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(chǎng)與電磁波；類比法；循序漸進(jìn)；講義；習(xí)題

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

隨著信息時(shí)代的到來(lái)，作為通信傳輸技術(shù)基礎(chǔ)的電磁場(chǎng)理論得到越來(lái)越廣泛和深入的研究與應(yīng)用?！半姶艌?chǎng)與電磁波”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(wèn)題所必需掌握的基本知識(shí)，而且電磁場(chǎng)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(zhǎng)點(diǎn)。[1，2]所以電類專業(yè)的學(xué)生，無(wú)論是從當(dāng)前的學(xué)習(xí)出發(fā)，還是為了拓寬將來(lái)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(duì)培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思想、科學(xué)分析問(wèn)題的方法、復(fù)雜抽象的思維能力、勇于開(kāi)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(duì)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(chǎng)與電磁波”課程的教學(xué)工作。

一、“電磁場(chǎng)與電磁波”課程特點(diǎn)

1.基礎(chǔ)知識(shí)要求多

“電磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(duì)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(shí)；另一方面需要有比較全面的專業(yè)知識(shí)。同時(shí)，又需要對(duì)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(duì)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(shí)以及各種數(shù)學(xué)方法，在學(xué)習(xí)過(guò)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(wèn)題。

3.抽象的概念多

“電磁場(chǎng)與電磁波”每章內(nèi)容都會(huì)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(chǎng)與波學(xué)習(xí)中為什么始終與之打交道；靜電場(chǎng)中的自分布電容、互分布電容、廣義力、虛位移等；恒定磁場(chǎng)中的矢量磁位、標(biāo)量磁位；邊值問(wèn)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(lái)難度較大。基于以上特點(diǎn)，對(duì)于“電磁場(chǎng)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(chǎng)與電磁波”教學(xué)存在的問(wèn)題

1.學(xué)習(xí)問(wèn)題

由“電磁場(chǎng)與電磁波”課程的特點(diǎn)可知課程本身過(guò)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(duì)老師來(lái)說(shuō)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(chǎng)與電磁波”課程過(guò)程中，學(xué)生常常難以將已經(jīng)學(xué)好的數(shù)學(xué)知識(shí)和電磁場(chǎng)內(nèi)容很好地結(jié)合。在學(xué)習(xí)“電磁場(chǎng)與電磁波”之前，學(xué)生一般都具備矢量場(chǎng)論的基本知識(shí)，但是在學(xué)習(xí)“電磁場(chǎng)與電磁波”的過(guò)程中卻難以將所學(xué)知識(shí)與電磁場(chǎng)理論融會(huì)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(lái)備感吃力。

2.教材問(wèn)題

目前絕大多數(shù)教材都只強(qiáng)調(diào)經(jīng)典的理論知識(shí)，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(duì)基礎(chǔ)知識(shí)差的學(xué)生來(lái)說(shuō)，一看到大量的證明和數(shù)學(xué)推導(dǎo)問(wèn)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(chǎng)與電磁波”教學(xué)中缺少實(shí)驗(yàn)設(shè)備，導(dǎo)致無(wú)法開(kāi)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(wèn)題。

4.課時(shí)問(wèn)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(kāi)設(shè)課程又增多的趨勢(shì)導(dǎo)致“電磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(guò)程中經(jīng)常問(wèn)學(xué)這門課有什么用，學(xué)某一章節(jié)有什么用?？词且粋€(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)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(wèn)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(duì)這個(gè)問(wèn)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(chǎng)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(yǔ)言來(lái)講解抽象的概念，以實(shí)際的例題來(lái)幫助理解重點(diǎn)理論，并且在每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都有對(duì)應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例。

