電磁波的實際應用精品(七篇)

序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇電磁波的實際應用范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

“導學案”的精髓貴在一個“導”字，是通過引導學生，讓學生自主進行學習探究，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，進而實現(xiàn)高效課堂培養(yǎng)能力的目的。所以在設計這一節(jié)課時，我更注重引導學生，讓他們能從我所給出的指引中動腦動手，獲得知識。為此，我設計了三活動，一個測試，依次從電磁波是什么、電磁波的應用以及改變世界的信息技術三個方面來構成核心，讓學生在活動的輕松愉快的氛圍中“動有所得”，最后的小測試來加深理解、鞏固知識。

一、學習目標

1.知道光是一種電磁波。了解電磁波在信息傳播中的作用。

2.記住電磁波在真空中的傳播速度。知道波長、頻率和波速的關系并會進行簡單的計算。

3.電磁波的應用。

4.初步了解現(xiàn)代通信網(wǎng)絡。

二、重點難點分析

1.波長、頻率和波速的關系。

2.電磁波的應用。

三、課堂設計

活動（一）神奇的電磁波

做一做　事先準備好了五套實驗用具，將全班學生分成五組，指導他們做了如下實驗：打開收音機的開關，轉動選臺的旋鈕，調到一個沒有電臺的位置，并開大音量。將一節(jié)干電池的正極與一把鋼銼良好接觸，負極連一根導線，用手拿著導線的另一頭，使它在銼面上滑動，讓學生觀察現(xiàn)象并分組討論產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因。

讀一讀　在活動之后，指導學生閱讀教材，并明確如下兩個內容。

1.當導體中的電流迅速發(fā)生變化或通一高頻率的交變電流時，導體就會向四周空間發(fā)射電磁波。只有頻率很高的電流產(chǎn)生的電磁波才能傳得很遠。電磁波的國際單位是赫茲（Hz），簡稱赫，常用頻率單位還有千赫（kHz）和兆赫（MHz）。其換算關系：1kHz=103Hz；1MHz=106Hz。

2.電磁波可以在真空中傳播，光也是一種電磁波。真空中電磁波的波速為c，在空氣中與真空中電磁波的波速非常接近，c=3×108m/s。相鄰兩個波峰（或波谷）的距離，叫做波長。電磁波的波速c等于波長和頻率f的乘積：c=λf。在空氣或真空中，各種頻率的電磁波的波速是相同的，所以，頻率越高的電磁波，它的波長就越短。

議一議　在獲得了如上知識后，再結合“做一做”的內容探討論如下的物理現(xiàn)象：手機放在電視機旁邊，當有電話來時，電視機的畫面會出現(xiàn)一些“雪花”，這是為什么？并且長時間用手機連續(xù)通話，會出現(xiàn)頭暈的情況，這是為什么？

活動（二）電磁波的應用

由于電磁波比較抽象，我特意做了課件，主要涉及軍事應用，如探測飛機、導彈用的雷達；民航應用，如GPS導航；天文應用，如探測遙遠星球；氣象應用，如探測臺風、雷雨等。通過課件中設計的一些小問題，引導學生對摸不到看不見的電磁波有一定的形象認識。此活動的另一個主要目的就是激發(fā)學生的學習興趣。

活動（三）改變世界的信息技術

引導學生閱讀如下內容，更深入了解電磁波的應用對社會產(chǎn)生的巨大影響。

1.衛(wèi)星通信是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站，轉發(fā)無線電波，進行通信的。通信衛(wèi)星大多是相對地球“靜止”的同步衛(wèi)星。一般只要有三顆互成120°的同步衛(wèi)星，就覆蓋了幾乎全部地球表面，可以實現(xiàn)全球通信。衛(wèi)星通信具有傳輸距離遠、覆蓋區(qū)域大、靈活、可靠、不受地理環(huán)境條件限制等獨特優(yōu)點。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）就是衛(wèi)星通信的實際應用。

2.光纜通信是應用光的傳播特性，把光能限制在光纖內部，用光信號取代傳統(tǒng)通信方式中的電信號，從而實現(xiàn)信息的傳遞。光纖具有傳輸容量大、傳輸距離長、高抗干擾等特性。

3.移動通信由電磁波傳遞信息，可以在信號覆蓋的任何地方使用。當前應用最為普遍的為“蜂窩系統(tǒng)”。

四、隨堂測試

1.電磁波在真空中的傳播速度是__________；電磁波的波長越長其頻率就越______________；電磁波___________（填“能”或“不能”）在空氣中傳播。

2.2012年7月28日03時12分（北京時間），倫敦奧運會開幕，媒體通過通訊衛(wèi)星用______波把奧運會的信息及時傳到世界各地。若中央電視臺第一套節(jié)目的頻率為52.5MHz（1MHz=106Hz），則中央電視臺第一套節(jié)目的波長為________m。

3.以下與電磁波應用無關的是（）

A．手機通信 B．微波爐加熱食物

C．雷達偵查 D．聽診器了解病情

4.關于電磁波和現(xiàn)代通信，下列說法正確的是（）

A.光纖通信傳輸?shù)男畔⒘亢艽?，主要用于無線電廣播

B.移動電話靠電磁波傳遞信息

C.電磁波的波長越大，頻率越高

D.電磁波的應用對人類有利無害

5.關于電磁波和現(xiàn)代通信，下列敘述不正確的是（）

A．光是一種電磁波，電磁波可以在真空中傳播

B．電磁波的頻率越高，在空氣中傳播的速度就越大

C．同步通信衛(wèi)星繞地球轉動的周期跟地球自轉的周期相同

篇(2)

關鍵詞：仿真軟件；優(yōu)化；可視化

中圖分類號：TP391.7 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）04-0792-03

電磁場與電磁波課程是電子信息科學專業(yè)學生必修的一門重要的專業(yè)基礎課程，該課程理論性強，相關定理模型抽象。由于電磁場、電磁波看不見、摸不著，傳統(tǒng)教學基本依據(jù)公式推導出其傳播特性、存在狀態(tài)等特性，抽象的定律、嚴密的數(shù)學推證令學生望而生畏。整個教學過程既難教又難學，而近幾年該課程在教學內容不變的情況下課時卻不斷被壓縮。因此，如何在教學過程中把握重點、弱化數(shù)學比例、優(yōu)化課程結構成為課程改革重點。

結合長期積累的教學經(jīng)驗，修改教學文件，將仿真軟件引入電磁場與電磁波的教學中，把課程中抽象概念定理以三維模型的形式直觀的展示給學生；利用軟件模擬各種電磁波分布形式、波導結構和自由空間電磁波的特性等，并能動態(tài)模擬電磁波的傳播和輻射特性；利用軟件簡化數(shù)學計算，減少公式推導過程；還可以設計電磁仿真實驗，把理論教學和仿真實驗教學有效結合起來，加深學生對理論知識的理解，收到了較好的教學效果。

1 仿真軟件在教學中應用

1）基本概念、定理定律的仿真演示。本課程涉及較多的定理，庫侖定律、安培力定律、高斯通量定理、安培環(huán)路定律等定理是研究電磁場的基礎，電磁場的理論基礎麥克斯韋方程組也是由這些定理上推導總結出。以往在講解過程中，公式繁雜， 推導多， 學生用大量的時間理解定律模型、復習數(shù)學知識，浪費大量學時，反而忽略了對概念本身的理解。利用仿真軟件將這些定理動態(tài)演示，將復雜的電磁場理論通過演示的方式表示出來，結果清晰、直觀的表現(xiàn)出了各種電磁場模型的特性，形象、直觀、便于理解，它不僅可以激發(fā)學生的學習興趣，而且加快學生理解速度提高了教學質量。

