《電磁場與電磁波》教學(xué)大綱一、課程基本信息1、課程代碼：181501；2、課程名稱（中/英文）：電磁場與電磁波/ElectromagneticFieldsandWaves

；3、學(xué)時(shí)/學(xué)分：54/3；4、先修課程：高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、復(fù)變函數(shù)與數(shù)理方程；

5、面向?qū)ο螅和ㄐ殴こ獭㈦娮有畔⒐こ獭㈦娮有畔⒖茖W(xué)與技術(shù)本科生；

6、開課院（系）：信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院；7、教材、教學(xué)參考書：

教材：《工程電磁場與電磁波》，丁君主編高等教育出版社，2005年7月出版；教學(xué)參考書：《電磁場與電磁波》（第三版），謝處方編，高等教育出版社，1999年；《電磁場與電磁波》（第二版），周克定譯，機(jī)械工業(yè)出版社，2006年。二、課程性質(zhì)和任務(wù)

《電磁場與電磁波》是電子信息和通信等電子類專業(yè)的一門重要的必修專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程的學(xué)習(xí)是后續(xù)課程《微波技術(shù)與天線》、《高等電磁理論》學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。

通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)宏觀電磁場與電磁波的基本概念和規(guī)律有深入完整的理解，掌握麥克斯韋方程組的含義及其應(yīng)用，了解媒質(zhì)的電磁特性及電磁邊界條件，學(xué)會(huì)定量計(jì)算簡單電磁場和電磁波問題的基本方法，具備對(duì)簡單工程電磁問題的分析能力。三、教學(xué)內(nèi)容和基本要求

（一）矢量的概念及運(yùn)算

1.理解矢量的概念及表示方法；2.掌握矢量基本運(yùn)算，矢量的加法、減法、標(biāo)量積、矢量積；3．掌握標(biāo)量場的梯度、矢量場的散度、矢量場的旋度概念及運(yùn)算；4.理解矢量微分元并會(huì)寫出其正確的表達(dá)式；5．了解正交坐標(biāo)系及矢量在不同坐標(biāo)系中的變換；6．了解重要的場論公式。（二）電磁學(xué)基本理論

1．理解并計(jì)算電場和磁場的基本物理量；

2．理解位移電流的概念，并會(huì)用安培環(huán)路定律解題；

3．理解并應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律；

4．應(yīng)用電流連續(xù)性方程解題；

5．深刻領(lǐng)會(huì)并熟練掌握應(yīng)用高斯定律求解電磁問題；

6．深刻領(lǐng)會(huì)麥克斯韋方程組的含義，并熟練應(yīng)用其求解電磁問題。

（三）媒質(zhì)的電磁性質(zhì)和邊界條件

1．了解電場中的導(dǎo)體的特性和電導(dǎo)率，理解導(dǎo)體中的傳導(dǎo)電流與恒定電場的關(guān)系；

2．了解電介質(zhì)的極化現(xiàn)象和極化強(qiáng)度，理解電介質(zhì)中電位移矢量和電場強(qiáng)度的關(guān)系；

3．了解磁介質(zhì)的磁化現(xiàn)象和磁化強(qiáng)度，理解磁介質(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度的關(guān)系；

4．深刻領(lǐng)會(huì)并熟練掌握媒質(zhì)中的麥克斯韋方程組；

5．掌握電磁場的邊界條件，并熟練應(yīng)用其求解電磁問題。（四）靜態(tài)場的解1．理解靜態(tài)場特性，及泊松方程和拉普拉斯方程；

2．理解靜態(tài)場的重要原理和定理；

3．熟練應(yīng)用鏡像法求解靜態(tài)電磁場問題；

4．熟練應(yīng)用分離變量法求解靜態(tài)電磁問題；

5．了解復(fù)變函數(shù)法。（五）場論和路論的關(guān)系1．理解場論和路論的關(guān)系；

2．掌握電阻、電容、電感的求法；

3．理解基爾霍夫定律和麥克斯韋方程的關(guān)系。（六）平面電磁波1．理解平面電磁波的定義和特性；

2．理解電磁場波動(dòng)方程；

3．掌握均勻平面波在無耗介質(zhì)中的傳播特性，熟練計(jì)算其參數(shù)；

4．掌握均勻平面波在有耗媒質(zhì)中的傳播特性，計(jì)算其參數(shù)；

5．理解波的極化的概念，分析波的極化方式；

6．熟練掌握均勻平面波垂直入射的反射和透射規(guī)律，并會(huì)計(jì)算波的反射系數(shù)和透射系數(shù)，及反射場和透射場；

7．了解多層介質(zhì)中的反射與透射規(guī)律；

8．了解均勻平面波斜入射的反射和折射特性規(guī)律，分析波的全反射與全折射現(xiàn)象。（七）規(guī)則波導(dǎo)和空腔諧振器1．理解規(guī)則波導(dǎo)中電磁波的一般特性；

