电磁波的实际应用精选(九篇)
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第1篇：电磁波的实际应用范文
关键词：电磁场与电磁波；类比法；循序渐进；讲义；习题
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）21-0010-02
随着信息时代的到来，作为通信传输技术基础的电磁场理论得到越来越广泛和深入的研究与应用。“电磁场与电磁波”是电气、电子信息、通信等工科电子类专业的一门重要的技术基础课，它是在大学物理电磁学的基础上，进一步研究宏观电磁现象的基本规律和分析方法。这不但是为了后续课程的需要，也是深入理解和分析工程实际中的电磁问题所必需掌握的基本知识，而且电磁场理论也是微波通信、卫星通信、电磁兼容和生物电磁学等高新技术的理论基础及交叉领域新学科的生长点。[1，2]所以电类专业的学生，无论是从当前的学习出发，还是为了拓宽将来的专业面，都应该重视这门课程，学好这门课程，打好专业基础。此外，学好这门课，对培养学生树立严谨的科学思想、科学分析问题的方法、复杂抽象的思维能力、勇于开拓的创新精神等将起着十分重要的作用。[3，4]另外由于独立学院学生普遍基础不是很好，并且对抽象的理论课程的学习兴趣不大，更加重了独立学院重“电磁场与电磁波”课程的教学工作。
一、“电磁场与电磁波”课程特点
1.基础知识要求多
“电磁场与电磁波”课程是以大学物理、高等数学、电路分析、数学物理方程、复变函数等为基础，所涉及的内容很广 。大学物理中，电磁学部分内容是“电磁场与电磁波”的物理基础，而矢量分析、特殊函数等内容是学好“电磁场与电磁波”课程必需的数学工具，由于涉及复杂偏微分和特殊函数的计算，难度不小。因此要学好这门课程，必须熟练掌握这些基础课程的相关概念、理论和运算等。同样对担任本课程教学的教师提出了较高的要求，即一方面需要有较好的物理、数学及电路知识；另一方面需要有比较全面的专业知识。同时，又需要对通信工程实际情况有较广泛的了解。因此本课程的教学相对而言比较不易。
2.数学推导计算多
课程涉及大量的物理知识以及各种数学方法，在学习过程中如何处理数学与物理的衔接，数学方法和物理概念的联系以及理论分析与工程应用的关系至关重要，这也是学生较难处理的问题。
3.抽象的概念多
“电磁场与电磁波”每章内容都会引入一些新的、较难理解的概念、定律。例如散度和旋度是两个比较抽象的数学概念，学生们甚至在课程结束之后仍感到这两个概念很抽象，不理解在电磁场与波学习中为什么始终与之打交道；静电场中的自分布电容、互分布电容、广义力、虚位移等；恒定磁场中的矢量磁位、标量磁位；边值问题求解中的镜像法、分离变量法等。这些新的概念及定律不仅抽象、难理解，而且所涉及的公式通常比较复杂，计算起来难度较大。基于以上特点，对于“电磁场与电磁波”这门课程，学生普遍认为“难学”，教师普遍感到“难教”。
二、“电磁场与电磁波”教学存在的问题
1.学习问题
由“电磁场与电磁波”课程的特点可知课程本身过于抽象，学生普遍反映难学难懂，表现为抽象的纯理论和概念多，复杂的偏微分公式多，计算求解难度大，而对老师来说教好这门课也具有相当的难度。另外，在学习“电磁场与电磁波”课程过程中，学生常常难以将已经学好的数学知识和电磁场内容很好地结合。在学习“电磁场与电磁波”之前，学生一般都具备矢量场论的基本知识，但是在学习“电磁场与电磁波”的过程中却难以将所学知识与电磁场理论融会贯通、学以致用。还有许多学生数学基础薄弱，学习起来备感吃力。
2.教材问题
目前绝大多数教材都只强调经典的理论知识，缺乏有应用背景和紧密跟踪最新前沿发展的内容，这样不但导致理论与实际应用脱节，也很难激发学生的学习热忱。特别是对基础知识差的学生来说，一看到大量的证明和数学推导问题就失去了信心。
3.缺少实验设备
由于资金和实验设备的匮乏，使得大部分高校在“电磁场与电磁波”教学中缺少实验设备，导致无法开展实验课程。这样原本就十分抽象的课程，完全变成了一门纯理论教学的课程，也导致了学生学习中理论与实践的脱节问题。
4.课时问题
随着这些年的教学改革，大学生要求的总学分略有下降，而开设课程又增多的趋势导致“电磁场理论”的教学课时被极大压缩，由以前的80学时被压缩到40学时，导致教学自由度受到了较大的限制。
三、提高“电磁场与电磁波”教学质量的方法
1.制订教学大纲，确定教学内容
现有的“电磁场与电磁波”教学，大部分都是一些纯理论讲解的内容，而学生在学习的过程中经常问学这门课有什么用，学某一章节有什么用。看是一个简单的问题，但作为老师一定认真思考，给学生一个满意的答案。因为从这个问题上一方面反映了老师讲课不能只是大谈理论讲解，另一方面也反映了现有教材在实际应用方面的缺陷。对这个问题回答的好坏直接关系到同学们学习的效果和兴趣。基于以上原因和笔者多年的“电磁场与电磁波”的教学经验，自编内部教材讲义，此讲义最大的特点是以通俗的语言来讲解抽象的概念，以实际的例题来帮助理解重点理论，并且在每个知识点都有对应的应用实例。
由于“电磁场与电磁波”理论是人类在认识自然规律和生产实践活动中发展起来的，在日常生活、科学研究和军事等领域中的应用非常广泛，例如在微波炉、磁悬浮列车、隐形轰炸机、移动电话中的应用等。这些在此讲义的每一章的后面都是一个拓展知识的介绍，比如在第二章静态电磁场的最后一节中，就针对磁悬浮列车和卫星电推进器做了详细讲解，提高了同学们的学习兴趣。
2.循序渐进的教学方法
电磁场与电磁波是利用场的观点来研究空间某一物理量的确定值问题，而矢量分析正是研究此问题的重要教学工具。应用矢量分析的方法，可以使电磁场的基本定律、公式以简洁的形式表述出来，且与坐标的选择无关。所以先要学习一下矢量分析的内容，包括矢量运算、三种坐标系、矢量的散度和旋度等内容。以后每个章节的教学，采用从易到难、从静态场到时变场、从电场到磁场再到电磁场、从三维空间到四维空间的循序渐进的教学顺序。
首先，从较为容易掌握的静电磁场开始进行学习，此章节的教学应详细地分析各种情况，其中包含对基本方程、边值问题等理论的推导以及物理含义的分析，以及静电能量与力的分析等，而静磁场的讲解一定要和静电场的知识进行类比学习。这样就为时变电磁场、电磁场波的传播、波导等教学内容打下一个比较好的基础。后续各章节的教学，也应注意与静电磁场的理论进行比较。从静止电荷产生的静电场到研究运动的稳定电荷产生的恒定电场，然后研究电流引入的恒定磁场，随后进行电磁感应以及时变电磁场分析，并且在时变电磁场的分析中，推测电磁波的产生。之后讲解均匀平面电磁波在无界空间的传播、反射和透射，以及导行电磁波、电磁波辐射等知识，最后进行传输线理论的讲解。按照逐步深入方式，进行知识的扩充，使课程知识具有连贯性，学生也比较容易掌握。
3.巧妙使用类比方法
“电磁场与电磁波”课程体系中，小到一个公式，大到整个理论框架，都存在着对立统一的关系。通过这些知识点的类比，不仅使学生学到了“电磁场与电磁波”课程的精髓，也使他们体会到“电磁场与电磁波”课程体系中的对称美。类比包含两个方面的类比，一是课程、领域之间的横向类比，例如与“大学物理”相关知识点的类比，“电磁场”和“流体力场”、“电磁波”和“机械横波”的比较。由于电磁波与机械波都是横波，都具有横波的特性等方面的类比，水波的传播与电磁波能的传播的类比，电磁场与流体力场的类比等等，类比的教学策略进行更加形象直观的传授，启发创造性思维。另一个则是纵向类比，譬如该课程本身的静电场和静磁场、静电场和恒定电流场等的对比。这样，既拓宽了学生的知识面，也使学生通过类比对电磁场波动函数表达式有了深刻而又直观的理解。
4.仿真软件在教学中的应用
对于电子信息、通信专业的学生，基本上都会使用MATLAB软件，并且场与波的分析往往涉及复杂的绘图和大量的计算，将MATLAB仿真技术应用到“电磁场与电磁波”实验教学中，十分有助于将抽象的理论变成容易理解、接受的结论，这必将有助于“电磁场与电磁波”的课堂教学。[5]比如，利用MATLAB编写的程序可以绘制三维矢量的静态和动态分布图，给出了均匀平面波、矩形波导的传输模和截止模、电流元的电场和磁场的分布图，这将大大提高同学们的空间想象力和对这部分知识的理解能力。
5.适当的习题练习
对“电磁场与电磁波”课程的学习，不但要有正确的教和学的方法，还要有适当的习题练习。其实，习题都是针对某一知识点的实际应用而设计的，在同学们做习题的过程中一方面帮助他们理解知识点的应用，另一方面也巩固了课堂老师所讲内容。