2）電磁場和電磁波的存在形式、特性分布等內容的圖示化。課程中涉及較多的求解場量分布、特性等內容，以往教學中推導出結果都是數(shù)學公式，對數(shù)學知識薄弱和空間思維差的學生而言整個教學過程就像解數(shù)學題、而與場無關。我們利用軟件將常見的場量分布形式圖形化，根據(jù)源的不同分布求出不同場圖，繪制矢量線（電力線、磁力線）、等值線（等位線）、箭頭圖等，以幫助學生更好地理解場。例如電偶極子的電場分布、同軸電纜電場分布、均勻平面電磁波傳播、球面電磁波傳播、矩形波導傳播時電磁場特性等。

3）計算方式的簡化。課程在求解問題時，經(jīng)常會涉及復雜的數(shù)學計算過程，利用軟件強大的仿真功能，將計算過程簡化，運用符號運算功能進行數(shù)學公式推導，根據(jù)數(shù)值計算功能進行習題求解等，節(jié)約授課時間，提高教學效率。如電磁場中梯度、散度、旋度問題、求靜態(tài)邊值時有限差分法、有限元法、鏡像法等。

2 具體應用實例

隨著計算機的快速發(fā)展，近幾年出現(xiàn)了大量的電磁場和微波電路仿真軟件，如美國ANSOFT公司的HFSS（高頻電磁場仿真）、MATLAB、ANSYS等軟件。這些軟件功能強大、界面友好，編程簡潔、效率高，特別適合于教學演示和學生實踐，用戶可以在短時間內掌握其主要內容和基本操作。下面我們簡單介紹幾個具體應用實例：

1）鏡像法

鏡像法是一種求解邊值問題的間接方法，其基本原理是：用放置在所求場域之外的假想電荷（即像電荷）等效的替代導體表面（或介質分界面）上的感應電荷（或極化電荷）對場分布的影響，從而將求解實際的邊值問題轉換為求解無界空間的問題。利用軟件仿真孤立電荷產(chǎn)生的場和像電荷產(chǎn)生場以及疊加后的場，電荷電量、導體半徑等參數(shù)可根據(jù)實際情況輸入。下圖為半徑為2電荷為4時產(chǎn)生的場圖。

2）矩形波導傳播

課程在講解矩形波導傳播時，電磁場分量公式表示如公式所示。

讓學生根據(jù)公式理解其傳輸特性比較困難。通過Matlab 計算并繪出任意時刻金屬矩形波導的主模 TE10 模的電磁場分布圖，直觀的展示了波的傳輸特性。

3）有限差分法求電磁場靜態(tài)邊值

有限差分法是求電磁場靜態(tài)邊值問題的一種數(shù)字計算法，把連續(xù)空間離散化，空間離散化越細，解的誤差越小，其計算量就越大，就使課程中大量時間用在處理數(shù)據(jù)上。而利用matlab編寫程序，根據(jù)已知條件自動生成矩陣數(shù)據(jù)，繪制電場和電力線圖形，使講解過程清晰明了。

3 結束語

本文根據(jù)電磁場與電磁波少學時、概念抽象等特點，將仿真軟件強大的計算與圖像功能運用于電磁場與電磁波的教學中，使電磁場與電磁波分析研究問題簡單方便，幫助學生直觀的分析和理解課程內容，不但能大大加深學生對抽象電磁場問題的理解，激發(fā)學生的學習興趣，而且也提高了學生對工程軟件的實際應用能力，取得了很好的教學效果。對提高教學效果具有非常重要的意義。

參考文獻：

[1] 陳其昌.MATLAB在射頻電路設計中的應用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[2] 梁振光. MATLAB在電磁場教學中的應用[J].南京：電氣電子教學學報， 2004，26（3）：73-75.

篇(3)

［摘要］針對應用型二本高校的特點對“電磁場與電磁波”課程進行教學研究。從教學內容上進行分層次教學，突出重點、弱化難點；在教學方式上采用形象化、系統(tǒng)化教學，并利用實踐教學的方式，通過HFSS軟件仿真激發(fā)學生的學習興趣，從而提高教學效果。

［關鍵詞］電磁場與電磁波；教學研究；HFSS；實踐教學

“電磁場與電磁波”主要研究電磁場和電磁波的基本概念、基本理論與應用。該課程主要從矢量分析入手，介紹電磁場中的靜態(tài)場、時變場和電磁波的基本理論與特點，為“微波技術基礎”、“天線與電波傳播”、“射頻電路”等后繼課程的學習奠定必要的理論基礎。但是由于該課程數(shù)學要求高、公式多、物理概念抽象、理論難以掌握，使學生在學習過程中力不從心，往往有畏難情緒在里面。特別是對合肥師范學院這種應用型二本高校來說，學生的基礎相對重點院校的學生而言要差點，而且學習的自主性也欠缺，因此學習效果不是很理想，可能會有個別學生到學期結束都達不到這門課程學習的基本要求。如何做好應用型高校電磁場與電磁波課程的教學工作是比較緊迫的問題，需要花更多的心思和精力來探討研究。筆者結合多年電磁場與電磁波課程的教學經(jīng)驗，有針對性的對課程進行改革，通過課堂上學生實時反饋情況對教學方式進行調整，結合應用型高校的實際情況探索該課程的教學。

1教學內容研究

本課程包括電磁場和電磁波兩大部分。電磁場部分是在高等數(shù)學的基礎上，運用矢量分析的方法，描述靜電場和恒定磁場的基本物理概念、研究靜態(tài)場的解題方法、以及在總結基本實驗定律的基礎上給出時變電磁場的基本規(guī)律。電磁波部分主要是介紹平面電磁波傳輸特性、電磁波在導行系統(tǒng)的傳播規(guī)律及天線的基本理論。由于本校電磁場與電磁波課程只有48學時，需要針對應用型高校學生的特點分層次講解課程內容，對理論性、邏輯性較強的知識點做選修處理，既滿足大部分學生對基本知識點掌握的要求，又滿足部分學生向重點高?？佳械男枨?。將課程的必修知識點按照掌握、理解、了解三個層次具體劃分為：掌握矢量運算，梯度、散度和旋度，高斯公式和斯托克斯公式，時變電磁場的麥克斯韋方程組、電磁波的波動方程等；理解電磁場的矢量位勢和標量位、泊松方程、時諧平面電磁波、截止頻率和諧振頻率等概念；了解分離變量法、庫侖規(guī)范、洛侖茲規(guī)范、滯后位等。而對鏡像法、有界空間中電磁波的求解方法、電磁輻射等作為選修內容。做出以上的安排主要考慮下面兩個因素：

一、有限的課時要優(yōu)先考慮重點內容，對電磁場和電磁波涉及的核心知識點必須要詳細講解，比如散度、旋度、梯度、麥克斯韋方程組、波動方程、平面電磁波等，至少要花三分之一的課時結合多種教學手段讓學生在理解物理概念的基礎上掌握基本公式及應用。而對一些比較復雜的問題，如分離變量法、鏡像法等知識點，通過弱化在總學時的比例或用選修的方式做簡化處理；

