[电子教案]电磁场与电磁兼容 (30)

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电磁场与电磁波电子教案

电磁场与电磁波电子教案第一章：电磁场的基本概念1.1 电磁场的定义与特性1.2 电磁场的基本方程1.3 电磁场的边界条件1.4 电磁场的能量与辐射第二章：静电场2.1 静电场的基本方程2.2 静电场的边界条件2.3 静电场的能量与能量密度2.4 静电场的势与电场强度第三章：稳恒磁场3.1 稳恒磁场的性质3.2 稳恒磁场的磁感应强度3.3 磁场的基本方程3.4 磁场的边界条件第四章：电磁波的基本概念4.1 电磁波的产生与传播4.2 电磁波的波动方程4.3 电磁波的能量与动量4.4 电磁波的极化与反射、折射第五章：电磁波的传播与应用5.1 电磁波在自由空间的传播5.2 电磁波在介质中的传播5.3 电磁波的辐射与天线理论5.4 电磁波的应用（如无线通信、微波炉等）第六章：电磁波的波动方程与群速度6.1 电磁波的波动方程6.2 电磁波的相速度与群速度6.3 电磁波的色散现象6.4 电磁波的传播特性分析第七章：电磁波的极化与散射7.1 电磁波的极化类型与极化率7.2 电磁波的圆极化与线极化7.3 电磁波的散射现象及其原理7.4 电磁波散射的应用（如雷达、遥感等）第八章：电磁波在天线理论与辐射中的应用8.1 天线的基本原理与类型8.2 天线的辐射特性与方向性8.3 天线的设计与优化8.4 电磁波在天线辐射中的应用（如无线通信、广播等）第九章：电磁波在介质中的传播与波导9.1 电磁波在均匀介质中的传播9.2 电磁波在非均匀介质中的传播9.3 波导的基本概念与特性9.4 波导中的电磁波传播与应用第十章：电磁波在现代科技领域的应用10.1 无线通信与电磁波10.2 微波炉与电磁波10.3 雷达技术与电磁波10.4 光学与电磁波（如光纤通信、激光等）10.5 电磁波在其他领域的应用（如医学、工业等）重点和难点解析重点一：电磁场的基本概念补充说明：电磁场的定义是电荷产生的一种场，具有能量和动量。

基本方程包括高斯定律、法拉第感应定律和安培定律。

[电子教案]电磁场与电磁兼容 (44)

7.1 电磁干扰滤波器
电磁兼容滤波器设计是电磁兼容设计工程中一个非常重要的环节。有时设计的滤波器性能如何会决定整个电器设备是否能够正常工作。但因为电磁兼容滤波器的设计涉及的知识面非常广，所以设
计出一个性能较好的滤波器并不是一件容易的事情。本章详细讲述电磁干扰滤波器的工作原理与分类，还将介绍一些常用的滤波元器件；最后，结合实际
二 .电磁干扰滤波器的主要特性
（3）频率特性：滤波器的频率特性是描述其抑制干扰能力的参数，通常用中心频率、截止频率及上升和下降斜率表示。（4）输入/输出阻抗：从信号源到滤波器输入的阻抗称为输入阻抗，滤波器输出到接收电路的阻抗称为输出阻抗。选择滤波器需要考虑阻抗匹配，以防止信号衰减。
（5）插入损耗：描述滤波器性能的最主要参量是插入损耗，插入损耗的大小随工作频率不同而改变。
二 .电磁干扰滤波器的主要特性
插入损耗的定义：Lin来自20 lg V1 V2
（6）传输频率特性：滤波器最重要的是其传输频率特性，可用对数幅频特性20lgA 来表示。在抗干扰技术中又称为衰减系数：
衰减系数 20 lg Uo ( j) Ui ( j)
三 .低通滤波器的结构选择
L型、П型和T型滤波器具有相同的衰减系数，这是在没有考虑输入、输出效应情况下讨论的。实际上系统的输入、输出效应总是客观存在的，即信号源总是有内阻抗的，负载总是有输入阻抗的，要根据信号源的内阻和负载阻抗来选择低频滤波器的电器结构形式，如图7-1所示。
滤波器最主要的特征参数有额定电压、额定电流、频率特性、输入/输出阻抗、插入损耗及传输频率特性等。
（1）额定电压：指输入滤波器的最高允许电压值。若输入滤波器的电压过高，会使内部电容损坏。（2）额定电流：指在额定电压和规定环境温度条件下，滤波器所允许的最大连续工作电流。一般使用温度越高其允许的工作电流越小。同时，工作电流还与频率有关：工作频率越高，其允许的电流越小。

