磁場與電磁波[M].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社,2006

[2]梁昌宏.關(guān)于電磁場理論的若干思考[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2005,1:22-24

第3篇：電磁波的實(shí)際應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá);無損檢測;混凝土;缺陷

Abstract: the working principle of the analysis of geological radar, familiar with the principle of geological radar data processing and interpretation, by some engineering foundation raft concrete defect master the practical application of geological radar, and compares with conventional detection methods, thus a more in-depth understanding of geological radar in the application of mass concrete defect detection.

Key words: geological radar; Nondestructive testing; Concrete; defects

中圖分類號：P412.25文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-2104(2013)

1引言：

地質(zhì)雷達(dá)(ground probing/penetrating radar，簡稱GPR)是一種新型地下探測與混凝土無損檢測設(shè)備。其主要原理就是用天線發(fā)射高頻電磁波，傳感器接受目標(biāo)介質(zhì)界面的反射波。電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁場分布與波形隨所穿透介質(zhì)的電性質(zhì)和幾何形態(tài)而變化。因此根據(jù)接收到波的雙程走時(shí)、波幅與波形資料的分析處理，可以推斷結(jié)構(gòu)內(nèi)部的實(shí)際狀態(tài)。雷達(dá)在工業(yè)與民用建筑無損檢測中的應(yīng)用主要包括混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸、鋼筋分布、空洞、裂縫、不密實(shí)度及其它隱蔽工程探測等方面，這些項(xiàng)目所要求探測深度一般在幾米內(nèi)，但要求分辨率較高。

2地質(zhì)雷達(dá)的工作原理：

地質(zhì)雷達(dá)利用無線電波檢測地下介質(zhì)分布和對不可見目標(biāo)或地下界面進(jìn)行掃描，以確定其內(nèi)部形態(tài)和位置，其理論基礎(chǔ)為高頻電磁波理論：高頻電磁波以寬頻帶短脈沖形式，通過發(fā)射天線被定向送入被測介質(zhì)，經(jīng)存在電性差異的目標(biāo)體或界面反射后返回并由接收天線接收。反射電磁波經(jīng)過一系列的處理和分析之后可以得到探測介質(zhì)的有關(guān)信息。其檢測原理如下圖所示。

圖1雷達(dá)探傷原理示意圖

地質(zhì)雷達(dá)在混凝土檢測中基本參數(shù)如下：「1

2.1電磁波旅行時(shí)間：

其中為檢測目標(biāo)體的埋深；為發(fā)射、接收天線間的距離（可忽略）；為電磁波在介質(zhì)中的傳播速度。

2.2電磁波在介質(zhì)中的傳播速度：

其中為電磁波在真空中傳播速度（0.29979m/ns）;為介質(zhì)的相對介電常數(shù)，為介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率（一般為1）。

2.3電磁波反射系數(shù)：

電磁波在介質(zhì)傳播過程中，當(dāng)遇到介電常數(shù)存在明顯差異的現(xiàn)象時(shí)，電測波產(chǎn)生的反射和透射能量的分配主要與異常變化界面的電磁波反射系數(shù)有關(guān)：

其中為第一層介質(zhì)的相對介電常數(shù)；為第二層介質(zhì)的相對介電常數(shù)。

由此可知,界面兩側(cè)介質(zhì)電磁特性差異越大，反射波幅越強(qiáng)；波從介電常數(shù)大的介質(zhì)進(jìn)入介電常數(shù)小的介質(zhì)時(shí)，反射系數(shù)為正，反射波振幅與入射波同向；反之，反射系數(shù)為負(fù)，反射波振幅為反向。從反射波振幅和相位上可以判定反射界面兩側(cè)介質(zhì)的性質(zhì)。

本次檢測涉及的介質(zhì)為空氣、混凝土、鋼筋，幾種介質(zhì)物性存在明顯差異，其形成的反射是地質(zhì)雷達(dá)檢測的基本前提。

2.4地質(zhì)雷達(dá)記錄時(shí)間和勘察深度的關(guān)系：

其中為檢測目標(biāo)體的埋深；為雷達(dá)記錄時(shí)間。

3資料處理：

地質(zhì)雷達(dá)(GPR)數(shù)據(jù)處理是地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用過程中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，由于混凝土各組成成分對電磁波不同程度的吸收和反射，以及本身的不均勻性等，使得雷達(dá)脈沖回到接收天線時(shí)波幅減小，波形也與原始發(fā)射波形有較大的變化。另外，不同程度的各種干擾和隨機(jī)噪聲，也歪曲了實(shí)測數(shù)據(jù)。因此，必須對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理工作，以改善數(shù)據(jù)資料，為最終地質(zhì)解釋提供清晰可辨的雷達(dá)探測圖像。數(shù)據(jù)處理的一般流程如下：

圖2 資料處理流程示意圖

4資料解釋原則：

對雷達(dá)剖面圖像進(jìn)行解釋的基礎(chǔ)是提取反射目標(biāo)，只要被測介質(zhì)中存在電性差異，就可以在雷達(dá)剖面中找到相應(yīng)的反射波，根據(jù)相鄰道上反射波的對比，把不同道上同一個(gè)反射波的同相相位“連接”起來形成“同相軸”。地質(zhì)雷達(dá)資料解釋依據(jù)主要是雷達(dá)波同相軸的連續(xù)性和波形的變化、相位的變化。

5混凝土缺陷檢測：

因甲方對某工程筏板基礎(chǔ)混凝土澆筑質(zhì)量存在懷疑，特委托我公司檢測該筏板基礎(chǔ)混凝土是否存在空洞、氣泡、不密實(shí)、鋼筋位移等缺陷，并指出缺陷的具置以及大小，我公司采用地質(zhì)雷達(dá)對該筏板進(jìn)行無損探測。

現(xiàn)場檢測前應(yīng)了解探測目標(biāo)體與其所在環(huán)境條件，例如目標(biāo)體深度、尺度、要求分辨率、目標(biāo)體電性與周圍介質(zhì)電性以及現(xiàn)場環(huán)境是否存在大體積金屬構(gòu)件或電磁波反射界面等，這些是確定雷達(dá)測試能否進(jìn)行以及選擇雷達(dá)配置與參數(shù)的重要因素。

5.1測量儀器：本次檢測采用的是SIR-20型地質(zhì)雷達(dá)（美國GSSI公司），數(shù)據(jù)存儲為為外接筆記本。

5.2天線選擇：天線中心頻率的選擇需要兼顧目標(biāo)深度、目標(biāo)最小尺度、分辨率要求及場地條件等因素，「2選用1.5GHz屏蔽天線（美國GSSI公司）。

5.3測線布置：本次被測目標(biāo)為筏板，測試應(yīng)按網(wǎng)格狀布置，為避免漏測，測線間距應(yīng)小于被測缺陷水平尺度，依據(jù)預(yù)計(jì)缺陷大小，采用0.5m×0.5m網(wǎng)格。

5.4測試方式：本次檢測采用剖面法，即發(fā)射天線和接收天線以固定間隔沿測線同步移動，移動過程中，得到由一個(gè)個(gè)記錄組成的剖面圖，橫坐標(biāo)為天線走程，縱坐標(biāo)為由雷達(dá)脈沖“雙程走時(shí)”換算來的目標(biāo)深度。為更好地對目標(biāo)體界面進(jìn)行連續(xù)追蹤，采用連續(xù)采樣。

5.5資料解釋：當(dāng)混凝土密實(shí)時(shí)，反射波衰減速度基本一致，波振幅比較均一、同相軸比較連續(xù)?；炷撩軐?shí)或沒有空腔時(shí)，地質(zhì)雷達(dá)不會有特別強(qiáng)的反射信號，雷達(dá)圖像中表現(xiàn)為無多次波（圖3a）；

