電磁波的實際應用精選(九篇)

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第1篇：電磁波的實際應用范文

關鍵詞：電磁場與電磁波；類比法；循序漸進；講義；習題

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）21-0010-02

隨著信息時代的到來，作為通信傳輸技術基礎的電磁場理論得到越來越廣泛和深入的研究與應用?！半姶艌雠c電磁波”是電氣、電子信息、通信等工科電子類專業(yè)的一門重要的技術基礎課，它是在大學物理電磁學的基礎上，進一步研究宏觀電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律和分析方法。這不但是為了后續(xù)課程的需要，也是深入理解和分析工程實際中的電磁問題所必需掌握的基本知識，而且電磁場理論也是微波通信、衛(wèi)星通信、電磁兼容和生物電磁學等高新技術的理論基礎及交叉領域新學科的生長點。[1，2]所以電類專業(yè)的學生，無論是從當前的學習出發(fā)，還是為了拓寬將來的專業(yè)面，都應該重視這門課程，學好這門課程，打好專業(yè)基礎。此外，學好這門課，對培養(yǎng)學生樹立嚴謹?shù)目茖W思想、科學分析問題的方法、復雜抽象的思維能力、勇于開拓的創(chuàng)新精神等將起著十分重要的作用。[3，4]另外由于獨立學院學生普遍基礎不是很好，并且對抽象的理論課程的學習興趣不大，更加重了獨立學院重“電磁場與電磁波”課程的教學工作。

一、“電磁場與電磁波”課程特點

1.基礎知識要求多

“電磁場與電磁波”課程是以大學物理、高等數(shù)學、電路分析、數(shù)學物理方程、復變函數(shù)等為基礎，所涉及的內(nèi)容很廣 。大學物理中，電磁學部分內(nèi)容是“電磁場與電磁波”的物理基礎，而矢量分析、特殊函數(shù)等內(nèi)容是學好“電磁場與電磁波”課程必需的數(shù)學工具，由于涉及復雜偏微分和特殊函數(shù)的計算，難度不小。因此要學好這門課程，必須熟練掌握這些基礎課程的相關概念、理論和運算等。同樣對擔任本課程教學的教師提出了較高的要求，即一方面需要有較好的物理、數(shù)學及電路知識；另一方面需要有比較全面的專業(yè)知識。同時，又需要對通信工程實際情況有較廣泛的了解。因此本課程的教學相對而言比較不易。

2.數(shù)學推導計算多

課程涉及大量的物理知識以及各種數(shù)學方法，在學習過程中如何處理數(shù)學與物理的銜接，數(shù)學方法和物理概念的聯(lián)系以及理論分析與工程應用的關系至關重要，這也是學生較難處理的問題。

3.抽象的概念多

“電磁場與電磁波”每章內(nèi)容都會引入一些新的、較難理解的概念、定律。例如散度和旋度是兩個比較抽象的數(shù)學概念，學生們甚至在課程結束之后仍感到這兩個概念很抽象，不理解在電磁場與波學習中為什么始終與之打交道；靜電場中的自分布電容、互分布電容、廣義力、虛位移等；恒定磁場中的矢量磁位、標量磁位；邊值問題求解中的鏡像法、分離變量法等。這些新的概念及定律不僅抽象、難理解，而且所涉及的公式通常比較復雜，計算起來難度較大?；谝陨咸攸c，對于“電磁場與電磁波”這門課程，學生普遍認為“難學”，教師普遍感到“難教”。

二、“電磁場與電磁波”教學存在的問題

1.學習問題

由“電磁場與電磁波”課程的特點可知課程本身過于抽象，學生普遍反映難學難懂，表現(xiàn)為抽象的純理論和概念多，復雜的偏微分公式多，計算求解難度大，而對老師來說教好這門課也具有相當?shù)碾y度。另外，在學習“電磁場與電磁波”課程過程中，學生常常難以將已經(jīng)學好的數(shù)學知識和電磁場內(nèi)容很好地結合。在學習“電磁場與電磁波”之前，學生一般都具備矢量場論的基本知識，但是在學習“電磁場與電磁波”的過程中卻難以將所學知識與電磁場理論融會貫通、學以致用。還有許多學生數(shù)學基礎薄弱，學習起來備感吃力。

2.教材問題

目前絕大多數(shù)教材都只強調經(jīng)典的理論知識，缺乏有應用背景和緊密跟蹤最新前沿發(fā)展的內(nèi)容，這樣不但導致理論與實際應用脫節(jié)，也很難激發(fā)學生的學習熱忱。特別是對基礎知識差的學生來說，一看到大量的證明和數(shù)學推導問題就失去了信心。

3.缺少實驗設備

由于資金和實驗設備的匱乏，使得大部分高校在“電磁場與電磁波”教學中缺少實驗設備，導致無法開展實驗課程。這樣原本就十分抽象的課程，完全變成了一門純理論教學的課程，也導致了學生學習中理論與實踐的脫節(jié)問題。

4.課時問題

隨著這些年的教學改革，大學生要求的總學分略有下降，而開設課程又增多的趨勢導致“電磁場理論”的教學課時被極大壓縮，由以前的80學時被壓縮到40學時，導致教學自由度受到了較大的限制。

三、提高“電磁場與電磁波”教學質量的方法

1.制訂教學大綱，確定教學內(nèi)容

現(xiàn)有的“電磁場與電磁波”教學，大部分都是一些純理論講解的內(nèi)容，而學生在學習的過程中經(jīng)常問學這門課有什么用，學某一章節(jié)有什么用?？词且粋€簡單的問題，但作為老師一定認真思考，給學生一個滿意的答案。因為從這個問題上一方面反映了老師講課不能只是大談理論講解，另一方面也反映了現(xiàn)有教材在實際應用方面的缺陷。對這個問題回答的好壞直接關系到同學們學習的效果和興趣?；谝陨显蚝凸P者多年的“電磁場與電磁波”的教學經(jīng)驗，自編內(nèi)部教材講義，此講義最大的特點是以通俗的語言來講解抽象的概念，以實際的例題來幫助理解重點理論，并且在每個知識點都有對應的應用實例。

由于“電磁場與電磁波”理論是人類在認識自然規(guī)律和生產(chǎn)實踐活動中發(fā)展起來的，在日常生活、科學研究和軍事等領域中的應用非常廣泛，例如在微波爐、磁懸浮列車、隱形轟炸機、移動電話中的應用等。這些在此講義的每一章的后面都是一個拓展知識的介紹，比如在第二章靜態(tài)電磁場的最后一節(jié)中，就針對磁懸浮列車和衛(wèi)星電推進器做了詳細講解，提高了同學們的學習興趣。

2.循序漸進的教學方法

電磁場與電磁波是利用場的觀點來研究空間某一物理量的確定值問題，而矢量分析正是研究此問題的重要教學工具。應用矢量分析的方法，可以使電磁場的基本定律、公式以簡潔的形式表述出來，且與坐標的選擇無關。所以先要學習一下矢量分析的內(nèi)容，包括矢量運算、三種坐標系、矢量的散度和旋度等內(nèi)容。以后每個章節(jié)的教學，采用從易到難、從靜態(tài)場到時變場、從電場到磁場再到電磁場、從三維空間到四維空間的循序漸進的教學順序。

首先，從較為容易掌握的靜電磁場開始進行學習，此章節(jié)的教學應詳細地分析各種情況，其中包含對基本方程、邊值問題等理論的推導以及物理含義的分析，以及靜電能量與力的分析等，而靜磁場的講解一定要和靜電場的知識進行類比學習。這樣就為時變電磁場、電磁場波的傳播、波導等教學內(nèi)容打下一個比較好的基礎。后續(xù)各章節(jié)的教學，也應注意與靜電磁場的理論進行比較。從靜止電荷產(chǎn)生的靜電場到研究運動的穩(wěn)定電荷產(chǎn)生的恒定電場，然后研究電流引入的恒定磁場，隨后進行電磁感應以及時變電磁場分析，并且在時變電磁場的分析中，推測電磁波的產(chǎn)生。之后講解均勻平面電磁波在無界空間的傳播、反射和透射，以及導行電磁波、電磁波輻射等知識，最后進行傳輸線理論的講解。按照逐步深入方式，進行知識的擴充，使課程知識具有連貫性，學生也比較容易掌握。

3.巧妙使用類比方法

“電磁場與電磁波”課程體系中，小到一個公式，大到整個理論框架，都存在著對立統(tǒng)一的關系。通過這些知識點的類比，不僅使學生學到了“電磁場與電磁波”課程的精髓，也使他們體會到“電磁場與電磁波”課程體系中的對稱美。類比包含兩個方面的類比，一是課程、領域之間的橫向類比，例如與“大學物理”相關知識點的類比，“電磁場”和“流體力場”、“電磁波”和“機械橫波”的比較。由于電磁波與機械波都是橫波，都具有橫波的特性等方面的類比，水波的傳播與電磁波能的傳播的類比，電磁場與流體力場的類比等等，類比的教學策略進行更加形象直觀的傳授，啟發(fā)創(chuàng)造性思維。另一個則是縱向類比，譬如該課程本身的靜電場和靜磁場、靜電場和恒定電流場等的對比。這樣，既拓寬了學生的知識面，也使學生通過類比對電磁場波動函數(shù)表達式有了深刻而又直觀的理解。