电磁场与电磁波电子教案

电磁场与电磁波电子教案第一章：电磁场的基本概念1.1 电荷和电场介绍电荷的性质和分类解释电场的概念和电场线电场强度的定义和计算电场的叠加原理1.2 磁场和磁力介绍磁铁和磁性的概念解释磁场的概念和磁感线磁感应强度的定义和计算磁场的叠加原理1.3 电磁感应介绍法拉第电磁感应定律解释感应电动势和感应电流的产生电磁感应的实验现象和应用第二章：电磁波的基本性质2.1 电磁波的产生和传播介绍麦克斯韦方程组和电磁波的理论基础解释电磁波的产生和传播过程电磁波的波动方程和波长、频率、速度的关系2.2 电磁波的能量和动量介绍电磁波的能量密度和能量传递解释电磁波的动量和动量传递电磁波的辐射压和辐射阻力的概念2.3 电磁波的偏振和反射、折射介绍电磁波的偏振现象和偏振光的性质解释电磁波在介质中的反射和折射现象反射定律和折射定律的原理及应用第三章：电磁波的传播和辐射3.1 电磁波在自由空间中的传播介绍自由空间中电磁波的传播特性解释电磁波的辐射和天线原理电磁波的辐射强度和辐射功率的概念3.2 电磁波在介质中的传播介绍电磁波在介质中的传播规律解释介质的折射率和介电常数的概念电磁波在介质中的衰减和色散现象3.3 电磁波的辐射和天线原理介绍天线的分类和基本原理解释天线的辐射特性和发展电磁波的辐射模式和天线的设计方法第四章：电磁波的应用4.1 电磁波在通信技术中的应用介绍电磁波在无线通信中的应用解释无线电波的传播和传播损耗电磁波在移动通信和卫星通信中的应用4.2 电磁波在雷达技术中的应用介绍雷达技术的基本原理和组成解释雷达方程和雷达的探测距离电磁波在雷达系统和雷达导航中的应用4.3 电磁波在医疗技术中的应用介绍电磁波在医学影像诊断中的应用解释磁共振成像（MRI）的原理和应用电磁波在放射治疗和电磁热疗中的应用第五章：电磁波的防护和辐射安全5.1 电磁波的辐射和防护原理介绍电磁波的辐射对人体健康的影响解释电磁波的防护原理和防护措施电磁屏蔽和电磁兼容的概念5.2 电磁波的辐射标准和法规介绍国际和国内电磁波辐射的标准和法规解释电磁波辐射的限制和测量方法电磁波辐射管理的政策和监管措施5.3 电磁波的辐射安全和防护措施介绍电磁波辐射的安全距离和防护措施解释电磁波辐射的个人防护和公共场所的防护措施电磁波辐射的环保意识和公众宣传的重要性第六章：电磁波在电力系统中的应用6.1 电磁波在电力传输中的应用介绍高压输电线路中的电磁干扰问题解释输电线路的屏蔽和接地措施电磁波在特高压输电技术中的应用6.2 电磁波在电力系统监测与控制中的应用介绍电力系统中的电磁场监测和测量技术解释电磁波在电力系统状态监测和故障诊断中的应用电磁波在智能电网和分布式发电系统中的应用6.3 电磁波在电力设备中的影响及防护分析电磁波对电力设备的干扰和影响解释电磁兼容性设计在电力设备中的应用电磁波防护措施在电力设备中的实施方法第七章：电磁波在交通领域的应用7.1 电磁波在铁路交通中的应用介绍铁路信号系统和电磁波在信号传输中的应用解释铁路通信和列车无线通信系统中电磁波的应用电磁波在铁路自动控制系统中的应用7.2 电磁波在汽车交通中的应用介绍汽车电子设备和电磁波的应用解释车载通信系统和电磁波在车辆导航中的应用电磁波在智能交通系统中的应用7.3 电磁波在航空和航天领域的应用介绍电磁波在航空通信和导航中的应用解释电磁波在卫星通信和航天器通信中的应用电磁波在航空航天器中的其他应用，如雷达和遥感技术第八章：电磁波在工科领域的应用8.1 电磁波在电子工程中的应用介绍电磁波在无线电发射和接收中的应用解释电磁波在微波器件和天线技术中的应用电磁波在射频识别（RFID）技术中的应用8.2 电磁波在光电子学中的应用介绍电磁波在光纤通信中的应用解释电磁波在激光器和光电器件中的应用电磁波在光电探测和成像技术中的应用8.3 电磁波在生物医学领域的应用介绍电磁波在医学诊断和治疗中的应用解释电磁波在磁共振成像（MRI）和微波热疗中的应用电磁波在其他生物医学技术中的应用，如电疗和电磁屏蔽第九章：电磁波的环境影响和政策法规9.1 电磁波的环境影响分析电磁波对环境和生物的影响，如电磁辐射污染解释电磁波的环境监测和评估方法电磁波环境保护措施和可持续发展策略9.2 电磁波的政策法规介绍国际和国内关于电磁波辐射的政策法规解释电磁波辐射的标准和限制条件电磁波辐射管理的政策和监管措施9.3 电磁波的公众宣传和教育分析电磁波辐射的公众认知和误解解释电磁波辐射的安全性和健康影响电磁波辐射的公众宣传和教育方法第十章：电磁波的未来发展趋势10.1 新型电磁波技术和材料的研究介绍新型电磁波发射和接收技术的研究解释新型电磁波传输材料和超材料的研究进展电磁波技术在未来的应用前景10.2 电磁波在新型能源领域的应用介绍电磁波在太阳能和风能等新型能源领域的应用解释电磁波在智能电网和能源互联网中的应用电磁波在未来能源系统中的作用和挑战10.3 电磁波与物联网和大数据的结合分析电磁波在物联网通信中的应用解释电磁波在大数据传输和处理中的作用电磁波在未来物联网和大数据技术中的挑战和发展趋势重点和难点解析一、电磁场的基本概念：理解电荷、电场、磁场和磁力的基本性质，以及电磁感应的原理。