在课堂教学中，不可能留出时间让学生来学习题，只能有针对性地来讲解有代表性的例题，做习题只让同学们在课下做，让同学把遇到的问题汇总起来，在集体答疑的时间来给同学们做详细的解答。在讲义中不但针对每一知识点精心设计应用实例，而且还设计了一定量的习题要求同学们完成。
此外，习题不仅仅是计算，在每一章结束后给学生出了一些思考题，让学生自己去查找资料来完成。比如假如存在磁单极子，麦克斯韦方程的形式是什么样的？
四、总结
本文是笔者多年来在“电磁场与电磁波”教学中的一点体会，本课程涉及的基础知识比较多，对教师的专业课程知识的要求较高，同时需要教师密切结合本校学生的基础、实验设备、课时、教学大纲的制订等实际情况进行分析。教学过程的每一个环节都需要周密思考、认真备课，注意平时在科研项目中随时积累，在教学中随时涉猎其他专业的知识。教师的视野开阔了，学生才能在电磁场领域的思维角度开阔一些，能够掌握宏观电磁场与电磁波的基本性质及基本规律，培养他们的抽象思维能力，分析解决实际问题的能力。
参考文献：
[1]田雨波， 张贞凯.“电磁场理论”教学改革初探[J].电气电子教学学报，2008，30（1）：11-12.
[2]王家礼，朱满座，路宏敏.电磁场与电磁波[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.
[3]李波，豆根生，袁超.电磁场与电磁波课程的教学方法探索[J].河南机电高等专科学校学报，2007，15（6）：127-128.
第2篇：电磁波的实际应用范文
关键词：电磁场 教学方法 教学效果
“电磁场与电磁波”课程是电子信息类本科各专业学生必修的一门核心基础课。学好这门课，对培养学生树立严谨的科学思想、科学分析问题的方法、复杂抽象的思维能力、勇于开拓的创新精神等将起着十分重要的作用，并且引导学生思考学习麦克斯韦方程组过程中的科学方法论-对称性思想，这对他们日后工作实践具有强大的指导性意义。
一、“电磁场与电磁波”课程教学现状
由于电磁现象比较复杂和抽象，研究它需要的数学工具多且难，教学过程中感到困难，特别是利用理论解题和实际应用更觉得难。
1.在学习中存在的状况
一是推导和计算难。课程中所涉及的公式多、表达式复杂、数学要求强。再推导中运用到矢量运算、微积分方程以及复数运算，过程繁杂，往往顾此失彼，学习吃力。二是概念抽象。该课程理论性强，概念抽象，对一些定理及概念，比如说惟一性定律、内自感、外自感等等概念难理解，物理概念不熟悉，学习难度大。三是解题困难。很多学生反应上课认真听讲，下课花大量时间推导公式，可遇到习题又像到另外一个世界，完全无从下手。长此以往，失去学习的兴趣。
2.在教学过程中存在的状况
第一，电磁场与电磁波课程涉及大量的公式推导，部分教师尤其是青年教师往往注重数学计算，而忽略了其物理意义，容易使该课程失去其意义。第二，课程系统性强，注重介绍其理论基础知识，忽略与实际应用的联系，容易让学生产生“学习这门课有何用”的疑惑，不能调动起学生的学习积极性。
基于以上特点，对于电磁场与电磁波这门课，学生普遍认为“难学”，教师普遍感到“难教”。
二、教学方法的探讨
1.理论联系实际，调动学习积极性
电磁场与电磁波以三大实验定律(库仑定律、安培定律和法拉第电磁感应定律)和两个基本假说(有旋电场的假说和位移电流的假说)为基础，归纳总结出宏观电磁现象的普遍规律―麦克斯韦方程组，然后再从麦克斯韦方程组（即时变场）出发，回顾静态场，这时我们可以把静态场归结为时变场的一种特殊情况，用麦克斯韦方程组和其辅助方程来解决我们所遇到的具体的电磁问题。这样就使我们电磁场与电磁波这门课的内容简化为对麦克斯韦方程组的理解和应用，学起来也就简单容易，更有利于学生自主学习。在强调对概念的理解上，应该增加与实际相联系的内容和问题，用课本的理论来解释日程生活中的事例，以调动学习的积极性。
比如在讲解静态场时，由电磁学的库仑实验定律和安培定律分别引出静电场、恒定磁场的概念，并掌握静态场的方程及其物理意义，并介绍静电场的最常见的一个应用就是带电粒子的偏转，像控制电子或是质子的轨迹。很多装置，例如阴极射线示波器、回旋加速器、喷墨打印机以及速度选择器等都是基于这一原理的。随着学生对静态场的逐渐了解，问题也就解决了。在介绍时变场时，重点放在麦克斯韦方程组及其物理意义上，引导学生从该方程组出发，推导出波动方程、边界条件等方程。又比如，在学习均匀平面波的传播时，应该帮助学生建立起电磁波的概念，并对现实生活中遇到的电磁波传播问题进行讨论，再向学生提出几个应用问题：为什么海水中需要用长波通信？防辐射孕妇装为什么能起到防辐射作用？为什么在微波炉加热不能用金属托盘？收音机和电视的天线架设为什么不同？为什么隐形飞机雷达探测不到？等等，引导学生去寻找电磁波的应用，在工程实践、科学研究、日常生活，乃至现代战争中都能找到电磁场应用的实例。通过这部分理论知识的讲授，学生对这些问题有了较深的认识，经过发现提出问题、解决问题的过程，学生对本课程的兴趣越来越浓厚，学习目的也非常明确了。
2.板书与现代教学手段相结合
多媒体计算机和网络教学以其丰富的媒体表现形式、强大的教学交互功能和方便自由的自主性学习特性，对于提高学生的知识水平、培养学生的信息素养、培养学生的创造思维有着传统教学无法比拟的优势。但运用多媒体进行教学不能完全抛弃传统板书，尤其是“电磁场与电磁波”课程公式多，推导复杂，两者应有机结合起来，并把多媒体教学作为一种辅助教学手段。当进行公式的推导与分析时，应采用板书为主要方式，学生容易对复杂公式理解和接受，同时又引导思路，而不是一页幻灯片过去，学生不知道讲解了什么。但在介绍一些抽象的概念时，利用多媒体技术和仿真技术制作的CAI课件相结合，把复杂抽象的内容用生动形象的方式表达出来，图文并茂，形象直观，可以帮助学生对学习内容的理解。
下面以介绍波导的场结构教学为例，教师可以在教学过程中插入波导场结构的动画效果，其截图如图1，通过动画效果演示不仅能够提高学生学习波导的积极性和主动性，而且能够鼓励并引导学生的好奇心、求知欲、想象力、创新欲望和探索精神。
图1 波导的场结构
3.梳理知识系统，学会举一反三
电磁场与电磁波解题困难，其主要原因是其求解过程不仅仅是一个数学问题，更主要是一个物理问题。只有把其中内含的物理过程分析明白，运用好数学知识，才能充分理解问题的实质，找到正确的求解方法。对于大三学生来说，有必要增加对前面相关内容的回顾，如矢量的通量、环量及矢量运算等。在学习过程中，要加强前面知识的回顾和应用，比如介绍动态位函数时，先回顾静态场中位函数的引入、位函数满足的方程、以及位函数的定义表达式以及应用，进而推导出动态位以及滞后位的相关理论，有利于学习的连贯性。又例如在介绍平面波时，结合波动方程分析平面波的传播、入射和反射等波动特性等等。鼓励学生在做具体的题目时，做完后反思这题所涉及的知识及能力要求符合教学大纲的哪一部分内容，跳出题海战术，学会举一反三，更有助于加深学生对于电磁场与电磁波的认识。
“电磁场与电磁波”课程难学难教，而掌握本课程的理论基础知识，对电子信息工程与通信工程专业的学生来说又非常重要。我们将进一步合理运用新的教学手段，提高教学质量，在理论教学中注意结合具体的应用问题讲述，鼓励学生主动学习、积极思考。
参考文献：
[1]孙玉发，尹成友，郭业才等.电磁场与电磁波[M].合肥：合肥工业大学出版社,2006
[2]梁昌宏.关于电磁场理论的若干思考[J].电气电子教学学报，2005,1:22-24
第3篇：电磁波的实际应用范文
关键词：地质雷达;无损检测;混凝土;缺陷
Abstract: the working principle of the analysis of geological radar, familiar with the principle of geological radar data processing and interpretation, by some engineering foundation raft concrete defect master the practical application of geological radar, and compares with conventional detection methods, thus a more in-depth understanding of geological radar in the application of mass concrete defect detection.