4.仿真軟件在教學中的應用

對于電子信息、通信專業(yè)的學生，基本上都會使用MATLAB軟件，并且場與波的分析往往涉及復雜的繪圖和大量的計算，將MATLAB仿真技術應用到“電磁場與電磁波”實驗教學中，十分有助于將抽象的理論變成容易理解、接受的結論，這必將有助于“電磁場與電磁波”的課堂教學。[5]比如，利用MATLAB編寫的程序可以繪制三維矢量的靜態(tài)和動態(tài)分布圖，給出了均勻平面波、矩形波導的傳輸模和截止模、電流元的電場和磁場的分布圖，這將大大提高同學們的空間想象力和對這部分知識的理解能力。

5.適當?shù)牧曨}練習

對“電磁場與電磁波”課程的學習，不但要有正確的教和學的方法，還要有適當?shù)牧曨}練習。其實，習題都是針對某一知識點的實際應用而設計的，在同學們做習題的過程中一方面幫助他們理解知識點的應用，另一方面也鞏固了課堂老師所講內(nèi)容。

在課堂教學中，不可能留出時間讓學生來學習題，只能有針對性地來講解有代表性的例題，做習題只讓同學們在課下做，讓同學把遇到的問題匯總起來，在集體答疑的時間來給同學們做詳細的解答。在講義中不但針對每一知識點精心設計應用實例，而且還設計了一定量的習題要求同學們完成。

此外，習題不僅僅是計算，在每一章結束后給學生出了一些思考題，讓學生自己去查找資料來完成。比如假如存在磁單極子，麥克斯韋方程的形式是什么樣的？

四、總結

本文是筆者多年來在“電磁場與電磁波”教學中的一點體會，本課程涉及的基礎知識比較多，對教師的專業(yè)課程知識的要求較高，同時需要教師密切結合本校學生的基礎、實驗設備、課時、教學大綱的制訂等實際情況進行分析。教學過程的每一個環(huán)節(jié)都需要周密思考、認真?zhèn)湔n，注意平時在科研項目中隨時積累，在教學中隨時涉獵其他專業(yè)的知識。教師的視野開闊了，學生才能在電磁場領域的思維角度開闊一些，能夠掌握宏觀電磁場與電磁波的基本性質及基本規(guī)律，培養(yǎng)他們的抽象思維能力，分析解決實際問題的能力。

參考文獻：

[1]田雨波， 張貞凱.“電磁場理論”教學改革初探[J].電氣電子教學學報，2008，30（1）：11-12.

[2]王家禮，朱滿座，路宏敏.電磁場與電磁波[M].西安：西安電子科技大學出版社，2003.

[3]李波，豆根生，袁超.電磁場與電磁波課程的教學方法探索[J].河南機電高等?？茖W校學報，2007，15（6）：127-128.

第2篇：電磁波的實際應用范文

關鍵詞：電磁場 教學方法 教學效果

“電磁場與電磁波”課程是電子信息類本科各專業(yè)學生必修的一門核心基礎課。學好這門課，對培養(yǎng)學生樹立嚴謹?shù)目茖W思想、科學分析問題的方法、復雜抽象的思維能力、勇于開拓的創(chuàng)新精神等將起著十分重要的作用，并且引導學生思考學習麥克斯韋方程組過程中的科學方法論-對稱性思想，這對他們?nèi)蘸蠊ぷ鲗嵺`具有強大的指導性意義。

一、“電磁場與電磁波”課程教學現(xiàn)狀

由于電磁現(xiàn)象比較復雜和抽象，研究它需要的數(shù)學工具多且難，教學過程中感到困難，特別是利用理論解題和實際應用更覺得難。

1.在學習中存在的狀況

一是推導和計算難。課程中所涉及的公式多、表達式復雜、數(shù)學要求強。再推導中運用到矢量運算、微積分方程以及復數(shù)運算，過程繁雜，往往顧此失彼，學習吃力。二是概念抽象。該課程理論性強，概念抽象，對一些定理及概念，比如說惟一性定律、內(nèi)自感、外自感等等概念難理解，物理概念不熟悉，學習難度大。三是解題困難。很多學生反應上課認真聽講，下課花大量時間推導公式，可遇到習題又像到另外一個世界，完全無從下手。長此以往，失去學習的興趣。

2.在教學過程中存在的狀況

第一，電磁場與電磁波課程涉及大量的公式推導，部分教師尤其是青年教師往往注重數(shù)學計算，而忽略了其物理意義，容易使該課程失去其意義。第二，課程系統(tǒng)性強，注重介紹其理論基礎知識，忽略與實際應用的聯(lián)系，容易讓學生產(chǎn)生“學習這門課有何用”的疑惑，不能調動起學生的學習積極性。

基于以上特點，對于電磁場與電磁波這門課，學生普遍認為“難學”，教師普遍感到“難教”。

二、教學方法的探討

1.理論聯(lián)系實際，調動學習積極性

電磁場與電磁波以三大實驗定律(庫侖定律、安培定律和法拉第電磁感應定律)和兩個基本假說(有旋電場的假說和位移電流的假說)為基礎，歸納總結出宏觀電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律―麥克斯韋方程組，然后再從麥克斯韋方程組（即時變場）出發(fā)，回顧靜態(tài)場，這時我們可以把靜態(tài)場歸結為時變場的一種特殊情況，用麥克斯韋方程組和其輔助方程來解決我們所遇到的具體的電磁問題。這樣就使我們電磁場與電磁波這門課的內(nèi)容簡化為對麥克斯韋方程組的理解和應用，學起來也就簡單容易，更有利于學生自主學習。在強調對概念的理解上，應該增加與實際相聯(lián)系的內(nèi)容和問題，用課本的理論來解釋日程生活中的事例，以調動學習的積極性。

比如在講解靜態(tài)場時，由電磁學的庫侖實驗定律和安培定律分別引出靜電場、恒定磁場的概念，并掌握靜態(tài)場的方程及其物理意義，并介紹靜電場的最常見的一個應用就是帶電粒子的偏轉，像控制電子或是質子的軌跡。很多裝置，例如陰極射線示波器、回旋加速器、噴墨打印機以及速度選擇器等都是基于這一原理的。隨著學生對靜態(tài)場的逐漸了解，問題也就解決了。在介紹時變場時，重點放在麥克斯韋方程組及其物理意義上，引導學生從該方程組出發(fā)，推導出波動方程、邊界條件等方程。又比如，在學習均勻平面波的傳播時，應該幫助學生建立起電磁波的概念，并對現(xiàn)實生活中遇到的電磁波傳播問題進行討論，再向學生提出幾個應用問題：為什么海水中需要用長波通信？防輻射孕婦裝為什么能起到防輻射作用？為什么在微波爐加熱不能用金屬托盤？收音機和電視的天線架設為什么不同？為什么隱形飛機雷達探測不到？等等，引導學生去尋找電磁波的應用，在工程實踐、科學研究、日常生活，乃至現(xiàn)代戰(zhàn)爭中都能找到電磁場應用的實例。通過這部分理論知識的講授，學生對這些問題有了較深的認識，經(jīng)過發(fā)現(xiàn)提出問題、解決問題的過程，學生對本課程的興趣越來越濃厚，學習目的也非常明確了。

2.板書與現(xiàn)代教學手段相結合

多媒體計算機和網(wǎng)絡教學以其豐富的媒體表現(xiàn)形式、強大的教學交互功能和方便自由的自主性學習特性，對于提高學生的知識水平、培養(yǎng)學生的信息素養(yǎng)、培養(yǎng)學生的創(chuàng)造思維有著傳統(tǒng)教學無法比擬的優(yōu)勢。但運用多媒體進行教學不能完全拋棄傳統(tǒng)板書，尤其是“電磁場與電磁波”課程公式多，推導復雜，兩者應有機結合起來，并把多媒體教學作為一種輔助教學手段。當進行公式的推導與分析時，應采用板書為主要方式，學生容易對復雜公式理解和接受，同時又引導思路，而不是一頁幻燈片過去，學生不知道講解了什么。但在介紹一些抽象的概念時，利用多媒體技術和仿真技術制作的CAI課件相結合，把復雜抽象的內(nèi)容用生動形象的方式表達出來，圖文并茂，形象直觀，可以幫助學生對學習內(nèi)容的理解。

下面以介紹波導的場結構教學為例，教師可以在教學過程中插入波導場結構的動畫效果，其截圖如圖1，通過動畫效果演示不僅能夠提高學生學習波導的積極性和主動性，而且能夠鼓勵并引導學生的好奇心、求知欲、想象力、創(chuàng)新欲望和探索精神。