由于“電磁場(chǎng)與電磁波”理論是人類在認(rèn)識(shí)自然規(guī)律和生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)中發(fā)展起來(lái)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(dòng)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(shí)的介紹，比如在第二章靜態(tài)電磁場(chǎng)的最后一節(jié)中，就針對(duì)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(chǎng)與電磁波是利用場(chǎng)的觀點(diǎn)來(lái)研究空間某一物理量的確定值問(wèn)題，而矢量分析正是研究此問(wèn)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(chǎng)的基本定律、公式以簡(jiǎn)潔的形式表述出來(lái)，且與坐標(biāo)的選擇無(wú)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(chǎng)到時(shí)變場(chǎng)、從電場(chǎng)到磁場(chǎng)再到電磁場(chǎng)、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(chǎng)開(kāi)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(duì)基本方程、邊值問(wèn)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(chǎng)的講解一定要和靜電場(chǎng)的知識(shí)進(jìn)行類比學(xué)習(xí)。這樣就為時(shí)變電磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)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(chǎng)的理論進(jìn)行比較。從靜止電荷產(chǎn)生的靜電場(chǎng)到研究運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定電荷產(chǎn)生的恒定電場(chǎng)，然后研究電流引入的恒定磁場(chǎng)，隨后進(jìn)行電磁感應(yīng)以及時(shí)變電磁場(chǎng)分析，并且在時(shí)變電磁場(chǎng)的分析中，推測(cè)電磁波的產(chǎn)生。之后講解均勻平面電磁波在無(wú)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(shí)，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(shí)的擴(kuò)充，使課程知識(shí)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(chǎng)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(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系。通過(guò)這些知識(shí)點(diǎn)的類比，不僅使學(xué)生學(xué)到了“電磁場(chǎng)與電磁波”課程的精髓，也使他們體會(huì)到“電磁場(chǎng)與電磁波”課程體系中的對(duì)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(shí)點(diǎn)的類比，“電磁場(chǎng)”和“流體力場(chǎng)”、“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(chǎng)與流體力場(chǎng)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(chǎng)和靜磁場(chǎng)、靜電場(chǎng)和恒定電流場(chǎng)等的對(duì)比。這樣，既拓寬了學(xué)生的知識(shí)面，也使學(xué)生通過(guò)類比對(duì)電磁場(chǎng)波動(dòng)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(duì)于電子信息、通信專業(yè)的學(xué)生，基本上都會(huì)使用MATLAB軟件，并且場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)與電磁波”的課堂教學(xué)。[5]比如，利用MATLAB編寫(xiě)的程序可以繪制三維矢量的靜態(tài)和動(dòng)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(chǎng)和磁場(chǎng)的分布圖，這將大大提高同學(xué)們的空間想象力和對(duì)這部分知識(shí)的理解能力。

5.適當(dāng)?shù)牧?xí)題練習(xí)

對(duì)“電磁場(chǎng)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(duì)某一知識(shí)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(guò)程中一方面幫助他們理解知識(shí)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(lái)學(xué)習(xí)題，只能有針對(duì)性地來(lái)講解有代表性的例題，做習(xí)題只讓同學(xué)們?cè)谡n下做，讓同學(xué)把遇到的問(wèn)題匯總起來(lái)，在集體答疑的時(shí)間來(lái)給同學(xué)們做詳細(xì)的解答。在講義中不但針對(duì)每一知識(shí)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(lái)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(lái)在“電磁場(chǎng)與電磁波”教學(xué)中的一點(diǎn)體會(huì)，本課程涉及的基礎(chǔ)知識(shí)比較多，對(duì)教師的專業(yè)課程知識(shí)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(guò)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(shí)。教師的視野開(kāi)闊了，學(xué)生才能在電磁場(chǎng)領(lǐng)域的思維角度開(kāi)闊一些，能夠掌握宏觀電磁場(chǎng)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(wèn)題的能力。

參考文獻(xiàn)：

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[3]李波，豆根生，袁超.電磁場(chǎng)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(chǎng) 教學(xué)方法 教學(xué)效果

“電磁場(chǎng)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(duì)培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思想、科學(xué)分析問(wèn)題的方法、復(fù)雜抽象的思維能力、勇于開(kāi)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(guò)程中的科學(xué)方法論-對(duì)稱性思想，這對(duì)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(chǎng)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(guò)程中感到困難，特別是利用理論解題和實(shí)際應(yīng)用更覺(jué)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(guò)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(duì)一些定理及概念，比如說(shuō)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(tīng)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(wú)從下手。長(zhǎng)此以往，失去學(xué)習(xí)的興趣。

2.在教學(xué)過(guò)程中存在的狀況

第一，電磁場(chǎng)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(shí)，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(dòng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

基于以上特點(diǎn)，對(duì)于電磁場(chǎng)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(dòng)學(xué)習(xí)積極性

