北大课程笔记·电磁波理论与应用导论

第1讲电磁波理论基础

1.基本概念

（1）电荷

（2）电流：电流密度

（3）静电场

（4）静磁场

（5）电磁场

（6）电磁波

2.电磁学基本定律

（1）库仑定律和高斯定律

（2）安培定律与环路定律

（3）法拉第电磁感应定律：发电机

3.Maxwell定律

$\begin{aligned} &\nabla\times{E}=-\frac{\partial{B}}{\partial{t}}(\nabla\times{H}={J}_c+\frac{\partial{D}}{\partial t}) \\ &\nabla\times\frac{{B}}{\mu_0}={J}\\ &\nabla\cdot{E}=\frac{\rho}{\varepsilon_0}(\nabla\cdot{D}=\rho)\\ &\nabla\cdot{B}=0\end{aligned}$

（1）方程的独立性

（2）预言了电磁波的存在 $\nabla^2{E}-\frac{1}{c^2}\frac{\partial^2{E}}{\partial t^2}=0$

4.相对论

（1）洛伦兹变换

（2）时间膨胀

（3）空间收缩

第1讲知识/问题（选择2～3个回答）

1.1 产生电磁场/波的物质基础是什么？

1.2 经典电磁学有哪些基本定律？

1.3 电磁波为什么可以脱离场源而存在？

1.4 为什么说电磁场/波无处不在？

1.5 为什么Maxwell方程被誉为“上帝的符号”？

1.6 狭义相对论的基本假设是什么？

1.7 请应用相对论原理和洛伦兹变换推导多普勒效应。

第2讲电磁频谱管理与应用

1.电磁频谱

2.电磁频谱资源规划

e.g.5G频谱拍卖

3.无线电监测

4.电波传播、电磁干扰、电磁兼容

5.静场与至低频电磁场（f<3Hz）

（1）静电场的应用

（2）静磁场的应用

6.极低频～中低频（3Hz～3MHz）

7.高频～甚高频（3MHz～300MHz）

8.微波（300MHz～300GHz）

9.红外线（0.75 $\mu$ m～300 $\mu$ m,1THz～40THz）

10.可见光（400nm～760nm，40THz～75THz）

11.紫外、X射线、 $\gamma$ 射线

12.生物电磁效应

第2讲知识/问题（选择2～3个回答）

2.1什么是电磁频谱？谁管理电磁频谱？

2.2静电防护为什么重要？有哪些方法？

2.3 关于地球磁场你知道/你想说些什么？

2.4 说说长波、中波和短波广播的频率范围和传播方式。

2.5 手机通信使用了哪些频率？未来6G可能使用什么频率？

2.6 关于微波你知道/你能说些什么？

2.7 谈谈你对可见光的认识。

2.8你怎样理解电磁场/波的生物效应？

第3讲电磁波的发射与传播

1 关于天线的故事

2 电磁辐射条件和场区划分

2.1🌟时变电场 $\Leftrightarrow$ 时变电流 $\Leftrightarrow$ 时变磁场

2.1.1 局域分布电流源产生的电磁场

2.1.2 一对振荡的电荷/电偶极子/电流元是基本的辐射单元

2.2 天线场区划分

3 天线的基本参数及物理含义

辐射强度/辐射功率/方向性/增益/波束立体角/方向图/输入阻抗/工作带宽/有效面积

4 关于天线设计问题

5 电波传播方式

5.1 影响电波传输的主要因素

5.2 地波/天波/视距/超视距传播

6 电波传播模型

6.1 无线电频段划分及主要传播模式

第3讲知识/问题：

3.1 关于天线你能说点什么呢？

3.2 一般怎么区分天线的近场、中场、远场，它们有什么特点？

3.3 解释几个关于天线的术语吧，比如辐射强度、增益、方向图、有效面积。

3.4 影响无线电波传播的主要因素有哪些？

3.5 电波传播的主要方式有哪些？

3.6 什么是电波传播模型，它们有什么用？

第4讲电磁波与媒质和物体的作用

1 电磁媒质与物质方程（本构关系）

2 平面波在特定媒质中的传播

2.1 在各向同性均匀有耗媒质中传播

2.2 在各向异性单轴晶体媒质中的传播

3 电磁波通过导波结构传输

3.1 电磁波在金属波导内的传输

4 电磁波散射

4.1 平面波从分层介质中的反射与透射

4.2 金属球的散射

5 计算电磁学

5.1 雷达目标电磁响应特性分析

5.2 计算电磁学与微波散射遥感

第4讲知识/问题:

4.1一般怎么划分电磁媒质?

4.2电磁波的电场和磁场一定与传播方向垂直吗?举个例子。

4.3你知道“电磁超材料”吗?它有什么特点?

4.4关于电磁波的极化你能说点什么呢?

4.5什么是导行波和模式?它的传输特点是什么?

4.6实现雷达目标隐身/雷达截面(RCS)缩减有哪些技术方法?

4.7你怎么理解计算电磁学?电磁仿真软件是“卡脖子”领域吗?

第5讲电磁波作为信息载体-信号调制

1 个人移动通信发展历程

2 5G之战

2.1 5G的性能、挑战、经济规模

2.2 5G技术与军事变革

2.3 5G技术与智能化战争

3 电磁波表达式与基本参数

4 调制与解调

5 一般通信信号调制

5.1 模拟信号调制

5.1.1 AM

5.1.2 FM

5.2 数字信号调制

5.2.1 2ASK

5.2.2 2FSK

5.2.3 2PSK

5.2.4 4PSK

5.2.5 QAM

6 导航信号调制

6.1 Loran-c 导航系统信号调制

6.2 卫星导航信号调制

7 雷达信号调制

7.1 线性调频信号

7.2 特殊的雷达信号调制方式

8 目标信息加载

8.1 近场探测

8.2 远场探测

8.3 成像方法

第5讲知识/问题:

5.1谈谈你对5G的理解，以及对6G的看法

5.2什么是调制和解调?为什么要这么做?

5.3一般通信采用哪些调制方式?

5.4具体阐述一种通信信号的调制方法。

5.5阐述一种导航信号的调制方式。

5.6关于雷达信号调制你能说些什么呢?