二、由于我校電子信息工程、通信工程專業(yè)有電磁場與電磁波方面的后繼課程－－－－專業(yè)必修課“微波技術”、專業(yè)方向課程“天線與電波傳播”和“射頻電路”，這些課程覆蓋了“電磁場與電磁波”課程的不足，如有界空間中電磁波的求解方法、電磁輻射等知識點完全可以在后繼課程中系統(tǒng)學習。

2教學方法研究

通過多年課堂教學的探索和總結，針對二本高校學生數(shù)理基礎較薄弱的特點，同時為適應應用型高校的辦學需求，為該課程制定一套教學方法，使抽象的概念形象化，難懂的公式物理化，知識掌握的系統(tǒng)化，最終將理論基礎與實際應用密切聯(lián)系，激發(fā)學生興趣，培養(yǎng)學生探索性學習素養(yǎng)，啟迪學生創(chuàng)新思想，促進學生知識拓展應用能力的提高。

2．1知識點形象化、系統(tǒng)化

在形象化講解抽象概念的基礎上，將相近或易混淆的內容做比較，通過列表的方式從物理概念、數(shù)學公式、適用條件等方面將概念進行區(qū)分，使分散的問題系統(tǒng)化，加深學生的理解和記憶。下面以三個度（梯度、散度、旋度）的講解為例，說明該過程的具體實施。如何將概念形象化？例如在講解梯度時，以溫度場為例，介紹溫度沿不同方向的變化率。該問題針對某一溫度場中的山峰，甲、乙、丙三人分別從三個不同的方向由山腳爬到山頂，行程L分別是120km、100km、80km，其中丙是垂直路徑，可以很容易算出三種不同方向的溫度平均變化率ΔTL，其中丙方向的變化率最大。然后引導學生思考，如果是對溫度場的某點A來說，平均變化率就變?yōu)闇囟妊厝N方向在A點的變化率，表述為TL沿不同方向，自然引出方向性導數(shù)的概念。進一步提示學生，在所有方向的變化率中，總有一個方向變化率是最大的，這個值就是梯度的大小，這個方向就是梯度的方向，最終將針對標量場的梯度概念給完整引出。在系統(tǒng)講解完梯度、散度、旋度后，用列表的方式對問題進行區(qū)分，找到三者之間的異同。

2．2HFSS軟件實踐教學

為改善比較死板的教學現(xiàn)狀，同時貼合應用型辦學思想，對該課程的一些知識點在理論推導的基礎上用軟件仿真的形式將無形的場結構有形化，加深學生對知識點的把握程度。工程上常用的HFSS有限元分析軟件，對于一些典型的電磁場問題，如電場分布、磁場分布、電感、電容等，可以提供直觀的場結構顯示。下面就以半波偶極子為例，利用HF－SS軟件建模仿真其空間輻射場結構。例：設計一個中心頻率為3GHz的半波偶極子天線，計算其空間電場分布。傳統(tǒng)教學過程是首先分析電偶極子的遠區(qū)電場分布，通過在球坐標系中將電位函數(shù)高階近似的方式推出電偶極子的遠區(qū)場電場E＝－"φ＝p4πε0r3（2cosθer＋sinθeθ），其中p為電偶極矩；然后根據(jù)偶極子天線的對稱性計算對稱天線的輻射電場；最后計算3GHz下天線的輻射場分布和方向性函數(shù)。實踐教學過程則是依托HFSS軟件，通過建模仿真的方式直觀的得到半偶極子場結構。設置掃頻范圍2．5GHz－3．5GHz，S11參數(shù)、方向圖，以及電場分布。相比繁瑣的理論公式的推導計算，HFSS軟件實踐教學方式更容易被學生接受，在掌握電場結構的基礎上提高了學習興趣，為以后的工程應用奠定基礎。

3總結

“電磁場與電磁波”做為電子信息類、通信工程類本科專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，具有十分重要的核心地位。針對應用型高校如何實施教學過程是值得研究和探索的問題。本文從教學內容和教學方式兩個方面，圍繞教學做了初步探討。經(jīng)過實際教學檢驗，取得了令人滿意的教學效果。

［參考文獻］

［1］王士彬，張蓮，萬沛霖，包明．“電磁場”課程教學內容改革的實踐［J］．電氣電子教學學報，2006，28（5）：8－11．

［2］彭麟．中美高校電磁場教學比較研究［J］．中國電力教育，2014，312（17）：73－74．

［3］謝處方．電磁場與電磁波［M］．北京：高等教育出版社，2010．

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

［5］劉德國．“電磁場”課程中梯度、散度、旋度教學方法探討［J］．科技信息，2014，15：51－52．

篇(4)

關鍵詞：教學改革；考核方式改革；“電磁場與電磁波”

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）17-0115-02

電磁場理論為眾多交叉學科領域及新技術的理論基礎和重要的發(fā)源地。“電磁場與電磁波”課程涵蓋的內容是信息類專業(yè)學生應具備知識結構的重要組成部分，對于通信工程的學生尤為重要?！半姶艌雠c電磁波”課程是通信工程專業(yè)的必修課程，開設此課程讓學生通曉和掌握電磁場與電磁波的基本規(guī)律、基本特性、分析方法及其應用，為后繼專業(yè)課程學習及今后的工作奠定必要基礎。

一、教師和學生明確課程的教學地位及教學目的

針對“電磁場與電磁波”課程難教難學的現(xiàn)狀，應從教師和學生兩個方面改進教學。教師要把課程的目標定位弄清楚，就是要使學生能夠掌握電磁場與電磁波的知識的同時，也要注重各種能力的培養(yǎng)（如邏輯推理、科學思維、創(chuàng)新意識等）。課堂教學是提高教學質量的關鍵，要加強教師本身的能力和素質，還要真心地熱愛教學工作，所以上課要有熱情，掌握節(jié)奏，有張有弛，要讓學生思考與老師同步。老師要準備好課堂教學，上課要突出“講”字，不能背書。課堂講解要留有懸念，講透就是失敗者了。電磁場與電磁波課程強化場與波的基本概念和基本理論，充分調動學生的學習積極性，引導學生認識知識的重要性，把學生的主觀能動性發(fā)揮出來。作為教師還應該關注科技動態(tài)，不斷充實自己，做到與時俱進。

學生方面，學生需理解電磁場理論，而不是簡單地了解。要充分認識電磁場與電磁波理論在現(xiàn)代通信中的重要性，努力克服困難來掌握電磁場與電磁波的基本理論知識，不斷提高自己的各種能力，才能在未來的學習和工作中具備一定的優(yōu)勢。一名合格的電子、通信、信息工程類專業(yè)的大學生，應學好電磁場理論，以處理本專業(yè)中出現(xiàn)的最基本的電磁場問題。

