《电磁场与电磁波》课程教学大纲课程编号：210522课程性质：学科专业基础课课程组长：申勇/教授总学分值：总学分：4学分，其中理论4学分，实验实践0学分。
总学时数：总学时：64学时，其中理论学时64，实验实践0学时。
适用专业：电子信息工程先修课程：高等数学，大学物理后续课程：电磁场与微波技术、天线理论与设计等一、课程简介1、课程性质与定位：（字数原则上控制在260字左右）《电磁场与电磁波》是通信工程、电子信息工程等专业的专业基础课，是多个学科的理论基础，如微波、天线、电磁兼容等。
课程理论性、系统性很强，逻辑严谨，学习它不仅可以获得场和波的理论，而且有助于培养正确的思维方法和分析问题的能力。
各种现代通信方式，如光纤通信、移动通信、卫星通信，以及电视、雷达等各种专门学科，都是以电磁波携带信息的方式来实现的。
广泛应用的超小超薄的大规模集成电路更是充满了电磁场的问题。
因此，《电磁场与电磁波》是相关专业课程建设一个非常重要的环节。
2、教学目的与要求：（字数原则上控制在260字左右）内容方面，学生应牢固掌握矢量运算，梯度、散度和旋度概念，高斯公式和斯托克司公式；掌握恒定和时变电磁场的麦克斯韦方程组、泊松方程、电磁波的波动方程等；掌握分离变量法、镜像法、有界空间中电磁波的求解方法等；理解电磁场的矢势¦和标势、规范变换、规范不变性、库仑规范、洛仑兹规范、时谐平面电磁波、推迟势、电磁辐射、截止频率和谐振频率等概念。
通过本课程的学习，使学生牢固掌握电磁场与电磁波方面的基本概念、基本理论及主要分析方法，具有基本的电磁问题解题能力，对天线理论也要有一定的了解。
为以后现代通信技术的学习与应用打下良好的基础。
3、教学重点与难点：（字数原则上控制在260字左右）电磁场与电磁波的最大特点数学要求高、公式多、物理概念抽象、理论难以掌握、学习易畏难。
重难点如下：矢量运算，梯度、散度和旋度概念，高斯公式和斯托克司公式；恒定和时变电磁场的麦克斯韦方程组、泊松方程、电磁波的波动方程；分离变量法、镜像法；时谐平面电磁波、推迟势、电磁辐射、截止频率和谐振频率。
二、课程教学内容、要求与学时分配（一）理论教学内容：第一章矢量分析（12学时）教学要求：了解：矢量、标量和场的概念，三种常用正交坐标系之间的转化关系以及矢量的旋度和散度的区别与联系。
理解：方向导数和梯度、通量和散度、环量和旋度的概念及其运算公式。
掌握：矢量的加、减、标量积、矢量积运算。
教学内容：1.1 矢量代数1.1.1 标量和矢量1.1.2 矢量的加法和减法1.1.3 矢量的乘法1.2三种常用的正交坐标系1.2.1直角坐标系1.2.2圆柱坐标系1.2.3球坐标系1.2.4 矢量积(叉积)1.3 标量场的梯度1.3.1 标量场的等值面1.3.2 方向导数1.3.3 梯度1.4 矢量场的通量与散度1.4.1 矢量场的矢量线1.4.2 通量1.4.3散度1.4.4散度定理1.5 矢量场的环流与旋度1.5.1 环流1.5.2旋度1.5.3斯托克斯定理1.6无旋场与无散场1.6.1 无旋场1.6.2无散场1.7 拉普拉斯运算与格林定理1.7.1拉普拉斯运算1.7.2格林定理1.8 亥姆霍兹定理重点：矢量的加、减、标量积、矢量积运算。
难点：方向导数和梯度、通量和散度、环量和旋度的概念及其运算公式。
第二章电磁场的基本规律（12 学时）教学要求：了解：电荷及其分布、电流及其分布以及电流连续性方程。
理解：电磁和磁场的概念，掌握电磁强度和磁感应强度的积分形式，会计算一些简单源分布产生的场。