Key words: geological radar; Nondestructive testing; Concrete; defects
中图分类号：P412.25文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
1引言：
地质雷达(ground probing/penetrating radar，简称GPR)是一种新型地下探测与混凝土无损检测设备。其主要原理就是用天线发射高频电磁波，传感器接受目标介质界面的反射波。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场分布与波形随所穿透介质的电性质和几何形态而变化。因此根据接收到波的双程走时、波幅与波形资料的分析处理，可以推断结构内部的实际状态。雷达在工业与民用建筑无损检测中的应用主要包括混凝土结构构件尺寸、钢筋分布、空洞、裂缝、不密实度及其它隐蔽工程探测等方面，这些项目所要求探测深度一般在几米内，但要求分辨率较高。
2地质雷达的工作原理：
地质雷达利用无线电波检测地下介质分布和对不可见目标或地下界面进行扫描，以确定其内部形态和位置，其理论基础为高频电磁波理论：高频电磁波以宽频带短脉冲形式，通过发射天线被定向送入被测介质，经存在电性差异的目标体或界面反射后返回并由接收天线接收。反射电磁波经过一系列的处理和分析之后可以得到探测介质的有关信息。其检测原理如下图所示。
图1雷达探伤原理示意图
地质雷达在混凝土检测中基本参数如下：「1
2.1电磁波旅行时间：
其中为检测目标体的埋深；为发射、接收天线间的距离（可忽略）；为电磁波在介质中的传播速度。
2.2电磁波在介质中的传播速度：
其中为电磁波在真空中传播速度（0.29979m/ns）;为介质的相对介电常数，为介质的相对磁导率（一般为1）。
2.3电磁波反射系数：
电磁波在介质传播过程中，当遇到介电常数存在明显差异的现象时，电测波产生的反射和透射能量的分配主要与异常变化界面的电磁波反射系数有关：
其中为第一层介质的相对介电常数；为第二层介质的相对介电常数。
由此可知,界面两侧介质电磁特性差异越大，反射波幅越强；波从介电常数大的介质进入介电常数小的介质时，反射系数为正，反射波振幅与入射波同向；反之，反射系数为负，反射波振幅为反向。从反射波振幅和相位上可以判定反射界面两侧介质的性质。
本次检测涉及的介质为空气、混凝土、钢筋，几种介质物性存在明显差异，其形成的反射是地质雷达检测的基本前提。
2.4地质雷达记录时间和勘察深度的关系：
其中为检测目标体的埋深；为雷达记录时间。
3资料处理：
地质雷达(GPR)数据处理是地质雷达应用过程中最重要的一个环节，由于混凝土各组成成分对电磁波不同程度的吸收和反射，以及本身的不均匀性等，使得雷达脉冲回到接收天线时波幅减小，波形也与原始发射波形有较大的变化。另外，不同程度的各种干扰和随机噪声，也歪曲了实测数据。因此，必须对原始数据进行处理工作，以改善数据资料，为最终地质解释提供清晰可辨的雷达探测图像。数据处理的一般流程如下：
图2 资料处理流程示意图
4资料解释原则：
对雷达剖面图像进行解释的基础是提取反射目标，只要被测介质中存在电性差异，就可以在雷达剖面中找到相应的反射波，根据相邻道上反射波的对比，把不同道上同一个反射波的同相相位“连接”起来形成“同相轴”。地质雷达资料解释依据主要是雷达波同相轴的连续性和波形的变化、相位的变化。
5混凝土缺陷检测：
因甲方对某工程筏板基础混凝土浇筑质量存在怀疑，特委托我公司检测该筏板基础混凝土是否存在空洞、气泡、不密实、钢筋位移等缺陷，并指出缺陷的具置以及大小，我公司采用地质雷达对该筏板进行无损探测。
现场检测前应了解探测目标体与其所在环境条件，例如目标体深度、尺度、要求分辨率、目标体电性与周围介质电性以及现场环境是否存在大体积金属构件或电磁波反射界面等，这些是确定雷达测试能否进行以及选择雷达配置与参数的重要因素。
5.1测量仪器：本次检测采用的是SIR-20型地质雷达（美国GSSI公司），数据存储为为外接笔记本。
5.2天线选择：天线中心频率的选择需要兼顾目标深度、目标最小尺度、分辨率要求及场地条件等因素，「2选用1.5GHz屏蔽天线（美国GSSI公司）。
5.3测线布置：本次被测目标为筏板，测试应按网格状布置，为避免漏测，测线间距应小于被测缺陷水平尺度，依据预计缺陷大小，采用0.5m×0.5m网格。
5.4测试方式：本次检测采用剖面法，即发射天线和接收天线以固定间隔沿测线同步移动，移动过程中，得到由一个个记录组成的剖面图，横坐标为天线走程，纵坐标为由雷达脉冲“双程走时”换算来的目标深度。为更好地对目标体界面进行连续追踪，采用连续采样。
5.5资料解释：当混凝土密实时，反射波衰减速度基本一致，波振幅比较均一、同相轴比较连续。混凝土密实或没有空腔时，地质雷达不会有特别强的反射信号，雷达图像中表现为无多次波（图3a）；
图3a正常筏板混凝土 图3b 存在带状气泡筏板混凝土
当混凝土内部出现裂缝时，裂缝处由于空气的存在反射波衰减速度较慢，在图像上会显示同相轴错断的特征。同理，混凝土内部出现空腔或气泡时，图像上会显示出同相轴局部错断的形态，地质雷达会有明显的强反射信号（图3b、图3c）；
图3c 有空洞筏板混凝土图3e 不密实筏板混凝土
当混凝土不密实时，反射信号同相轴呈绕射弧形，且不连续，较分散（图3e）；
当混凝土内部有钢筋且钢筋走向和雷达天线移动方向垂直时，则在图像上会显示出大的圆弧特征（图3f）。若钢筋走向与天线移动方向平行，则会显示出波形粗黑的特征（图3g）。
图3f钢筋垂直天线方向 图3g钢筋平行天线方向
5.6检测结果：该工程多处筏板距表皮10～20mm范围内存在带状气泡，局部位置存在空洞及疏松，但未发现裂缝。钢筋间距及保护层厚度比较均匀，与设计值无较大偏差。
6比对试验：
采用微破损试验与地质雷达探测缺陷结果进行比对，依据雷达检测结果现场钻取芯样，经观测，空洞、不密实位置及几何形态与雷达检测结果基本相符，气泡位置及分布与雷达探测结果相同。采用钢筋测定仪对钢筋位置进行检测并配合现场剔凿验证，结果与地质雷达检测结果基本相符。这就充分验证了地质雷达检测大体积混凝土准确性。
7结语：
相对于钻芯法、电磁感应法，雷达法是一种新兴的无损检测技术。其具有对混凝土穿透力强、探测深度大等优势，并且可通过改变频率来实现探测深度和分辨率的调换。所发射雷达波具有极化特性，可以确定缺陷的形状、位置及走势，且成像迅速连续、结果易于保存，更擅于直观、快速和实时的完成大体积混凝土的检测。因此，雷达技术在工程中的应用对结构检测的发展与创新是有意义的。
参考文献
第4篇：电磁波的实际应用范文
主要分析研究的是探地雷达技术及其应用，通过阐述探地雷达技术的理论基础、解释原理及发展历程等基本内容，结合采矿工程的实际要求，探究在采矿工程中探地雷达技术的实际应用，以期能够为相关研究人员提供重要的参考资料。
关键词：
采矿工程；探地雷达技术；应用
0引言