圖3a正常筏板混凝土 圖3b 存在帶狀氣泡筏板混凝土

當(dāng)混凝土內(nèi)部出現(xiàn)裂縫時(shí)，裂縫處由于空氣的存在反射波衰減速度較慢，在圖像上會顯示同相軸錯斷的特征。同理，混凝土內(nèi)部出現(xiàn)空腔或氣泡時(shí)，圖像上會顯示出同相軸局部錯斷的形態(tài)，地質(zhì)雷達(dá)會有明顯的強(qiáng)反射信號（圖3b、圖3c）；

圖3c 有空洞筏板混凝土圖3e 不密實(shí)筏板混凝土

當(dāng)混凝土不密實(shí)時(shí)，反射信號同相軸呈繞射弧形，且不連續(xù)，較分散（圖3e）；

當(dāng)混凝土內(nèi)部有鋼筋且鋼筋走向和雷達(dá)天線移動方向垂直時(shí)，則在圖像上會顯示出大的圓弧特征（圖3f）。若鋼筋走向與天線移動方向平行，則會顯示出波形粗黑的特征（圖3g）。

圖3f鋼筋垂直天線方向 圖3g鋼筋平行天線方向

5.6檢測結(jié)果：該工程多處筏板距表皮10～20mm范圍內(nèi)存在帶狀氣泡，局部位置存在空洞及疏松，但未發(fā)現(xiàn)裂縫。鋼筋間距及保護(hù)層厚度比較均勻，與設(shè)計(jì)值無較大偏差。

6比對試驗(yàn)：

采用微破損試驗(yàn)與地質(zhì)雷達(dá)探測缺陷結(jié)果進(jìn)行比對，依據(jù)雷達(dá)檢測結(jié)果現(xiàn)場鉆取芯樣，經(jīng)觀測，空洞、不密實(shí)位置及幾何形態(tài)與雷達(dá)檢測結(jié)果基本相符，氣泡位置及分布與雷達(dá)探測結(jié)果相同。采用鋼筋測定儀對鋼筋位置進(jìn)行檢測并配合現(xiàn)場剔鑿驗(yàn)證，結(jié)果與地質(zhì)雷達(dá)檢測結(jié)果基本相符。這就充分驗(yàn)證了地質(zhì)雷達(dá)檢測大體積混凝土準(zhǔn)確性。

7結(jié)語：

相對于鉆芯法、電磁感應(yīng)法，雷達(dá)法是一種新興的無損檢測技術(shù)。其具有對混凝土穿透力強(qiáng)、探測深度大等優(yōu)勢，并且可通過改變頻率來實(shí)現(xiàn)探測深度和分辨率的調(diào)換。所發(fā)射雷達(dá)波具有極化特性，可以確定缺陷的形狀、位置及走勢，且成像迅速連續(xù)、結(jié)果易于保存，更擅于直觀、快速和實(shí)時(shí)的完成大體積混凝土的檢測。因此，雷達(dá)技術(shù)在工程中的應(yīng)用對結(jié)構(gòu)檢測的發(fā)展與創(chuàng)新是有意義的。

參考文獻(xiàn)

第4篇：電磁波的實(shí)際應(yīng)用范文

主要分析研究的是探地雷達(dá)技術(shù)及其應(yīng)用，通過闡述探地雷達(dá)技術(shù)的理論基礎(chǔ)、解釋原理及發(fā)展歷程等基本內(nèi)容，結(jié)合采礦工程的實(shí)際要求，探究在采礦工程中探地雷達(dá)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究人員提供重要的參考資料。

關(guān)鍵詞：

采礦工程；探地雷達(dá)技術(shù)；應(yīng)用

0引言

中國幅員遼闊、地大物博，擁有眾多地下資源，其中豐富的礦產(chǎn)資源一直是中國社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中最為重要的一種資源，是中國實(shí)現(xiàn)長久穩(wěn)定發(fā)展和繁榮富強(qiáng)壯大的基石，因此采礦工程正在中國各地如火如荼地開展建設(shè)當(dāng)中。而其中至關(guān)重要的一項(xiàng)技術(shù)即為探地雷達(dá)技術(shù)，通過使用該項(xiàng)技術(shù)能夠幫助采礦工程更加準(zhǔn)確地了解周邊巖層情況及地質(zhì)環(huán)境，同時(shí)還能夠有效檢測整體工程質(zhì)量，在此背景之下，研究探地雷達(dá)技術(shù)在在礦工程中的應(yīng)用具有極其重要的研究價(jià)值。

1探地雷達(dá)技術(shù)的簡要概述

1.1發(fā)展歷程

探地雷達(dá)技術(shù)最早誕生于20世紀(jì)初期，由兩位德國籍科學(xué)家Letmbach、Lowy首次提出，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展之后，探地雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)初具雛形，并且開始應(yīng)用于包括冰層和巖鹽等介質(zhì)當(dāng)中，但此時(shí)該項(xiàng)技術(shù)具有明顯的局限性，即只能運(yùn)用在電磁波吸收非常弱的介質(zhì)當(dāng)中。直到20世紀(jì)70年代中后期，在電子技術(shù)的誕生及迅速發(fā)展之下，探地雷達(dá)技術(shù)與現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)處理技術(shù)相結(jié)合，其實(shí)際應(yīng)用范圍得到空前擴(kuò)大，除了可以運(yùn)用在電磁波吸收弱的介質(zhì)當(dāng)中之外，還可以用于土層、煤層等介質(zhì)中，其實(shí)際運(yùn)用范圍涉及考古、巖石勘探、工程及建筑物內(nèi)部勘探甚至是礦產(chǎn)資源探測當(dāng)中。在20世紀(jì)80、90年代探地雷達(dá)技術(shù)被引入中國以來，經(jīng)過廣大科學(xué)研究工作人員多年的共同努力，探地雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)被廣泛運(yùn)用在采礦工程當(dāng)中并取得了良好的成效。

1.2理論基礎(chǔ)

探地雷達(dá)技術(shù)其實(shí)是一種依靠彈性波傳播理論，是對于地下介質(zhì)，對超高頻短脈沖電磁波傳播規(guī)律進(jìn)行深入研究的技術(shù)。這主要是由于位移電流在地質(zhì)介質(zhì)當(dāng)中占據(jù)著至關(guān)重要的地位，而介質(zhì)的介電性質(zhì)幾乎可以直接影響甚至決定頻散較少的高頻寬頻電磁波的傳播速度，而這與彈性波傳播理論具有極高的相似性，二者均嚴(yán)格遵循波動方程，只不過在變量方面存在些許不同的物理差異，但電磁波和彈性波之間具有相同的形式，因此結(jié)合合成波的原理可以將脈沖電磁波解構(gòu)成為若干頻率存在差異的正弦電磁波，也就是說正弦波傳播理論及特征是探地雷達(dá)技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)[1]。

1.3解釋原理

無論是在哪一種應(yīng)用范圍內(nèi)，使用探地雷達(dá)技術(shù)的根本目標(biāo)就是得到最終的地質(zhì)解釋資料，而這需要建立在拾取反射波的基礎(chǔ)之上。對電磁波組標(biāo)志進(jìn)行有效識別則是與波形特征等具有緊密聯(lián)系。在介質(zhì)中進(jìn)行傳播活動時(shí)，電磁波組的傳播路徑，包括電磁場的具體強(qiáng)度、波形等將會隨之發(fā)生變化，此時(shí)運(yùn)用探地雷達(dá)技術(shù)能夠以剖面圖的形式對位于反射波組當(dāng)中的同相軸進(jìn)行追蹤和表現(xiàn)，進(jìn)而判斷出地層是否存在斷裂情況，最后依據(jù)真實(shí)可靠的地質(zhì)鉆探資料，明確反射波組當(dāng)中蘊(yùn)含的真實(shí)地質(zhì)含義，形成基于整個(gè)探測區(qū)角度下的成果圖將會成為采礦工程設(shè)計(jì)的重要參考資料。

