电磁场与电磁波教学大纲(清华09)解读

电磁场与电磁波教学大纲
一、课程名称
1、中文名称：电磁场与电磁波
2、英文名称：Electromagnetic Field Theory
二、课程简介
本课程在电磁学的基础上，使用矢量分析和数学物理方法等数学工具，对电磁场与波作深入分析，使学生掌握电磁现象的基本规律、概念及方法，为微波技术、天线等后继专业课程打下基础。

本课程分两大部分。

第一部分对静电场、恒定电磁场的基本规律措助矢量分析作更深入的研究和系统的总结，然后重点讲解稳态场的种种解法；第二部分内容为时变电磁场，首先讲解宏观电磁场的普遍规律—Maxwell方程及含义，电磁场的位函数表示，波动方程以及波印亭定理，然后讲解平面波的传播、极化、反射和折射，讲解导行电磁波，最后讨论电磁波辐射及其一些应用。

三、适用专业
物理学、电子工程、通信工程、其他相关专业
四、本门课程在教学计划中的地位、作用和任务
本课程是物理学、电子工程、通信工程、其他相关专业大学本科生一门重要的专业基础理论课。

要求学生掌握电磁场与电磁波的基本概念、基本理论及主要分析计算方法。

其目的是为后续课程打下必要的理论基础，也为进一步研究电磁理论提供必要的理论准备
五、课程内容和教学要求
1、经典电磁理论及其数学基础
教学要求：了解电磁场的基本物理量和实验定律，掌握数学基础知识，如：标量和矢量、标量场的梯度、矢量场的散度和旋度、矢量的恒等式、亥姆霍兹定理、坐标系、贝塞尔函数等。

2、静电场、恒定电场和恒定磁场
教学要求：掌握静电场的基本方程、电位和电位方程、静电场的边界条件等内容，了解恒定电场，掌握恒定磁场的基本方程、矢量磁位、恒定磁场的边界条件、载流回路的电感和恒定磁场能量。

3、静态场的解法
教学要求：了解静态场边值问题及唯一性定理，掌握直接积分法、在直角坐标系中的分离变量法、在圆柱坐标系和球坐标系的分离变量法、镜像法、静态场的数值解法。

4、时变电磁场
教学要求：了解麦克斯韦的两个假设，掌握麦克斯韦方程组与波动方程、时变电磁场的边界条件，掌握时间简谐场，了解时变电磁场的能量和能量流，了解动态矢量位和标量位。

5、平面电磁波
教学要求：掌握平面正弦电磁波在理想介质中传播及在导电介质中的传播，了解良导体的趋肤效应和表面阻抗，了解电磁波的色散和群速度，掌握电磁波的极化的概念，了解平面正弦电磁波入射到平面分界面的情况。

6、导行电磁波
教学要求：掌握导行电磁波的一般分析方法，初步了解矩形波导中的导行电磁波、矩形
波导中的TE10波、圆柱形波导的导行电磁波、光导纤维问题、同轴线问题、传输线问题、谐振腔问题。

7、电磁波的辐射
教学要求：了解滞后位，了解电偶极子及其辐射功率及辐射电阻，了解磁偶极子，了解对偶定理和缝隙天线问题，了解对称线天线和天线阵、面天线的辐射、互易定理。

8、电磁场与电磁波的应用
教学要求：掌握电磁波谱及应用，初步了解广播电视系统、移动通信、微波通信、卫星通信和光纤通信、雷达、射频识别、水下电磁波通信、GMDSS等有关内容。

要求重点、难点突出。

重点：静电场、恒定磁场的基本定律和分析计算方法。

麦克思韦方程组，正弦平面电磁波的传播规律及特性。

难点：课程理论性强，加之电磁现象复杂，数学知识多。

建议在加强理论教学的同时，对学生解题加以指导。

六、课时安排计划
建议本课程安排60学时（可以根据实际情况调整），授课具体安排如下：
注：课堂讲授内容包括：各个章节内容和习题课，此外可以适当加入讨论课和应用案例及现场教学等内容丰富教学。

七、教材及主要参考资料
1、电磁场与电磁波，袁国良编著，清华大学出版社2008年
2、电磁场与电磁波（第2版），冯恩信编著，西安交通大学出版社2005年
3、电磁场与电磁波，焦其祥主编，科学出版社2004年。