中国幅员辽阔、地大物博，拥有众多地下资源，其中丰富的矿产资源一直是中国社会发展和经济建设中最为重要的一种资源，是中国实现长久稳定发展和繁荣富强壮大的基石，因此采矿工程正在中国各地如火如荼地开展建设当中。而其中至关重要的一项技术即为探地雷达技术，通过使用该项技术能够帮助采矿工程更加准确地了解周边岩层情况及地质环境，同时还能够有效检测整体工程质量，在此背景之下，研究探地雷达技术在在矿工程中的应用具有极其重要的研究价值。
1探地雷达技术的简要概述
1.1发展历程
探地雷达技术最早诞生于20世纪初期，由两位德国籍科学家Letmbach、Lowy首次提出，经过半个多世纪的发展之后，探地雷达技术已经初具雏形，并且开始应用于包括冰层和岩盐等介质当中，但此时该项技术具有明显的局限性，即只能运用在电磁波吸收非常弱的介质当中。直到20世纪70年代中后期，在电子技术的诞生及迅速发展之下，探地雷达技术与现代化的数据处理技术相结合，其实际应用范围得到空前扩大，除了可以运用在电磁波吸收弱的介质当中之外，还可以用于土层、煤层等介质中，其实际运用范围涉及考古、岩石勘探、工程及建筑物内部勘探甚至是矿产资源探测当中。在20世纪80、90年代探地雷达技术被引入中国以来，经过广大科学研究工作人员多年的共同努力，探地雷达技术已经被广泛运用在采矿工程当中并取得了良好的成效。
1.2理论基础
探地雷达技术其实是一种依靠弹性波传播理论，是对于地下介质，对超高频短脉冲电磁波传播规律进行深入研究的技术。这主要是由于位移电流在地质介质当中占据着至关重要的地位，而介质的介电性质几乎可以直接影响甚至决定频散较少的高频宽频电磁波的传播速度，而这与弹性波传播理论具有极高的相似性，二者均严格遵循波动方程，只不过在变量方面存在些许不同的物理差异，但电磁波和弹性波之间具有相同的形式，因此结合合成波的原理可以将脉冲电磁波解构成为若干频率存在差异的正弦电磁波，也就是说正弦波传播理论及特征是探地雷达技术的重要理论基础[1]。
1.3解释原理
无论是在哪一种应用范围内，使用探地雷达技术的根本目标就是得到最终的地质解释资料，而这需要建立在拾取反射波的基础之上。对电磁波组标志进行有效识别则是与波形特征等具有紧密联系。在介质中进行传播活动时，电磁波组的传播路径，包括电磁场的具体强度、波形等将会随之发生变化，此时运用探地雷达技术能够以剖面图的形式对位于反射波组当中的同相轴进行追踪和表现，进而判断出地层是否存在断裂情况，最后依据真实可靠的地质钻探资料，明确反射波组当中蕴含的真实地质含义，形成基于整个探测区角度下的成果图将会成为采矿工程设计的重要参考资料。
2探地雷达技术在采矿工程中的具体应用
2.1对巷道围岩松动圈进行探测
中国在经过漫长的研究发展历程后，对巷道围岩松动圈支护理论进行不断丰富和完善，并且与探地雷达技术进行充分结合，最终使得其能够熟练灵活运用在采矿工程尤其是探测巷道围岩松动圈工作当中。但值得注意的是，确定巷道围岩松动圈的初始值是完成这一工作的核心与关键，直接决定着对巷道围岩松动圈进行探测的成功与失败。在过去工作人员通常会选择使用超声波探测技术、钻粉法、位移计法等各种方式进行探测，但无论是哪一种方法均会对巷道围岩造成不同程度的破坏，无法保证围岩能够始终保持其原始状态，而这将直接导致探测松动圈终值的准确性、精密性大大降低，甚至最终影响整个采矿工程的质量。而使用探地雷达技术之后，通过配置超过200Hz的高频天线，通常情况下在不超过10m的探测深度范围内可以将精度控制在5cm以内，同时不会对巷道围岩造成任何损坏[2]。比如在采矿工程中，通过应用探地雷达技术进行直接探测，发现在大约200m多的围岩深处中显示存在一条强烈的反射回波信号，在对电磁波组同相轴进行追踪之后发现存在层状起伏，表明该界面当中电磁波正由弱到强进行变化，而到215m范围内的围岩雷达波无规律，能够清楚地看到有较大裂隙，代表此位置为破碎区。在此基础上工作人员能够明确巷道围岩松动圈厚度，并以此为根据指导设计巷道支护。
2.2对岩石的位置厚度进行探测
在计算矿体储量及评估该矿可采程度工作当中需要确定煤层当中待采矿层厚度及开采放顶煤时顶煤厚度，与此同时，需要准确了解开采空间与如奥灰等重要岩层的相对位置关系，这也是保障开采工作能够顺利安全完成的必要条件。在A煤矿当中有三个钻孔，通过分析可以得知由于受到爆破及岩层自身裂隙发育等影响，可以从图1当中看出整体的雷达图像并未呈现出明显的规整性波形，反而给人一种杂乱无章的感觉；另外，探测图显示出煤层剖面呈现起伏形态，并且存在大概11cm～12cm厚的伪顶。伪顶虽然和煤层性质近乎一样，但是其厚度要远小于煤层，并且雷达波不会显示出分层现象。而煤层下方是砂岩，工作人员通过探地雷达技术探测的采矿区煤层具置及厚度之后，便可以绘制出相应的等厚线图，作为设计采矿区开采的重要指导。
2.3对地质实际构造等进行探测
由于真实的开矿现场环境复杂，经常会发生各种各样的地质异常情况，如断层、矿层冲刷、陷落柱等，假如此时在确定位置或在搜寻矿体的工作当中使用巷探、钻探等技术方法，不仅无法有效节约时间，节省人力与物力，甚至有可能影响工作的安全性，造成不必要的经济损失和资源浪费。而使用探地雷达技术则能够有效解决这一问题，一般情况下在不超过100m的范围内，探地雷达技术可以实现无损探测，即在探测过程中几乎不会对地质构造等造成任何损害，这对于在探测地质构造当中可能存在水害等安全隐患时将有效保障其安全性。在此基础之上，工作人员除了能够得到比较理想的探测参数，还可以以此为依据参数对断层的位置、走向等进行合理推断，从而进一步提升采矿工程的质量。
2.4探测采空区及含水情况
所谓采空区具体来说指的是在天然的地质运动或人工挖掘后，地表会在下面形成或大或小的“空洞”，即人们通常意义上的采空区。而采空区对于采矿工程来说是一个比较巨大的安全隐患，稍有不慎，采矿所需的机械设备甚至是工作人员将极有可能坠落在采空区当中，进而造成严重的经济损失和人员伤亡。因此在采矿工程当中应用探地雷达技术可以对采空区进行有效探测，避免此类事故的发生。在A矿区当中由于前人的多次挖采导致在浅部煤层当中出现了一个非常明显的采空区。通过图像显示，大约在0m～16m的位置处存在明显异常，而大约在910m深度的位置处还出现不太完整的双曲线形态图，这种波形的出现代表着穹形空洞；而在触底后波幅逐渐增加，但是很快随着不断增加的深度，波幅迅速减小直至消失。因此最终显示出的成果图能够准确反映出在该采空区当中蕴含丰富的水及淤泥等物质，并且吸收了大量电磁波能量。
3结语
通过研究论述可以得知，基于电磁波理论下产生的探地雷达其实就是一种将地质资料作为重要参考，尤其适合用于弱磁介质为主的采矿工程项目中的一项探测技术。通过运用探地雷达技术可以在最大程度上保护围岩的基础之上对其进行探测，并保持较高的精准度；另外还可以在一定范围内有效探测确定矿层的厚度、位置等基本资料，并直接探测出断层的走向；对于采空区中的地下空洞等也可直接进行探测，从而真实了解到实际含水情况，对整体的填充质量进行科学评估，以此检验采矿工程的整体质量。鉴于探地雷达技术拥有众多优势功能，因此在未来采矿工程当中还需要多多运用该项技术，并积极进行探索研究，以便能够进一步扩大探地雷达技术的使用范围。
参考文献：
［1］刘传孝，杨永杰，蒋金泉.探地雷达技术在采矿工程中的应用［J］.岩土工程学报，1998(6)：102-104.