2探地雷達(dá)技術(shù)在采礦工程中的具體應(yīng)用

2.1對巷道圍巖松動圈進(jìn)行探測

中國在經(jīng)過漫長的研究發(fā)展歷程后，對巷道圍巖松動圈支護(hù)理論進(jìn)行不斷豐富和完善，并且與探地雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行充分結(jié)合，最終使得其能夠熟練靈活運(yùn)用在采礦工程尤其是探測巷道圍巖松動圈工作當(dāng)中。但值得注意的是，確定巷道圍巖松動圈的初始值是完成這一工作的核心與關(guān)鍵，直接決定著對巷道圍巖松動圈進(jìn)行探測的成功與失敗。在過去工作人員通常會選擇使用超聲波探測技術(shù)、鉆粉法、位移計(jì)法等各種方式進(jìn)行探測，但無論是哪一種方法均會對巷道圍巖造成不同程度的破壞，無法保證圍巖能夠始終保持其原始狀態(tài)，而這將直接導(dǎo)致探測松動圈終值的準(zhǔn)確性、精密性大大降低，甚至最終影響整個(gè)采礦工程的質(zhì)量。而使用探地雷達(dá)技術(shù)之后，通過配置超過200Hz的高頻天線，通常情況下在不超過10m的探測深度范圍內(nèi)可以將精度控制在5cm以內(nèi)，同時(shí)不會對巷道圍巖造成任何損壞[2]。比如在采礦工程中，通過應(yīng)用探地雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行直接探測，發(fā)現(xiàn)在大約200m多的圍巖深處中顯示存在一條強(qiáng)烈的反射回波信號，在對電磁波組同相軸進(jìn)行追蹤之后發(fā)現(xiàn)存在層狀起伏，表明該界面當(dāng)中電磁波正由弱到強(qiáng)進(jìn)行變化，而到215m范圍內(nèi)的圍巖雷達(dá)波無規(guī)律，能夠清楚地看到有較大裂隙，代表此位置為破碎區(qū)。在此基礎(chǔ)上工作人員能夠明確巷道圍巖松動圈厚度，并以此為根據(jù)指導(dǎo)設(shè)計(jì)巷道支護(hù)。

2.2對巖石的位置厚度進(jìn)行探測

在計(jì)算礦體儲量及評估該礦可采程度工作當(dāng)中需要確定煤層當(dāng)中待采礦層厚度及開采放頂煤時(shí)頂煤厚度，與此同時(shí)，需要準(zhǔn)確了解開采空間與如奧灰等重要巖層的相對位置關(guān)系，這也是保障開采工作能夠順利安全完成的必要條件。在A煤礦當(dāng)中有三個(gè)鉆孔，通過分析可以得知由于受到爆破及巖層自身裂隙發(fā)育等影響，可以從圖1當(dāng)中看出整體的雷達(dá)圖像并未呈現(xiàn)出明顯的規(guī)整性波形，反而給人一種雜亂無章的感覺；另外，探測圖顯示出煤層剖面呈現(xiàn)起伏形態(tài)，并且存在大概11cm～12cm厚的偽頂。偽頂雖然和煤層性質(zhì)近乎一樣，但是其厚度要遠(yuǎn)小于煤層，并且雷達(dá)波不會顯示出分層現(xiàn)象。而煤層下方是砂巖，工作人員通過探地雷達(dá)技術(shù)探測的采礦區(qū)煤層具置及厚度之后，便可以繪制出相應(yīng)的等厚線圖，作為設(shè)計(jì)采礦區(qū)開采的重要指導(dǎo)。

2.3對地質(zhì)實(shí)際構(gòu)造等進(jìn)行探測

由于真實(shí)的開礦現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，經(jīng)常會發(fā)生各種各樣的地質(zhì)異常情況，如斷層、礦層沖刷、陷落柱等，假如此時(shí)在確定位置或在搜尋礦體的工作當(dāng)中使用巷探、鉆探等技術(shù)方法，不僅無法有效節(jié)約時(shí)間，節(jié)省人力與物力，甚至有可能影響工作的安全性，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)。而使用探地雷達(dá)技術(shù)則能夠有效解決這一問題，一般情況下在不超過100m的范圍內(nèi)，探地雷達(dá)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無損探測，即在探測過程中幾乎不會對地質(zhì)構(gòu)造等造成任何損害，這對于在探測地質(zhì)構(gòu)造當(dāng)中可能存在水害等安全隱患時(shí)將有效保障其安全性。在此基礎(chǔ)之上，工作人員除了能夠得到比較理想的探測參數(shù)，還可以以此為依據(jù)參數(shù)對斷層的位置、走向等進(jìn)行合理推斷，從而進(jìn)一步提升采礦工程的質(zhì)量。

2.4探測采空區(qū)及含水情況

所謂采空區(qū)具體來說指的是在天然的地質(zhì)運(yùn)動或人工挖掘后，地表會在下面形成或大或小的“空洞”，即人們通常意義上的采空區(qū)。而采空區(qū)對于采礦工程來說是一個(gè)比較巨大的安全隱患，稍有不慎，采礦所需的機(jī)械設(shè)備甚至是工作人員將極有可能墜落在采空區(qū)當(dāng)中，進(jìn)而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此在采礦工程當(dāng)中應(yīng)用探地雷達(dá)技術(shù)可以對采空區(qū)進(jìn)行有效探測，避免此類事故的發(fā)生。在A礦區(qū)當(dāng)中由于前人的多次挖采導(dǎo)致在淺部煤層當(dāng)中出現(xiàn)了一個(gè)非常明顯的采空區(qū)。通過圖像顯示，大約在0m～16m的位置處存在明顯異常，而大約在910m深度的位置處還出現(xiàn)不太完整的雙曲線形態(tài)圖，這種波形的出現(xiàn)代表著穹形空洞；而在觸底后波幅逐漸增加，但是很快隨著不斷增加的深度，波幅迅速減小直至消失。因此最終顯示出的成果圖能夠準(zhǔn)確反映出在該采空區(qū)當(dāng)中蘊(yùn)含豐富的水及淤泥等物質(zhì)，并且吸收了大量電磁波能量。

3結(jié)語

通過研究論述可以得知，基于電磁波理論下產(chǎn)生的探地雷達(dá)其實(shí)就是一種將地質(zhì)資料作為重要參考，尤其適合用于弱磁介質(zhì)為主的采礦工程項(xiàng)目中的一項(xiàng)探測技術(shù)。通過運(yùn)用探地雷達(dá)技術(shù)可以在最大程度上保護(hù)圍巖的基礎(chǔ)之上對其進(jìn)行探測，并保持較高的精準(zhǔn)度；另外還可以在一定范圍內(nèi)有效探測確定礦層的厚度、位置等基本資料，并直接探測出斷層的走向；對于采空區(qū)中的地下空洞等也可直接進(jìn)行探測，從而真實(shí)了解到實(shí)際含水情況，對整體的填充質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)評估，以此檢驗(yàn)采礦工程的整體質(zhì)量。鑒于探地雷達(dá)技術(shù)擁有眾多優(yōu)勢功能，因此在未來采礦工程當(dāng)中還需要多多運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)，并積極進(jìn)行探索研究，以便能夠進(jìn)一步擴(kuò)大探地雷達(dá)技術(shù)的使用范圍。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉傳孝，楊永杰，蔣金泉.探地雷達(dá)技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，1998(6)：102-104.