電磁場(chǎng)與電磁波以三大實(shí)驗(yàn)定律(庫(kù)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(shuō)(有旋電場(chǎng)的假說(shuō)和位移電流的假說(shuō))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?gòu)柠溈怂鬼f方程組（即時(shí)變場(chǎng)）出發(fā)，回顧靜態(tài)場(chǎng)，這時(shí)我們可以把靜態(tài)場(chǎng)歸結(jié)為時(shí)變場(chǎng)的一種特殊情況，用麥克斯韋方程組和其輔助方程來(lái)解決我們所遇到的具體的電磁問(wèn)題。這樣就使我們電磁場(chǎng)與電磁波這門課的內(nèi)容簡(jiǎn)化為對(duì)麥克斯韋方程組的理解和應(yīng)用，學(xué)起來(lái)也就簡(jiǎn)單容易，更有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)。在強(qiáng)調(diào)對(duì)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(wèn)題，用課本的理論來(lái)解釋日程生活中的事例，以調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。

比如在講解靜態(tài)場(chǎng)時(shí)，由電磁學(xué)的庫(kù)侖實(shí)驗(yàn)定律和安培定律分別引出靜電場(chǎng)、恒定磁場(chǎng)的概念，并掌握靜態(tài)場(chǎng)的方程及其物理意義，并介紹靜電場(chǎng)的最常見(jiàn)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(duì)靜態(tài)場(chǎng)的逐漸了解，問(wèn)題也就解決了。在介紹時(shí)變場(chǎng)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(dòng)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(duì)現(xiàn)實(shí)生活中遇到的電磁波傳播問(wèn)題進(jìn)行討論，再向?qū)W生提出幾個(gè)應(yīng)用問(wèn)題：為什么海水中需要用長(zhǎng)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(cè)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(zhēng)中都能找到電磁場(chǎng)應(yīng)用的實(shí)例。通過(guò)這部分理論知識(shí)的講授，學(xué)生對(duì)這些問(wèn)題有了較深的認(rèn)識(shí)，經(jīng)過(guò)發(fā)現(xiàn)提出問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程，學(xué)生對(duì)本課程的興趣越來(lái)越濃厚，學(xué)習(xí)目的也非常明確了。

2.板書(shū)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(duì)于提高學(xué)生的知識(shí)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(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。但運(yùn)用多媒體進(jìn)行教學(xué)不能完全拋棄傳統(tǒng)板書(shū)，尤其是“電磁場(chǎng)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(lái)，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(shū)為主要方式，學(xué)生容易對(duì)復(fù)雜公式理解和接受，同時(shí)又引導(dǎo)思路，而不是一頁(yè)幻燈片過(guò)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(dòng)形象的方式表達(dá)出來(lái)，圖文并茂，形象直觀，可以幫助學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解。

下面以介紹波導(dǎo)的場(chǎng)結(jié)構(gòu)教學(xué)為例，教師可以在教學(xué)過(guò)程中插入波導(dǎo)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的動(dòng)畫(huà)效果，其截圖如圖1，通過(guò)動(dòng)畫(huà)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(dòng)性，而且能夠鼓勵(lì)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(chǎng)結(jié)構(gòu)

3.梳理知識(shí)系統(tǒng)，學(xué)會(huì)舉一反三

電磁場(chǎng)與電磁波解題困難，其主要原因是其求解過(guò)程不僅僅是一個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題，更主要是一個(gè)物理問(wèn)題。只有把其中內(nèi)含的物理過(guò)程分析明白，運(yùn)用好數(shù)學(xué)知識(shí)，才能充分理解問(wèn)題的實(shí)質(zhì)，找到正確的求解方法。對(duì)于大三學(xué)生來(lái)說(shuō)，有必要增加對(duì)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(guò)程中，要加強(qiáng)前面知識(shí)的回顧和應(yīng)用，比如介紹動(dòng)態(tài)位函數(shù)時(shí)，先回顧靜態(tài)場(chǎng)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(dòng)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(dòng)方程分析平面波的傳播、入射和反射等波動(dòng)特性等等。鼓勵(lì)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(shí)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(huì)舉一反三，更有助于加深學(xué)生對(duì)于電磁場(chǎng)與電磁波的認(rèn)識(shí)。

“電磁場(chǎng)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(shí)，對(duì)電子信息工程與通信工程專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)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(wèn)題講述，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)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(chǎng)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(chǎng)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(wú)損檢測(cè);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(hào)：P412.25文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104(2013)

