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电磁场与电磁兼容
第13次开课
开课时间: 2025年02月24日 ~ 2025年07月15日
学时安排: 3-5小时
进行至第6周,共21周 已有 171 人参加
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课程评价(41)
spContent=随着电子产品准入制度变革,电磁兼容重要性在全球的提升有目共睹,对电磁兼容人才需求越来越高。本课程是轨道交通信号与控制专业和自动化专业的专业主干课,具有理论与工程技术紧密结合的特点,通过本课程的教学,旨在培养能够将理论与工程实践相结合,具备分析解决电磁兼容性问题能力的专门研究人才。
随着电子产品准入制度变革,电磁兼容重要性在全球的提升有目共睹,对电磁兼容人才需求越来越高。本课程是轨道交通信号与控制专业和自动化专业的专业主干课,具有理论与工程技术紧密结合的特点,通过本课程的教学,旨在培养能够将理论与工程实践相结合,具备分析解决电磁兼容性问题能力的专门研究人才。
—— 课程团队
课程概述

本课程主要介绍电磁场理论和电磁兼容技术,具体内容包括矢量分析、时变电磁场、电磁场定理、平面电磁波、天线基础、传输线理论、电磁兼容基本概念、电磁干扰的传输与耦合、电磁干扰的抑制措施和电磁兼容测量技术。通过本课程的理论学习和实验,使学生掌握电磁场、电磁波、天线、传输线和电磁兼容的基本知识,学会应用场的概念去分析和解决问题,应用所学的理论知识去分析解决工程实践中遇到的电磁干扰问题。培养学生对所学理论知识的应用能力和解决实际问题的能力,增强学生的实践动手和自主创新能力。

授课目标

1. 通过本课程学习,掌握电磁场的核心理论、电磁波的传播特性、天线和传输线的基本知识、电磁兼容的基本概念,能够运用基础理论知识研究分析复杂系统的电磁兼容性能,具备对元件、电路和复杂系统抽象建模和计算分析的能力。

2. 掌握电磁兼容的三要素、电磁骚扰的传输耦合特性以及重要的抗干扰技术,了解电磁兼容的测量原理,掌握电子电气系统电磁干扰问题的分析方法和解决思路,具备实验数据分析能力,培养通过实践持续获取知识的能力。

3. 通过研究性教学环节,加深学生对所学理论知识的理解,培养学生在解决复杂工程问题中对理论知识的运用能力,培养学生独立思考、正确理解和评价对所解决的复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响的能力。

课程大纲

第1周教学内容

1.1 矢量的概念

1.2 矢量的运算-矢量的加法

1.3 矢量的运算-矢量的乘法

1.4 矢量的运算-矢量的积分运算

1.5 矢量的运算-矢量积分物理意义

1.6 矢量的运算-矢量的散度和旋度运算

1.7 亥姆霍兹定理

1.8 标量场的梯度

1.9 正交坐标系

1.10微分元

第1周测验

第2周教学内容

2.1 基本概念

2.2麦克斯韦方程组1

2.3麦克斯韦方程组2

2.4 麦克斯韦方程组的微分形式

2.5 麦克斯韦方程组的求解

2.6 静电场的基本变量及库仑定律

2.7 静电场的基本方程1

2.8 静电场的基本特性2

2.9 毕奥-萨伐尔定律及恒定磁场的基本特性

2.10 恒定磁场及基本变量特性

第二周测试

第3周教学内容

2.11 电场的高斯定理

2.12 高斯定理例题

2.13 磁场的高斯定理

2.14 安培环路定律

2.15 修正的安培环路定律

2.16 位移电流

2.17 法拉第电磁感应定律的积分形式1

2.18 法拉第电磁感应定律的微分形式2

2.19 不同媒质分界面上的边界条件

2.20 理想介质表面及理想导体表面的边界条件

2.21 电磁场能量

2.22 平均玻印廷矢量

第4周教学内容

3.1 波动方程

3.2 时谐场的波动方程

3.3 波动方程的解

3.4 波动方程解的物理意义

3.5 正弦均匀平面波

3.6 正弦均匀平面波的参数

3.7 均匀平面波的传播特性 (上)

3.8 均匀平面波的传播特性 (下)

3.9 均匀平面波习题课

第5周教学内容

3.10 波的极化

3.11 有耗媒质

3.12 导电媒质中的平面波 (上)

3.13导电媒质中的平面波 (下)

3.14非理想介质中的平面波

3.15电磁波在不同媒质分界面上的传播(上)

3.16 电磁波在不同媒质分界面上的传播 (下)