圖1 波導的場結構

3.梳理知識系統(tǒng)，學會舉一反三

電磁場與電磁波解題困難，其主要原因是其求解過程不僅僅是一個數(shù)學問題，更主要是一個物理問題。只有把其中內(nèi)含的物理過程分析明白，運用好數(shù)學知識，才能充分理解問題的實質，找到正確的求解方法。對于大三學生來說，有必要增加對前面相關內(nèi)容的回顧，如矢量的通量、環(huán)量及矢量運算等。在學習過程中，要加強前面知識的回顧和應用，比如介紹動態(tài)位函數(shù)時，先回顧靜態(tài)場中位函數(shù)的引入、位函數(shù)滿足的方程、以及位函數(shù)的定義表達式以及應用，進而推導出動態(tài)位以及滯后位的相關理論，有利于學習的連貫性。又例如在介紹平面波時，結合波動方程分析平面波的傳播、入射和反射等波動特性等等。鼓勵學生在做具體的題目時，做完后反思這題所涉及的知識及能力要求符合教學大綱的哪一部分內(nèi)容，跳出題海戰(zhàn)術，學會舉一反三，更有助于加深學生對于電磁場與電磁波的認識。

“電磁場與電磁波”課程難學難教，而掌握本課程的理論基礎知識，對電子信息工程與通信工程專業(yè)的學生來說又非常重要。我們將進一步合理運用新的教學手段，提高教學質量，在理論教學中注意結合具體的應用問題講述，鼓勵學生主動學習、積極思考。

參考文獻：

[1]孫玉發(fā)，尹成友，郭業(yè)才等.電磁場與電磁波[M].合肥：合肥工業(yè)大學出版社,2006

[2]梁昌宏.關于電磁場理論的若干思考[J].電氣電子教學學報，2005,1:22-24

第3篇：電磁波的實際應用范文

關鍵詞：地質雷達;無損檢測;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

中圖分類號：P412.25文獻標識碼：A文章編號：2095-2104(2013)

1引言：

地質雷達(ground probing/penetrating radar，簡稱GPR)是一種新型地下探測與混凝土無損檢測設備。其主要原理就是用天線發(fā)射高頻電磁波，傳感器接受目標介質界面的反射波。電磁波在介質中傳播時，其路徑、電磁場分布與波形隨所穿透介質的電性質和幾何形態(tài)而變化。因此根據(jù)接收到波的雙程走時、波幅與波形資料的分析處理，可以推斷結構內(nèi)部的實際狀態(tài)。雷達在工業(yè)與民用建筑無損檢測中的應用主要包括混凝土結構構件尺寸、鋼筋分布、空洞、裂縫、不密實度及其它隱蔽工程探測等方面，這些項目所要求探測深度一般在幾米內(nèi)，但要求分辨率較高。

2地質雷達的工作原理：

地質雷達利用無線電波檢測地下介質分布和對不可見目標或地下界面進行掃描，以確定其內(nèi)部形態(tài)和位置，其理論基礎為高頻電磁波理論：高頻電磁波以寬頻帶短脈沖形式，通過發(fā)射天線被定向送入被測介質，經(jīng)存在電性差異的目標體或界面反射后返回并由接收天線接收。反射電磁波經(jīng)過一系列的處理和分析之后可以得到探測介質的有關信息。其檢測原理如下圖所示。

圖1雷達探傷原理示意圖

地質雷達在混凝土檢測中基本參數(shù)如下：「1

2.1電磁波旅行時間：

其中為檢測目標體的埋深；為發(fā)射、接收天線間的距離（可忽略）；為電磁波在介質中的傳播速度。

2.2電磁波在介質中的傳播速度：

其中為電磁波在真空中傳播速度（0.29979m/ns）;為介質的相對介電常數(shù)，為介質的相對磁導率（一般為1）。

2.3電磁波反射系數(shù)：

電磁波在介質傳播過程中，當遇到介電常數(shù)存在明顯差異的現(xiàn)象時，電測波產(chǎn)生的反射和透射能量的分配主要與異常變化界面的電磁波反射系數(shù)有關：

其中為第一層介質的相對介電常數(shù)；為第二層介質的相對介電常數(shù)。

由此可知,界面兩側介質電磁特性差異越大，反射波幅越強；波從介電常數(shù)大的介質進入介電常數(shù)小的介質時，反射系數(shù)為正，反射波振幅與入射波同向；反之，反射系數(shù)為負，反射波振幅為反向。從反射波振幅和相位上可以判定反射界面兩側介質的性質。

本次檢測涉及的介質為空氣、混凝土、鋼筋，幾種介質物性存在明顯差異，其形成的反射是地質雷達檢測的基本前提。

2.4地質雷達記錄時間和勘察深度的關系：

其中為檢測目標體的埋深；為雷達記錄時間。

3資料處理：

地質雷達(GPR)數(shù)據(jù)處理是地質雷達應用過程中最重要的一個環(huán)節(jié)，由于混凝土各組成成分對電磁波不同程度的吸收和反射，以及本身的不均勻性等，使得雷達脈沖回到接收天線時波幅減小，波形也與原始發(fā)射波形有較大的變化。另外，不同程度的各種干擾和隨機噪聲，也歪曲了實測數(shù)據(jù)。因此，必須對原始數(shù)據(jù)進行處理工作，以改善數(shù)據(jù)資料，為最終地質解釋提供清晰可辨的雷達探測圖像。數(shù)據(jù)處理的一般流程如下：

圖2 資料處理流程示意圖

4資料解釋原則：

對雷達剖面圖像進行解釋的基礎是提取反射目標，只要被測介質中存在電性差異，就可以在雷達剖面中找到相應的反射波，根據(jù)相鄰道上反射波的對比，把不同道上同一個反射波的同相相位“連接”起來形成“同相軸”。地質雷達資料解釋依據(jù)主要是雷達波同相軸的連續(xù)性和波形的變化、相位的變化。

5混凝土缺陷檢測：

因甲方對某工程筏板基礎混凝土澆筑質量存在懷疑，特委托我公司檢測該筏板基礎混凝土是否存在空洞、氣泡、不密實、鋼筋位移等缺陷，并指出缺陷的具置以及大小，我公司采用地質雷達對該筏板進行無損探測。

現(xiàn)場檢測前應了解探測目標體與其所在環(huán)境條件，例如目標體深度、尺度、要求分辨率、目標體電性與周圍介質電性以及現(xiàn)場環(huán)境是否存在大體積金屬構件或電磁波反射界面等，這些是確定雷達測試能否進行以及選擇雷達配置與參數(shù)的重要因素。

5.1測量儀器：本次檢測采用的是SIR-20型地質雷達（美國GSSI公司），數(shù)據(jù)存儲為為外接筆記本。

5.2天線選擇：天線中心頻率的選擇需要兼顧目標深度、目標最小尺度、分辨率要求及場地條件等因素，「2選用1.5GHz屏蔽天線（美國GSSI公司）。

5.3測線布置：本次被測目標為筏板，測試應按網(wǎng)格狀布置，為避免漏測，測線間距應小于被測缺陷水平尺度，依據(jù)預計缺陷大小，采用0.5m×0.5m網(wǎng)格。

5.4測試方式：本次檢測采用剖面法，即發(fā)射天線和接收天線以固定間隔沿測線同步移動，移動過程中，得到由一個個記錄組成的剖面圖，橫坐標為天線走程，縱坐標為由雷達脈沖“雙程走時”換算來的目標深度。為更好地對目標體界面進行連續(xù)追蹤，采用連續(xù)采樣。

5.5資料解釋：當混凝土密實時，反射波衰減速度基本一致，波振幅比較均一、同相軸比較連續(xù)。混凝土密實或沒有空腔時，地質雷達不會有特別強的反射信號，雷達圖像中表現(xiàn)為無多次波（圖3a）；

圖3a正常筏板混凝土 圖3b 存在帶狀氣泡筏板混凝土

當混凝土內(nèi)部出現(xiàn)裂縫時，裂縫處由于空氣的存在反射波衰減速度較慢，在圖像上會顯示同相軸錯斷的特征。同理，混凝土內(nèi)部出現(xiàn)空腔或氣泡時，圖像上會顯示出同相軸局部錯斷的形態(tài)，地質雷達會有明顯的強反射信號（圖3b、圖3c）；

圖3c 有空洞筏板混凝土圖3e 不密實筏板混凝土

當混凝土不密實時，反射信號同相軸呈繞射弧形，且不連續(xù)，較分散（圖3e）；

當混凝土內(nèi)部有鋼筋且鋼筋走向和雷達天線移動方向垂直時，則在圖像上會顯示出大的圓弧特征（圖3f）。若鋼筋走向與天線移動方向平行，則會顯示出波形粗黑的特征（圖3g）。

圖3f鋼筋垂直天線方向 圖3g鋼筋平行天線方向

5.6檢測結果：該工程多處筏板距表皮10～20mm范圍內(nèi)存在帶狀氣泡，局部位置存在空洞及疏松，但未發(fā)現(xiàn)裂縫。鋼筋間距及保護層厚度比較均勻，與設計值無較大偏差。