1引言：

地質(zhì)雷達(dá)(ground probing/penetrating radar，簡(jiǎn)稱GPR)是一種新型地下探測(cè)與混凝土無(wú)損檢測(cè)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(chǎng)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(wú)損檢測(cè)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(cè)等方面，這些項(xiàng)目所要求探測(cè)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(wú)線電波檢測(cè)地下介質(zhì)分布和對(duì)不可見(jiàn)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(guò)發(fā)射天線被定向送入被測(cè)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(guò)一系列的處理和分析之后可以得到探測(cè)介質(zhì)的有關(guān)信息。其檢測(cè)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(cè)中基本參數(shù)如下：「1

2.1電磁波旅行時(shí)間：

其中為檢測(cè)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(duì)介電常數(shù)，為介質(zhì)的相對(duì)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(guò)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(cè)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(duì)介電常數(shù)；為第二層介質(zhì)的相對(duì)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(cè)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(cè)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(cè)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(guò)程中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，由于混凝土各組成成分對(duì)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(cè)數(shù)據(jù)。因此，必須對(duì)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(cè)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(duì)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(cè)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(duì)比，把不同道上同一個(gè)反射波的同相相位“連接”起來(lái)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(cè)：

因甲方對(duì)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(cè)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(duì)該筏板進(jìn)行無(wú)損探測(cè)。

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)前應(yīng)了解探測(cè)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(chǎng)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(cè)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(cè)量?jī)x器：本次檢測(cè)采用的是SIR-20型地質(zhì)雷達(dá)（美國(guó)GSSI公司），數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǎng)地條件等因素，「2選用1.5GHz屏蔽天線（美國(guó)GSSI公司）。

5.3測(cè)線布置：本次被測(cè)目標(biāo)為筏板，測(cè)試應(yīng)按網(wǎng)格狀布置，為避免漏測(cè)，測(cè)線間距應(yīng)小于被測(cè)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(cè)試方式：本次檢測(cè)采用剖面法，即發(fā)射天線和接收天線以固定間隔沿測(cè)線同步移動(dòng)，移動(dòng)過(guò)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(lái)的目標(biāo)深度。為更好地對(duì)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(méi)有空腔時(shí)，地質(zhì)雷達(dá)不會(huì)有特別強(qiáng)的反射信號(hào)，雷達(dá)圖像中表現(xiàn)為無(wú)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(huì)顯示同相軸錯(cuò)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(huì)顯示出同相軸局部錯(cuò)斷的形態(tài)，地質(zhì)雷達(dá)會(huì)有明顯的強(qiáng)反射信號(hào)（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(hào)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(dòng)方向垂直時(shí)，則在圖像上會(huì)顯示出大的圓弧特征（圖3f）。若鋼筋走向與天線移動(dòng)方向平行，則會(huì)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(cè)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(wú)較大偏差。

6比對(duì)試驗(yàn)：

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

7結(jié)語(yǔ)：

相對(duì)于鉆芯法、電磁感應(yīng)法，雷達(dá)法是一種新興的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。其具有對(duì)混凝土穿透力強(qiáng)、探測(cè)深度大等優(yōu)勢(shì)，并且可通過(guò)改變頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)探測(cè)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(shì)，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(cè)。因此，雷達(dá)技術(shù)在工程中的應(yīng)用對(duì)結(jié)構(gòu)檢測(cè)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(guò)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(guó)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(guó)社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中最為重要的一種資源，是中國(guó)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)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(guó)各地如火如荼地開(kāi)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(guò)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(cè)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?jī)r(jià)值。

1探地雷達(dá)技術(shù)的簡(jiǎn)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(guó)籍科學(xué)家Letmbach、Lowy首次提出，經(jīng)過(guò)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(kāi)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(cè)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(guó)以來(lái)，經(jīng)過(guò)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(duì)于地下介質(zhì)，對(duì)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(dòng)方程，只不過(guò)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(shuō)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(wú)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(duì)電磁波組標(biāo)志進(jìn)行有效識(shí)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(dòng)時(shí)，電磁波組的傳播路徑，包括電磁場(chǎng)的具體強(qiáng)度、波形等將會(huì)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(duì)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(cè)區(qū)角度下的成果圖將會(huì)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(duì)巷道圍巖松動(dòng)圈進(jìn)行探測(cè)