第5篇：電磁波的實(shí)際應(yīng)用范文

[關(guān)鍵詞]探測；地質(zhì)災(zāi)害；防患；促進(jìn)

中圖分類號：F416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）05-0311-01

前言

文章首先通過對綜合物探方法進(jìn)行概述，分析了其在地質(zhì)災(zāi)害中發(fā)揮的重要作用，對綜合物探技術(shù)中的地震橫波反射勘探、地質(zhì)映像、地質(zhì)雷等達(dá)幾個(gè)方面進(jìn)行概述。其次，根據(jù)對實(shí)際應(yīng)用的調(diào)查，分析了綜合物探技術(shù)中各個(gè)因素的應(yīng)用情況，據(jù)了解，單一的探測形式不能夠滿需探測的需求，利用綜合物探能夠有針對想的、綜合性的進(jìn)行探測，不僅能夠探測淺部地區(qū)，對于深部地區(qū)也能夠進(jìn)行探測，為地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查提供了大量準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。本文結(jié)合實(shí)際案例，研究了地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中物探技術(shù)的運(yùn)用情況，通過多種方法的探測結(jié)果表明，綜合物探方法對于地質(zhì)災(zāi)害的探測具有高效性、準(zhǔn)確性，能夠發(fā)揮各個(gè)探測技術(shù)的優(yōu)質(zhì)，解決地質(zhì)勘查中地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查。

1 綜合物探方法

1.1 地震橫波反射勘探

橫波勘探起步較早，但應(yīng)用較少。近些年來，隨著淺層探測任務(wù)的增多，對淺層勘探的分辨率要求越來越高，橫波勘探才得以廣泛應(yīng)用。由于橫波頻率低、速度低、波長短，對地層的分辨率高，而且不受地層含水的影響，因此適合于對近地表地質(zhì)體及各種地質(zhì)災(zāi)害的探測。橫波反射勘探技術(shù)與縱波反射勘探技術(shù)的基本原理相似，都是利用不同介質(zhì)之間波阻抗的差異來探測地層內(nèi)的異常地質(zhì)體。野外施工和資料處理手段也基本一樣，均采用多次覆蓋的野外施工技術(shù)和多次疊加的資料處理方法。

1.2 地震映象技術(shù)

地震映像技術(shù)是新興的一種探測技術(shù)，根據(jù)偏移距離進(jìn)行探測，其優(yōu)點(diǎn)在于操作簡單、易于施工、抗干擾及較強(qiáng)的分辨率，使用范圍為淺層地質(zhì)，包括江、湖、河等淺層區(qū)域，在淺層勘探中使用普遍。地震映像技術(shù)的產(chǎn)生，使探測技術(shù)變?yōu)楹唵?，并且提高了工作效率，使地震映像技術(shù)得到推廣和使用。

1.3 地質(zhì)雷達(dá)

地質(zhì)雷達(dá)是利用高頻電磁波（工作頻率10MHz～2GHz）以寬頻帶短脈沖形式，由地面通過發(fā)射天線送入地下，經(jīng)地層或目的物反射后返回地面，為另一接收天線所接收。電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁波強(qiáng)度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化。因此，根據(jù)接收到的波的旅行時(shí)間（亦稱雙程走時(shí)）、幅度與波形資料，通過圖像處理和分析，可確定地下地層界面或目標(biāo)體的空間位置和結(jié)構(gòu)。

1.4 井間電磁波層析成像（CT）

井間電磁波層析技術(shù)是利用井間透射電磁波測量數(shù)據(jù)，依照一定的物理和數(shù)學(xué)關(guān)系通過計(jì)算機(jī)技術(shù)揭示物體內(nèi)部物理量的分布，最后以圖像的形式表現(xiàn)結(jié)果。電磁波實(shí)際測量的研究是波動過程沿射線路徑對介質(zhì)吸收系數(shù)的積分結(jié)果，當(dāng)同一平面內(nèi)密集的平行射線簇對研究區(qū)域進(jìn)行了全方位掃描后，便可把所有的投影函數(shù)依Radon反變換的關(guān)系組成方程組，經(jīng)反演計(jì)算重建出介質(zhì)吸收系數(shù)的二維分布圖像。電磁波CT容易實(shí)現(xiàn)特定工作頻率的發(fā)射和接收，野外觀測方便，成本低廉，適用于對精細(xì)構(gòu)造和電阻率差異大的目標(biāo)體探測。電磁波CT以其分辨率高、反演結(jié)果可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在地殼淺部地質(zhì)災(zāi)害（溶洞、空洞、裂隙等）和地質(zhì)構(gòu)造探查中具有廣泛的用途。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 地震橫波

圖1為某工程場地橫波反射t0時(shí)間剖面圖。根據(jù)該場地周圍地質(zhì)鉆探結(jié)果，在場地附近存在一條古河道，古河道的埋深約在20～30m的范圍內(nèi)，并且有可能從場地內(nèi)通過。為了查清古河道通過場地的位置、埋藏深度及其形態(tài)，為未來建筑物的布局及設(shè)計(jì)提供資料，擬采用高分辨率橫波反射地震勘探的方法。為了提高激發(fā)頻率，拓寬激發(fā)頻帶寬度，采用錘擊的方法，獲得了高主頻、寬頻帶的橫波地震記錄。從圖1中可以看出，沿測線地下地層成層性較好，在0～300ms的深度范圍內(nèi)主要存在2組反射震相，其中第一組（40ms左右）為第四系內(nèi)部地層反射波，連續(xù)性較好，相對起伏變化不大，表明該地層基本呈水平展布。第二組（140～220ms）為古河道及兩岸附近地層的反射波，連續(xù)性較好，但相對起伏變化較大，該組波的起伏形態(tài)充分反映了古河道的橫斷面形態(tài)。從圖中古河道的形態(tài)可以看出，古河道的底部埋深為28m左右，視寬度約為130m，是一條范圍較大的古河道。圖1 橫波t0時(shí)間剖面

2.2 地震映象技術(shù)

圖2為某大橋地震映象探測結(jié)果。由上圖顯示出，水下地層反射震相豐富，上部層位較多，震相清晰，連續(xù)性好；下部震相模糊，難以連續(xù)追蹤，反映了上部淤泥、殘積土的層狀沉積特征和下部花崗巖的塊狀結(jié)構(gòu)特征。下圖地質(zhì)解釋表明，該剖面地層自上到下主要有淤泥、淤泥質(zhì)土、殘積土、強(qiáng)―中風(fēng)化花崗巖和微風(fēng)化花崗巖。其中殘積土在剖面中、右部存在而在左部尖滅消失，這與該區(qū)的地質(zhì)地貌特征有關(guān)。水底地層呈現(xiàn)兩端高，中間低形態(tài)，表現(xiàn)地震映象剖面下地層的沉積特征。

2.3 地質(zhì)雷達(dá)

圖3 天荒坪水庫上庫地裂地縫地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果a―THP-Ⅲ線探測剖面；b―THP-Ⅳ線探測剖面該水庫庫底結(jié)構(gòu)為0.18m的瀝青面層，0.30m的砂石層，其下為墊層。圖3（THP-Ⅲ測線）中深度0.18m和0.50m存在2組電磁波能量很強(qiáng)的反射層，分別對應(yīng)瀝青層和砂石層。橫向在樁號5.0m和15.0m有2條裂縫（F2，F(xiàn)1）貫穿結(jié)構(gòu)層，傾斜方向大致向東。裂縫F1向下在砂石層內(nèi)呈散射狀分為3條。裂縫間結(jié)構(gòu)塊均有凹陷現(xiàn)象。圖3b所示的THP-Ⅳ測線與THP-Ⅲ測線平行。從圖中可以看到貫穿結(jié)構(gòu)層的裂縫F1及其分支仍然存在，但水平位置偏移至樁號11.0m左右，傾斜方向轉(zhuǎn)向西。樁號5.0m處的裂縫F2向上僅延伸至瀝青層底部，傾斜方向也轉(zhuǎn)向西。

3 結(jié)束語

目前，我國地質(zhì)災(zāi)害情況出現(xiàn)頻繁，且國家對其重視也逐漸加深。經(jīng)過以上分析，在地質(zhì)勘探技術(shù)中，單一的勘探技術(shù)不能滿足地質(zhì)災(zāi)害復(fù)雜性的探測亞要求，其具有多樣性、分布地區(qū)范圍廣、地質(zhì)災(zāi)害類型不同等特點(diǎn)。因此，只有采用綜合物探方法，才能夠?qū)崿F(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的勘探。綜合物探方法將各個(gè)勘探方法相結(jié)合，具有各類探測技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，將其結(jié)合，在地質(zhì)災(zāi)害的勘測中發(fā)揮重要作用。但是，目前綜合物探還沒有大量的應(yīng)用，主要是由于其起步晚，剛剛處于發(fā)展階段，及探測技術(shù)與方法中仍然存在著一些不足之處，有待完善及思考。綜合物探技術(shù)的應(yīng)用，不僅為地質(zhì)災(zāi)害才勘察工作提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合各個(gè)探測技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，提高了探測效率。