6比對試驗：

采用微破損試驗與地質雷達探測缺陷結果進行比對，依據(jù)雷達檢測結果現(xiàn)場鉆取芯樣，經(jīng)觀測，空洞、不密實位置及幾何形態(tài)與雷達檢測結果基本相符，氣泡位置及分布與雷達探測結果相同。采用鋼筋測定儀對鋼筋位置進行檢測并配合現(xiàn)場剔鑿驗證，結果與地質雷達檢測結果基本相符。這就充分驗證了地質雷達檢測大體積混凝土準確性。

7結語：

相對于鉆芯法、電磁感應法，雷達法是一種新興的無損檢測技術。其具有對混凝土穿透力強、探測深度大等優(yōu)勢，并且可通過改變頻率來實現(xiàn)探測深度和分辨率的調換。所發(fā)射雷達波具有極化特性，可以確定缺陷的形狀、位置及走勢，且成像迅速連續(xù)、結果易于保存，更擅于直觀、快速和實時的完成大體積混凝土的檢測。因此，雷達技術在工程中的應用對結構檢測的發(fā)展與創(chuàng)新是有意義的。

參考文獻

第4篇：電磁波的實際應用范文

主要分析研究的是探地雷達技術及其應用，通過闡述探地雷達技術的理論基礎、解釋原理及發(fā)展歷程等基本內(nèi)容，結合采礦工程的實際要求，探究在采礦工程中探地雷達技術的實際應用，以期能夠為相關研究人員提供重要的參考資料。

關鍵詞：

采礦工程；探地雷達技術；應用

0引言

中國幅員遼闊、地大物博，擁有眾多地下資源，其中豐富的礦產(chǎn)資源一直是中國社會發(fā)展和經(jīng)濟建設中最為重要的一種資源，是中國實現(xiàn)長久穩(wěn)定發(fā)展和繁榮富強壯大的基石，因此采礦工程正在中國各地如火如荼地開展建設當中。而其中至關重要的一項技術即為探地雷達技術，通過使用該項技術能夠幫助采礦工程更加準確地了解周邊巖層情況及地質環(huán)境，同時還能夠有效檢測整體工程質量，在此背景之下，研究探地雷達技術在在礦工程中的應用具有極其重要的研究價值。

1探地雷達技術的簡要概述

1.1發(fā)展歷程

探地雷達技術最早誕生于20世紀初期，由兩位德國籍科學家Letmbach、Lowy首次提出，經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展之后，探地雷達技術已經(jīng)初具雛形，并且開始應用于包括冰層和巖鹽等介質當中，但此時該項技術具有明顯的局限性，即只能運用在電磁波吸收非常弱的介質當中。直到20世紀70年代中后期，在電子技術的誕生及迅速發(fā)展之下，探地雷達技術與現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)處理技術相結合，其實際應用范圍得到空前擴大，除了可以運用在電磁波吸收弱的介質當中之外，還可以用于土層、煤層等介質中，其實際運用范圍涉及考古、巖石勘探、工程及建筑物內(nèi)部勘探甚至是礦產(chǎn)資源探測當中。在20世紀80、90年代探地雷達技術被引入中國以來，經(jīng)過廣大科學研究工作人員多年的共同努力，探地雷達技術已經(jīng)被廣泛運用在采礦工程當中并取得了良好的成效。

1.2理論基礎

探地雷達技術其實是一種依靠彈性波傳播理論，是對于地下介質，對超高頻短脈沖電磁波傳播規(guī)律進行深入研究的技術。這主要是由于位移電流在地質介質當中占據(jù)著至關重要的地位，而介質的介電性質幾乎可以直接影響甚至決定頻散較少的高頻寬頻電磁波的傳播速度，而這與彈性波傳播理論具有極高的相似性，二者均嚴格遵循波動方程，只不過在變量方面存在些許不同的物理差異，但電磁波和彈性波之間具有相同的形式，因此結合合成波的原理可以將脈沖電磁波解構成為若干頻率存在差異的正弦電磁波，也就是說正弦波傳播理論及特征是探地雷達技術的重要理論基礎[1]。

1.3解釋原理

無論是在哪一種應用范圍內(nèi)，使用探地雷達技術的根本目標就是得到最終的地質解釋資料，而這需要建立在拾取反射波的基礎之上。對電磁波組標志進行有效識別則是與波形特征等具有緊密聯(lián)系。在介質中進行傳播活動時，電磁波組的傳播路徑，包括電磁場的具體強度、波形等將會隨之發(fā)生變化，此時運用探地雷達技術能夠以剖面圖的形式對位于反射波組當中的同相軸進行追蹤和表現(xiàn)，進而判斷出地層是否存在斷裂情況，最后依據(jù)真實可靠的地質鉆探資料，明確反射波組當中蘊含的真實地質含義，形成基于整個探測區(qū)角度下的成果圖將會成為采礦工程設計的重要參考資料。

2探地雷達技術在采礦工程中的具體應用

2.1對巷道圍巖松動圈進行探測

中國在經(jīng)過漫長的研究發(fā)展歷程后，對巷道圍巖松動圈支護理論進行不斷豐富和完善，并且與探地雷達技術進行充分結合，最終使得其能夠熟練靈活運用在采礦工程尤其是探測巷道圍巖松動圈工作當中。但值得注意的是，確定巷道圍巖松動圈的初始值是完成這一工作的核心與關鍵，直接決定著對巷道圍巖松動圈進行探測的成功與失敗。在過去工作人員通常會選擇使用超聲波探測技術、鉆粉法、位移計法等各種方式進行探測，但無論是哪一種方法均會對巷道圍巖造成不同程度的破壞，無法保證圍巖能夠始終保持其原始狀態(tài)，而這將直接導致探測松動圈終值的準確性、精密性大大降低，甚至最終影響整個采礦工程的質量。而使用探地雷達技術之后，通過配置超過200Hz的高頻天線，通常情況下在不超過10m的探測深度范圍內(nèi)可以將精度控制在5cm以內(nèi)，同時不會對巷道圍巖造成任何損壞[2]。比如在采礦工程中，通過應用探地雷達技術進行直接探測，發(fā)現(xiàn)在大約200m多的圍巖深處中顯示存在一條強烈的反射回波信號，在對電磁波組同相軸進行追蹤之后發(fā)現(xiàn)存在層狀起伏，表明該界面當中電磁波正由弱到強進行變化，而到215m范圍內(nèi)的圍巖雷達波無規(guī)律，能夠清楚地看到有較大裂隙，代表此位置為破碎區(qū)。在此基礎上工作人員能夠明確巷道圍巖松動圈厚度，并以此為根據(jù)指導設計巷道支護。

2.2對巖石的位置厚度進行探測

在計算礦體儲量及評估該礦可采程度工作當中需要確定煤層當中待采礦層厚度及開采放頂煤時頂煤厚度，與此同時，需要準確了解開采空間與如奧灰等重要巖層的相對位置關系，這也是保障開采工作能夠順利安全完成的必要條件。在A煤礦當中有三個鉆孔，通過分析可以得知由于受到爆破及巖層自身裂隙發(fā)育等影響，可以從圖1當中看出整體的雷達圖像并未呈現(xiàn)出明顯的規(guī)整性波形，反而給人一種雜亂無章的感覺；另外，探測圖顯示出煤層剖面呈現(xiàn)起伏形態(tài)，并且存在大概11cm～12cm厚的偽頂。偽頂雖然和煤層性質近乎一樣，但是其厚度要遠小于煤層，并且雷達波不會顯示出分層現(xiàn)象。而煤層下方是砂巖，工作人員通過探地雷達技術探測的采礦區(qū)煤層具置及厚度之后，便可以繪制出相應的等厚線圖，作為設計采礦區(qū)開采的重要指導。

2.3對地質實際構造等進行探測

由于真實的開礦現(xiàn)場環(huán)境復雜，經(jīng)常會發(fā)生各種各樣的地質異常情況，如斷層、礦層沖刷、陷落柱等，假如此時在確定位置或在搜尋礦體的工作當中使用巷探、鉆探等技術方法，不僅無法有效節(jié)約時間，節(jié)省人力與物力，甚至有可能影響工作的安全性，造成不必要的經(jīng)濟損失和資源浪費。而使用探地雷達技術則能夠有效解決這一問題，一般情況下在不超過100m的范圍內(nèi)，探地雷達技術可以實現(xiàn)無損探測，即在探測過程中幾乎不會對地質構造等造成任何損害，這對于在探測地質構造當中可能存在水害等安全隱患時將有效保障其安全性。在此基礎之上，工作人員除了能夠得到比較理想的探測參數(shù)，還可以以此為依據(jù)參數(shù)對斷層的位置、走向等進行合理推斷，從而進一步提升采礦工程的質量。

