2349电磁场与微波技术基础

湖北省高等教育自学考试大纲

课程名称：电磁场与微波技术基础课程代码：2349

第一部分课程性质与目标

一、课程性质与特点

本课程由电磁场与电磁波、微波技术基础二部分组成，是高等教育自学考试通信及电子技术的一门重要专业课。

二、课程目标与基本要求

本课程的目标：是学生通过该课程的学习，能从宏观角度理解工程电磁场与电磁波的基本理论和原理，掌握微波基本概念和应用技术。

本课程基本要求：

1．掌握场论的基本知识

2．掌握电磁场的基本理论

3．掌握电磁波传播的基本原理和应用

4．掌握传输线基本理论和应用

5．掌握常用波导的传播基本特性

6．理解微波网络理论和元器件

7．该课程理论性较强，内容比较抽象，运用数学工具较多。相比较而言，电磁场与电磁波部分偏重理论，是本课程学习基础。微波技术部分偏重应用。

8．自学过程中应按大纲要求仔细阅读教材，切实掌握有关内容的基本概念、基本原理和基本方法。学习应遵循从抽象内容中挖掘出具体内涵步骤。

三、与本专业其他课程的关系

本课程是通信工程与电子技术类专业的一门专业课，该课程应在修完本专业的基础课和专业基本课后进行学习。

先修课程：高等数学，电路理论

后续课程：天线理论与技术，

第一部分考核内容与考核目标

第1章场论

一、学习目的与要求

本章是电磁场与电磁波部分的数学和理论基础。通过对本章的学习，应掌握矢量场的基本概念，掌握描述场量特性的梯度、散度、旋度基本概念和应用。具体地，学生务必认真学习，应掌握场的基本概念，特别是矢量场基本概念，标量场的方向导数和梯度，矢量场的通量和散度，矢量场的环量和旋度。了解格林（Green）定理和亥姆霍兹（Helmholtz）定理。

二、考核知识点与考核目标

（一）矢量场的通量和散度（重点）

识记：矢量场的通量和散度的概念，通量线

理解：矢量场的通量和散度的数学表达式和涵义

应用：矢量场的通量源问题

（二）矢量场的环量和旋度（重点）

识记：矢量场的环量和旋度的概念

理解：矢量场的环量和旋度的数学表达式和涵义

应用：矢量场的旋涡源问题

（三）标量场的方向导数和梯度（次重点）

识记：标量场的方向导数和梯度度的概念

理解：标量场的方向导数和梯度数学表达式及其关系

应用：梯度可描述场量特性问题

（四）场量的定义和分类（一般）

识记：场量的概念、场量的分类

理解：场量的表示和数学描述

应用：标量场和矢量场

第2章宏观电磁现象的基本实验定律

一、学习目的与要求

本章是静态场理论基础。通过对本章的学习，应掌握电磁场的基本概念，掌握描述电磁场量特性的基本定律和应用。具体地，学生务必认真学习，应掌握电磁场的基本概念，特别是电磁场基本定律。电场散度和高斯定理，电场旋度和环路定律。磁场散度，磁场环路定律和旋度。法拉第电磁定律。

二、考核知识点与考核目标

（一）电荷守恒定律和电流连续性定律

识记：电荷守恒定律和电流连续性定律涵义

理解：电荷守恒定律和电流连续性定律的数学表达式和涵义

应用：电荷和电流关系

（二）电场的散度和高斯定理（重点）

识记：电场的散度和高斯定理涵义

理解：电场的散度和高斯定理的数学表达式和涵义

应用：电荷产生电场、电场分布规律性和高斯定理应用

（三）磁场的旋度和环路定律（重点）

识记：磁场的旋度和安培环路定律的概念

理解：磁场的旋度和安培环路定律的数学表达式和涵义

应用：电流产生磁场，磁场分布和安培环路定律应用

（四）法拉第电磁感应定律（重点）

识记：法拉第电磁感应定律的概念

理解：法拉第电磁感应定律数学表达式及其关系

应用：变化的磁场可产生电场

（五）电场的散度和高斯定理（次重点）

识记：库仑电场的旋度和法拉第感应电场旋度的涵义

理解：库仑电场的旋度和法拉第感应电场旋度的数学表达式和涵义

应用：电场的通量源（有散场，无旋场），电场的旋涡源（有旋场，无散场）（六）磁场的散度和高斯定律（次重点）

识记：磁场的散度和高斯定理的涵义

理解：磁场的散度和高斯定理的数学表达式和涵义

应用：磁场的无通量源（无散场，有旋场）

（七）库仑定律和比奥－萨伐定律（一般）

识记：库仑定律

理解：电荷产生电场，电场对电荷有作用力

应用：欧姆定律

（八）比奥－萨伐定律（一般）

识记：比奥－萨伐定律

理解：电流产生磁场，磁场对电流有作用力

应用：电流产生磁场，磁场对电流有作用力求解问题

第3章静态场

一、学习目的与要求

本章是静态场的基本定律和基本定理。通过对本章的学习，应掌握静电场电势（电位）的基本概念，静电场中的导体特性，静电场中的均匀电介质电特性，以及静电场的基本方程。应掌握静磁场磁矢势（矢量位）的基本概念，静磁场中的均匀磁介质磁特性，以及恒定电场的基本方程。应掌握静态场的边界条件。