二、電磁場與電磁波課程教學體系的變化

為了使學生學習電磁場與電磁波的課程變得容易些，教材前面補充了一些數(shù)學矢量分析和場論的內容，這樣就補充了學習場的分析方法、解決電磁場的數(shù)學基礎，能更好地建立場的概念。通過課程的學習，學生對宏觀電磁場與電磁波的基本概念和規(guī)律有深入完整的理解。掌握麥克斯韋方程組的含義及其應用，了解媒質的電磁特性及電磁邊界條件，學會定量計算簡單電磁場和電磁波問題的基本方法，具備對簡單工程電磁場問題的分析能力。教學中會遇到一些困難，如概念抽象、理解困難、公式多、運算難、數(shù)學基礎要求高、內容繁雜、信息量大、基礎理論與實際應用聯(lián)系的距離遠等。針對這些困難在教學內容上進行了相關的調整。改變以往電磁場分析和電磁波傳播理論兩大部分組成的內容，我們要建立電磁場和電磁波的整體概念，采用靜態(tài)和動態(tài)的混合教學模式，來突出電磁場的基本規(guī)律，歸納總結出宏觀電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律即經(jīng)典麥克斯韋方程組，討論靜態(tài)場、時變場以及電磁波的傳播與輻射特性。教學圍繞基本知識點展開，從多個途徑、多個角度盡可能將科學內涵表述清楚。教師要重視緒論課，也就是第一堂課一定要講得精彩，牢牢抓住同學們的注意力，激發(fā)電磁場學習和探索的興趣和欲望。緒論課介紹電磁場相關內容，如什么是電磁場、電磁場理論的作用、電磁場理論的用途、發(fā)展、為什么學習電磁場課程、怎樣學好電磁場課程等。還要推薦參考書和相關網(wǎng)站，以及讀書時的注意事項。隨著科學技術的發(fā)展，電磁科學領域特別是電子與信息科學領域取得一系列重大成就，課程針對這些問題進行嘗試，如增加應用實例、科研成果，將能反映近代科學技術的成就和一些對學生有重要意義的工程內容，引入本門課程的課堂教學之中。

三、教學方法改革

教師要有先進的教學思想，提高自身的業(yè)務能力，改進教學方法，增強課堂教學效果。重點培養(yǎng)學生學習興趣和愛好。在教學實踐中，應介紹本課程的定位、內容、特點、與其他課程的關系以及學習方法等。教師在上課時要有激情，必須真心地熱愛教學工作。教學過程不僅僅是傳授知識，更要重視學生能力的培養(yǎng)，如分析能力、運用能力和解決問題能力。學習要以思考為基礎，而思考是由懷疑和答案組成的。知道的越多懷疑就越多，于是問題也就增加了，所以發(fā)問會使人進步，問題和答案一樣重要。電磁場理論博大精深，傾畢生心血也未必能講好，教師應積極開展教改、教研活動，注意教學團隊的培養(yǎng)，要經(jīng)常交流教學情況，討論課程的重點和難點。組織教學改革和教學研究等方面的研討，吸收并掌握國內外先進的教學理念，了解課程發(fā)展動態(tài)。講課過程就是自己學習的過程、發(fā)現(xiàn)知識缺陷的過程、提高進步的過程、享受人生的過程。教師要把發(fā)展學生獨立思考和判斷能力始終放在首位，而不應當把獲得專業(yè)知識放在首位。鼓勵學生追求知識，培養(yǎng)他們提出問題的習慣。加強教學過程中的互動效果和學生的參與程度，引導學生多思考，多問為什么，任意表達，敢于標新立異，打破陳規(guī)，懷疑一切。建設“電磁場與電磁波”網(wǎng)絡課程。網(wǎng)絡信息量大，可在課堂上實時地補充相關教學資料，圖文并茂，形象生動，學生不會疲倦。教師可以通過網(wǎng)絡課程的教學和輔導，豐富素材，使網(wǎng)絡課件內容具有前沿性、實用性、綜合性和系統(tǒng)性，有利于不斷提高課程教學質量。還要加強電子教材的制作，使電子教材資源的數(shù)量和質量得到提高，同時完善“電磁場與電磁波”試題庫、在線測試與答疑等。

四、考試方法的改革

對該課程概念抽象、理論公式復雜、知識點多等特點，老師們在完成課程教學時，要制定合適的教學大綱，選定合適的教材，采用適合學生的教學方法和考試方式等，這樣對學生而言，既能學習知識又能培養(yǎng)能力?？荚囶}不出難題、怪題，出些概念題、基本知識題。對于學習努力的學生，考試時得到高分是有利的，可以減少學生學習這門課程的恐懼心理，同時增加親近感，有付出就有回報，這樣就可以讓更多的學生選擇上電磁場課，客觀上普及了電磁場知識。而且好分數(shù)對就業(yè)有利，今后學生在工作中遇到電磁場問題時不回避，增加解決問題的信心。注重平時基本概念和分析計算方法的訓練及考核。加強平時環(huán)節(jié)，避免讓學生出現(xiàn)期末一考定乾坤的現(xiàn)象。需要我們考試采用多樣形式，閉卷筆試是一種常用考試手段，但不唯一。可以加強平時習題的訓練，來提高平時的成績，再如開展小測驗、教與學的交流、課堂教學討論等，每學期再加上期中考試，檢驗學生前半學期的學習效果，減輕學生期末考試的壓力。這樣平時作業(yè)占總成績的10%，平時表現(xiàn)5%，面試小測驗的成績占總成績的10%，期中考試成績占總成績的20%，加起來可達到45%，學生對期末考試的壓力將會大大減少，對待學習自己也會倍感輕松的。

五、結束語

“電磁場與電磁波”在通信工程專業(yè)建設中有著重要的地位。通過教學上的改革，使學生感到枯燥乏味的“電磁場與電磁波”課程教學變得生動有趣，充分調動學生的學習興趣。經(jīng)過教學實踐和改革，有了滿足培養(yǎng)學生要求的“電磁場與電磁波”的教學內容、教學大綱、考試題庫等材料。通信工程專業(yè)的“電磁學與電磁波”是專業(yè)基礎課程，教師進行反復摸索，現(xiàn)已形成具有專業(yè)性、基礎性、前沿性的教學方法和教學手段，當然，還有不完善的地方，這需在今后的教學中繼續(xù)完善。對于學生而言，掌握好本課程的理論，需要從場與波的角度理解和掌握，對后續(xù)專業(yè)課程有很大的幫助，能夠深入分析與解釋物理現(xiàn)象的本質，學生學好“電磁場與電磁波”會對相關學科中不斷出現(xiàn)的新內容有一定的理解能力，有利于增強學生的創(chuàng)新能力。

參考文獻：

[1]雷菁，鄭林華，韓方景，丁宏.關于通信工程專業(yè)教學改革的幾點思考[J].高等教育研究學報，2001，24（2）：51-53.

篇(5)

1 前言

太赫茲波的概念雖然早已經(jīng)被人類所提出，但是在上世紀八十年代，太赫茲波被正式命名，對其特性的研究和發(fā)現(xiàn)，卻是九十年代之后的事情。在此之前，其一直被簡單地劃歸遠紅外線的范疇。由于技術限制，太赫茲波在通信范疇內的應用卻一直未能有效實現(xiàn)。

而隨著技術的發(fā)展，電磁波波源和光源更加穩(wěn)定。太赫茲波才能夠得以有效應用。太赫茲波具有高抗噪性、高傳輸穩(wěn)定性、瞬態(tài)性等優(yōu)勢，同時其帶寬高，能耗低，穿透性高。因此，太赫茲波與微波以及光波相比，具有更高的信息傳遞優(yōu)勢。目前的技術水平對于太赫茲波皮秒量級的脈寬可以有效分辨。對宇宙微波背景有較強的抗噪性。