掌握：电磁场基本方程、牢固掌握麦克斯韦方程组并深刻理解其物理意义，掌握电磁场的边界条件。
教学内容：2.1 电荷守恒定律2.1.1 电荷及电荷密度2.1.2 电流及电流密度2.1.3电荷守恒定律与电流连续性方程2.2 真空中的静电场基本规律2.2.1 库仑定律电场强度2.2.2 静电场的散度与旋度2.3 真空中恒定磁场的基本规律2.3.1 安培力定律磁感应强度2.3.2 恒定磁场的散度与旋度2.4 煤质的电磁特性2.4.1 电介质的极化电位移矢量2.4.2 磁介质的磁化磁场强度2.4.3煤质的传导特性2.5 电磁感应定律和位移电流2.5.1 法拉第电磁感应定律2.5.2 位移电流2.6 麦克斯韦方程组2.6.1麦克斯韦方程组的积分形式2.6.2麦克斯韦方程组的微分形式2.6.3 煤质的本构关系2.7 电磁场的边界条件2.7.1 边界条件的一般形式2.7.2 两种特殊情况下的边界条件重点：真空中和介质中静电场的积分和微分方程，麦克斯韦方程组的积分和微分形式，电磁场的边界条件。
难点：电磁场边界条件的证明。
第三章静态电磁场及其边值问题的解（10 学时）教学要求：了解：静电比拟法，标量磁位的概念，分离变量法的基本思想和解题步骤，能够用分离变量法求解直角坐标系中的一些简单二维问题。
理解：电场能量和能量密度的概念，会计算一些典型场的能量，会计算典型双导体的电容，矢量磁位及其微分方程，磁场能量和能量密度，静电场的惟一性定理及其重要意义。
掌握：静电场的基本方程和边界条件，静电场中的电位函数及其微分方程，电位的边界条件，恒定电场的基本方程和边界条件，恒定磁场的基本方程和边界条件，镜像法的基本原理。
教学内容：3.1 静电场分析3.1.1 静电场的基本方程和边界条件3.1.2 电位函数3.1.3导体系统的电容3.1.4静电场的能量3.1.5静电力3.2 导电煤质中的恒定电场分析3.2.1 恒定电场的基本方程和边界条件3.2.2 恒定电场与静电场的比拟3.3 恒定磁场分析3.3.1恒定磁场的基本方程和边界条件3.3.2 矢量磁位和标量磁位3.3.3电感3.3.4恒定磁场的能量3.3.5磁场力3.4 静态场的边值问题及解的惟一性定理3.4.1 边值问题的类型3.4.2 惟一性定理3.5 镜像法3.5.1 接地导体平面的镜像3.5.2 导体球面的镜像3.5.3导体圆柱面的镜像3.5.4介质平面的镜像3.6 分离变量法3.6.1 直角坐标系中的分离变量法3.6.2 圆柱坐标系中的分离变量法3.6.3 球坐标系中的分离变量法3.7 有限差分法3.7.1 有限差分方程3.7.2 差分方程的求解方法重点：真空中和介质中静磁场的基本方程的积分和微分形式。
难点：静态场边值问题的几种解法（镜像法、分离变量法和有限差分法）第四章时变电磁场（8 学时）教学要求：了解：坡印廷定理和坡印廷矢量的意义，以及时谐变电磁场的形成过程，波动方程的应用。
理解：动态矢量位和标量位的概念以及其满足的微分方程，惟一性定理及其重要意义。
掌握：坡印廷定理的意义并应用其分析计算电磁能量的传输，正弦电磁场的复数表示方法及其意义，复数形式的麦克斯韦方程和波动方程。
教学内容：4.1 波动方程4.2 电磁场的位函数4.2.1 矢量位和标量位4.2.2 达朗贝尔方程4.3 电磁能量守恒定律4.4 惟一性定理4.5 时谐电磁场4.5.1 时谐电磁场的复数表示4.5.2 复矢量的麦克斯韦方程重点：坡印廷定理的意义，复数形式的麦克斯韦方程和波动方程。