电磁兼容原理实验教案

电磁兼容原理实验教案一、实验目的1. 理解电磁兼容的基本概念。

2. 掌握电磁兼容的基本设计原则。

3. 学习电磁兼容的实验方法和技巧。

4. 培养实验操作能力和团队协作能力。

二、实验原理1. 电磁兼容的基本概念：电磁兼容是指电子设备或系统在同一电磁环境中能正常工作，并不干扰其他设备正常工作的能力。

2. 电磁兼容的基本设计原则：a) 屏蔽：采用金属屏蔽或导电涂层等方法减少电磁干扰。

b) 滤波：利用滤波器去除电源线和信号线上的干扰信号。

c) 接地：合理设置接地，降低设备之间的干扰。

d) 布线：按照电磁兼容原则进行合理布线，减少信号间的相互干扰。

三、实验器材与设备1. 实验桌椅2. 计算机3. 示波器4. 信号发生器5. 功率放大器6. 接收器7. 屏蔽盒8. 滤波器9. 接地线10. 导线四、实验内容与步骤1. 实验一：电磁干扰的产生与检测a) 连接信号发生器、功率放大器和接收器。

b) 设置信号发生器产生一定频率的信号。

c) 通过功率放大器放大信号，观察接收器接收到的干扰信号。

d) 分析干扰产生的原因和特点。

2. 实验二：屏蔽对电磁干扰的影响a) 在实验一的基础上，加入屏蔽盒。

b) 将信号发生器、功率放大器和接收器放入屏蔽盒内。

c) 重复实验一的操作，观察屏蔽对电磁干扰的影响。

d) 分析屏蔽的作用和效果。

3. 实验三：滤波对电磁干扰的影响a) 在实验一的基础上，加入滤波器。

b) 将滤波器串联在信号发生器和功率放大器之间。

c) 重复实验一的操作，观察滤波对电磁干扰的影响。

d) 分析滤波的作用和效果。

4. 实验四：接地对电磁干扰的影响a) 在实验一的基础上，合理设置接地。

b) 将信号发生器、功率放大器和接收器分别接地。

c) 重复实验一的操作，观察接地对电磁干扰的影响。

d) 分析接地的作用和效果。

5. 实验五：布线对电磁干扰的影响a) 在实验一的基础上，按照电磁兼容原则进行布线。

b) 重复实验一的操作，观察布线对电磁干扰的影响。

电磁场与电磁波电子教案

电磁场与电磁波电子教案第一章：电磁场与电磁波概述1.1 电磁场的概念电场和磁场的定义电磁场的性质和特点1.2 电磁波的产生和传播电磁波的定义和特点麦克斯韦方程组与电磁波的产生电磁波的传播特性1.3 电磁波的分类和应用无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线的特点和应用电磁波谱的概述第二章：电磁场的基本方程2.1 电场和磁场的基本方程高斯定律、法拉第电磁感应定律和安培定律的表述边界条件和解的存在性2.2 波动方程和传播特性电磁波的波动方程波的传播方向、波速和波长之间的关系横波和纵波的特性2.3 电磁场的能量和辐射电磁场的能量密度和能量流密度辐射阻力和辐射功率天线辐射和接收的原理第三章：电磁波的传播和散射3.1 均匀介质中的电磁波传播均匀介质中电磁波的传播方程电磁波的传播速度和相位常数电磁波的极化特性3.2 