參考文獻(xiàn)

第6篇：電磁波的實(shí)際應(yīng)用范文

【關(guān)鍵詞】 計(jì)量認(rèn)證 物探 儀器 自檢方法

前言

中華人民共和國計(jì)量法規(guī)定，一切為社會提供公證數(shù)據(jù)的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)（單位），必須經(jīng)省級以上人民政府計(jì)量行政部門對其計(jì)量檢定、測試的能力和可靠性考核合格。這就要求從事產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)的機(jī)構(gòu)（單位）必須進(jìn)行計(jì)量認(rèn)證，并取得計(jì)量認(rèn)證合格證后，方能開展產(chǎn)品質(zhì)量的檢驗(yàn)工作。而計(jì)量認(rèn)證的主要內(nèi)容是：①計(jì)量檢定、測試儀器設(shè)備的性能；②計(jì)量器具的工作環(huán)境；③考核檢測人員的素質(zhì)；④保證量值統(tǒng)一、準(zhǔn)確的措施及檢測數(shù)據(jù)公正可靠的管理制度。由此可見，由于在產(chǎn)品質(zhì)量檢測中所使用的計(jì)量器具品種繁多，只有對這些計(jì)量器具進(jìn)行檢定、校驗(yàn)或檢驗(yàn)且合格后，才能保證所用計(jì)量器具的量值準(zhǔn)確可靠、性能完好，從而保證了檢驗(yàn)結(jié)果的正確，即可實(shí)現(xiàn)全國范圍內(nèi)的檢驗(yàn)結(jié)果具有統(tǒng)一可比性。這說明產(chǎn)品質(zhì)量檢測是一項(xiàng)以數(shù)據(jù)說話，數(shù)據(jù)面前人人平等的公證性工作，培養(yǎng)和造就高素質(zhì)上水平的檢測隊(duì)伍，選擇切實(shí)可行的檢測手段，使用先進(jìn)可靠的檢測設(shè)備，制訂完善的質(zhì)量保證體系，是保證檢測工作質(zhì)量的重要方面。而儀器設(shè)備滿足檢測技術(shù)要求、檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，又是全部檢測工作質(zhì)量的基礎(chǔ)保證。對于計(jì)量器具的檢定可分為強(qiáng)制檢定和自行定期檢定，而物探儀器多屬于專用計(jì)量器具一類，所以一般以自檢為主，為此就要首先選擇并制訂“物探儀器自檢方法及操作規(guī)程”以滿足物探儀器定期自檢的要求。本文就是基于此點(diǎn)，與計(jì)量檢定同行共同探討儀器自檢方法的選擇問題，鑒于水平所限，不妥之處敬請指正。

自檢方法

物探儀器設(shè)備的計(jì)量檢定一般無現(xiàn)成校驗(yàn)規(guī)程可循，此時(shí)應(yīng)按照計(jì)量認(rèn)證考核合格的自編校驗(yàn)方法或者應(yīng)用對比的方法進(jìn)行校準(zhǔn)。而自編的校驗(yàn)方法是對計(jì)量器具受檢項(xiàng)目進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，所規(guī)定的具體操作方法和步驟，它應(yīng)具備明確、科學(xué)、具體、簡便、實(shí)用、可操作的一般原則，且所用公式及其使用常數(shù)和系數(shù)都必須有可靠的依據(jù)或來源。

1. 彈性波類儀器自檢方法

該類儀器可選用空氣縱波速度標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)測空氣縱波速度值對比的方法進(jìn)行自行定期檢驗(yàn)。具體操作如下：

1.1將拾震器及波源發(fā)生器按一定的間距一字排開并置于空氣中，通過觀測儀器記錄空氣中拾震器所接收的由波源發(fā)生器產(chǎn)生的震動波。

1.2以拾震器到波源發(fā)生器之間的一系列間距為橫坐標(biāo)，空氣中縱波傳播旅行時(shí)為縱坐標(biāo)繪制“時(shí)——距”曲線，并按最小二乘法求出實(shí)測空氣中的縱波傳播速度（Vc）。

1.3計(jì)算空氣縱波速度標(biāo)準(zhǔn)值Vo，

TO為校驗(yàn)時(shí)大氣溫度（℃）

1.2計(jì)算空氣縱波速度標(biāo)準(zhǔn)值Vo和空氣縱波速度測量值Vc之間的相對誤差δ。

1.5判定標(biāo)準(zhǔn)：δ≤±0.5%，即認(rèn)為合格，反之則認(rèn)為不合格。

此類儀器還可以用標(biāo)準(zhǔn)鋼棒、純水的縱波速度作為對比標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自檢，但這些方法均較空氣縱波速度的自檢方法相對煩瑣或困難。

2. 直流電法類儀器自檢方法

2.1該類儀器自行定期檢驗(yàn)可按《水利水電工程物探規(guī)程》中有關(guān)規(guī)定，首先對該儀器在同一測點(diǎn)、同一電位差兩次觀測數(shù)據(jù)的相對誤差進(jìn)行檢驗(yàn)，同時(shí)滿足①1～3mV測程：相對誤差小于3%；②大于4mV測程：相對誤差小于1.5%，即為合格，此后再按下列方法進(jìn)行自檢。

2.2實(shí)測純水和已兌制不同礦化度水溶液（如NaCl溶液）電阻率值。實(shí)際應(yīng)用表1時(shí)，由于礦化度較高時(shí)（如礦化度≥10g/l），水溶液的電阻率較小，難以測試，且誤差較大。所以一般取水溶液的礦化度范圍為0～1.0g/l即可滿足自檢要求。

2.3計(jì)算水溶液單一礦化度時(shí)表1中標(biāo)準(zhǔn)電阻率與實(shí)測電阻率之間的相對誤差。

ρo為標(biāo)準(zhǔn)值；ρc為實(shí)測值。

2.4計(jì)算n個(gè)礦化度水溶液的觀測均方誤差M。

2.5判定標(biāo)準(zhǔn)：M≤±3.5%，即認(rèn)為合格，反之則認(rèn)為不合格。

此類儀器設(shè)備還可以用標(biāo)準(zhǔn)電阻等作為對比標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校驗(yàn)，但標(biāo)準(zhǔn)電阻也要進(jìn)行定期強(qiáng)制檢驗(yàn)，故一般不予采用。需要說明的是此類儀器的自行校驗(yàn)還是比較煩瑣的，實(shí)測時(shí)也較困難，不知同行有無簡便明了的自校方法，可以探討和共享。我注意到有的公司采用一臺儀器在同一測點(diǎn)的二次測量結(jié)果進(jìn)行對比校驗(yàn)是不科學(xué)的，因?yàn)槿绻撆_儀器存在系統(tǒng)誤差時(shí)，一般不易通過自檢查出該儀器存在的問題，應(yīng)引起注意。

3. 地質(zhì)雷達(dá)儀器自檢方法

該類儀器可選用空氣電磁波速度標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)測空氣電磁波速度值對比自行定期檢驗(yàn)的方法來實(shí)施。具體如下：

3.1選擇一處空曠的地方，其周圍一定范圍內(nèi)應(yīng)無金屬導(dǎo)線、塊體等良導(dǎo)體類物質(zhì)，在適當(dāng)位置豎立放置一定面積的金屬板（如鐵板、鋼板等）。

3.2在金屬板面中垂線方向的一定距離處設(shè)置地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射天線和接收天線。

3.3觀測并記錄電磁波通過空氣遇金屬板后反射的雷達(dá)波形圖。

3.4由原始記錄的雷達(dá)波形圖，讀取金屬板反射的雙程歷時(shí)t，進(jìn)而計(jì)算空氣電磁波傳播速度Cc。

d為天線至金屬板之間的距離。

3.5根據(jù)空氣電磁波速度標(biāo)準(zhǔn)值（Co=0.3m/ns），計(jì)算空氣電磁波速度標(biāo)準(zhǔn)值Co和空氣電磁波速度測量值Cc之間的相對誤差值β。