2 目前太赫茲波技術的主要研究成果

2.1 太赫茲波輻射源

目前，廣泛應用的太赫茲波輻射源主要有兩種，首先是半導體太赫茲波輻射源。該種輻射源具有體積小、使用方便、能耗低的特點。目前使用較為廣泛的有Impatt、Gun振蕩器，光子產(chǎn)生方面有QCL等。目前較為主流和先進的太赫茲信號源可以達到200mW的脈沖功率。并且已經(jīng)產(chǎn)生了太赫茲波成像技術；其次是基于光學和光子學的太赫茲波輻射源。以飛秒級的激光脈沖形成光電流，產(chǎn)生太赫茲輻射脈沖。

2.2 太赫茲波調制技術

利用無線電傳輸信號，就必須對無線電波進行調制。在2003年，科研人員就已經(jīng)通過半導體結構和電控結構對太赫茲波進行調制。但效果不佳，且只能在低于80k的溫度下進行工作。由于太赫茲波頻率過高，傳統(tǒng)的無線電調制技術很難對其進行調制。所以一般采用電磁波代替電流信號的調制方法進行調制。該方法可以在較高的工作溫度下實行，而且大幅度地提高了數(shù)據(jù)的傳輸速率。在解調方面，目前也只能通過間接的方法對太赫茲波的震蕩進行檢測。

2.3 太赫茲波脈沖規(guī)律的研究

太赫茲波的的波長介于微波與光波之間，略長于紅外線。因此，太赫茲波的傳輸過程中容易發(fā)生衍射。同時，太赫茲波在傳播過程中，也極易受到介質的散射作用影響。即散射顆粒越小，介質對于太赫茲波的散射作用越明顯。在空氣中傳播時，受空氣中極性分子所帶電荷的影響，太赫茲波容易被極性分子所吸收。進一步加強了太赫茲波的衰減。目前，較為知名的120GHz無線電通信技術，僅僅可以通過亞太赫茲波實現(xiàn)10m以內的近距離通信和1km左右的遠距離通信。但是，相較于紅外線傳輸技術，這已經(jīng)是一項較為重要的進步。

3 太赫茲波通信的應用優(yōu)勢及存在問題

相對于目前已經(jīng)得到廣泛應用的微波通信技術，太赫茲波具有更為穩(wěn)定的特點。其極高的頻率，極小的波長使得太赫茲波通信技術擁有了更高的信息容量和傳輸速率，其理論傳輸速率最高可以達到10Gb/s。太赫茲波的理論頻帶寬度，高出了微波通信頻帶寬度1～4個數(shù)量級。而太赫茲波較短的波長也使其波束較窄，這樣，太赫茲波就具有較強的方向性，可以減小天線尺寸，簡化設備結構。而相對于光波通信來說，太赫茲波具有更強的穿透性。可以減小天氣對于電磁波信號傳輸效果的影響，同時能量利用率較高。因此，在解決了輻射源穩(wěn)定性的問題之后，太赫茲波傳輸在未來必將是一種高穿透性、高速率、低能耗的電磁波通信手段。

但是目前在太赫茲波通信的應用上，依然存在著很多的技術瓶頸無法突破。例如目前很難保證太赫茲波在大氣傳輸過程中的頻段穩(wěn)定性。即使頻段得到了穩(wěn)定的控制，也很難在當前的技術范圍內找到一種合適的調制技術對波段進行控制。其次，由于太赫茲波通信信號源載波功率較低，必須對太赫茲波進行間接調制才能夠實現(xiàn)信息傳輸。而實際應用中，在技術上要求的載波功率通常要高于實際的太赫茲載波功率。因此，必須通過完善太赫茲載波信號放大技術進行調制與解調。然而，此項技術還沒能有效實現(xiàn)。其三，雖然在理論上，太赫茲波的傳輸穩(wěn)定性很高，但是還不能夠完全滿足商業(yè)化、普及化應用的需求。頻率不足、傳輸性能不足、調制和探測技術不成熟也就成為了太赫茲波通信技術發(fā)展的重大瓶頸。綜上所述，太赫茲波的最終大規(guī)模應用還需要克服調制的高效性、信號源的穩(wěn)定性、更為有效的接收技術和信號放大技術才能夠真正得到大規(guī)模的實際應用。

篇(6)

關鍵詞：電磁兼容 變電站 保護室 EMC EMI 繼電保護

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）08-0196-03

1 背景分析

由于早期繼電器保護設備對電磁環(huán)境敏感，且大功率對講機存在造成繼電器保護裝置誤動的可能性，因此管理層本著“安全第一、預防為主”的原則，嚴格控制（通常的做法是禁止）無線設備在變電站保護室內的使用，甚至不允許將手機帶入主控室。該管理方式對保護室內諸如設備調試等工作帶來一定程度的不便，尤其隨著智能電網(wǎng)的建設，變電站數(shù)據(jù)采集節(jié)點不斷增加和物聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)應用，無線技術不斷地向生產(chǎn)領域貼近，甚至偷偷的溜進了應用領域，生產(chǎn)工作對其慢慢產(chǎn)生依賴性，但是由于現(xiàn)行管理原則的限制而無法名正言順的實行。

需求發(fā)展了技術，如傳統(tǒng)上對電磁干擾敏感的醫(yī)院和航空領域，都陸續(xù)放松對無線設備的限制措施，但是電力行業(yè)除用電網(wǎng)迫不得已，輸電網(wǎng)對無線技術的應用依然猶抱琵琶半遮面。關于現(xiàn)行的電磁兼容管理原則是否合理的問題，很多人都存有疑問，但是綜自和保護專業(yè)由于技術領域的問題無法對這個問題進行討論，通信專業(yè)由于沒有這個領域的話語主導權并且需求不明顯，也懶得去碰這條線。但是需求之所在，總需要好好琢磨一下。這個問題如果解決了，可以極大的提高各種通信業(yè)務保障的靈活性，促進生產(chǎn)效率的結合。

很多研究和論文都是研究如何在變電站的電磁干擾環(huán)境中如何保障通信可靠性的問題，極少有文章討論無線信號對繼電保護和綜自設備產(chǎn)生干擾，尤其是是在微機保護使用之后，比如你是否會擔心你打手機、用WIFI會干擾你的電腦正常工作？辦公電腦尚且不會擔心，反過來擔心工控機，僅僅是因為生產(chǎn)中的重要性不一樣，這個理由難免有些牽強。

2 電磁干擾的基本概念

如圖1所示，變化的電場產(chǎn)生變化的磁場，反過來變化的磁場又產(chǎn)生變化的電場，循環(huán)往復形成了電磁場并向四周傳播。電磁波的存在遠超人類的發(fā)展時間，雷電、太陽黑子爆發(fā)都能產(chǎn)生強烈的電磁波造成對電子設備的干擾，此外地球磁場、靜電、星光都是電磁波，只不過影響小一些。在電磁能廣泛應用的今天，大量應用著諸如通信、廣播、家用電器、雷達、電腦等電子器件，在正常運行的同時也向外輻射電磁能，可能會對其他電子設備產(chǎn)生危害，這就是電磁干擾。我們生活和工作的空間中充滿了電磁波，雖然看不到摸不著，但是確實是客觀存在，重要做的是提高抗干擾能力，而不是一味的限制某種設備的使用，畢竟紅頭文件無法限制太陽黑子的爆發(fā)，政策法規(guī)也不能禁止宇宙射線風暴進入大氣層。