3.17 电磁波在理想导体表面的垂直入射

实验一 无线接入点电波传播特性研究

第6周教学内容

4.1 天线的作用与分类

4.2 线天线

4.3 电偶极子

4.4 电偶极子的辐射

4.5 电偶极子的近场区与辐射场

4.6 天线的辐射功率

4.7 天线的辐射电阻

4.8 天线的方向性函数

4.9 天线的方向性图

4.10 天线的方向性系数

4.11 天线的方向性增益

4.12 天线的效率

4.13 天线的有效长度

4.14 接收天线的最大有效孔径

第7周教学内容

4.15 接收天线感应电流的求解

4.16 接收天线的接收功率和最大有效孔径

4.17 天线的校正系数

4.18 对称振子天线

4.19 偶极子天线的辐射场

4.20 镜像原理

4.21 理想导电平面对水平架设的对称振子的影响

4.22 理想导电平面对垂直架设的对称振子的影响

4.23 非理想导电平面对对称振子的影响

实验二 天线特性测量

第8周教学内容

5.1 传输线的定义

5.2 传输线的分布参数

5.3 传输线方程

5.4 传输线方程的解

5.5 传输线的特性阻抗与传播系数

5.6 传输线的输入阻抗

5.7传输线的反射系数和驻波比

5.8 传输线的行波状态与驻波状态

5.9 传输线的混合波状态

实验三 同轴电缆的时域反射特性测量

第八周测试

第9周教学内容

6.1电磁兼容的基本概念

6.2 电磁兼容的三要素

6.3 电磁干扰的危害及电磁兼容常用单位—分贝

研讨一:电磁兼容专用测量场地和测量系统介绍

第九周测试

第10周教学内容

7.1 耦合途径

7.2 差模骚扰和共模骚扰

7.3 公共阻抗耦合

7.4 近场耦合

7.5 辐射耦合

研讨二:动车组车载设备通信超时问题分析

第十周测试

第11周教学内容

8.1 接地的定义

8.2 接地方式

8.3 地线带来的干扰问题

8.4 导线的阻抗

8.5 屏蔽的概念

8.6 屏蔽的原理

8.7 电磁屏蔽的原理

8.8 吸收损耗与反射损耗

8.9 低频电磁场的屏蔽

8.10 滤波技术

实验四 电源滤波器插入损耗仿真

研讨三:动车组车载传感器电磁干扰问题分析

第十一周测试

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预备知识

先修课程:高等数学,大学物理,电路分析基础

参考资料

建议教材:

[1] 闻映红等,电磁场与电磁兼容(普通高等教育电子通信类特色专业系列规划教材),第二版,ISBN 978-7-03-058627-8,科学出版社,2019

[2] C.R.Paul(著),闻映红(译),电磁兼容导论:原书第二版(电磁兼容领域经典教材),ISBN 978-7-03-058604-9,北京:科学出版社,2021

教学参考书:

[1] 谢处方等,电磁场与电磁波,第五版,北京:高等教育出版社,2019

[2] 闻映红,天线与电波传播理论(修订本)(北京高等教育精品教材,高等学校电子信息类系列教材),北京:清华大学出版社/北京交通大学出版社联合出版,2007.

常见问题




Q1: 电磁场与电磁兼容》MOOC课程学习成绩由哪几部分组成?

A1:本《电磁场与电磁兼容》MOOC课程学习成绩组成为:

单元测验30+阶段测验35+期末考试35分。

随堂测验不计成绩,讨论题根据参与活跃度,可得到1-3分额外加分。

 

Q2.北京交通大学《电磁场与电磁兼容》课程教学、考核过程与本MOOC平台的教学、考核过程一样吗?

A2:课程教学一样,但考核过程不完全一样。北京交通大学在校生《电磁场与电磁兼容》课程的学习成绩由阶段检测、作业成绩、实验成绩、研究性教学和期末考试5部分组成,本MOOC平台的教学考核内容主要是理论教学,但视频中展示的演示实验和在校生都是一样的。

 

Q3.《电磁场与电磁兼容》长久以来被认为最难的课程之一,如何才能有效学习?

A3:要掌握基本概念及其物理意义,要做到融会贯通,举一反三。看视频听课,要抓主线,抓重点、抓难点,掌握分析思路、掌握分析方法。学习时,需要结合工程案例,从电磁骚扰源、耦合途径及敏感设备三个维度,形象的理解电磁兼容内涵,通过建立理论与工程应用间的联系,牢固掌握、清晰理解、熟练运用所学内容。

 

Q4: 本课程的教学视频和电子教案文档每周什么时间更新?