2．掌握矩形波導(dǎo)的傳輸特性，及TE10模的場結(jié)構(gòu)；

3．掌握?qǐng)A柱形波導(dǎo)的傳輸特性，及常見模的場結(jié)構(gòu)；

4．了解空腔諧振器的諧振波長、品質(zhì)因數(shù)及常用諧振模式。（八）電磁波的輻射

1．理解電磁輻射的概念，了解電磁輻射產(chǎn)生的條件；2．理解滯后位的概念；

3．掌握電偶極子的輻射特性，計(jì)算電偶極子的輻射場、輻射功率、輻射電阻、方向性函數(shù)和方向圖;

4．了解磁偶極子的輻射特性及輻射場；

5．理解半波振子的概念，掌握半波振子輻射場及方向性函數(shù)的計(jì)算；

6．理解天線陣輻射的概念，掌握二元陣輻射場的計(jì)算方法，了解均勻直線陣的輻射場。四、各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)分配課程知識(shí)模塊學(xué)時(shí)分配1、緒論共3學(xué)時(shí)2、矢量分析共5學(xué)時(shí)（1）矢量的基本運(yùn)算1（2）矢量微分元、標(biāo)量場的梯度2（3）矢量的散度和旋度23、電磁學(xué)基本理論共9學(xué)時(shí)（1）電場強(qiáng)度和標(biāo)量電位1（2）磁感應(yīng)強(qiáng)度和矢量磁位1（3）麥克斯韋方程組的積分形式3（4）麥克斯韋方程組的微分形式3習(xí)題14、媒質(zhì)的電磁性質(zhì)和邊界條件共8學(xué)時(shí)（1）導(dǎo)體的電磁特性1（2）電介質(zhì)的極化現(xiàn)象1（3）磁介質(zhì)的磁化現(xiàn)象1（4）電磁場的邊界條件4習(xí)題15、靜態(tài)場的解共5學(xué)時(shí)（1）靜態(tài)場特性2（2）靜態(tài)場的重要原理1（3）鏡像法1（4）分離變量法16、場論和路論的關(guān)系共4學(xué)時(shí)（1）電阻和電容1（2）電感1（3）基爾霍夫定律和麥克斯韋方程方程關(guān)系1習(xí)題17、平面電磁波共12學(xué)時(shí)（1）平面波概念及波動(dòng)方程1（2）平面波在無耗介質(zhì)中的傳播2（3）平面波在有耗介質(zhì)中的傳播1（4）波的極化特性1（5）平面波的垂直入射2（6）多層介質(zhì)分界面的垂直入射1（7）平面波的斜入射3習(xí)題18、電磁波的輻射共8學(xué)時(shí)（1）滯后位1（2）電偶極子的輻射2（3）磁偶極子的輻射1（4）對(duì)稱振子的輻射2（5）天線陣的輻射1習(xí)題1注：總計(jì)講授學(xué)時(shí)為54學(xué)時(shí)。教材第七章《規(guī)則波導(dǎo)和空腔諧振器》因?yàn)檎n時(shí)總量的要求，且和后續(xù)《微波技術(shù)與天線》課程重復(fù)，所以不講授。五、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)模塊重

點(diǎn)難

點(diǎn)矢量分析矢量基本運(yùn)算，矢量微分元，標(biāo)量場的梯度、矢量場的散度和旋度。不同坐標(biāo)系中的矢量微元表示，梯度，散度、旋度的意義。電磁學(xué)基本理論電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義與計(jì)算，位移電流的概念，麥克斯韋方程組的建立。電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的積分公式的應(yīng)用，位移電流的意義，麥克斯韋方程組的物理含義及應(yīng)用。媒質(zhì)的電磁性質(zhì)和邊界條件導(dǎo)體在靜電場中的靜電平衡現(xiàn)象，導(dǎo)體的傳導(dǎo)、介質(zhì)的極化和磁化概念及物態(tài)方程，邊界條件。介質(zhì)的極化和磁化現(xiàn)象的理解。靜態(tài)場分析靜態(tài)場概念，惟一性定理，鏡像法，直角坐標(biāo)系中的分離變量法。惟一性定理的理解，鏡像法實(shí)質(zhì)的掌握，鏡像源的確定和計(jì)算。場論和路論的關(guān)系電阻、電感、電容的計(jì)算。電阻、電感、電容元件中電場和磁場的計(jì)算平面電磁波時(shí)變場的波動(dòng)方程；均勻平面波在理想介質(zhì)中和在損耗媒質(zhì)中的傳播特性；電磁波的極化特性；坡印廷定理和坡印廷矢量；均勻平面波對(duì)平面分界面的垂直入射和斜入射。均勻平面波傳播特性的掌握；極化類型的判定；沿任意方向傳播的均勻平面波的表示、斜入射的分析，坡印廷定理和坡印廷矢量的物理意義。電磁波的輻射滯后位的概念；電偶極