第5篇：电磁波的实际应用范文
[关键词]探测；地质灾害；防患；促进
中图分类号：F416.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）05-0311-01
前言
文章首先通过对综合物探方法进行概述，分析了其在地质灾害中发挥的重要作用，对综合物探技术中的地震横波反射勘探、地质映像、地质雷等达几个方面进行概述。其次，根据对实际应用的调查，分析了综合物探技术中各个因素的应用情况，据了解，单一的探测形式不能够满需探测的需求，利用综合物探能够有针对想的、综合性的进行探测，不仅能够探测浅部地区，对于深部地区也能够进行探测，为地质灾害的调查提供了大量准确的数据。本文结合实际案例，研究了地质灾害调查中物探技术的运用情况，通过多种方法的探测结果表明，综合物探方法对于地质灾害的探测具有高效性、准确性，能够发挥各个探测技术的优质，解决地质勘查中地质灾害的调查。
1 综合物探方法
1.1 地震横波反射勘探
横波勘探起步较早，但应用较少。近些年来，随着浅层探测任务的增多，对浅层勘探的分辨率要求越来越高，横波勘探才得以广泛应用。由于横波频率低、速度低、波长短，对地层的分辨率高，而且不受地层含水的影响，因此适合于对近地表地质体及各种地质灾害的探测。横波反射勘探技术与纵波反射勘探技术的基本原理相似，都是利用不同介质之间波阻抗的差异来探测地层内的异常地质体。野外施工和资料处理手段也基本一样，均采用多次覆盖的野外施工技术和多次叠加的资料处理方法。
1.2 地震映象技术
地震映像技术是新兴的一种探测技术，根据偏移距离进行探测，其优点在于操作简单、易于施工、抗干扰及较强的分辨率，使用范围为浅层地质，包括江、湖、河等浅层区域，在浅层勘探中使用普遍。地震映像技术的产生，使探测技术变为简单，并且提高了工作效率，使地震映像技术得到推广和使用。
1.3 地质雷达
地质雷达是利用高频电磁波（工作频率10MHz～2GHz）以宽频带短脉冲形式，由地面通过发射天线送入地下，经地层或目的物反射后返回地面，为另一接收天线所接收。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁波强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。因此，根据接收到的波的旅行时间（亦称双程走时）、幅度与波形资料，通过图像处理和分析，可确定地下地层界面或目标体的空间位置和结构。
1.4 井间电磁波层析成像（CT）
井间电磁波层析技术是利用井间透射电磁波测量数据，依照一定的物理和数学关系通过计算机技术揭示物体内部物理量的分布，最后以图像的形式表现结果。电磁波实际测量的研究是波动过程沿射线路径对介质吸收系数的积分结果，当同一平面内密集的平行射线簇对研究区域进行了全方位扫描后，便可把所有的投影函数依Radon反变换的关系组成方程组，经反演计算重建出介质吸收系数的二维分布图像。电磁波CT容易实现特定工作频率的发射和接收，野外观测方便，成本低廉，适用于对精细构造和电阻率差异大的目标体探测。电磁波CT以其分辨率高、反演结果可靠性强等优点，在地壳浅部地质灾害（溶洞、空洞、裂隙等）和地质构造探查中具有广泛的用途。
2 应用实例
2.1 地震横波
图1为某工程场地横波反射t0时间剖面图。根据该场地周围地质钻探结果，在场地附近存在一条古河道，古河道的埋深约在20～30m的范围内，并且有可能从场地内通过。为了查清古河道通过场地的位置、埋藏深度及其形态，为未来建筑物的布局及设计提供资料，拟采用高分辨率横波反射地震勘探的方法。为了提高激发频率，拓宽激发频带宽度，采用锤击的方法，获得了高主频、宽频带的横波地震记录。从图1中可以看出，沿测线地下地层成层性较好，在0～300ms的深度范围内主要存在2组反射震相，其中第一组（40ms左右）为第四系内部地层反射波，连续性较好，相对起伏变化不大，表明该地层基本呈水平展布。第二组（140～220ms）为古河道及两岸附近地层的反射波，连续性较好，但相对起伏变化较大，该组波的起伏形态充分反映了古河道的横断面形态。从图中古河道的形态可以看出，古河道的底部埋深为28m左右，视宽度约为130m，是一条范围较大的古河道。图1 横波t0时间剖面
2.2 地震映象技术
图2为某大桥地震映象探测结果。由上图显示出，水下地层反射震相丰富，上部层位较多，震相清晰，连续性好；下部震相模糊，难以连续追踪，反映了上部淤泥、残积土的层状沉积特征和下部花岗岩的块状结构特征。下图地质解释表明，该剖面地层自上到下主要有淤泥、淤泥质土、残积土、强―中风化花岗岩和微风化花岗岩。其中残积土在剖面中、右部存在而在左部尖灭消失，这与该区的地质地貌特征有关。水底地层呈现两端高，中间低形态，表现地震映象剖面下地层的沉积特征。
2.3 地质雷达
图3 天荒坪水库上库地裂地缝地质雷达探测结果a―THP-Ⅲ线探测剖面；b―THP-Ⅳ线探测剖面该水库库底结构为0.18m的沥青面层，0.30m的砂石层，其下为垫层。图3（THP-Ⅲ测线）中深度0.18m和0.50m存在2组电磁波能量很强的反射层，分别对应沥青层和砂石层。横向在桩号5.0m和15.0m有2条裂缝（F2，F1）贯穿结构层，倾斜方向大致向东。裂缝F1向下在砂石层内呈散射状分为3条。裂缝间结构块均有凹陷现象。图3b所示的THP-Ⅳ测线与THP-Ⅲ测线平行。从图中可以看到贯穿结构层的裂缝F1及其分支仍然存在，但水平位置偏移至桩号11.0m左右，倾斜方向转向西。桩号5.0m处的裂缝F2向上仅延伸至沥青层底部，倾斜方向也转向西。
3 结束语
目前，我国地质灾害情况出现频繁，且国家对其重视也逐渐加深。经过以上分析，在地质勘探技术中，单一的勘探技术不能满足地质灾害复杂性的探测亚要求，其具有多样性、分布地区范围广、地质灾害类型不同等特点。因此，只有采用综合物探方法，才能够实现地质灾害的勘探。综合物探方法将各个勘探方法相结合，具有各类探测技术的优点，将其结合，在地质灾害的勘测中发挥重要作用。但是，目前综合物探还没有大量的应用，主要是由于其起步晚，刚刚处于发展阶段，及探测技术与方法中仍然存在着一些不足之处，有待完善及思考。综合物探技术的应用，不仅为地质灾害才勘察工作提供了准确的数据，同时结合各个探测技术的优点，提高了探测效率。
参考文献
第6篇：电磁波的实际应用范文
【关键词】 计量认证 物探 仪器 自检方法
前言