A4教学视频和电子教案文档在每周周一的上午10点更新。教学日历如下表。


教学日历

授课时间

授课序号

知识点

1

第一讲

1.1 矢量的概念

1.2 矢量的运算-矢量的加法

1.3 矢量的运算-矢量的乘法

1.4 矢量的运算-矢量的积分运算

1.5 矢量的运算-矢量积分物理意义

1.6 矢量的运算-矢量的散度和旋度运算

1.7 亥姆霍兹定理

1.8 标量场的梯度

1.9 正交坐标系

1.10微分元 

2

第二讲

2.1 基本概念

2.2麦克斯韦方程组(上)

2.3麦克斯韦方程组(下)

2.4 麦克斯韦方程组的微分形式

2.5 麦克斯韦方程组的求解

2.6 静电场的基本变量及库仑定律

2.7 静电场的基本方程(上)

2.8 静电场的基本特性(下)

2.9 毕奥-萨伐尔定律及恒定磁场的基本特性

2.10 恒定磁场及基本变量特性

3

第三讲

2.11 电场的高斯定理

2.12 高斯定理例题

2.13 磁场的高斯定理

2.14 安培环路定律

2.15 修正的安培环路定律

2.16 位移电流

2.17 法拉第电磁感应定律的积分形式

2.18 法拉第电磁感应定律的微分形式

2.19 不同媒质分界面上的边界条件

2.20 理想介质表面及理想导体表面的边界条件

2.21 电磁场能量

2.22 平均玻印廷矢量

4

第四讲

3.1 波动方程

3.2 时谐场的波动方程

3.3 波动方程的解

3.4 波动方程解的物理意义

3.5 正弦均匀平面波

3.6 正弦均匀平面波的参数

3.7 均匀平面波的传播特性 (上)

3.8 均匀平面波的传播特性 (下)

3.9 均匀平面波习题课

5

第五讲

3.10 波的极化

3.11 有耗媒质

3.12 导电媒质中的平面波 (上)

3.13 导电媒质中的平面波 (下)

3.14非理想介质中的平面波

3.15电磁波在不同媒质分界面上的传播(上)

3.16电磁波在不同媒质分界面上的传播(下)

3.17 电磁波在理想导体表面的垂直入射

实验一 无线接入点电波传播特性研究

6

第六讲

4.1 天线的作用与分类

4.2 线天线

4.3 电偶极子

4.4 电偶极子的辐射

4.5 电偶极子的近场区与辐射场

4.6 天线的辐射功率

4.7 天线的辐射电阻

4.8 天线的方向性函数

4.9 天线的方向性图

4.10 天线的方向性系数

4.11 天线的方向性增益

4.12 天线的效率

4.13 天线的有效长度

4.14 接收天线的最大有效孔径

7

第七讲

4.15 接收天线感应电流的求解

4.16 接收天线的接收功率和最大有效孔径

4.17 天线的校正系数

4.18 对称振子天线

4.19 偶极子天线的辐射场

4.20 镜像原理

4.21 理想导电平面对水平架设的对称振子的影响

4.22 理想导电平面对垂直架设的对称振子的影响

4.23 非理想导电平面对对称振子的影响

实验二 天线特性测量

8

第八讲

5.1 传输线的定义

5.2 传输线的分布参数

5.3 传输线方程

5.4 传输线方程的解

5.5 传输线的特性阻抗与传播系数

5.6 传输线的输入阻抗

5.7传输线的反射系数和驻波比

5.8 传输线的行波状态与驻波状态

5.9 传输线的混合波状态

实验三 同轴电缆的时域反射特性测量

9

第九讲

6.1电磁兼容的基本概念

6.2 电磁兼容的三要素

6.3 电磁干扰的危害及电磁兼容常用单位分贝

研讨一:电磁兼容专用测量场地和测量系统介绍

10

第十讲

7.1 耦合途径

7.2 差模骚扰和共模骚扰

7.3 公共阻抗耦合

7.4 近场耦合

7.5 辐射耦合

研讨二:动车组车载设备通信超时问题分析

11

第十一讲

8.1 接地的定义

8.2 接地方式

8.3 地线带来的干扰问题

8.4 导线的阻抗

8.5 屏蔽的概念

8.6 屏蔽的原理

8.7 电磁屏蔽的原理

8.8 吸收损耗与反射损耗

8.9 低频电磁场的屏蔽

8.10 滤波技术

实验四 电源滤波器插入损耗仿真

研讨三:动车组车载传感器电磁干扰问题分析

12


复习

期末考试

 


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北京交通大学
1 位授课老师
闻映红

闻映红

教授

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