2.4探測采空區(qū)及含水情況

所謂采空區(qū)具體來說指的是在天然的地質運動或人工挖掘后，地表會在下面形成或大或小的“空洞”，即人們通常意義上的采空區(qū)。而采空區(qū)對于采礦工程來說是一個比較巨大的安全隱患，稍有不慎，采礦所需的機械設備甚至是工作人員將極有可能墜落在采空區(qū)當中，進而造成嚴重的經(jīng)濟損失和人員傷亡。因此在采礦工程當中應用探地雷達技術可以對采空區(qū)進行有效探測，避免此類事故的發(fā)生。在A礦區(qū)當中由于前人的多次挖采導致在淺部煤層當中出現(xiàn)了一個非常明顯的采空區(qū)。通過圖像顯示，大約在0m～16m的位置處存在明顯異常，而大約在910m深度的位置處還出現(xiàn)不太完整的雙曲線形態(tài)圖，這種波形的出現(xiàn)代表著穹形空洞；而在觸底后波幅逐漸增加，但是很快隨著不斷增加的深度，波幅迅速減小直至消失。因此最終顯示出的成果圖能夠準確反映出在該采空區(qū)當中蘊含豐富的水及淤泥等物質，并且吸收了大量電磁波能量。

3結語

通過研究論述可以得知，基于電磁波理論下產(chǎn)生的探地雷達其實就是一種將地質資料作為重要參考，尤其適合用于弱磁介質為主的采礦工程項目中的一項探測技術。通過運用探地雷達技術可以在最大程度上保護圍巖的基礎之上對其進行探測，并保持較高的精準度；另外還可以在一定范圍內(nèi)有效探測確定礦層的厚度、位置等基本資料，并直接探測出斷層的走向；對于采空區(qū)中的地下空洞等也可直接進行探測，從而真實了解到實際含水情況，對整體的填充質量進行科學評估，以此檢驗采礦工程的整體質量。鑒于探地雷達技術擁有眾多優(yōu)勢功能，因此在未來采礦工程當中還需要多多運用該項技術，并積極進行探索研究，以便能夠進一步擴大探地雷達技術的使用范圍。

參考文獻：

［1］劉傳孝，楊永杰，蔣金泉.探地雷達技術在采礦工程中的應用［J］.巖土工程學報，1998(6)：102-104.

第5篇：電磁波的實際應用范文

[關鍵詞]探測；地質災害；防患；促進

中圖分類號：F416.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）05-0311-01

前言

文章首先通過對綜合物探方法進行概述，分析了其在地質災害中發(fā)揮的重要作用，對綜合物探技術中的地震橫波反射勘探、地質映像、地質雷等達幾個方面進行概述。其次，根據(jù)對實際應用的調查，分析了綜合物探技術中各個因素的應用情況，據(jù)了解，單一的探測形式不能夠滿需探測的需求，利用綜合物探能夠有針對想的、綜合性的進行探測，不僅能夠探測淺部地區(qū)，對于深部地區(qū)也能夠進行探測，為地質災害的調查提供了大量準確的數(shù)據(jù)。本文結合實際案例，研究了地質災害調查中物探技術的運用情況，通過多種方法的探測結果表明，綜合物探方法對于地質災害的探測具有高效性、準確性，能夠發(fā)揮各個探測技術的優(yōu)質，解決地質勘查中地質災害的調查。

1 綜合物探方法

1.1 地震橫波反射勘探

橫波勘探起步較早，但應用較少。近些年來，隨著淺層探測任務的增多，對淺層勘探的分辨率要求越來越高，橫波勘探才得以廣泛應用。由于橫波頻率低、速度低、波長短，對地層的分辨率高，而且不受地層含水的影響，因此適合于對近地表地質體及各種地質災害的探測。橫波反射勘探技術與縱波反射勘探技術的基本原理相似，都是利用不同介質之間波阻抗的差異來探測地層內(nèi)的異常地質體。野外施工和資料處理手段也基本一樣，均采用多次覆蓋的野外施工技術和多次疊加的資料處理方法。

1.2 地震映象技術

地震映像技術是新興的一種探測技術，根據(jù)偏移距離進行探測，其優(yōu)點在于操作簡單、易于施工、抗干擾及較強的分辨率，使用范圍為淺層地質，包括江、湖、河等淺層區(qū)域，在淺層勘探中使用普遍。地震映像技術的產(chǎn)生，使探測技術變?yōu)楹唵?，并且提高了工作效率，使地震映像技術得到推廣和使用。

1.3 地質雷達

地質雷達是利用高頻電磁波（工作頻率10MHz～2GHz）以寬頻帶短脈沖形式，由地面通過發(fā)射天線送入地下，經(jīng)地層或目的物反射后返回地面，為另一接收天線所接收。電磁波在介質中傳播時，其路徑、電磁波強度與波形將隨所通過介質的電性質及幾何形態(tài)而變化。因此，根據(jù)接收到的波的旅行時間（亦稱雙程走時）、幅度與波形資料，通過圖像處理和分析，可確定地下地層界面或目標體的空間位置和結構。

1.4 井間電磁波層析成像（CT）

井間電磁波層析技術是利用井間透射電磁波測量數(shù)據(jù)，依照一定的物理和數(shù)學關系通過計算機技術揭示物體內(nèi)部物理量的分布，最后以圖像的形式表現(xiàn)結果。電磁波實際測量的研究是波動過程沿射線路徑對介質吸收系數(shù)的積分結果，當同一平面內(nèi)密集的平行射線簇對研究區(qū)域進行了全方位掃描后，便可把所有的投影函數(shù)依Radon反變換的關系組成方程組，經(jīng)反演計算重建出介質吸收系數(shù)的二維分布圖像。電磁波CT容易實現(xiàn)特定工作頻率的發(fā)射和接收，野外觀測方便，成本低廉，適用于對精細構造和電阻率差異大的目標體探測。電磁波CT以其分辨率高、反演結果可靠性強等優(yōu)點，在地殼淺部地質災害（溶洞、空洞、裂隙等）和地質構造探查中具有廣泛的用途。

2 應用實例

2.1 地震橫波

圖1為某工程場地橫波反射t0時間剖面圖。根據(jù)該場地周圍地質鉆探結果，在場地附近存在一條古河道，古河道的埋深約在20～30m的范圍內(nèi)，并且有可能從場地內(nèi)通過。為了查清古河道通過場地的位置、埋藏深度及其形態(tài)，為未來建筑物的布局及設計提供資料，擬采用高分辨率橫波反射地震勘探的方法。為了提高激發(fā)頻率，拓寬激發(fā)頻帶寬度，采用錘擊的方法，獲得了高主頻、寬頻帶的橫波地震記錄。從圖1中可以看出，沿測線地下地層成層性較好，在0～300ms的深度范圍內(nèi)主要存在2組反射震相，其中第一組（40ms左右）為第四系內(nèi)部地層反射波，連續(xù)性較好，相對起伏變化不大，表明該地層基本呈水平展布。第二組（140～220ms）為古河道及兩岸附近地層的反射波，連續(xù)性較好，但相對起伏變化較大，該組波的起伏形態(tài)充分反映了古河道的橫斷面形態(tài)。從圖中古河道的形態(tài)可以看出，古河道的底部埋深為28m左右，視寬度約為130m，是一條范圍較大的古河道。圖1 橫波t0時間剖面

2.2 地震映象技術

圖2為某大橋地震映象探測結果。由上圖顯示出，水下地層反射震相豐富，上部層位較多，震相清晰，連續(xù)性好；下部震相模糊，難以連續(xù)追蹤，反映了上部淤泥、殘積土的層狀沉積特征和下部花崗巖的塊狀結構特征。下圖地質解釋表明，該剖面地層自上到下主要有淤泥、淤泥質土、殘積土、強―中風化花崗巖和微風化花崗巖。其中殘積土在剖面中、右部存在而在左部尖滅消失，這與該區(qū)的地質地貌特征有關。水底地層呈現(xiàn)兩端高，中間低形態(tài)，表現(xiàn)地震映象剖面下地層的沉積特征。

2.3 地質雷達

圖3 天荒坪水庫上庫地裂地縫地質雷達探測結果a―THP-Ⅲ線探測剖面；b―THP-Ⅳ線探測剖面該水庫庫底結構為0.18m的瀝青面層，0.30m的砂石層，其下為墊層。圖3（THP-Ⅲ測線）中深度0.18m和0.50m存在2組電磁波能量很強的反射層，分別對應瀝青層和砂石層。橫向在樁號5.0m和15.0m有2條裂縫（F2，F(xiàn)1）貫穿結構層，傾斜方向大致向東。裂縫F1向下在砂石層內(nèi)呈散射狀分為3條。裂縫間結構塊均有凹陷現(xiàn)象。圖3b所示的THP-Ⅳ測線與THP-Ⅲ測線平行。從圖中可以看到貫穿結構層的裂縫F1及其分支仍然存在，但水平位置偏移至樁號11.0m左右，傾斜方向轉向西。樁號5.0m處的裂縫F2向上僅延伸至瀝青層底部，傾斜方向也轉向西。