中华人民共和国计量法规定，一切为社会提供公证数据的产品质量检验机构（单位），必须经省级以上人民政府计量行政部门对其计量检定、测试的能力和可靠性考核合格。这就要求从事产品质量检验的机构（单位）必须进行计量认证，并取得计量认证合格证后，方能开展产品质量的检验工作。而计量认证的主要内容是：①计量检定、测试仪器设备的性能；②计量器具的工作环境；③考核检测人员的素质；④保证量值统一、准确的措施及检测数据公正可靠的管理制度。由此可见，由于在产品质量检测中所使用的计量器具品种繁多，只有对这些计量器具进行检定、校验或检验且合格后，才能保证所用计量器具的量值准确可靠、性能完好，从而保证了检验结果的正确，即可实现全国范围内的检验结果具有统一可比性。这说明产品质量检测是一项以数据说话，数据面前人人平等的公证性工作，培养和造就高素质上水平的检测队伍，选择切实可行的检测手段，使用先进可靠的检测设备，制订完善的质量保证体系，是保证检测工作质量的重要方面。而仪器设备满足检测技术要求、检测数据准确可靠，又是全部检测工作质量的基础保证。对于计量器具的检定可分为强制检定和自行定期检定，而物探仪器多属于专用计量器具一类，所以一般以自检为主，为此就要首先选择并制订“物探仪器自检方法及操作规程”以满足物探仪器定期自检的要求。本文就是基于此点，与计量检定同行共同探讨仪器自检方法的选择问题，鉴于水平所限，不妥之处敬请指正。
自检方法
物探仪器设备的计量检定一般无现成校验规程可循，此时应按照计量认证考核合格的自编校验方法或者应用对比的方法进行校准。而自编的校验方法是对计量器具受检项目进行检验时，所规定的具体操作方法和步骤，它应具备明确、科学、具体、简便、实用、可操作的一般原则，且所用公式及其使用常数和系数都必须有可靠的依据或来源。
1. 弹性波类仪器自检方法
该类仪器可选用空气纵波速度标准值与实测空气纵波速度值对比的方法进行自行定期检验。具体操作如下：
1.1将拾震器及波源发生器按一定的间距一字排开并置于空气中，通过观测仪器记录空气中拾震器所接收的由波源发生器产生的震动波。
1.2以拾震器到波源发生器之间的一系列间距为横坐标，空气中纵波传播旅行时为纵坐标绘制“时——距”曲线，并按最小二乘法求出实测空气中的纵波传播速度（Vc）。
1.3计算空气纵波速度标准值Vo，
TO为校验时大气温度（℃）
1.2计算空气纵波速度标准值Vo和空气纵波速度测量值Vc之间的相对误差δ。
1.5判定标准：δ≤±0.5%，即认为合格，反之则认为不合格。
此类仪器还可以用标准钢棒、纯水的纵波速度作为对比标准进行自检，但这些方法均较空气纵波速度的自检方法相对烦琐或困难。
2. 直流电法类仪器自检方法
2.1该类仪器自行定期检验可按《水利水电工程物探规程》中有关规定，首先对该仪器在同一测点、同一电位差两次观测数据的相对误差进行检验，同时满足①1～3mV测程：相对误差小于3%；②大于4mV测程：相对误差小于1.5%，即为合格，此后再按下列方法进行自检。
2.2实测纯水和已兑制不同矿化度水溶液（如NaCl溶液）电阻率值。实际应用表1时，由于矿化度较高时（如矿化度≥10g/l），水溶液的电阻率较小，难以测试，且误差较大。所以一般取水溶液的矿化度范围为0～1.0g/l即可满足自检要求。
2.3计算水溶液单一矿化度时表1中标准电阻率与实测电阻率之间的相对误差。
ρo为标准值；ρc为实测值。
2.4计算n个矿化度水溶液的观测均方误差M。
2.5判定标准：M≤±3.5%，即认为合格，反之则认为不合格。
此类仪器设备还可以用标准电阻等作为对比标准进行校验，但标准电阻也要进行定期强制检验，故一般不予采用。需要说明的是此类仪器的自行校验还是比较烦琐的，实测时也较困难，不知同行有无简便明了的自校方法，可以探讨和共享。我注意到有的公司采用一台仪器在同一测点的二次测量结果进行对比校验是不科学的，因为如果该台仪器存在系统误差时，一般不易通过自检查出该仪器存在的问题，应引起注意。
3. 地质雷达仪器自检方法
该类仪器可选用空气电磁波速度标准值与实测空气电磁波速度值对比自行定期检验的方法来实施。具体如下：
3.1选择一处空旷的地方，其周围一定范围内应无金属导线、块体等良导体类物质，在适当位置竖立放置一定面积的金属板（如铁板、钢板等）。
3.2在金属板面中垂线方向的一定距离处设置地质雷达发射天线和接收天线。
3.3观测并记录电磁波通过空气遇金属板后反射的雷达波形图。
3.4由原始记录的雷达波形图，读取金属板反射的双程历时t，进而计算空气电磁波传播速度Cc。
d为天线至金属板之间的距离。
3.5根据空气电磁波速度标准值（Co=0.3m/ns），计算空气电磁波速度标准值Co和空气电磁波速度测量值Cc之间的相对误差值β。
3.6判定标准：β≤±0.5%，即认为合格，反之则认为不合格。
此类仪器还可以用标准延时光纤等时基延迟作为对比标准进行自检，但其延时光纤的标准传输数据及其长度应经过严格的定期强检，才能使用，采用时应予注意。
结束语
第7篇：电磁波的实际应用范文
关键词： 《电磁场与电磁波》 教学改革 云空间
1.引言
计算机与通信技术的快速发展推动了经济和社会的不断进步，通信与网络已经成为社会生活一个重要的组成部分，一旦离开网络和通信，人们几乎不知要如何工作。作为向社会提供优秀的通信人才的高校，计算机与网络的融合体的通信工程，目前已经成为高等学校一个非常的重要和热门的专业之一，其毕业生具备计算机和网络专业相关的工程技术的知识和研发的能力，社会需求量非常巨大，就业前景广阔。
作为通信工程专业的主干课程――《电磁场与电磁波》，是在电路基础等课程的基础上深入学习无线通信、光纤通信等领域的重要科目，是一门理论与工程性、实践性较强的课程。电磁场与电磁波技术是多个学科的交叉点，它不仅是微波、天线、电磁兼容的理论基础，而且各种现代通信方式，如光纤通信、移动通信、卫星通信及电视、雷达等各种专门学科，都是以电磁波携带信息的方式实现的[1]，[2]，可见该课程在电类专业教育体系中的重要性。然而这门课程理论性很强、概念抽象、不容易理解及对数学要求较高，学生学习起来感觉繁琐、枯燥和艰难，渐渐地对这门课程失去兴趣[3][4][5][6]。要使学生的学习兴趣逐渐浓厚，激发学生的学习动力，必须对该课程的教学进行改革。
《周易・系辞》载：“日新之谓盛德，生生之谓易。”它阐述了一种生生日新的宇宙发展观，揭示万事万物发生发展普遍遵循的法则。无疑教育也是一样，是一个生生不息、推陈出新的变化过程。随着当今网络技术的迅速发展和普及，“教育信息化”应时而生。教育信息化是中国教育现代化不可或缺的动力和支撑。我们将利用当今的网络技术，结合《电磁场与电磁波》特性，提出一种新的教学方式，以增强学习方式的灵活性，提高学生对这门课程的兴趣，增强教学效果。
2.云空间的教学构建
世界大学城云空间是以个人空间建设为基础，优质资源共建共享型的网络服务平台。我们以世界大学城空间建设和教育教学应用为背景，对现有的《电磁场与电磁波》课程的教与学的方式进行了改革。我们将空间进行了划分，分成了教学课件、教学视频、习题解答、工程应用、相关研究文献等几个栏目，并开通了在线提问和答疑的功能。