電磁干擾的傳播途徑分為傳導騷擾和輻射騷擾，傳導騷擾即是基于線纜的有線方式的電磁能傳播，嚴格來講不能算是電磁波，比如電焊機等大功率設備造成的電壓瞬變可沿著電源線進入設備內部，雷電通過信號電纜傳導入設備內部等，均會干擾電子設備的正常運行；輻射騷擾是電磁波在空間傳播過程中，設備的外殼、外部線纜起到天線的作用，耦合了電磁波的能量，產(chǎn)生變化的電信號——噪聲，傳導入設備內部后干擾了電子器件的工作，是本文所要討論的干擾形式。

輻射騷擾對電子設備的干擾強度主要取決于兩個方面，一是設備所處環(huán)境中電磁場本身的強度，1000V/M的電場強度對設備的影響肯定大于10V/M的環(huán)境；二是取決于設備對電磁波的感應程度，也就是耦合性高低。類似不同形狀的電視天線能接受不同頻段的節(jié)目一樣，接收體形狀、材料等性質決定電磁波對其影響的大小，通過特定的外形設計和外涂層選擇隱形飛機達到減小雷達波反射的目的，電子設備可以采用同樣的方式電磁波對其影響，這就涉及到一個產(chǎn)品電磁兼容（EMC）設計方面的問題。

3 變電站內電磁環(huán)境分析

如圖2所示，變電站內同時運行著多種電壓等級、多頻率的線纜和設備，各種類型的電磁波交織在一起，構成了一個復雜的電磁環(huán)境，無法用簡單的數(shù)學模型進行準確描述，一般通過實地測量來進行定性的分析。典型的為美國電力科學研究院，對變電站內電磁兼容問題進行了長達30年的持續(xù)研究，其成果表明高壓開關操作干擾、一次系統(tǒng)短路故障干擾、雷電干擾對電子設備影響最大。變電站內斷路器、隔離開關等一次設備在操作時，會產(chǎn)生一系列的電磁干擾，這些干擾會通過各種耦合進入到二次回路；一次系統(tǒng)短路故障時，在站內架空導線和接地網(wǎng)上會流過很大的短路電流，并在二次電纜周圍產(chǎn)生很強的空間磁場，會對二次設備造成較大的干擾；雷電可以以耦合、傳導、輻射等形式侵入二次設備。

由于電磁波首先要在設備外殼和連接線上產(chǎn)生感應電壓或電流，通過端口進入設備內部才能影響電子器件的正常運行，在最終的干擾方式上和傳導騷擾是同樣的。因此，由上所述，一次系統(tǒng)的操作，能夠產(chǎn)生千伏/米數(shù)量級的電場強度的電磁干擾，會通過傳導和輻射的方式直接耦合到設備內部。有研究表明，即使在無操作的正常環(huán)境中，保護室內的電場強度長期保持在4V/M以上，特殊時刻會瞬間遠超這個數(shù)值。此外，電視廣播、無線廣播、衛(wèi)星通信、手機基站甚至太陽黑子等不可控的電磁信號產(chǎn)生的干擾，是設備設計階段即可以預見并加以防治的，其造成的影響相比站內干擾源要次之。

4 繼電保護和綜自系統(tǒng)的電磁兼容性能

變電站內保護室內主要的電子設備包括繼電保護裝置、綜合自動化裝置以及通信設備，其中通信設備由于數(shù)字化程度高，器件密度大，處理信號速率高（G級別速率），其產(chǎn)品自身設計制造時即考慮了較高的電磁兼容性能，可以承受較強的電磁干擾而不影響正常運行。不考慮各種標準文件，簡單的想一下即可得知，離手機天線輻射最近的電子器件恰恰就是手機自身，雖然手機電路由于器件密集易受感染。因此常常被看做干擾源的通信設備自身反而抗擾能力最強，也就不存在對手機等無線設備的使用限制。除此之外，保護室內嚴格限制無線設備使用的原則，主要是考慮的是繼電保護和綜自系統(tǒng)，即使多年的技術進步和發(fā)展，很多運維人員對設備的電磁兼容性能所知甚少，傳統(tǒng)上依然認為它們是電磁敏感型設備。

繼電保護設備及自動化設備對電網(wǎng)正常、穩(wěn)定運行的重要作用毋庸多言，由于其工作電磁環(huán)境惡劣，因此各廠家均將提高產(chǎn)品的電磁兼容性能作為產(chǎn)品設計的一個關鍵因素。國際電工委員會IEC標準TC95技術委員會成立了專門的電磁兼容研究工作組，制定了一系列的相關標準，至今所頒布的標準中有一項通用標準、一項電磁發(fā)射標準和八項抗擾度標準，即IEC 60255系列標準，我國相應的繼電保護標準化組織已將相應的國際標準轉化為國家標準，即GB/T 14598系列標準；自動化電磁兼容標準為IEC 60870-2-1，對應我國標準為GB/T 15153.1。規(guī)定了設備在1MHz脈沖群干擾實驗、靜電放電試驗、輻射電磁場騷擾試驗、電快速瞬變/脈沖群抗擾度試驗、浪涌抗擾度試驗、射頻場感應的傳導騷擾抗擾度試驗、工頻抗擾度試驗等方面的電磁兼容性能。除此之外，電力行業(yè)還編制了電力行業(yè)標準“DL/Z 713—2000 500kV變電所保護和控制設備抗擾度要求”。

以上這些標準都從各個方面對繼電保護和自動化設備的抗電磁干擾能力提出了嚴格的要求，其模擬環(huán)境要嚴酷于可預想情況，其產(chǎn)生耦合的線纜和接口要多于設備正常配置、其規(guī)定的正常工作的限制要高于實際應用情況。總之，電磁兼容測試環(huán)境的要求是要高于設備正常應用環(huán)境的，按照標準規(guī)定，在寬頻范圍內（80——1000MHz）設備測試環(huán)境的嚴酷等級為3級，即電場強度為10V/M。通常將電磁環(huán)境的嚴酷等級分為3級：1級為低輻射環(huán)境，如離電臺、電視臺1km以上，附近只有小功率移動電話在使用。2級為中等輻射環(huán)境，如在不近于1m處使用小功率移動電話，為典型的商業(yè)環(huán)境。3級為較嚴酷的輻射環(huán)境，如附近有大功率發(fā)射機在工作，為典型的工業(yè)環(huán)境。而為了在制造符合測試環(huán)境的電場強度，一般場強、試驗距離與功率放大器的關系見表1，一般來講EMC測試中產(chǎn)生10V/M場強至少需要100W以上功率的放大器，這是一個相對較大的輻射強度了。

5 手機等無線設備的電磁輻射探討

5.1 行業(yè)標準對電磁輻射的要求

如前文所述，電磁輻射能夠對設備產(chǎn)生的影響，主要方面是取決于設備本身對電磁波的耦合程度，而能夠耦合電磁波的設備外殼和端口引線起到的是一個天線的作用。眾所周知，天線對電磁波是有選擇性的，不同頻率和不同極化方向的電磁波在天線上產(chǎn)生的感應電動勢是不同的。繼保和自動化設備的電磁兼容測試選擇的是80M——1000Mhz這個頻率范圍，這說明其它頻率的電磁波干擾要折合到這個頻率范圍來計算，這涉及到對信號進行傅里葉展開等頻域的換算，具體公式不談，結果是不是所有能量都會變換到指定頻域，體現(xiàn)在實際中就是雖然發(fā)射功率足夠大，但是不一定能夠產(chǎn)生同等的干擾能力。因此，世界各國的標準化組織對無線設備電磁輻射規(guī)定都是對低頻域設置的。表2是各組織在兩個手機常用頻點上的功率密度的限制值，此處需要說明一個問題，雖然通過功率密度和電場強度的換算關系式可以得出，約265μW/cm2即可在相應位置產(chǎn)生10V/M的電場強度，看起來門限不高，但是功率密度是輻射功率在單位面積上產(chǎn)生的（cm2）分配，如果半徑為1米的話，球面積為125600cm2，按照26μW/cm2計算，不考慮路徑中的損耗，則該層功率合計為33W，因此，實際測試環(huán)境考慮到各種損耗和天線等因素，一般選擇250W的功率放大器。（如表3）