3 結束語

目前，我國地質災害情況出現(xiàn)頻繁，且國家對其重視也逐漸加深。經(jīng)過以上分析，在地質勘探技術中，單一的勘探技術不能滿足地質災害復雜性的探測亞要求，其具有多樣性、分布地區(qū)范圍廣、地質災害類型不同等特點。因此，只有采用綜合物探方法，才能夠實現(xiàn)地質災害的勘探。綜合物探方法將各個勘探方法相結合，具有各類探測技術的優(yōu)點，將其結合，在地質災害的勘測中發(fā)揮重要作用。但是，目前綜合物探還沒有大量的應用，主要是由于其起步晚，剛剛處于發(fā)展階段，及探測技術與方法中仍然存在著一些不足之處，有待完善及思考。綜合物探技術的應用，不僅為地質災害才勘察工作提供了準確的數(shù)據(jù)，同時結合各個探測技術的優(yōu)點，提高了探測效率。

參考文獻

第6篇：電磁波的實際應用范文

【關鍵詞】 計量認證 物探 儀器 自檢方法

前言

中華人民共和國計量法規(guī)定，一切為社會提供公證數(shù)據(jù)的產(chǎn)品質量檢驗機構（單位），必須經(jīng)省級以上人民政府計量行政部門對其計量檢定、測試的能力和可靠性考核合格。這就要求從事產(chǎn)品質量檢驗的機構（單位）必須進行計量認證，并取得計量認證合格證后，方能開展產(chǎn)品質量的檢驗工作。而計量認證的主要內(nèi)容是：①計量檢定、測試儀器設備的性能；②計量器具的工作環(huán)境；③考核檢測人員的素質；④保證量值統(tǒng)一、準確的措施及檢測數(shù)據(jù)公正可靠的管理制度。由此可見，由于在產(chǎn)品質量檢測中所使用的計量器具品種繁多，只有對這些計量器具進行檢定、校驗或檢驗且合格后，才能保證所用計量器具的量值準確可靠、性能完好，從而保證了檢驗結果的正確，即可實現(xiàn)全國范圍內(nèi)的檢驗結果具有統(tǒng)一可比性。這說明產(chǎn)品質量檢測是一項以數(shù)據(jù)說話，數(shù)據(jù)面前人人平等的公證性工作，培養(yǎng)和造就高素質上水平的檢測隊伍，選擇切實可行的檢測手段，使用先進可靠的檢測設備，制訂完善的質量保證體系，是保證檢測工作質量的重要方面。而儀器設備滿足檢測技術要求、檢測數(shù)據(jù)準確可靠，又是全部檢測工作質量的基礎保證。對于計量器具的檢定可分為強制檢定和自行定期檢定，而物探儀器多屬于專用計量器具一類，所以一般以自檢為主，為此就要首先選擇并制訂“物探儀器自檢方法及操作規(guī)程”以滿足物探儀器定期自檢的要求。本文就是基于此點，與計量檢定同行共同探討儀器自檢方法的選擇問題，鑒于水平所限，不妥之處敬請指正。

自檢方法

物探儀器設備的計量檢定一般無現(xiàn)成校驗規(guī)程可循，此時應按照計量認證考核合格的自編校驗方法或者應用對比的方法進行校準。而自編的校驗方法是對計量器具受檢項目進行檢驗時，所規(guī)定的具體操作方法和步驟，它應具備明確、科學、具體、簡便、實用、可操作的一般原則，且所用公式及其使用常數(shù)和系數(shù)都必須有可靠的依據(jù)或來源。

1. 彈性波類儀器自檢方法

該類儀器可選用空氣縱波速度標準值與實測空氣縱波速度值對比的方法進行自行定期檢驗。具體操作如下：

1.1將拾震器及波源發(fā)生器按一定的間距一字排開并置于空氣中，通過觀測儀器記錄空氣中拾震器所接收的由波源發(fā)生器產(chǎn)生的震動波。

1.2以拾震器到波源發(fā)生器之間的一系列間距為橫坐標，空氣中縱波傳播旅行時為縱坐標繪制“時——距”曲線，并按最小二乘法求出實測空氣中的縱波傳播速度（Vc）。

1.3計算空氣縱波速度標準值Vo，

TO為校驗時大氣溫度（℃）

1.2計算空氣縱波速度標準值Vo和空氣縱波速度測量值Vc之間的相對誤差δ。

1.5判定標準：δ≤±0.5%，即認為合格，反之則認為不合格。

此類儀器還可以用標準鋼棒、純水的縱波速度作為對比標準進行自檢，但這些方法均較空氣縱波速度的自檢方法相對煩瑣或困難。

2. 直流電法類儀器自檢方法

2.1該類儀器自行定期檢驗可按《水利水電工程物探規(guī)程》中有關規(guī)定，首先對該儀器在同一測點、同一電位差兩次觀測數(shù)據(jù)的相對誤差進行檢驗，同時滿足①1～3mV測程：相對誤差小于3%；②大于4mV測程：相對誤差小于1.5%，即為合格，此后再按下列方法進行自檢。

2.2實測純水和已兌制不同礦化度水溶液（如NaCl溶液）電阻率值。實際應用表1時，由于礦化度較高時（如礦化度≥10g/l），水溶液的電阻率較小，難以測試，且誤差較大。所以一般取水溶液的礦化度范圍為0～1.0g/l即可滿足自檢要求。

2.3計算水溶液單一礦化度時表1中標準電阻率與實測電阻率之間的相對誤差。

ρo為標準值；ρc為實測值。

2.4計算n個礦化度水溶液的觀測均方誤差M。

2.5判定標準：M≤±3.5%，即認為合格，反之則認為不合格。

此類儀器設備還可以用標準電阻等作為對比標準進行校驗，但標準電阻也要進行定期強制檢驗，故一般不予采用。需要說明的是此類儀器的自行校驗還是比較煩瑣的，實測時也較困難，不知同行有無簡便明了的自校方法，可以探討和共享。我注意到有的公司采用一臺儀器在同一測點的二次測量結果進行對比校驗是不科學的，因為如果該臺儀器存在系統(tǒng)誤差時，一般不易通過自檢查出該儀器存在的問題，應引起注意。

3. 地質雷達儀器自檢方法

該類儀器可選用空氣電磁波速度標準值與實測空氣電磁波速度值對比自行定期檢驗的方法來實施。具體如下：

3.1選擇一處空曠的地方，其周圍一定范圍內(nèi)應無金屬導線、塊體等良導體類物質，在適當位置豎立放置一定面積的金屬板（如鐵板、鋼板等）。

3.2在金屬板面中垂線方向的一定距離處設置地質雷達發(fā)射天線和接收天線。

3.3觀測并記錄電磁波通過空氣遇金屬板后反射的雷達波形圖。

3.4由原始記錄的雷達波形圖，讀取金屬板反射的雙程歷時t，進而計算空氣電磁波傳播速度Cc。

d為天線至金屬板之間的距離。

3.5根據(jù)空氣電磁波速度標準值（Co=0.3m/ns），計算空氣電磁波速度標準值Co和空氣電磁波速度測量值Cc之間的相對誤差值β。

3.6判定標準：β≤±0.5%，即認為合格，反之則認為不合格。

此類儀器還可以用標準延時光纖等時基延遲作為對比標準進行自檢，但其延時光纖的標準傳輸數(shù)據(jù)及其長度應經(jīng)過嚴格的定期強檢，才能使用，采用時應予注意。

結束語

第7篇：電磁波的實際應用范文

關鍵詞： 《電磁場與電磁波》 教學改革 云空間

1.引言

計算機與通信技術的快速發(fā)展推動了經(jīng)濟和社會的不斷進步，通信與網(wǎng)絡已經(jīng)成為社會生活一個重要的組成部分，一旦離開網(wǎng)絡和通信，人們幾乎不知要如何工作。作為向社會提供優(yōu)秀的通信人才的高校，計算機與網(wǎng)絡的融合體的通信工程，目前已經(jīng)成為高等學校一個非常的重要和熱門的專業(yè)之一，其畢業(yè)生具備計算機和網(wǎng)絡專業(yè)相關的工程技術的知識和研發(fā)的能力，社會需求量非常巨大，就業(yè)前景廣闊。

作為通信工程專業(yè)的主干課程――《電磁場與電磁波》，是在電路基礎等課程的基礎上深入學習無線通信、光纖通信等領域的重要科目，是一門理論與工程性、實踐性較強的課程。電磁場與電磁波技術是多個學科的交叉點，它不僅是微波、天線、電磁兼容的理論基礎，而且各種現(xiàn)代通信方式，如光纖通信、移動通信、衛(wèi)星通信及電視、雷達等各種專門學科，都是以電磁波攜帶信息的方式實現(xiàn)的[1]，[2]，可見該課程在電類專業(yè)教育體系中的重要性。然而這門課程理論性很強、概念抽象、不容易理解及對數(shù)學要求較高，學生學習起來感覺繁瑣、枯燥和艱難，漸漸地對這門課程失去興趣[3][4][5][6]。要使學生的學習興趣逐漸濃厚，激發(fā)學生的學習動力，必須對該課程的教學進行改革。