难点：时谐变电磁场的形成过程，波动方程的应用。
第五章均匀平面波在无界空间中的传播（4 学时）教学要点：了解：电磁波在各向异性煤质中传播问题的分析方法及其传播特性。
理解：均匀平面波的概念以及研究均匀平面波的重要意义，描述传播特性的参数的物理意义，群速的概念以及群速与相速的关系。
掌握：波的概念和表示方法，波的极化的概念以及研究波的极化的重要意义，三种极化方式的条件并能正确判别波的极化状态。
教学内容：5.1 理想介质中的均匀平面波5.2 电磁波的极化5.3 均匀平面波在导电煤质中的传播5.4色散与群速重点：波的概念和表示方法，波的极化的概念以及研究波的极化的重要意义。
难点：三种极化方式的条件并能正确判别波的极化状态。
第六章均匀平面波的反射与透射（6 学时）教学要点：了解：均匀平面波对多层煤质分界面垂直入射的分析方法，均匀平面波对分界面的斜入射问题的分析方法。
理解：反射定律和折射定律以及反射系数、透射系数的意义，全反射现象和无反射现象的概念。
掌握：四分之一波长匹配层和半波长介质窗的意义及其应用，全反射现象和无反射现象产生的条件及其应用。
教学内容：6.1 均匀平面波对分界面的垂直入射6.1.1 对导电煤质分界面的垂直入射6.1.2 对理想导体平面的垂直入射6.1.3对理想介质分界面的垂直入射6.2 均匀平面波对多层介质分界平面的垂直入射6.2.1 多层煤质的场量关系与等效波阻抗6.2.2 四分之一波长匹配层6.2.3 半波长介质窗6.3均匀平面波对理想介质分界平面的斜入射6.3.1 反射定律与折射定律6.3.2 反射系数与透射系数6.3.3全反射与全透射6.4均匀平面波对理想导体平面的斜入射6.4.1垂直极化波对理想导体表面的斜入射6.4.2平行极化波对理想导体表面的斜入射重点：四分之一波长匹配层和半波长介质窗的意义及其应用，全反射现象和无反射现象产生的条件及其应用。
难点：反射定律和折射定律以及反射系数、透射系数的意义。
第七章导行电磁波（8 学时）教学要点：了解：圆波导和同轴波导中的场方程及谐振腔的基本性质。
理解：矩形波导中的场方程的推导过程。
掌握：导行波系统中的场分析及规则波导的传输特性参量和矩形波导中的场方程。
教学内容：7.1 导行电磁波概论7.1.1 TEM波7.1.2 TM波和TE波7.2 矩形波导7.2.1 矩形波导中的场分布7.2.2 矩形波导中波的传输特性7.2.3 矩形波导中的主模7.2.4 矩形波导中的传输功率7.3圆柱行波导7.3.1 圆波导中的场分布7.3.2 圆波导的传输特性7.3.3 圆柱形波导中的三种典型模式7.4同轴波导7.4.1 同轴波导中的TEM波7.4.2 同轴波导中的高次模7.5 谐振腔7.6 传输线重点：导行波系统中的场分析及规则波导的传输特性参量和矩形波导中的场方程。
难点：矩形波导中的场方程的推导过程。
第八章电磁辐射（4 学时）教学要点：了解：天线的定义，天线的分类及研究方法。
理解：天线的电参数。
掌握：电磁辐射的基本理论。
教学内容：8.1 滞后位8.2 电偶极子的辐射8.5 天线的基本参数8.6 对称天线8.7 天线阵重点：天线的定义，天线的分类及研究方法，电磁辐射的基本理论。
难点：电磁辐射的基本理论。
（二）课程内实验教学内容（无）(三)学时分配表学时分配表三、课程教学的基本要求：1、教学方式：根据学生的知识基础特点和课时分配，以“应用型本科”学生为主要授课对象，以培养应用型人才为基本目的，以“实用、适用、够用”为基本原则，重在基本概念、基本方法的表述。