二、考核知识点与考核目标

（一）静电磁场的电势，磁矢势（重点）

识记：静电磁场的电势，磁矢势基本概念

理解：静电磁场的电势，磁矢势的数学表达式和涵义

应用：电荷、电流产生静电磁场的电势，磁矢势。

（二）电位移矢量和介质中高斯定理（重点）

识记：电位移矢量和极化强度概念

理解：电介质中高斯定理、环路定律的数学表达和涵义

应用：电介质中电位、电场

（三）真空和磁介质中恒定磁场基本方程（重点）

识记：磁场强度矢量和磁化强度矢量的概念

理解：磁介质中的磁通连续性定律和安培环路定律的数学表达式和涵义

应用：磁介质中的磁矢位和磁场

（四）恒定电场（次重点）

识记：恒定电场的概念

理解：恒定电流场和恒定电场的场方程

应用：欧姆定律和基本场方程应用

（五）静态场边界条件（次重点）

识记：静态场边界条件概念

理解：静态场边界条件的数学表达式和涵义

应用：不同媒质交界面上的电磁场分布特征、原因及其应用。

（六）静态场中的双导体系统和能量（一般）

识记：双导体系统电容和回路互感

理解：静态场中导体、回路的电磁能量表达及涵义

应用：静态场中导体、回路的电磁能量，焦耳定律

（七）静态场的比拟和边值问题（一般）

识记：静态场的边值问题和唯一性定律

理解：静态场的比拟和镜像法

应用：静态场（静电场和恒定电场）的求解问题，镜像法求解场问题

（八）分离变量法（一般）

识记：分离变量法的概念

理解：分离变量法解题原理

应用：分离变量法在求解静电场分布规律中的应用

第4章时变电磁场

一、学习目的与要求

本章是时变电磁场的基本定律和基本定理。通过对本章的学习，应掌握时变电磁场的麦克斯韦方程组的微分、积分形式以及波动方程，掌握边界条件和时谐电磁场概念，掌握时变电磁场的能量和能流的基本概念和定律。

二、考核知识点与考核目标

（一）麦克斯韦方程组（重点）

识记：时变电磁场的麦克斯韦方程组

理解：麦克斯韦方程组的微分、积分形式的数学表达式和物理涵义

应用：运用麦克斯韦方程组求解时变电磁场问题

（二）时变电磁场边界条件（重点）

识记：时变电磁场边界条件

理解：时变电磁场边界条件的数学表达和涵义

应用：时变电磁场边界条件求解不同媒质交界面上的电磁场问题

（三）玻印廷矢量和玻印廷定理（重点）

识记：玻印廷矢量和玻印廷定理的概念

理解：玻印廷矢量和玻印廷定理的数学表达式和涵义

应用：时变电磁场的能量、能流求解问题

（四）时谐电磁场（重点）

识记：时谐电磁场的概念

理解：时谐电磁场数学表达和涵义

应用：时谐电磁场的能量和能流

（五）波动方程（次重点）

识记：波动方程

理解：无源理想媒质中波动方程的数学表达式和涵义

应用：波动方程。

（六）电磁波的辐射（一般）

识记：电磁波辐射的基本概念

理解：电流元辐射的电磁场（近区场和远区场）

应用：天线辐射

第5章无界均匀媒质中平面电磁波的传播

一、学习目的与要求

本章是时变电磁场的运用－平面电磁波的传播。通过对本章的学习，应掌握均匀平面电磁波的概念，电磁波的极化概念，无界理想介质中的平面电磁波及其传播特性。了解无界均匀有耗媒质中的平面电磁波，向任意方向传播的均匀平面电磁波。

二、考核知识点与考核目标

（一）均匀平面电磁波的概念及其在无界理想均匀介质中传播特性（重点）识记：均匀平面电磁波的概念，空间相位、时间相位、相移常数、波长和相速、波矢量传播参数的基本物理意义