《周易?系辭》載：“日新之謂盛德，生生之謂易?！彼U述了一種生生日新的宇宙發(fā)展觀，揭示萬事萬物發(fā)生發(fā)展普遍遵循的法則。無疑教育也是一樣，是一個生生不息、推陳出新的變化過程。隨著當今網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展和普及，“教育信息化”應時而生。教育信息化是中國教育現(xiàn)代化不可或缺的動力和支撐。我們將利用當今的網(wǎng)絡技術，結合《電磁場與電磁波》特性，提出一種新的教學方式，以增強學習方式的靈活性，提高學生對這門課程的興趣，增強教學效果。

2.云空間的教學構建

世界大學城云空間是以個人空間建設為基礎，優(yōu)質資源共建共享型的網(wǎng)絡服務平臺。我們以世界大學城空間建設和教育教學應用為背景，對現(xiàn)有的《電磁場與電磁波》課程的教與學的方式進行了改革。我們將空間進行了劃分，分成了教學課件、教學視頻、習題解答、工程應用、相關研究文獻等幾個欄目，并開通了在線提問和答疑的功能。

在教學課件欄目中，我們放置了相應的教學課件，包括國外的如MIT的相應的電磁波課件，有利于學有余力的學生更深一步地學習。在教學視頻欄目中，會放置一些經(jīng)典的實驗過程和相關的影視，以提高學生的興趣。學生如果對某一專門問題感興趣，可以到相關研究文獻欄目中找文獻資料進行下步的學習。研究文獻欄目中放置了電磁波發(fā)展歷史過程中一些經(jīng)典的里程碑式的文獻，以及最新的發(fā)展動態(tài)。當然也放置了一些常用數(shù)據(jù)庫的入口鏈接和文獻的查找方法。在工程應用欄目中，我們放置一些應用的案例，如激光焊接、北斗導航等工程簡介，以便說這門課程雖然理論性很強，但實際應用范圍很廣。同時也結合日常生活中的電磁應用情況，放置了一些簡單的應用案例，如收音機天線的調整方法、電視機天線的調整方法等，以提高學生的興趣和動手能力。

我們的空間對學生全天開放，只要學生登錄訪問我們的教學空間，他可無限制地瀏覽他感興趣的東西，空間中放置的資料難易都有，并配有相應的視頻講解。空間有統(tǒng)計學生Id的訪問次數(shù)和在線訪問時間的功能。這樣的一個教學空間里，學生可以選擇任意的時間，選擇感興趣的內(nèi)容進行學習，相對傳統(tǒng)的課堂教學而言，有的極強的靈活性，有更多的信息量，有很強的優(yōu)越性。根據(jù)我們的統(tǒng)計，人均訪問的次數(shù)每天兩次，在線的時間都超過30分鐘，說明學生對于這樣的一個新教學方式的興趣還是很高的。興趣是最好的老師，只要學生的興趣提高了，那么這門課程的教學效果就會顯著提高。

3.云空間對傳統(tǒng)教學的優(yōu)化

我們所構建的電磁場與電磁波云教學空間，突破了原來課堂教學的時空界限。利用空間教學，我們將教學從課中延伸到課外，時間也拉近教師與學生之間的距離；匯聚海量的資源，實現(xiàn)優(yōu)質資源的共建共享；記錄利用空間教與學的全過程，實現(xiàn)教育教學工作的透明化；空間教學實現(xiàn)教育理念的提升，教育開始回歸到以學生為中心的教育本位。開展立體互動的空間教育教學，凸顯學生的主體地位；多元化的空間互動交流，建立了平等和諧的師生關系。便捷溫馨的空間管理服務，滿足了學生的學習與生活需求，日益完善的自主學習平臺賦予了學生日益增多的教育選擇權。

空間教學創(chuàng)新了開放互動的教學模式，顛覆了傳統(tǒng)的教學模式，從教學內(nèi)容、教學手段等方面使課程變活，使課堂變大。廣大教師突破教材束縛，建設空間課程，實現(xiàn)了教學內(nèi)容的系統(tǒng)性，在空間完成學情調研、知識傳授、實踐指導、能力拓展、作業(yè)批改、教學反饋等教學程序，實現(xiàn)了課內(nèi)與課外的有機銜接，使教學由傳統(tǒng)的單一型、平面型變?yōu)閺秃闲汀⒘Ⅲw型，從而調動了學生學習的積極性、主動性，提高了學生分析問題、解決問題的能力。

4.結語

空間教學促進了學習交流方式的變革。空間為學生搭建了共享、互動的學習平臺，使學習擺脫了時空束縛，自主學習、探究學習、泛在學習、開放學習已變成真切的現(xiàn)實。空間拉近了心靈的距離，跟帖作業(yè)、博客評論、專題研討、群組討論、留言短信等空間溝通方式，實現(xiàn)了師生之間、生生之間的平等交流和跨時空互動。空間教學開創(chuàng)了教育信息化的全新局面，促進了人才培養(yǎng)環(huán)境的全面優(yōu)化，推動了人才培養(yǎng)模式的深化改革，是教育信息化核心理念與未來發(fā)展方向的體現(xiàn)，也是教育信息化發(fā)展的前沿。

參考文獻：

[1]崔翔，李慧奇，盧斌先，袁建生.“電磁場”類課程的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與展望.高等學校電路和信號系統(tǒng)、電磁場教學與教材研究會第七屆年會，2010-8-7，吉林市.

[2]JanSykulski.英國電磁場理論課程的過去、現(xiàn)狀和未來.第四屆“電子電氣課程報告論壇”，2008.11，西安市.

[3]周建華，劉偉春，林鐵軍，李棟華，林峰.《電磁場與電磁波》教學思考.科技與創(chuàng)新，2015（15）：132-133.

[4]陳帝伊，劉淑琴，許景輝，馬孝義.“電磁場理論”課程的教學改革探討.電氣電子教學學報，2009（04）：116-117.

[5]邵小桃.美國MIT的電磁波教學啟示.電氣電子教學學報，2008，30（3）：103-105.

[6]劉國慶.“電磁場與電磁波”課程教學研究.中國電力教育，2008，126：74-75.

第8篇：電磁波的實際應用范文

【關鍵詞】 地波雷達 海洋環(huán)境監(jiān)測 電磁波

一、發(fā)展歷史

上世紀四、五十年代人們發(fā)現(xiàn)在海岸擔任探測和警戒任務的雷達總是受到來自海面不明原因的“干擾”。有研究人員發(fā)現(xiàn)“數(shù)十米波長的電磁波與海洋表面的相互作用，將產(chǎn)生Bragg繞射現(xiàn)象”。原來那些干擾是波長等于無線電波波長一半、傳播方向平行于（接近或遠離）雷達發(fā)射波束方向的海浪與無線電波“諧振”散射所產(chǎn)生的回波。研究揭示了上述“干擾”的物理來源，使地波雷達超視距探測海面狀態(tài)成為可能。1968～1972年，在NOAA工作的D.E.Barrick定量解釋了海面對無線電波的一階散射和二階散射的形成機制，為高頻雷達探測海洋表面狀態(tài)建立了堅實的理論基礎。Barrick創(chuàng)造性地運用一組交叉環(huán)/單極子天線（三個接收通道）即可獲取大面積海流的分布信息。他的緊湊式雷達天線技術大大降低了地波雷達購置和安裝成本，直接導致了高頻地波雷達的規(guī)模化推廣應用，為海洋學家和沿岸防災減災及環(huán)境保護提供了新型觀測手段。

二、工作原理

無線電波朝海面發(fā)射時，在海水表面會存在一種電磁波傳播模式，稱為地波（Ground Wave）是一種表面波（Surface Wave），因此高頻地波雷達也叫做高頻表面波雷達（HF Surface Wave Radar）。在中波和短波段海水表面的地波傳播衰減很小，而且地波在一定程度上會沿著彎曲的地球表面?zhèn)鞑?，到達地平線以下很遠的地方，即實現(xiàn)超視距傳播。因此利用地波超視距傳播特性進行探測的高頻地波雷達也稱為地波超視距雷達（Over-The-Horizon Radar），探測距離根據(jù)發(fā)射功率和頻率的不同通常可達到200～500km。另外兩種類型的超視距雷達分別是天波超視距雷達和利用大氣波導特征的微波雷達，前者通過電離層對高頻無線電波的反射實現(xiàn)對數(shù)千公里外目標的探測，后者可以對一兩百公里外的目標進行探測。

地波雷達海況探測的基礎類似于晶格對X射線的Bragg散射，入射的兩條射線（相同波源）被原子散射，在特定的觀察方向上，如果兩條射線的波長差為2的整數(shù)倍，那么將會觀察到亮條紋；如果波長差比2的整數(shù)倍多，那么兩射線能量相消，觀察到的是暗條紋。