3.6判定標(biāo)準(zhǔn)：β≤±0.5%，即認(rèn)為合格，反之則認(rèn)為不合格。

此類儀器還可以用標(biāo)準(zhǔn)延時(shí)光纖等時(shí)基延遲作為對比標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自檢，但其延時(shí)光纖的標(biāo)準(zhǔn)傳輸數(shù)據(jù)及其長度應(yīng)經(jīng)過嚴(yán)格的定期強(qiáng)檢，才能使用，采用時(shí)應(yīng)予注意。

結(jié)束語

第7篇：電磁波的實(shí)際應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞： 《電磁場與電磁波》 教學(xué)改革 云空間

1.引言

計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)的快速發(fā)展推動了經(jīng)濟(jì)和社會的不斷進(jìn)步，通信與網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為社會生活一個(gè)重要的組成部分，一旦離開網(wǎng)絡(luò)和通信，人們幾乎不知要如何工作。作為向社會提供優(yōu)秀的通信人才的高校，計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)的融合體的通信工程，目前已經(jīng)成為高等學(xué)校一個(gè)非常的重要和熱門的專業(yè)之一，其畢業(yè)生具備計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)專業(yè)相關(guān)的工程技術(shù)的知識和研發(fā)的能力，社會需求量非常巨大，就業(yè)前景廣闊。

作為通信工程專業(yè)的主干課程――《電磁場與電磁波》，是在電路基礎(chǔ)等課程的基礎(chǔ)上深入學(xué)習(xí)無線通信、光纖通信等領(lǐng)域的重要科目，是一門理論與工程性、實(shí)踐性較強(qiáng)的課程。電磁場與電磁波技術(shù)是多個(gè)學(xué)科的交叉點(diǎn)，它不僅是微波、天線、電磁兼容的理論基礎(chǔ)，而且各種現(xiàn)代通信方式，如光纖通信、移動通信、衛(wèi)星通信及電視、雷達(dá)等各種專門學(xué)科，都是以電磁波攜帶信息的方式實(shí)現(xiàn)的[1]，[2]，可見該課程在電類專業(yè)教育體系中的重要性。然而這門課程理論性很強(qiáng)、概念抽象、不容易理解及對數(shù)學(xué)要求較高，學(xué)生學(xué)習(xí)起來感覺繁瑣、枯燥和艱難，漸漸地對這門課程失去興趣[3][4][5][6]。要使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣逐漸濃厚，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，必須對該課程的教學(xué)進(jìn)行改革。

《周易?系辭》載：“日新之謂盛德，生生之謂易?！彼U述了一種生生日新的宇宙發(fā)展觀，揭示萬事萬物發(fā)生發(fā)展普遍遵循的法則。無疑教育也是一樣，是一個(gè)生生不息、推陳出新的變化過程。隨著當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，“教育信息化”應(yīng)時(shí)而生。教育信息化是中國教育現(xiàn)代化不可或缺的動力和支撐。我們將利用當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，結(jié)合《電磁場與電磁波》特性，提出一種新的教學(xué)方式，以增強(qiáng)學(xué)習(xí)方式的靈活性，提高學(xué)生對這門課程的興趣，增強(qiáng)教學(xué)效果。

2.云空間的教學(xué)構(gòu)建

世界大學(xué)城云空間是以個(gè)人空間建設(shè)為基礎(chǔ)，優(yōu)質(zhì)資源共建共享型的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺。我們以世界大學(xué)城空間建設(shè)和教育教學(xué)應(yīng)用為背景，對現(xiàn)有的《電磁場與電磁波》課程的教與學(xué)的方式進(jìn)行了改革。我們將空間進(jìn)行了劃分，分成了教學(xué)課件、教學(xué)視頻、習(xí)題解答、工程應(yīng)用、相關(guān)研究文獻(xiàn)等幾個(gè)欄目，并開通了在線提問和答疑的功能。

在教學(xué)課件欄目中，我們放置了相應(yīng)的教學(xué)課件，包括國外的如MIT的相應(yīng)的電磁波課件，有利于學(xué)有余力的學(xué)生更深一步地學(xué)習(xí)。在教學(xué)視頻欄目中，會放置一些經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)過程和相關(guān)的影視，以提高學(xué)生的興趣。學(xué)生如果對某一專門問題感興趣，可以到相關(guān)研究文獻(xiàn)欄目中找文獻(xiàn)資料進(jìn)行下步的學(xué)習(xí)。研究文獻(xiàn)欄目中放置了電磁波發(fā)展歷史過程中一些經(jīng)典的里程碑式的文獻(xiàn)，以及最新的發(fā)展動態(tài)。當(dāng)然也放置了一些常用數(shù)據(jù)庫的入口鏈接和文獻(xiàn)的查找方法。在工程應(yīng)用欄目中，我們放置一些應(yīng)用的案例，如激光焊接、北斗導(dǎo)航等工程簡介，以便說這門課程雖然理論性很強(qiáng)，但實(shí)際應(yīng)用范圍很廣。同時(shí)也結(jié)合日常生活中的電磁應(yīng)用情況，放置了一些簡單的應(yīng)用案例，如收音機(jī)天線的調(diào)整方法、電視機(jī)天線的調(diào)整方法等，以提高學(xué)生的興趣和動手能力。

我們的空間對學(xué)生全天開放，只要學(xué)生登錄訪問我們的教學(xué)空間，他可無限制地瀏覽他感興趣的東西，空間中放置的資料難易都有，并配有相應(yīng)的視頻講解?？臻g有統(tǒng)計(jì)學(xué)生Id的訪問次數(shù)和在線訪問時(shí)間的功能。這樣的一個(gè)教學(xué)空間里，學(xué)生可以選擇任意的時(shí)間，選擇感興趣的內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，相對傳統(tǒng)的課堂教學(xué)而言，有的極強(qiáng)的靈活性，有更多的信息量，有很強(qiáng)的優(yōu)越性。根據(jù)我們的統(tǒng)計(jì)，人均訪問的次數(shù)每天兩次，在線的時(shí)間都超過30分鐘，說明學(xué)生對于這樣的一個(gè)新教學(xué)方式的興趣還是很高的。興趣是最好的老師，只要學(xué)生的興趣提高了，那么這門課程的教學(xué)效果就會顯著提高。

3.云空間對傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)化

我們所構(gòu)建的電磁場與電磁波云教學(xué)空間，突破了原來課堂教學(xué)的時(shí)空界限。利用空間教學(xué)，我們將教學(xué)從課中延伸到課外，時(shí)間也拉近教師與學(xué)生之間的距離；匯聚海量的資源，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源的共建共享；記錄利用空間教與學(xué)的全過程，實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)工作的透明化；空間教學(xué)實(shí)現(xiàn)教育理念的提升，教育開始回歸到以學(xué)生為中心的教育本位。開展立體互動的空間教育教學(xué)，凸顯學(xué)生的主體地位；多元化的空間互動交流，建立了平等和諧的師生關(guān)系。便捷溫馨的空間管理服務(wù)，滿足了學(xué)生的學(xué)習(xí)與生活需求，日益完善的自主學(xué)習(xí)平臺賦予了學(xué)生日益增多的教育選擇權(quán)。

空間教學(xué)創(chuàng)新了開放互動的教學(xué)模式，顛覆了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段等方面使課程變活，使課堂變大。廣大教師突破教材束縛，建設(shè)空間課程，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性，在空間完成學(xué)情調(diào)研、知識傳授、實(shí)踐指導(dǎo)、能力拓展、作業(yè)批改、教學(xué)反饋等教學(xué)程序，實(shí)現(xiàn)了課內(nèi)與課外的有機(jī)銜接，使教學(xué)由傳統(tǒng)的單一型、平面型變?yōu)閺?fù)合型、立體型，從而調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性，提高了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

4.結(jié)語

空間教學(xué)促進(jìn)了學(xué)習(xí)交流方式的變革?？臻g為學(xué)生搭建了共享、互動的學(xué)習(xí)平臺，使學(xué)習(xí)擺脫了時(shí)空束縛，自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、泛在學(xué)習(xí)、開放學(xué)習(xí)已變成真切的現(xiàn)實(shí)。空間拉近了心靈的距離，跟帖作業(yè)、博客評論、專題研討、群組討論、留言短信等空間溝通方式，實(shí)現(xiàn)了師生之間、生生之間的平等交流和跨時(shí)空互動?？臻g教學(xué)開創(chuàng)了教育信息化的全新局面，促進(jìn)了人才培養(yǎng)環(huán)境的全面優(yōu)化，推動了人才培養(yǎng)模式的深化改革，是教育信息化核心理念與未來發(fā)展方向的體現(xiàn)，也是教育信息化發(fā)展的前沿。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔翔，李慧奇，盧斌先，袁建生.“電磁場”類課程的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與展望.高等學(xué)校電路和信號系統(tǒng)、電磁場教學(xué)與教材研究會第七屆年會，2010-8-7，吉林市.