中國(guó)在經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的研究發(fā)展歷程后，對(duì)巷道圍巖松動(dòng)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(cè)巷道圍巖松動(dòng)圈工作當(dāng)中。但值得注意的是，確定巷道圍巖松動(dòng)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(duì)巷道圍巖松動(dòng)圈進(jìn)行探測(cè)的成功與失敗。在過(guò)去工作人員通常會(huì)選擇使用超聲波探測(cè)技術(shù)、鉆粉法、位移計(jì)法等各種方式進(jìn)行探測(cè)，但無(wú)論是哪一種方法均會(huì)對(duì)巷道圍巖造成不同程度的破壞，無(wú)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(cè)松動(dòng)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(guò)配置超過(guò)200Hz的高頻天線，通常情況下在不超過(guò)10m的探測(cè)深度范圍內(nèi)可以將精度控制在5cm以內(nèi)，同時(shí)不會(huì)對(duì)巷道圍巖造成任何損壞[2]。比如在采礦工程中，通過(guò)應(yīng)用探地雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行直接探測(cè)，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(hào)，在對(duì)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(wú)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(dòng)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(duì)巖石的位置厚度進(jìn)行探測(cè)

在計(jì)算礦體儲(chǔ)量及評(píng)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(kāi)采放頂煤時(shí)頂煤厚度，與此同時(shí)，需要準(zhǔn)確了解開(kāi)采空間與如奧灰等重要巖層的相對(duì)位置關(guān)系，這也是保障開(kāi)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(guò)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(wú)章的感覺(jué)；另外，探測(cè)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(huì)顯示出分層現(xiàn)象。而煤層下方是砂巖，工作人員通過(guò)探地雷達(dá)技術(shù)探測(cè)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(kāi)采的重要指導(dǎo)。

2.3對(duì)地質(zhì)實(shí)際構(gòu)造等進(jìn)行探測(cè)

由于真實(shí)的開(kāi)礦現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，經(jīng)常會(huì)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(wú)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(wèn)題，一般情況下在不超過(guò)100m的范圍內(nèi)，探地雷達(dá)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)損探測(cè)，即在探測(cè)過(guò)程中幾乎不會(huì)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造等造成任何損害，這對(duì)于在探測(cè)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(cè)參數(shù)，還可以以此為依據(jù)參數(shù)對(duì)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(cè)采空區(qū)及含水情況

所謂采空區(qū)具體來(lái)說(shuō)指的是在天然的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)或人工挖掘后，地表會(huì)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(duì)于采礦工程來(lái)說(shuō)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(duì)采空區(qū)進(jìn)行有效探測(cè)，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(guò)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(yǔ)

通過(guò)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(cè)技術(shù)。通過(guò)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(duì)其進(jìn)行探測(cè)，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(cè)確定礦層的厚度、位置等基本資料，并直接探測(cè)出斷層的走向；對(duì)于采空區(qū)中的地下空洞等也可直接進(jìn)行探測(cè)，從而真實(shí)了解到實(shí)際含水情況，對(duì)整體的填充質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)評(píng)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(shì)功能，因此在未來(lái)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(cè)；地質(zhì)災(zāi)害；防患；促進(jìn)