在教学课件栏目中，我们放置了相应的教学课件，包括国外的如MIT的相应的电磁波课件，有利于学有余力的学生更深一步地学习。在教学视频栏目中，会放置一些经典的实验过程和相关的影视，以提高学生的兴趣。学生如果对某一专门问题感兴趣，可以到相关研究文献栏目中找文献资料进行下步的学习。研究文献栏目中放置了电磁波发展历史过程中一些经典的里程碑式的文献，以及最新的发展动态。当然也放置了一些常用数据库的入口链接和文献的查找方法。在工程应用栏目中，我们放置一些应用的案例，如激光焊接、北斗导航等工程简介，以便说这门课程虽然理论性很强，但实际应用范围很广。同时也结合日常生活中的电磁应用情况，放置了一些简单的应用案例，如收音机天线的调整方法、电视机天线的调整方法等，以提高学生的兴趣和动手能力。
我们的空间对学生全天开放，只要学生登录访问我们的教学空间，他可无限制地浏览他感兴趣的东西，空间中放置的资料难易都有，并配有相应的视频讲解。空间有统计学生Id的访问次数和在线访问时间的功能。这样的一个教学空间里，学生可以选择任意的时间，选择感兴趣的内容进行学习，相对传统的课堂教学而言，有的极强的灵活性，有更多的信息量，有很强的优越性。根据我们的统计，人均访问的次数每天两次，在线的时间都超过30分钟，说明学生对于这样的一个新教学方式的兴趣还是很高的。兴趣是最好的老师，只要学生的兴趣提高了，那么这门课程的教学效果就会显著提高。
3.云空间对传统教学的优化
我们所构建的电磁场与电磁波云教学空间，突破了原来课堂教学的时空界限。利用空间教学，我们将教学从课中延伸到课外，时间也拉近教师与学生之间的距离；汇聚海量的资源，实现优质资源的共建共享；记录利用空间教与学的全过程，实现教育教学工作的透明化；空间教学实现教育理念的提升，教育开始回归到以学生为中心的教育本位。开展立体互动的空间教育教学，凸显学生的主体地位；多元化的空间互动交流，建立了平等和谐的师生关系。便捷温馨的空间管理服务，满足了学生的学习与生活需求，日益完善的自主学习平台赋予了学生日益增多的教育选择权。
空间教学创新了开放互动的教学模式，颠覆了传统的教学模式，从教学内容、教学手段等方面使课程变活，使课堂变大。广大教师突破教材束缚，建设空间课程，实现了教学内容的系统性，在空间完成学情调研、知识传授、实践指导、能力拓展、作业批改、教学反馈等教学程序，实现了课内与课外的有机衔接，使教学由传统的单一型、平面型变为复合型、立体型，从而调动了学生学习的积极性、主动性，提高了学生分析问题、解决问题的能力。
4.结语
空间教学促进了学习交流方式的变革。空间为学生搭建了共享、互动的学习平台，使学习摆脱了时空束缚，自主学习、探究学习、泛在学习、开放学习已变成真切的现实。空间拉近了心灵的距离，跟帖作业、博客评论、专题研讨、群组讨论、留言短信等空间沟通方式，实现了师生之间、生生之间的平等交流和跨时空互动。空间教学开创了教育信息化的全新局面，促进了人才培养环境的全面优化，推动了人才培养模式的深化改革，是教育信息化核心理念与未来发展方向的体现，也是教育信息化发展的前沿。
参考文献：
[1]崔翔，李慧奇，卢斌先，袁建生.“电磁场”类课程的国内外发展现状与展望.高等学校电路和信号系统、电磁场教学与教材研究会第七届年会，2010-8-7，吉林市.
[2]JanSykulski.英国电磁场理论课程的过去、现状和未来.第四届“电子电气课程报告论坛”，2008.11，西安市.
[3]周建华，刘伟春，林铁军，李栋华，林峰.《电磁场与电磁波》教学思考.科技与创新，2015（15）：132-133.
[4]陈帝伊，刘淑琴，许景辉，马孝义.“电磁场理论”课程的教学改革探讨.电气电子教学学报，2009（04）：116-117.
[5]邵小桃.美国MIT的电磁波教学启示.电气电子教学学报，2008，30（3）：103-105.
[6]刘国庆.“电磁场与电磁波”课程教学研究.中国电力教育，2008，126：74-75.
第8篇：电磁波的实际应用范文
【关键词】 地波雷达 海洋环境监测 电磁波
一、发展历史
上世纪四、五十年代人们发现在海岸担任探测和警戒任务的雷达总是受到来自海面不明原因的“干扰”。有研究人员发现“数十米波长的电磁波与海洋表面的相互作用，将产生Bragg绕射现象”。原来那些干扰是波长等于无线电波波长一半、传播方向平行于（接近或远离）雷达发射波束方向的海浪与无线电波“谐振”散射所产生的回波。研究揭示了上述“干扰”的物理来源，使地波雷达超视距探测海面状态成为可能。1968～1972年，在NOAA工作的D.E.Barrick定量解释了海面对无线电波的一阶散射和二阶散射的形成机制，为高频雷达探测海洋表面状态建立了坚实的理论基础。Barrick创造性地运用一组交叉环/单极子天线（三个接收通道）即可获取大面积海流的分布信息。他的紧凑式雷达天线技术大大降低了地波雷达购置和安装成本，直接导致了高频地波雷达的规模化推广应用，为海洋学家和沿岸防灾减灾及环境保护提供了新型观测手段。
二、工作原理
无线电波朝海面发射时，在海水表面会存在一种电磁波传播模式，称为地波（Ground Wave）是一种表面波（Surface Wave），因此高频地波雷达也叫做高频表面波雷达（HF Surface Wave Radar）。在中波和短波段海水表面的地波传播衰减很小，而且地波在一定程度上会沿着弯曲的地球表面传播，到达地平线以下很远的地方，即实现超视距传播。因此利用地波超视距传播特性进行探测的高频地波雷达也称为地波超视距雷达（Over-The-Horizon Radar），探测距离根据发射功率和频率的不同通常可达到200～500km。另外两种类型的超视距雷达分别是天波超视距雷达和利用大气波导特征的微波雷达，前者通过电离层对高频无线电波的反射实现对数千公里外目标的探测，后者可以对一两百公里外的目标进行探测。
地波雷达海况探测的基础类似于晶格对X射线的Bragg散射，入射的两条射线（相同波源）被原子散射，在特定的观察方向上，如果两条射线的波长差为2的整数倍，那么将会观察到亮条纹；如果波长差比2的整数倍多，那么两射线能量相消，观察到的是暗条纹。
真实的海面不会是简单正弦波列，但是可以用类似于Fourier变换的方式把一个真实的海面分解成为千千万万简单正弦波列成分的叠加，这些正弦波列有不同幅度、周期、初相和传播方向。那么这无数列正弦海浪成分是否都对电磁波产生散射呢？当然都会！但是并非所有的成分都产生相同的贡献，贡献最大的海浪成分还是图1所示的那类正弦波列，即满足，并且波矢量方向位于电磁波入射平面内的正弦海浪。对于岸基雷达探测，即L = / 2，也就是波长等于雷达电波波长一半的海浪会对电波产生最强的后向散射（图1）。
综上所述，虽然海面由无数的波浪组成，但岸基地波雷达主要只对特定的海浪感兴趣：
A. 波长等于电波波长的一半；
B. 传播方向要么接近雷达，要么远离雷达。
海面上满足上述条件的海浪总是存在，因此雷达总可以收到较强的海面回波，这也是前面所说当初人们发现海面上总是存在雷达“干扰”的原因！
我们知道运动的物体可以对入射波产生多普勒效应，电磁波照射到动态的海面上时，回波也会由于多普勒效应而产生相对于雷达发射频率的偏移。对回波信号进行谱分析就会发现，回波谱峰相对于雷达载频有多普勒频偏，其特点有二：