[2]JanSykulski.英國電磁場理論課程的過去、現(xiàn)狀和未來.第四屆“電子電氣課程報(bào)告論壇”，2008.11，西安市.

[3]周建華，劉偉春，林鐵軍，李棟華，林峰.《電磁場與電磁波》教學(xué)思考.科技與創(chuàng)新，2015（15）：132-133.

[4]陳帝伊，劉淑琴，許景輝，馬孝義.“電磁場理論”課程的教學(xué)改革探討.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009（04）：116-117.

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[6]劉國慶.“電磁場與電磁波”課程教學(xué)研究.中國電力教育，2008，126：74-75.

第8篇：電磁波的實(shí)際應(yīng)用范文

【關(guān)鍵詞】 地波雷達(dá) 海洋環(huán)境監(jiān)測 電磁波

一、發(fā)展歷史

上世紀(jì)四、五十年代人們發(fā)現(xiàn)在海岸擔(dān)任探測和警戒任務(wù)的雷達(dá)總是受到來自海面不明原因的“干擾”。有研究人員發(fā)現(xiàn)“數(shù)十米波長的電磁波與海洋表面的相互作用，將產(chǎn)生Bragg繞射現(xiàn)象”。原來那些干擾是波長等于無線電波波長一半、傳播方向平行于（接近或遠(yuǎn)離）雷達(dá)發(fā)射波束方向的海浪與無線電波“諧振”散射所產(chǎn)生的回波。研究揭示了上述“干擾”的物理來源，使地波雷達(dá)超視距探測海面狀態(tài)成為可能。1968～1972年，在NOAA工作的D.E.Barrick定量解釋了海面對無線電波的一階散射和二階散射的形成機(jī)制，為高頻雷達(dá)探測海洋表面狀態(tài)建立了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。Barrick創(chuàng)造性地運(yùn)用一組交叉環(huán)/單極子天線（三個(gè)接收通道）即可獲取大面積海流的分布信息。他的緊湊式雷達(dá)天線技術(shù)大大降低了地波雷達(dá)購置和安裝成本，直接導(dǎo)致了高頻地波雷達(dá)的規(guī)?；茝V應(yīng)用，為海洋學(xué)家和沿岸防災(zāi)減災(zāi)及環(huán)境保護(hù)提供了新型觀測手段。

二、工作原理

無線電波朝海面發(fā)射時(shí)，在海水表面會存在一種電磁波傳播模式，稱為地波（Ground Wave）是一種表面波（Surface Wave），因此高頻地波雷達(dá)也叫做高頻表面波雷達(dá)（HF Surface Wave Radar）。在中波和短波段海水表面的地波傳播衰減很小，而且地波在一定程度上會沿著彎曲的地球表面?zhèn)鞑?，到達(dá)地平線以下很遠(yuǎn)的地方，即實(shí)現(xiàn)超視距傳播。因此利用地波超視距傳播特性進(jìn)行探測的高頻地波雷達(dá)也稱為地波超視距雷達(dá)（Over-The-Horizon Radar），探測距離根據(jù)發(fā)射功率和頻率的不同通常可達(dá)到200～500km。另外兩種類型的超視距雷達(dá)分別是天波超視距雷達(dá)和利用大氣波導(dǎo)特征的微波雷達(dá)，前者通過電離層對高頻無線電波的反射實(shí)現(xiàn)對數(shù)千公里外目標(biāo)的探測，后者可以對一兩百公里外的目標(biāo)進(jìn)行探測。

地波雷達(dá)海況探測的基礎(chǔ)類似于晶格對X射線的Bragg散射，入射的兩條射線（相同波源）被原子散射，在特定的觀察方向上，如果兩條射線的波長差為2的整數(shù)倍，那么將會觀察到亮條紋；如果波長差比2的整數(shù)倍多，那么兩射線能量相消，觀察到的是暗條紋。

真實(shí)的海面不會是簡單正弦波列，但是可以用類似于Fourier變換的方式把一個(gè)真實(shí)的海面分解成為千千萬萬簡單正弦波列成分的疊加，這些正弦波列有不同幅度、周期、初相和傳播方向。那么這無數(shù)列正弦海浪成分是否都對電磁波產(chǎn)生散射呢？當(dāng)然都會！但是并非所有的成分都產(chǎn)生相同的貢獻(xiàn)，貢獻(xiàn)最大的海浪成分還是圖1所示的那類正弦波列，即滿足，并且波矢量方向位于電磁波入射平面內(nèi)的正弦海浪。對于岸基雷達(dá)探測，即L = / 2，也就是波長等于雷達(dá)電波波長一半的海浪會對電波產(chǎn)生最強(qiáng)的后向散射（圖1）。

綜上所述，雖然海面由無數(shù)的波浪組成，但岸基地波雷達(dá)主要只對特定的海浪感興趣：

A. 波長等于電波波長的一半；

B. 傳播方向要么接近雷達(dá)，要么遠(yuǎn)離雷達(dá)。

海面上滿足上述條件的海浪總是存在，因此雷達(dá)總可以收到較強(qiáng)的海面回波，這也是前面所說當(dāng)初人們發(fā)現(xiàn)海面上總是存在雷達(dá)“干擾”的原因！

我們知道運(yùn)動的物體可以對入射波產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，電磁波照射到動態(tài)的海面上時(shí)，回波也會由于多普勒效應(yīng)而產(chǎn)生相對于雷達(dá)發(fā)射頻率的偏移。對回波信號進(jìn)行譜分析就會發(fā)現(xiàn)，回波譜峰相對于雷達(dá)載頻有多普勒頻偏，其特點(diǎn)有二：

1. 同時(shí)存在正、負(fù)頻偏，頻譜圖上的正、負(fù)譜峰稱為左、右Bragg峰；

2. 左、右Bragg峰的頻率偏移量基本相同，且主要只與雷達(dá)工作頻率有關(guān)。

導(dǎo)致這兩個(gè)特點(diǎn)的因素正好與上述產(chǎn)生主要散射的海浪特點(diǎn)相對應(yīng)：特點(diǎn)1對應(yīng)上述特征B，特點(diǎn)2對應(yīng)上述特征A。在理解特點(diǎn)2時(shí)需要明白海洋重力波傳播的一個(gè)基本結(jié)論：海面上確定波長的重力波，其傳播相速度也是確定的。相速度確定的話，它對電磁波所產(chǎn)生的多普勒頻移就是確定的了，也就有了上述特點(diǎn)。

上面所說的是沒有海水流動的情形。由于各類物理、化學(xué)過程的作用，海面上總是有海流存在，海流作為海水的整體運(yùn)動，會在上面所說的由波浪傳播相速度所導(dǎo)致的較大固定頻移的基礎(chǔ)上再附加一個(gè)由流速所導(dǎo)致的微小頻偏，這個(gè)附加頻偏對左、右Bragg峰的影響是相同的：遠(yuǎn)離雷達(dá)的流速分量使左、右Bragg峰均向負(fù)頻率方向偏移，接近雷達(dá)的流速分量使它們向正頻率方向偏移。