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

前言

文章首先通過(guò)對(duì)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(duì)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(duì)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(cè)形式不能夠滿需探測(cè)的需求，利用綜合物探能夠有針對(duì)想的、綜合性的進(jìn)行探測(cè)，不僅能夠探測(cè)淺部地區(qū)，對(duì)于深部地區(qū)也能夠進(jìn)行探測(cè)，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(guò)多種方法的探測(cè)結(jié)果表明，綜合物探方法對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害的探測(cè)具有高效性、準(zhǔn)確性，能夠發(fā)揮各個(gè)探測(cè)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(lái)，隨著淺層探測(cè)任務(wù)的增多，對(duì)淺層勘探的分辨率要求越來(lái)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(zhǎng)短，對(duì)地層的分辨率高，而且不受地層含水的影響，因此適合于對(duì)近地表地質(zhì)體及各種地質(zhì)災(zāi)害的探測(cè)。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(lái)探測(cè)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(cè)技術(shù)，根據(jù)偏移距離進(jìn)行探測(cè)，其優(yōu)點(diǎn)在于操作簡(jiǎn)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(cè)技術(shù)變?yōu)楹?jiǎn)單，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(guò)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(guò)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(guò)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(cè)量數(shù)據(jù)，依照一定的物理和數(shù)學(xué)關(guān)系通過(guò)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(cè)量的研究是波動(dòng)過(guò)程沿射線路徑對(duì)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(duì)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(cè)方便，成本低廉，適用于對(duì)精細(xì)構(gòu)造和電阻率差異大的目標(biāo)體探測(cè)。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(chǎng)地橫波反射t0時(shí)間剖面圖。根據(jù)該場(chǎng)地周圍地質(zhì)鉆探結(jié)果，在場(chǎng)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(chǎng)地內(nèi)通過(guò)。為了查清古河道通過(guò)場(chǎng)地的位置、埋藏深度及其形態(tài)，為未來(lái)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(cè)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(duì)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(duì)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(cè)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(kù)上庫(kù)地裂地縫地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果a―THP-Ⅲ線探測(cè)剖面；b―THP-Ⅳ線探測(cè)剖面該水庫(kù)庫(kù)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(cè)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(duì)應(yīng)瀝青層和砂石層。橫向在樁號(hào)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(cè)線與THP-Ⅲ測(cè)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(hào)11.0m左右，傾斜方向轉(zhuǎn)向西。樁號(hào)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(yǔ)

目前，我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害情況出現(xiàn)頻繁，且國(guó)家對(duì)其重視也逐漸加深。經(jīng)過(guò)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(cè)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(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，將其結(jié)合，在地質(zhì)災(zāi)害的勘測(cè)中發(fā)揮重要作用。但是，目前綜合物探還沒(méi)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(cè)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(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，提高了探測(cè)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(guó)計(jì)量法規(guī)定，一切為社會(huì)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(jí)以上人民政府計(jì)量行政部門對(duì)其計(jì)量檢定、測(cè)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(kāi)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(cè)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(cè)人員的素質(zhì)；④保證量值統(tǒng)一、準(zhǔn)確的措施及檢測(cè)數(shù)據(jù)公正可靠的管理制度。由此可見(jiàn)，由于在產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中所使用的計(jì)量器具品種繁多，只有對(duì)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(guó)范圍內(nèi)的檢驗(yàn)結(jié)果具有統(tǒng)一可比性。這說(shuō)明產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)是一項(xiàng)以數(shù)據(jù)說(shuō)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(cè)隊(duì)伍，選擇切實(shí)可行的檢測(cè)手段，使用先進(jìn)可靠的檢測(cè)設(shè)備，制訂完善的質(zhì)量保證體系，是保證檢測(cè)工作質(zhì)量的重要方面。而儀器設(shè)備滿足檢測(cè)技術(shù)要求、檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，又是全部檢測(cè)工作質(zhì)量的基礎(chǔ)保證。對(duì)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(wèn)題，鑒于水平所限，不妥之處敬請(qǐng)指正。

自檢方法

物探儀器設(shè)備的計(jì)量檢定一般無(wú)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(duì)比的方法進(jìn)行校準(zhǔn)。而自編的校驗(yàn)方法是對(duì)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(jiǎn)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(lái)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(cè)空氣縱波速度值對(duì)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(kāi)并置于空氣中，通過(guò)觀測(cè)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(dòng)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(cè)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(cè)量值Vc之間的相對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)該儀器在同一測(cè)點(diǎn)、同一電位差兩次觀測(cè)數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差進(jìn)行檢驗(yàn)，同時(shí)滿足①1～3mV測(cè)程：相對(duì)誤差小于3%；②大于4mV測(cè)程：相對(duì)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(cè)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(cè)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?jiǎn)我坏V化度時(shí)表1中標(biāo)準(zhǔn)電阻率與實(shí)測(cè)電阻率之間的相對(duì)誤差。