非均匀介质中的电磁波传播非均匀介质中电磁波的传播方程非均匀介质对电磁波传播的影响波的折射、反射和透射3.3 电磁波的散射散射现象的定义和分类散射方程和散射矩阵散射cross section 和散射截面第四章：电磁波的辐射和接收4.1 电磁波的辐射辐射现象的定义和分类天线辐射的原理和特性辐射阻力和辐射功率的计算4.2 电磁波的接收接收天线和接收电路的设计与分析噪声和信号的接收与处理接收灵敏度和信噪比的计算4.3 电磁波的应用无线通信和广播技术雷达和声纳技术医学成像和治疗技术第五章：电磁波的数值方法和计算5.1 电磁波的数值方法概述数值方法的定义和特点常见数值方法的原理和应用5.2 有限差分时域法（FDTD）FDTD方法的原理和算法FDTD模型的建立和求解过程FDTD法的应用实例5.3 有限元法（FEM）FEM方法的原理和算法FEM模型的建立和求解过程FEM法的应用实例第六章：电磁波的测量与实验技术6.1 电磁波测量概述电磁波测量的目的和意义电磁波测量方法和技术6.2 电磁波的发射与接收实验实验设备的组成和功能发射与接收实验的步骤和注意事项实验数据的处理与分析6.3 电磁波的反射与折射实验实验设备的组成和功能反射与折射实验的步骤和注意事项实验数据的处理与分析第七章：电磁波在特定介质中的传播7.1 电磁波在均匀介质中的传播均匀介质中电磁波的传播特性电磁波在导体和绝缘体中的传播7.2 电磁波在非均匀介质中的传播非均匀介质中电磁波的传播特性电磁波在多层介质中的传播7.3 电磁波在复杂介质中的传播复杂介质中电磁波的传播特性电磁波在生物组织、大气等介质中的传播第八章：电磁波的应用技术8.1 无线通信与广播技术无线通信与广播系统的工作原理调制与解调技术信号传输与接收技术8.2 雷达与声纳技术雷达与声纳系统的工作原理脉冲信号处理与距离测量目标识别与跟踪技术8.3 医学成像与治疗技术医学成像技术的工作原理与应用磁共振成像（MRI）与X射线成像电磁波在医学治疗中的应用第九章：电磁波的防护与安全9.1 电磁波的防护原理电磁波防护的方法与技术电磁屏蔽与吸收材料的应用电磁防护材料的研发与评价9.2 电磁波的安全标准与规范电磁波辐射的安全限值与标准电磁兼容性与电磁干扰控制电磁波辐射的环境影响与监管9.3 电磁波防护与安全的实际应用电磁波防护在电子设备与通信系统中的应用电磁波防护在医疗与生物领域的应用电磁波防护在日常生活与工作中的应用第十章：电磁波的展望与未来发展趋势10.1 电磁波技术在通信领域的展望5G与6G通信技术的发展趋势量子通信与卫星通信技术的应用无线充电与智能物联网技术的发展10.2 电磁波技术在科研领域的展望电磁波在暗物质探测与宇宙观测中的应用电磁波技术在材料科学与环境工程中的应用电磁波技术在生物医学与基因工程中的应用10.3 电磁波技术在社会生活中的影响电磁波技术对人类生活的影响与改变电磁波技术在教育与娱乐领域的应用电磁波技术在智能家居与交通工具中的应用重点和难点解析第一章中电磁场的概念和电磁波的产生传播是基础，需要重点关注电磁场的性质和特点，以及麦克斯韦方程组与电磁波产生的关系。

