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。
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。
先修课程:高等数学,大学物理,电路分析基础
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.
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分+阶段测验35分+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 |
第1周 | 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 | ||
第2周 | 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 | ||
第3周 | 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 | ||
第4周 | 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 | ||
第5周 | 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 | ||
第6周 | 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 | ||
第7周 | 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 | ||
第8周 | 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 | ||
第9周 | 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 | ||
第10周 | 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 | ||
第11周 | 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 | ||
第12周 | 复习 | |
期末考试 |