5.2 WIFI設備輻射功率的探討

目前個人廣泛使用的無線設備主要是WIFI路由器和手機。對于WIFI設備其工作頻率在2.4G和5G，也就是2400MHZ和5000MHZ這兩個波段，其設計的初衷是為了覆蓋100米之內的范圍，所以輻射功率較小。根據(jù)有關機構的測試，在2英尺（0.6米）的距離上，WIFI設備所能產(chǎn)生的輻射，大概是2μW/cm2，即每平方厘米百萬分之一瓦特。相比而言，由電視、收音機這些設備工作時產(chǎn)生的輻射，大概是1μW/cm2，所以IEEE802.11b設備的輻射只不過是這個數(shù)據(jù)的2倍。我國無線電管理委員會的規(guī)定，無線局域網(wǎng)產(chǎn)品的發(fā)射功率，不能大于10mW，所以我們一般從市場上買到的無線路由器，其配置菜單對功率的調節(jié)最大就是10mW。由此看來，WIFI設備輻射的電磁場干擾，對繼保和綜自設備抗擾性來說是微乎其微的。在當前IP業(yè)務泛濫的情況下，很多新型接入業(yè)務都依賴于WIFI設備的部署，這也是在各種安全管控的高壓態(tài)勢下，卻屢禁不止的一個原因。為了更好的發(fā)展，我們要以積極的態(tài)度研究WIFI設備在變電站內的應用，而不是簡單的一禁了之。

5.3 手機輻射功率的探討

除WIFI外，我們最常用的移動無線設備就是手機了。當前我國手機網(wǎng)絡主要分為2G和3G兩種。2G網(wǎng)絡的代表為GSM制式，3G網(wǎng)絡都是基于CDMA技術的。GSM手機工作在800M和1800M兩個頻段上，對于GSM900M發(fā)射功率分為不同的級別，每個功率級別差2dB，手機最大發(fā)射功率級別是5（33dBm，2W），最小發(fā)射功率級別是19（5dBm，3.2mW）；對于GSM1800M最大發(fā)射功率級別是0（30dBm，3W），最小發(fā)射功率級別是15（0dBm，1mW）。CDMA IS-95A規(guī)范對手機最大發(fā)射功率要求為0.2W-1W（23dBm-30dBm），實際上目前網(wǎng)絡上允許手機的最大發(fā)射功率為23dBm（0.2W），規(guī)范對CDMA手機最小發(fā)射功率沒有要求。

在實際通信過程中，在某個時刻某個地點，手機的實際發(fā)射功率取決于環(huán)境，系統(tǒng)對通信質量的要求，語音激活等諸多因素，會隨著與基站之間的鏈路測算進行實時調整。手機與系統(tǒng)的通信可分為兩個階段，一是接入階段，二是話務通信階段。對于GSM系統(tǒng)，手機在隨機接入階段沒有進入專用模式以前，是沒有功率控制的，為保證接入成功，手機通常以最大發(fā)射功率。在專用信道分配后，手機會根據(jù)基站的指令調整發(fā)射功率，通常每60ms調整一次，幅度是一個級別（2db）。對于CDMA系統(tǒng)，手機在隨機接入狀態(tài)下，會根據(jù)接收到的基站信號電平估計一個較小的值作為初始發(fā)射功率，如果沒有得到基站的應答信息，會增加發(fā)射功率，直到收到基站的應答或者到達設定的最多嘗試次數(shù)為止。在通話狀態(tài)下，每1.25ms基站會向手機發(fā)送一個功率控制命令信息，命令手機增大或減少發(fā)射功率，幅度為1dB（10倍）。

圖3和圖4為某機構對CDMA和GSM在常見環(huán)境下的發(fā)射功率分布圖，表4為10種典型手機發(fā)射功率的實測值。CDMA手機的線性平均發(fā)射功率為2.4dBm（1.72mW），以最大功率（23dBm，0.2W）發(fā)射的概率為0.2%；GSM手機的線性平均發(fā)射功率為28.9dBm（773mW），以最大功率（2W）發(fā)射的概率為21.8%。表4為某機構對十款常見手機的輻射功率的測試結果。從中可以看出，雖然GSM手機的發(fā)射功率偏大，但是考慮到4G時代的來臨，2G手機制式已經(jīng)逐步退出歷史舞臺，現(xiàn)在普遍使用的基于CDMA的3G制式，手機的輻射功率將小得多，低于我們電磁測試環(huán)境要求的限值。

6 結語

本文的編寫不是學術型目的，而是基于為相應管理者提供參考，因此內容盡量通俗，，文章對公式的應用和概念的描述并非十分嚴格，目的是為了易于非專業(yè)人士理解所要闡述的思想。本文所要說明一個論點就是要深入考慮變電站保護室內對無線設備的禁用原則，將研究重點轉到如何在復雜和惡劣的電磁環(huán)境下保證設備正常運行，以及對入網(wǎng)設備進行相應的檢測，要讓設備適合我們的應用，而不是我們來適合設備。隨著智能電網(wǎng)的建設和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，無線業(yè)務的應用趨勢勢不可擋，我們要積極的探索適合變電站內系統(tǒng)的無線模式，以此來跟上社會潮流，提高工作效率，反而可以進一步提高電網(wǎng)的安全可靠性。

參考文獻

[1]鄒澎.電磁兼容原理、技術和應用.清華大學出版社，2007.

[2]Theodore Frankel S.Rappaport[美].無線通信原理與應用.電子工業(yè)出版社，2007.

[3]王海青.電磁輻射環(huán)境研究[J].航空電子技術，2001（01）.

篇(7)

文獻標識碼：B文章編號：1008-925X(2012)07-0185-01

摘要：

在對建筑巖土工程錨桿錨固質量檢測中常用的電磁波探測法和地震波-超聲波探測法兩類無損檢測技術進行分析后，結合建筑巖土工程錨桿錨固失效機理，介紹了基于應力波的無損檢測技術具體工作流程。