地波雷達(dá)就是通過測量這個(gè)附加頻偏從而獲知海面海流速度的。當(dāng)然一部雷達(dá)只能測量到海流的徑向分量，要獲得矢量海流，要么用兩部以上的雷達(dá)從不同方向探測，要么就需要結(jié)合海洋動力學(xué)模型進(jìn)行推算。

三、發(fā)展現(xiàn)狀及面臨問題

（一）發(fā)展現(xiàn)狀。海洋動力學(xué)參數(shù)（海面風(fēng)、浪、流）的探測是高頻地波雷達(dá)的一種主要用途。高頻地波雷達(dá)可以以十分鐘的時(shí)間分辨率連續(xù)獲取數(shù)萬平方公里海面的海洋狀態(tài)參數(shù)分布，這是任何其它探測手段無法做到的。目前國際海洋界已普遍接受高頻地波雷達(dá)能有效探測流場的觀點(diǎn)，國內(nèi)外主要地波雷達(dá)的海流探測已達(dá)到可用于常規(guī)業(yè)務(wù)化海洋觀測的水平。而在海浪、風(fēng)場參數(shù)的探測方面，地波雷達(dá)處于研究開發(fā)階段，距離實(shí)際應(yīng)用尚有一定的距離。主要困難在于提取海浪和風(fēng)場參數(shù)所依據(jù)的回波信號比較弱（比海面的主要散射回波低20～40dB），容易受噪聲和干擾的影響，相應(yīng)的反演理論和技術(shù)也處于研究探索階段。通過雷達(dá)實(shí)時(shí)選頻系統(tǒng)選擇干凈頻率、應(yīng)用噪聲抑制、多頻率雷達(dá)探測和抗干擾技術(shù)可以在一定程度上緩解這一問題。

（二）抗干擾問題。地波雷達(dá)工作在短波段，而短波段是高頻通信、廣播和各類大氣、天電噪聲等比較集中的頻段，同時(shí)在高頻段中低端，電離層干擾是嚴(yán)重影響雷達(dá)探測性能的主要干擾。對于以目標(biāo)探測為主的高頻地波雷達(dá)，電離層干擾常常會導(dǎo)致一兩百公里開外的目標(biāo)基本無法探測。

（三）雷達(dá)結(jié)果的應(yīng)用規(guī)范問題。海態(tài)探測用高頻地波雷達(dá)輸出的是時(shí)間上連續(xù)的大面積流場、風(fēng)場和浪場的分布，時(shí)間分辨率一般為十分鐘到一個(gè)小時(shí)，所提供的信息在時(shí)間、空間和采樣方式所對應(yīng)的物理含義上與其它測量方式（如浮標(biāo)、船測、航空測量以及衛(wèi)星遙感等）存在很大的不同。地波雷達(dá)距離制訂明確的應(yīng)用規(guī)范還存在較大距離。

（四）小型陣列條件下的目標(biāo)探測問題。由于小型陣列的方位分辨率低、民用地波雷達(dá)發(fā)射功率低以及前述的噪聲和干擾（包括海洋回波的干擾）等問題，對目標(biāo)尤其是小目標(biāo)和機(jī)動目標(biāo)的檢測概率、虛警率、定位和跟蹤精度等方面都存在需要克服的一系列問題。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 葉春明，盧雁.高頻地波雷達(dá)發(fā)展動向與分析[J].艦船電子工程，2010年01期.

第9篇：電磁波的實(shí)際應(yīng)用范文

【關(guān)鍵詞】 微帶天線 電磁帶隙（EBG）

一、引言

電磁帶隙（Electromagnetic Band gap，EBG）結(jié)構(gòu)是一種人工周期電磁材料，具有同向反射特性和帶隙特性。同向反射特性表現(xiàn)為EBG結(jié)構(gòu)反射電磁波相位隨著頻率連續(xù)變化，可用于設(shè)計(jì)低剖面天線、隱身天線設(shè)計(jì)。而帶隙特性表現(xiàn)為EBG結(jié)構(gòu)能夠阻止一定頻帶內(nèi)電磁波傳輸，而對帶外電磁波傳輸基本沒有影響。微帶天線由于重量輕、低剖面、易于共形、集成等特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。但在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，由于受安裝環(huán)境限制，天線前后比往往難以提升，造成天線后瓣可能產(chǎn)生越區(qū)覆蓋。本文設(shè)計(jì)了一種加載EBG結(jié)構(gòu)的微帶天線，將EBG結(jié)構(gòu)應(yīng)用于微帶貼片天線，通過帶隙特性抑制表面波，減小天線互耦，優(yōu)化天線性能。天線工作頻率為4.2GHz，通過在天線地板上加載EBG結(jié)構(gòu)，在不影響天線安裝方式及尺寸的情況下，減小天線表面波，降低了天線后瓣電平，提高了天線性能。本文對加載EBG結(jié)構(gòu)的微帶貼片天線與普通微帶貼片天線方向圖進(jìn)行了對比，天線及EBG結(jié)構(gòu)采用HFSS微波仿真軟件設(shè)計(jì)。

二、EBG結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文采用蘑菇型EBG（Mushroom-like EBG）對微帶貼片天線進(jìn)行加載。EBG結(jié)構(gòu)見圖1所示，由金屬地板、貼片及金屬連接柱組成，貼片間縫隙等效為電容C，金屬連接柱等效為電感L，組成了LC諧振回路。

在本設(shè)計(jì)中，EBG結(jié)構(gòu)介質(zhì)基板為FR4，介電常數(shù)4.4。EBG單元尺寸見圖2（a）所示，其中L1=4.5mm，L2=5.2mm，H=1.1mm，R=0.5mm。采用懸置微帶線法對EBG周期結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，通過在EBG結(jié)構(gòu)上放置微帶線，模擬EBG結(jié)構(gòu)表面波傳輸情況，仿真結(jié)果見圖2（b）。從仿真結(jié)果可以看出，EBG結(jié)構(gòu)在4.2GHz處產(chǎn)生了明顯諧振，出現(xiàn)了帶隙特性。通過改變L1尺寸，調(diào)整縫隙大小，可調(diào)整EBG結(jié)構(gòu)諧振頻率。

三、微帶貼片天線加載EBG結(jié)構(gòu)

為驗(yàn)證EBG結(jié)構(gòu)對微帶貼片天線方向圖影響，設(shè)計(jì)了一種低剖面微帶天線，天線尺寸75mm×75mm。將微帶天線反射地板替換為EBG結(jié)構(gòu)，微帶天線介質(zhì)基板與EBG結(jié)構(gòu)之間采用PMI泡沫（厚度1mm，介電常數(shù)1.08）隔開，以防止天線饋線與EBG諧振單元短路，完整天線形式如圖3（a）所示。

通過HFSS微波仿真軟件分別對微帶貼片天線加載普通地板和加載EBG結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果見圖3（b）所示，實(shí)線為天線加載EBG結(jié)構(gòu)，虛線為天線加載普通反射地板。從仿真結(jié)果可以看出，兩種情況下天線前向方向圖基本一致，而加載普通反射地板的微帶天線后向電平值較大，而將EBG結(jié)構(gòu)作為反射地板的微帶天線由于帶隙特性抑制了天線表面波傳輸，減少了14 dB以上后向輻射，提升了天線前后比。而EBG結(jié)構(gòu)厚度為1.1mm，基本不影響天線安裝環(huán)境。

四、結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一種加載EBG結(jié)構(gòu)的低剖面微帶貼片天線，EBG結(jié)構(gòu)由多個(gè)諧振單元組成，工作在4.2GHz，EBG結(jié)構(gòu)厚度較薄，可靈活安裝于微帶貼片天線反射地板上，基本不影響天線安裝環(huán)境，在反射地板尺寸較小，諧振單元數(shù)量較少的情況下仍能較好的抑制后向輻射，優(yōu)化了天線前后比，較大的提高了天線性能。

參 考 文 獻(xiàn)

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