真實的海面不會是簡單正弦波列，但是可以用類似于Fourier變換的方式把一個真實的海面分解成為千千萬萬簡單正弦波列成分的疊加，這些正弦波列有不同幅度、周期、初相和傳播方向。那么這無數(shù)列正弦海浪成分是否都對電磁波產(chǎn)生散射呢？當然都會！但是并非所有的成分都產(chǎn)生相同的貢獻，貢獻最大的海浪成分還是圖1所示的那類正弦波列，即滿足，并且波矢量方向位于電磁波入射平面內(nèi)的正弦海浪。對于岸基雷達探測，即L = / 2，也就是波長等于雷達電波波長一半的海浪會對電波產(chǎn)生最強的后向散射（圖1）。

綜上所述，雖然海面由無數(shù)的波浪組成，但岸基地波雷達主要只對特定的海浪感興趣：

A. 波長等于電波波長的一半；

B. 傳播方向要么接近雷達，要么遠離雷達。

海面上滿足上述條件的海浪總是存在，因此雷達總可以收到較強的海面回波，這也是前面所說當初人們發(fā)現(xiàn)海面上總是存在雷達“干擾”的原因！

我們知道運動的物體可以對入射波產(chǎn)生多普勒效應，電磁波照射到動態(tài)的海面上時，回波也會由于多普勒效應而產(chǎn)生相對于雷達發(fā)射頻率的偏移。對回波信號進行譜分析就會發(fā)現(xiàn)，回波譜峰相對于雷達載頻有多普勒頻偏，其特點有二：

1. 同時存在正、負頻偏，頻譜圖上的正、負譜峰稱為左、右Bragg峰；

2. 左、右Bragg峰的頻率偏移量基本相同，且主要只與雷達工作頻率有關。

導致這兩個特點的因素正好與上述產(chǎn)生主要散射的海浪特點相對應：特點1對應上述特征B，特點2對應上述特征A。在理解特點2時需要明白海洋重力波傳播的一個基本結論：海面上確定波長的重力波，其傳播相速度也是確定的。相速度確定的話，它對電磁波所產(chǎn)生的多普勒頻移就是確定的了，也就有了上述特點。

上面所說的是沒有海水流動的情形。由于各類物理、化學過程的作用，海面上總是有海流存在，海流作為海水的整體運動，會在上面所說的由波浪傳播相速度所導致的較大固定頻移的基礎上再附加一個由流速所導致的微小頻偏，這個附加頻偏對左、右Bragg峰的影響是相同的：遠離雷達的流速分量使左、右Bragg峰均向負頻率方向偏移，接近雷達的流速分量使它們向正頻率方向偏移。

地波雷達就是通過測量這個附加頻偏從而獲知海面海流速度的。當然一部雷達只能測量到海流的徑向分量，要獲得矢量海流，要么用兩部以上的雷達從不同方向探測，要么就需要結合海洋動力學模型進行推算。

三、發(fā)展現(xiàn)狀及面臨問題

（一）發(fā)展現(xiàn)狀。海洋動力學參數(shù)（海面風、浪、流）的探測是高頻地波雷達的一種主要用途。高頻地波雷達可以以十分鐘的時間分辨率連續(xù)獲取數(shù)萬平方公里海面的海洋狀態(tài)參數(shù)分布，這是任何其它探測手段無法做到的。目前國際海洋界已普遍接受高頻地波雷達能有效探測流場的觀點，國內(nèi)外主要地波雷達的海流探測已達到可用于常規(guī)業(yè)務化海洋觀測的水平。而在海浪、風場參數(shù)的探測方面，地波雷達處于研究開發(fā)階段，距離實際應用尚有一定的距離。主要困難在于提取海浪和風場參數(shù)所依據(jù)的回波信號比較弱（比海面的主要散射回波低20～40dB），容易受噪聲和干擾的影響，相應的反演理論和技術也處于研究探索階段。通過雷達實時選頻系統(tǒng)選擇干凈頻率、應用噪聲抑制、多頻率雷達探測和抗干擾技術可以在一定程度上緩解這一問題。

（二）抗干擾問題。地波雷達工作在短波段，而短波段是高頻通信、廣播和各類大氣、天電噪聲等比較集中的頻段，同時在高頻段中低端，電離層干擾是嚴重影響雷達探測性能的主要干擾。對于以目標探測為主的高頻地波雷達，電離層干擾常常會導致一兩百公里開外的目標基本無法探測。

（三）雷達結果的應用規(guī)范問題。海態(tài)探測用高頻地波雷達輸出的是時間上連續(xù)的大面積流場、風場和浪場的分布，時間分辨率一般為十分鐘到一個小時，所提供的信息在時間、空間和采樣方式所對應的物理含義上與其它測量方式（如浮標、船測、航空測量以及衛(wèi)星遙感等）存在很大的不同。地波雷達距離制訂明確的應用規(guī)范還存在較大距離。

（四）小型陣列條件下的目標探測問題。由于小型陣列的方位分辨率低、民用地波雷達發(fā)射功率低以及前述的噪聲和干擾（包括海洋回波的干擾）等問題，對目標尤其是小目標和機動目標的檢測概率、虛警率、定位和跟蹤精度等方面都存在需要克服的一系列問題。

參 考 文 獻

[1] 葉春明，盧雁.高頻地波雷達發(fā)展動向與分析[J].艦船電子工程，2010年01期.

第9篇：電磁波的實際應用范文

【關鍵詞】 微帶天線 電磁帶隙（EBG）

一、引言

電磁帶隙（Electromagnetic Band gap，EBG）結構是一種人工周期電磁材料，具有同向反射特性和帶隙特性。同向反射特性表現(xiàn)為EBG結構反射電磁波相位隨著頻率連續(xù)變化，可用于設計低剖面天線、隱身天線設計。而帶隙特性表現(xiàn)為EBG結構能夠阻止一定頻帶內(nèi)電磁波傳輸，而對帶外電磁波傳輸基本沒有影響。微帶天線由于重量輕、低剖面、易于共形、集成等特點得到廣泛應用。但在實際應用環(huán)境中，由于受安裝環(huán)境限制，天線前后比往往難以提升，造成天線后瓣可能產(chǎn)生越區(qū)覆蓋。本文設計了一種加載EBG結構的微帶天線，將EBG結構應用于微帶貼片天線，通過帶隙特性抑制表面波，減小天線互耦，優(yōu)化天線性能。天線工作頻率為4.2GHz，通過在天線地板上加載EBG結構，在不影響天線安裝方式及尺寸的情況下，減小天線表面波，降低了天線后瓣電平，提高了天線性能。本文對加載EBG結構的微帶貼片天線與普通微帶貼片天線方向圖進行了對比，天線及EBG結構采用HFSS微波仿真軟件設計。

二、EBG結構設計

本文采用蘑菇型EBG（Mushroom-like EBG）對微帶貼片天線進行加載。EBG結構見圖1所示，由金屬地板、貼片及金屬連接柱組成，貼片間縫隙等效為電容C，金屬連接柱等效為電感L，組成了LC諧振回路。

在本設計中，EBG結構介質基板為FR4，介電常數(shù)4.4。EBG單元尺寸見圖2（a）所示，其中L1=4.5mm，L2=5.2mm，H=1.1mm，R=0.5mm。采用懸置微帶線法對EBG周期結構進行仿真，通過在EBG結構上放置微帶線，模擬EBG結構表面波傳輸情況，仿真結果見圖2（b）。從仿真結果可以看出，EBG結構在4.2GHz處產(chǎn)生了明顯諧振，出現(xiàn)了帶隙特性。通過改變L1尺寸，調整縫隙大小，可調整EBG結構諧振頻率。

三、微帶貼片天線加載EBG結構

為驗證EBG結構對微帶貼片天線方向圖影響，設計了一種低剖面微帶天線，天線尺寸75mm×75mm。將微帶天線反射地板替換為EBG結構，微帶天線介質基板與EBG結構之間采用PMI泡沫（厚度1mm，介電常數(shù)1.08）隔開，以防止天線饋線與EBG諧振單元短路，完整天線形式如圖3（a）所示。

通過HFSS微波仿真軟件分別對微帶貼片天線加載普通地板和加載EBG結構進行了仿真。仿真結果見圖3（b）所示，實線為天線加載EBG結構，虛線為天線加載普通反射地板。從仿真結果可以看出，兩種情況下天線前向方向圖基本一致，而加載普通反射地板的微帶天線后向電平值較大，而將EBG結構作為反射地板的微帶天線由于帶隙特性抑制了天線表面波傳輸，減少了14 dB以上后向輻射，提升了天線前后比。而EBG結構厚度為1.1mm，基本不影響天線安裝環(huán)境。

四、結

本文設計了一種加載EBG結構的低剖面微帶貼片天線，EBG結構由多個諧振單元組成，工作在4.2GHz，EBG結構厚度較薄，可靈活安裝于微帶貼片天線反射地板上，基本不影響天線安裝環(huán)境，在反射地板尺寸較小，諧振單元數(shù)量較少的情況下仍能較好的抑制后向輻射，優(yōu)化了天線前后比，較大的提高了天線性能。

參 考 文 獻

[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.