1. 同时存在正、负频偏，频谱图上的正、负谱峰称为左、右Bragg峰；
2. 左、右Bragg峰的频率偏移量基本相同，且主要只与雷达工作频率有关。
导致这两个特点的因素正好与上述产生主要散射的海浪特点相对应：特点1对应上述特征B，特点2对应上述特征A。在理解特点2时需要明白海洋重力波传播的一个基本结论：海面上确定波长的重力波，其传播相速度也是确定的。相速度确定的话，它对电磁波所产生的多普勒频移就是确定的了，也就有了上述特点。
上面所说的是没有海水流动的情形。由于各类物理、化学过程的作用，海面上总是有海流存在，海流作为海水的整体运动，会在上面所说的由波浪传播相速度所导致的较大固定频移的基础上再附加一个由流速所导致的微小频偏，这个附加频偏对左、右Bragg峰的影响是相同的：远离雷达的流速分量使左、右Bragg峰均向负频率方向偏移，接近雷达的流速分量使它们向正频率方向偏移。
地波雷达就是通过测量这个附加频偏从而获知海面海流速度的。当然一部雷达只能测量到海流的径向分量，要获得矢量海流，要么用两部以上的雷达从不同方向探测，要么就需要结合海洋动力学模型进行推算。
三、发展现状及面临问题
（一）发展现状。海洋动力学参数（海面风、浪、流）的探测是高频地波雷达的一种主要用途。高频地波雷达可以以十分钟的时间分辨率连续获取数万平方公里海面的海洋状态参数分布，这是任何其它探测手段无法做到的。目前国际海洋界已普遍接受高频地波雷达能有效探测流场的观点，国内外主要地波雷达的海流探测已达到可用于常规业务化海洋观测的水平。而在海浪、风场参数的探测方面，地波雷达处于研究开发阶段，距离实际应用尚有一定的距离。主要困难在于提取海浪和风场参数所依据的回波信号比较弱（比海面的主要散射回波低20～40dB），容易受噪声和干扰的影响，相应的反演理论和技术也处于研究探索阶段。通过雷达实时选频系统选择干净频率、应用噪声抑制、多频率雷达探测和抗干扰技术可以在一定程度上缓解这一问题。
（二）抗干扰问题。地波雷达工作在短波段，而短波段是高频通信、广播和各类大气、天电噪声等比较集中的频段，同时在高频段中低端，电离层干扰是严重影响雷达探测性能的主要干扰。对于以目标探测为主的高频地波雷达，电离层干扰常常会导致一两百公里开外的目标基本无法探测。
（三）雷达结果的应用规范问题。海态探测用高频地波雷达输出的是时间上连续的大面积流场、风场和浪场的分布，时间分辨率一般为十分钟到一个小时，所提供的信息在时间、空间和采样方式所对应的物理含义上与其它测量方式（如浮标、船测、航空测量以及卫星遥感等）存在很大的不同。地波雷达距离制订明确的应用规范还存在较大距离。
（四）小型阵列条件下的目标探测问题。由于小型阵列的方位分辨率低、民用地波雷达发射功率低以及前述的噪声和干扰（包括海洋回波的干扰）等问题，对目标尤其是小目标和机动目标的检测概率、虚警率、定位和跟踪精度等方面都存在需要克服的一系列问题。
参 考 文 献
[1] 叶春明，卢雁.高频地波雷达发展动向与分析[J].舰船电子工程，2010年01期.
第9篇：电磁波的实际应用范文
【关键词】 微带天线 电磁带隙（EBG）
一、引言
电磁带隙（Electromagnetic Band gap，EBG）结构是一种人工周期电磁材料，具有同向反射特性和带隙特性。同向反射特性表现为EBG结构反射电磁波相位随着频率连续变化，可用于设计低剖面天线、隐身天线设计。而带隙特性表现为EBG结构能够阻止一定频带内电磁波传输，而对带外电磁波传输基本没有影响。微带天线由于重量轻、低剖面、易于共形、集成等特点得到广泛应用。但在实际应用环境中，由于受安装环境限制，天线前后比往往难以提升，造成天线后瓣可能产生越区覆盖。本文设计了一种加载EBG结构的微带天线，将EBG结构应用于微带贴片天线，通过带隙特性抑制表面波，减小天线互耦，优化天线性能。天线工作频率为4.2GHz，通过在天线地板上加载EBG结构，在不影响天线安装方式及尺寸的情况下，减小天线表面波，降低了天线后瓣电平，提高了天线性能。本文对加载EBG结构的微带贴片天线与普通微带贴片天线方向图进行了对比，天线及EBG结构采用HFSS微波仿真软件设计。
二、EBG结构设计
本文采用蘑菇型EBG（Mushroom-like EBG）对微带贴片天线进行加载。EBG结构见图1所示，由金属地板、贴片及金属连接柱组成，贴片间缝隙等效为电容C，金属连接柱等效为电感L，组成了LC谐振回路。
在本设计中，EBG结构介质基板为FR4，介电常数4.4。EBG单元尺寸见图2（a）所示，其中L1=4.5mm，L2=5.2mm，H=1.1mm，R=0.5mm。采用悬置微带线法对EBG周期结构进行仿真，通过在EBG结构上放置微带线，模拟EBG结构表面波传输情况，仿真结果见图2（b）。从仿真结果可以看出，EBG结构在4.2GHz处产生了明显谐振，出现了带隙特性。通过改变L1尺寸，调整缝隙大小，可调整EBG结构谐振频率。
三、微带贴片天线加载EBG结构
为验证EBG结构对微带贴片天线方向图影响，设计了一种低剖面微带天线，天线尺寸75mm×75mm。将微带天线反射地板替换为EBG结构，微带天线介质基板与EBG结构之间采用PMI泡沫（厚度1mm，介电常数1.08）隔开，以防止天线馈线与EBG谐振单元短路，完整天线形式如图3（a）所示。
通过HFSS微波仿真软件分别对微带贴片天线加载普通地板和加载EBG结构进行了仿真。仿真结果见图3（b）所示，实线为天线加载EBG结构，虚线为天线加载普通反射地板。从仿真结果可以看出，两种情况下天线前向方向图基本一致，而加载普通反射地板的微带天线后向电平值较大，而将EBG结构作为反射地板的微带天线由于带隙特性抑制了天线表面波传输，减少了14 dB以上后向辐射，提升了天线前后比。而EBG结构厚度为1.1mm，基本不影响天线安装环境。
四、结
本文设计了一种加载EBG结构的低剖面微带贴片天线，EBG结构由多个谐振单元组成，工作在4.2GHz，EBG结构厚度较薄，可灵活安装于微带贴片天线反射地板上，基本不影响天线安装环境，在反射地板尺寸较小，谐振单元数量较少的情况下仍能较好的抑制后向辐射，优化了天线前后比，较大的提高了天线性能。
参 考 文 献
[1] F.Sievenpiper，High-Impedance Electromagnetic Surfaces.Ph.D.Dissertation，Department of Electrical Engineering，University of California at Los Angeles，CA，1999.
[2] Radisic V，Qian Y，Coccioli R，Novel 2-D Photonic Band-gap Structure for Microstrip Lines.IEEE Microwave and Guided Wave Letters，1998.8（2）：69-71.