ρo為標(biāo)準(zhǔn)值；ρc為實(shí)測(cè)值。

2.4計(jì)算n個(gè)礦化度水溶液的觀測(cè)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(duì)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(shuō)明的是此類儀器的自行校驗(yàn)還是比較煩瑣的，實(shí)測(cè)時(shí)也較困難，不知同行有無(wú)簡(jiǎn)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(tái)儀器在同一測(cè)點(diǎn)的二次測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比校驗(yàn)是不科學(xué)的，因?yàn)槿绻撆_(tái)儀器存在系統(tǒng)誤差時(shí)，一般不易通過(guò)自檢查出該儀器存在的問(wèn)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(cè)空氣電磁波速度值對(duì)比自行定期檢驗(yàn)的方法來(lái)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(wú)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(cè)并記錄電磁波通過(guò)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(cè)量值Cc之間的相對(duì)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(duì)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(zhǎng)度應(yīng)經(jīng)過(guò)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(yǔ)

第7篇：電磁波的實(shí)際應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞： 《電磁場(chǎng)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(dòng)了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的不斷進(jìn)步，通信與網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為社會(huì)生活一個(gè)重要的組成部分，一旦離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)和通信，人們幾乎不知要如何工作。作為向社會(huì)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(shí)和研發(fā)的能力，社會(huì)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(chǎng)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(wú)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(chǎng)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(dòng)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(jiàn)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(duì)數(shù)學(xué)要求較高，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)感覺(jué)繁瑣、枯燥和艱難，漸漸地對(duì)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(dòng)力，必須對(duì)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(wàn)事萬(wàn)物發(fā)生發(fā)展普遍遵循的法則。無(wú)疑教育也是一樣，是一個(gè)生生不息、推陳出新的變化過(guò)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(guó)教育現(xiàn)代化不可或缺的動(dòng)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(chǎng)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(duì)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(tái)。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(duì)現(xiàn)有的《電磁場(chǎng)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(kāi)通了在線提問(wèn)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(guó)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(huì)放置一些經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和相關(guān)的影視，以提高學(xué)生的興趣。學(xué)生如果對(duì)某一專門問(wèn)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(guò)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(dòng)態(tài)。當(dāng)然也放置了一些常用數(shù)據(jù)庫(kù)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(jiǎn)介，以便說(shuō)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(jiǎn)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(dòng)手能力。

我們的空間對(duì)學(xué)生全天開(kāi)放，只要學(xué)生登錄訪問(wèn)我們的教學(xué)空間，他可無(wú)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(wèn)次數(shù)和在線訪問(wèn)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(duì)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(wèn)的次數(shù)每天兩次，在線的時(shí)間都超過(guò)30分鐘，說(shuō)明學(xué)生對(duì)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(huì)顯著提高。

3.云空間對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)化

我們所構(gòu)建的電磁場(chǎng)與電磁波云教學(xué)空間，突破了原來(lái)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(guò)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(kāi)始回歸到以學(xué)生為中心的教育本位。開(kāi)展立體互動(dòng)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(dòng)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(tái)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(kāi)放互動(dòng)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(shí)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(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，提高了學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

4.結(jié)語(yǔ)

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(dòng)的學(xué)習(xí)平臺(tái)，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(kāi)放學(xué)習(xí)已變成真切的現(xiàn)實(shí)?？臻g拉近了心靈的距離，跟帖作業(yè)、博客評(píng)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(dòng)?？臻g教學(xué)開(kāi)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(dòng)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(lái)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(chǎng)”類課程的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與展望.高等學(xué)校電路和信號(hào)系統(tǒng)、電磁場(chǎng)教學(xué)與教材研究會(huì)第七屆年會(huì)，2010-8-7，吉林市.

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

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[6]劉國(guó)慶.“電磁場(chǎng)與電磁波”課程教學(xué)研究.中國(guó)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(cè) 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(cè)和警戒任務(wù)的雷達(dá)總是受到來(lái)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(zhǎng)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(lái)那些干擾是波長(zhǎng)等于無(wú)線電波波長(zhǎng)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(wú)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(lái)源，使地波雷達(dá)超視距探測(cè)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(duì)無(wú)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(cè)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(gòu)置和安裝成本，直接導(dǎo)致了高頻地波雷達(dá)的規(guī)模化推廣應(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(cè)手段。

二、工作原理

無(wú)線電波朝海面發(fā)射時(shí)，在海水表面會(huì)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(huì)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(cè)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(cè)距離根據(jù)發(fā)射功率和頻率的不同通?？蛇_(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(guò)電離層對(duì)高頻無(wú)線電波的反射實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)千公里外目標(biāo)的探測(cè)，后者可以對(duì)一兩百公里外的目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)。