电磁兼容基础教学设计

电磁兼容基础教学设计1. 前言电磁兼容(EMC)是指电子设备在各种电磁环境下，正常工作而不干扰周围其他电子设备、系统及其它设备在同一电磁环境下正常工作的能力。

本文旨在设计一套电磁兼容基础教学，形成衔接企业需求的电磁兼容人才培养体系。

2. 基本理论首先，设计师需要掌握与电磁兼容相关的基本理论。

包括：•电磁波的概念、传播特性和特征参数。

•传导干扰、辐射干扰、电磁场的相互作用机理，以及它们在电磁兼容中的意义。

•电磁兼容的基本知识、规律及典型事例。

•电磁兼容技术与电磁兼容测试的基本思想和方法。

3. 实验和实践掌握基本理论后，学生需要进行实验和实践，加深对电磁兼容的理解和掌握基本方法。

实验和实践包括：1.基本测试方法实验学生需要了解最基本的电磁兼容测试方法，并能解释测试结果与其他因素之间的关系。

可以为学生提供以下指导：•传导干扰测试•辐射干扰测试•EMC检测及解决方案的基本理解•电磁场建模与电磁场分析的基本概念•设计中的EMC原则和必须考虑的因素2.电磁兼容问题的解决方案实验在掌握基本方法后，学生需要进行更加细致的实践，以制定适当的电磁兼容解决方案。

包括：•指导学生在设计中考虑EMC因素，提高EMC兼容性•针对学生提供典型的EMC测试器件以模仿现实场景环境下的干扰现象•帮助学生建立实验设备并执行基本实验，让学生扮演设计中的EMC策略制定者•帮助学生了解并提高识别和诊断EMC问题的能力4. 教学方法及考核在实践环节之后，我们需要进行考核，以检验学生对于电磁兼容的理解和应用能力。

教学方法和考核包括：•提供模拟测试器件，要求学生依据模拟测试数据判断干扰特性•辅导学生设计和实施实验，如传导干扰测试和辐射干扰测试•可以提供线上考核，让学生以电脑操作实验方式进行考核，前提本教程中所列实验学生已经完成5. 结语通过以上方法，在基础理论和实践操作方面的双重支撑，我们相信学生可以更好的把握电子设备的EMC问题。