理解：均匀平面电磁波传播特性：电磁场方向、传播方向、波阻抗、平均能流。

应用：自由空间中传播的均匀平面波

（二）电磁波极化（重点）

识记：电磁波极化的概念

理解：电磁波线极化，左、右旋圆极化的数学表达式特征和涵义

应用：电磁波极化的工程应用

（三）任意方向传播的均匀平面电磁波（次重点）

识记：任意方向传播的均匀平面电磁波的概念

理解：任意方向传播的均匀平面电磁波数学表达和涵义

应用：时谐电磁场的能量和能流

（四）均匀平面电磁波在有耗均匀介质中传播特性（一般）

识记：在无界均匀导电媒质中平面电磁波的特征，有耗均匀介质中的平面波，复介电常数基本概念

理解：在无界均匀导电媒质中的平面电磁波传播特性：衰减常数、传播方向、相速、复波阻抗、平均能流等。

应用：良导体中传播的均匀平面波

第6章电磁波在分区均匀媒质中的传播

一、学习目的与要求

本章是均匀平面电磁波在分区均匀媒质中的传播。通过对本章的学习，应掌握均匀平面电磁波在不同媒质交界面产生反射、折射和透射现象，不同极化的电磁波的反射、折射有区别的概念，应掌握均匀平面电磁波从一种媒质垂直入射到另一种媒质在不同媒质交界面产生反射、折射和透射现象。应掌握均匀平面电磁波从一种均匀理想媒质垂直入射到理想导体所产生的反射、折射和透射的规律以及均匀理想媒质中波的特征。了解均匀平面电磁波斜入射情形，了解均匀平面波在不同理想介质交界面上发生的全反射、全透射现象。

二、考核知识点与考核目标

（一）均匀平面电磁波在理想介质与理想导体的交界面上的反射与折射特性（重点）识记：均匀平面电磁波垂直入射的概念以及电磁场方向、均匀平面电磁波传播方向的概念，驻波和纯驻波的概念

理解：均匀平面电磁波在不同媒质的传播特性：反射系数、折射系数、波阻抗、平均能流，理想介质中场分布特性

应用：均匀平面电磁波从空气垂直入射到导体表面上的传播特性：反射系数、折射系数、电磁场能量、平均能流，空气中场分布特性

（二）电磁波的反射与折射的基本定律（次重点）

识记：电磁波在不同媒质交界面上的反射系数、折射系数的概念

理解：垂直入射时，电磁波在不同媒质交界面上的反射系数、折射系数的数学表达式特征和涵义

应用：垂直入射时，电磁波在两种不同理想介质交界面反射、折射规律：反射系数、折射系数、电磁场能量、平均能流以及场分布特性。

（三）均匀平面电磁波从一种媒质斜入射到另一种媒质上的传播特性（一般）

识记：电磁波斜入射的基本概念，垂直极化波和平行极化波不同极化的电磁波斜入射的基本涵义

理解：均匀平面电磁波从一种媒质斜入射到另一种媒质上的传播特性：快波，横电波、横磁波，非均匀平面波，场分布特性

应用：均匀平面电磁波从一种理想媒质（空气）斜入射到理想导体上的传播特性：相速、平均能流、空气中场分布特征。

第7章导行电磁波

一、学习目的与要求

本章是导行电磁波，通过学习，要求学生掌握导行电磁波基本概念、导波系统基本概念，以及波在规则波导中传播的一般特性。具体掌握金属矩形波中横电波型、横磁波型传播特性。具体掌握金属圆形波中横电波型、横磁波型的传播特性。掌握圆波导中的三个主要波型及其应用。掌握同轴线主模TEM的传播特性。了解同轴线中高次模及其尺寸选择，了解波的激励和耦合概念。了解带状线、微带线、槽线及共面波导、介质波导及光波导的结构。

二、考核知识点与考核目标

（一）传输线中导行波的一般传播特性（重点）

识记：波导中模式概念，横电磁波、横电波、横磁波概念

理解：传输线中导行波的一般传播特性：截止频率和介质波长、传播常数、相速、波导波长、波阻抗（模式阻抗）、平均能流

应用：规则波导的一般传播特性

（二）矩形波导中的导行波（重点）

识记：运用波动方程和边界条件对矩形波导中的导行波的进行求解

理解：矩形波导中TE、TM波传播特性：截止波数，截止波长和截止频率，模式简并，主模和高次模，单模（主模）传输，相速、相位常数、波导波长、波阻

抗、群速、主模场分布(场结构)特性。

应用：主模（TE10）传播特性和应用

（三）矩形波导主模TE10管壁电流和主模TE10传输的尺寸选择（重点）

识记：矩形波导主模TE10管壁电流的分布特性

理解：利用边界条件可求解矩形波导主模TE10管壁电流的概念，通过选择尺寸可实现单模（主模）传输的概念。

应用：波导缝隙辐射的概念，单模传输（尺寸选择）和单模功率传输

（四）圆柱形波导中的导行波（次重点）

识记：运用波动方程和边界条件对圆柱形波导中的导行波可进行求解的概念，圆波导尺寸选择

理解：圆柱形波导中的导行波的传播特性：截止波数，截止波长和截止频率，极化简并，主模和高次模，相速、相位常数、波导波长、波阻抗、群速应用：圆波导中常用的三种工作模式：三种模式场结构，三种模式的优缺点及应用（五）同轴传输线TEM模传输特性（次重点）

识记：同轴传输线高次模传输，高次模截止频率、截止波长，尺寸选择抑制高次模实现主模传输

理解：同轴传输线TEM模传输特性：场分布特性，相速、波导波长、相位常数、能流和功率传输

应用：同轴传输线TEM模电磁波能量、能流传输

（六）带状线、微带线、槽线及共面波导、介质波导及光波导（一般）