地波雷達(dá)海況探測(cè)的基礎(chǔ)類似于晶格對(duì)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(zhǎng)差為2的整數(shù)倍，那么將會(huì)觀察到亮條紋；如果波長(zhǎng)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(huì)是簡(jiǎn)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(wàn)萬(wàn)簡(jiǎn)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(wú)數(shù)列正弦海浪成分是否都對(duì)電磁波產(chǎn)生散射呢？當(dāng)然都會(huì)！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(duì)于岸基雷達(dá)探測(cè)，即L = / 2，也就是波長(zhǎng)等于雷達(dá)電波波長(zhǎng)一半的海浪會(huì)對(duì)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(wú)數(shù)的波浪組成，但岸基地波雷達(dá)主要只對(duì)特定的海浪感興趣：

A. 波長(zhǎng)等于電波波長(zhǎng)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(shuō)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(dòng)的物體可以對(duì)入射波產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，電磁波照射到動(dòng)態(tài)的海面上時(shí)，回波也會(huì)由于多普勒效應(yīng)而產(chǎn)生相對(duì)于雷達(dá)發(fā)射頻率的偏移。對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行譜分析就會(huì)發(fā)現(xiàn)，回波譜峰相對(duì)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(duì)應(yīng)：特點(diǎn)1對(duì)應(yīng)上述特征B，特點(diǎn)2對(duì)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(zhǎng)的重力波，其傳播相速度也是確定的。相速度確定的話，它對(duì)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(shuō)的是沒(méi)有海水流動(dòng)的情形。由于各類物理、化學(xué)過(guò)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(dòng)，會(huì)在上面所說(shuō)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(duì)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(guò)測(cè)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(cè)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(cè)，要么就需要結(jié)合海洋動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行推算。

三、發(fā)展現(xiàn)狀及面臨問(wèn)題

（一）發(fā)展現(xiàn)狀。海洋動(dòng)力學(xué)參數(shù)（海面風(fēng)、浪、流）的探測(cè)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(wàn)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(cè)手段無(wú)法做到的。目前國(guó)際海洋界已普遍接受高頻地波雷達(dá)能有效探測(cè)流場(chǎng)的觀點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外主要地波雷達(dá)的海流探測(cè)已達(dá)到可用于常規(guī)業(yè)務(wù)化海洋觀測(cè)的水平。而在海浪、風(fēng)場(chǎng)參數(shù)的探測(cè)方面，地波雷達(dá)處于研究開(kāi)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(chǎng)參數(shù)所依據(jù)的回波信號(hào)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(guò)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(cè)和抗干擾技術(shù)可以在一定程度上緩解這一問(wèn)題。

（二）抗干擾問(wèn)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(cè)性能的主要干擾。對(duì)于以目標(biāo)探測(cè)為主的高頻地波雷達(dá)，電離層干擾常常會(huì)導(dǎo)致一兩百公里開(kāi)外的目標(biāo)基本無(wú)法探測(cè)。

（三）雷達(dá)結(jié)果的應(yīng)用規(guī)范問(wèn)題。海態(tài)探測(cè)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(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)和浪場(chǎng)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(duì)應(yīng)的物理含義上與其它測(cè)量方式（如浮標(biāo)、船測(cè)、航空測(cè)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(cè)問(wèn)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(wèn)題，對(duì)目標(biāo)尤其是小目標(biāo)和機(jī)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)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(wèn)題。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 葉春明，盧雁.高頻地波雷達(dá)發(fā)展動(dòng)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(duì)帶外電磁波傳輸基本沒(méi)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(guò)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(guò)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(duì)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(duì)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(duì)微帶貼片天線進(jìn)行加載。EBG結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(jiàn)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(duì)EBG周期結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，通過(guò)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(jiàn)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(guò)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(duì)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(kāi)，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(guò)HFSS微波仿真軟件分別對(duì)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(jiàn)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)

[1] F.Sievenpiper，High-Impedance Electromagnetic Surfaces.Ph.D.Dissertation，Department of Electrical Engineering，University of California at Los Angeles，CA，1999.

[2] Radisic V，Qian Y，Coccioli R，Novel 2-D Photonic Band-gap Structure for Microstrip Lines.IEEE Microwave and Guided Wave Letters，1998.8（2）：69-71.