协调人不断探索以市场需求为导向的电磁兼容人才培养体系，以期能为企业提供更优秀的EMC工程师。

[电子教案]电磁场与电磁兼容 (25)

解：⑴ 选取适当的坐标系电流分布具有轴对称性，∴选柱坐标并标出源点和场点坐标 ⑵ 将被积函数、变量用坐标变量表示
Idl = azIdz z = z - tan dz = - sec2 d
z
l
z
2
P•(,0,z)
2 dz´ z´ R 1
O
l
2 I
Idl = - azI sec2 d aR = a cos + azsin
I1dl1 、I2dl2 （Am）——线电流的电流元
容易证明 F12 = - F21 ——符合牛顿第三定律
F12
0
4π
c2
I2dl2 (I1dl1 aR )
c1
R2
c2
c1 dF12
dF12
0
4π
I2dl2 (I1dl1 aR ) R2
—— I1dl1 对I2dl2 的作用力
但
dF12 dF21
z l 2
2 (z l )2
2
若 l 无限长，则
1
π 2
,
π a2 2
B
a
0 I 2π
例4.2 求通流 I 的细圆环在轴线上的磁场，圆环半径为a 。
解：（1）电流分布具有轴对称性， ∴选圆柱坐标系
z
(0,0,z）
（2）Idl = aIad
R
R = -a a+ azz R = (z2+a2)1/2
B 0
4π
s
Js aR R2
dS
式中 J 与 Js 是位置的函数，即J = J (r´) ，Js= Js (r´)
磁场与静电场相比较：
B 0 J (r) aR d 4π R2

[电子教案]电磁场与电磁兼容 (34)

⑸熟练使用波动方程求解电磁场的解；
重点要求
熟练利用麦克斯韦方程、边界条件解决正弦电场和磁场的互求问题及源分布。
第五章
时变电磁场
电磁感应定律
全电流定律
Maxwell方程组
分界面上衔接条件动态位A ,
达朗贝尔方程正弦电磁场坡印亭定理与坡印亭矢量电磁辐射( 应用 )
时变场知识结构框图
基本内容和要求
⑴掌握法拉第电磁感应定律的内容并会计算； ⑵了解位移电流的假说； ⑶熟记麦克斯韦方程及边界条件； ⑷熟练使用麦克斯韦方程和边界条件求解电磁场；

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对比介质极化形成的束缚电荷及电位：
P • P
PS P • n S
(r) 1 P (r)d 1 PS(r) dS
4π0 R
4π 0 S R
利用磁偶极子的磁荷模型，可得
qm
l

m • M
mS M • n S -qm
pm
1 0
qml
m (r)
1 4π
m (r)d 1
R
4π
mS(r) dS
SR
习题 4.21
P
m ( A)
H • dl
A
路径包围电流时，由于
cH • dl I
P
m ( A)
H • dl
A
与积分路径有关
例直线电流的标量磁位
⊙
m1( A)
0
I
2π
a
•
a
d
I 2π
P
A
m2( A)
2 π 0
I
2π
a
•
a d
I 2π
I
∴ m具有多值性，但H = -m唯一
四. 磁化介质的标量磁位
4.6 标量磁位
一. 标量磁位的引入及其方程
引入标量磁位的条件：J = 0 空间
H = 0
令 H = -m
m —— 称为标量磁位，单位：A （安培）
介质均匀 •B = •(H) = •H = 0
∴ • (-m) = 0
2m = 0 —— 拉普拉斯方程
边界条件： B1n=B2n
1
m1
n
s
2
m 2
n
s
H1t=H2t m1 s m2 s
二.适用条件
电流未知且不在研究区域，仅知边界条件。
例两个铁制磁极如图所示，
Um
求空气中的磁场。
d
H Um (Um ) 2Um
-Um
d
d
例电流回路的场。
B 0I
4π
H I
4π
I
m
I 4π
三. m的多值性
由 H = -m