關鍵詞：建筑巖土工程；錨桿錨固；無損檢測技術

巖土錨固技術在礦山、水電、橋梁、建筑、公路、以及鐵路等工程中作為主要的巖土永久性支撐體系，得到廣泛推廣使用，不僅技術較為完善而且使用量相當大。隨著建筑工程建設步伐的不斷加快，預應力錨索(桿)在建筑巖土工程中得到了快速發(fā)展，主要用于工程區(qū)邊坡加固和地下建筑物工程的加固支護。由于建筑工程是一個涉及專業(yè)多、施工環(huán)境復雜的大系統(tǒng)，加上建設材料、施工技術、巖土地質條件等因素的共同影響，建筑巖土錨固結構系統(tǒng)在施工和后期運營使用過程中，必然會存在一些安全問題，具有一些缺陷。對于建筑巖土工程的錨桿-圍巖支付加掛結構系統(tǒng)而言，從大量文獻資料和實際工程經(jīng)驗可知，主要存在的缺陷有：錨桿體自身質量缺陷（如：錨桿材質不均勻、存在裂縫、孔洞等，錨桿桿體防腐措施不到位出現(xiàn)銹蝕等）、膠結體自身質量缺陷（如：密封膠結體密實度不夠、內部存在孔洞、裂隙、以及“蜂窩”等）、密封膠結體與錨桿體、圍巖等物體間的膠結性能不良；另外還可能存在建筑巖土工程建設區(qū)地質界面、軟弱地層等不利地質條件對錨桿錨固工程質量造成影響。上述存在錨固性能缺陷的錨桿-圍巖結構體系，在建筑過程中通常稱為“缺陷錨桿”，缺陷錨桿不僅會影響整個工程的施工綜合質量水平，而且還會為后期高效穩(wěn)定運營埋下巨大的安全隱患。隨著這些安全隱患不斷產(chǎn)生和積累，就會大大降低建筑巖土工程的綜合支付性能水平，甚至使具有永久支護的巖土工程出現(xiàn)失效等嚴重事故。因此，對建筑巖土工程的錨固結構存在的缺陷進行檢測識別，通過無損檢測進行質量診斷，并結合實時分析和補強技術，一直作為建筑巖土工程人員研究的一個重要課題［1］。

1 建筑巖土工程錨桿錨固質量無損檢測技術

常規(guī)的靜載荷質量檢測方法在準確性、實時性、可靠性、以及大面積動態(tài)檢測等方面均不能滿足現(xiàn)代建筑巖土工程錨桿錨固質量大面積檢測需求，無損檢測技術主要利用一些輔助儀器設備對錨桿錨固質量進行動態(tài)檢測，不僅能夠準確檢測分析出錨桿錨固質量水平，同時還不會對錨桿產(chǎn)生二次破壞，尤其適用于建筑巖土工程大面積探傷檢測領域。巖土工程中無損探測技術主要利用與錨桿錨固質量檢測相應硬件儀器設備、傳感器、以及相應的數(shù)據(jù)信號處理器共同組成，從而利用系統(tǒng)的檢測分析系統(tǒng)對巖土工程錨桿錨固質量水平進行系統(tǒng)檢測和綜合安全評估。用于建筑巖土工程的無損探測技術是在電子技術、傳感器技術、計算機技術等高新技術不斷完善的基礎上發(fā)展起來的，經(jīng)過巖土安全質量檢測工作人員幾十年的不斷研究和工程應用，逐步形成了一整套完善的無損檢測體系，并發(fā)展出了多種巖土工程無損檢測方法，主要以電磁波探測法和地震波-超聲波探測法最具代表性。電磁波無損檢測法主要包括地質條件雷達、紅外線溫度場綜合掃描探測法、射線探傷診斷法、以及光學成像法等。工程中常用的另一種無損探測技術地震波-超聲波無損探測法主要包括高精度地震波法、瑞利波法、TSP法、以及聲波（超聲波）探傷法等。從兩類巖土工程無損檢測技術的工作機理來看，電磁波無損探測技術主要以電磁振蕩激發(fā)形成對應的電磁波，通過對電磁波進行綜合分析，獲得相應的探測數(shù)據(jù)信息結果；地震波-超聲波無損探測技術為機械震動激發(fā)形成地震波、聲波（或超聲波），然后利用相應計算單元對此類波形進行分析，形成對應的探測結果。

2建筑巖土工程錨桿錨固失效機理分析

從大量文獻資料和實際工作經(jīng)驗可知，建筑巖土工程錨桿錨固失效機理主要表現(xiàn)在以下四個方面：

2.1桿體鋼筋拉斷。

桿體鋼筋是整個巖土錨固體系中主要受力體，桿體鋼筋拉斷常出現(xiàn)在錨桿桿體尾部的絲扣部位，由于該處是一個應力集中點，很容易出現(xiàn)應力綜合作用導致出現(xiàn)拉斷問題。工程中常采用熱處理，提高鋼筋的韌性，從而防止出現(xiàn)桿體鋼筋拉斷失效現(xiàn)象。

2.2托板失效。

錨桿托板在實際應用中可能受到的最大壓力與錨固錨桿的最大拉拔力相等，為了避免出現(xiàn)托板失效現(xiàn)象，通常采用高強度鋼材、增大錨桿托板厚度等技術措施，提高托板耐壓能力，提高整個錨固結構性能水平。

2.3粘結破壞。

粘結破壞是影響錨桿錨固質量的外部主要原因，在工程中通常表現(xiàn)為三種失效現(xiàn)象：a.錨固錨桿-粘結劑接觸面間發(fā)生破壞；b.巖土圍巖-粘結劑接觸面間發(fā)生破壞；c. 軟弱圍巖抗剪強度一般小于7MPa，從早晨破壞面深入到圍巖體內，形成粘結破壞。工程中通常采用樹脂錨固劑和增加錨桿錨固長度等措施，防止出現(xiàn)巖土錨固結構出現(xiàn)粘結破壞現(xiàn)象。

2.4圍巖局部破壞造成錨空失效。

從大量工程實際應用工程經(jīng)驗表明，錨固錨桿出現(xiàn)由于錨空失效的主要原因是由于巖土圍巖局部發(fā)生破壞引起。當采用錨固錨桿或錨噴等技術進行巖土巷道工程支護時，由于荷載在圍巖中某些薄弱點面出產(chǎn)生的應力不均勻，就會在某些薄弱環(huán)節(jié)處發(fā)生局部破壞，這樣就會導致錨固錨桿的切向錨固力迅速減小甚至喪失，相應徑向錨固力(托板托錨能力和粘結粘錨能力)也會隨著大幅度減小，從而引起錨固結構支護性能發(fā)生大面積降低，出現(xiàn)更大范圍的破壞［2］。

3 建筑巖土工程錨桿錨固質量無損檢測

在進行建筑巖土錨桿錨固質量無損檢測分析前，首先在搜集完圍巖地質基本資料信息后，準確標定瞬態(tài)外力激振所產(chǎn)生的應力波速度大小，然后再利用相應數(shù)據(jù)自動采集裝置動態(tài)獲取反射波的數(shù)據(jù)信息，從而通過相應程序計算分析獲得巖土錨桿長度、錨固質量水平等數(shù)據(jù)結果，基于應力波檢測的無損檢測技術具體工作流程如圖1所示：

在進行數(shù)據(jù)分析時，如果頻譜分析分析數(shù)據(jù)中應力波峰值的頻率間隔量（即通常所說的頻差Δf）存在大小不等、變化區(qū)間較大等現(xiàn)象時，則可以判斷該錨固體內部砂漿的強度較高、握裹力較大；反之，當頻差大小基本保持一致，且呈現(xiàn)等間距分布狀態(tài)時，則可以判斷砂漿強度較小、握裹力較小，利用這些基本經(jīng)驗結合動態(tài)檢測數(shù)據(jù)信息就可以動態(tài)分析建筑巖土工程錨桿錨固質量水平。

4 結束語

建筑巖土工程無損檢測技術是在電子技術、計算機技術、信號處理技術等高新技術不斷發(fā)展基礎上形成的，在巖土工程錨桿錨固質量水平檢測領域具有非常強大的應用前景。

參考文獻