導(dǎo)語：如何才能寫好一篇電磁波的實(shí)際應(yīng)用，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

一、工程實(shí)例教學(xué)實(shí)踐

《電磁場(chǎng)與電磁波》是電子信息類專業(yè)的主干基礎(chǔ)課程，涉及大量的場(chǎng)論和矢量分析方面的數(shù)學(xué)知識(shí)，覆蓋內(nèi)容較廣，且有一定的深度。相對(duì)于應(yīng)用型課程，該課程的理論分析內(nèi)容較多，課程理解需要學(xué)生花費(fèi)較大的精力和時(shí)間，且需要能夠靜下心來思考電磁場(chǎng)問題，因此，對(duì)于工科學(xué)生來說普遍較難理解。然而，該課程講授的知識(shí)、理論和方法，在實(shí)際工程中具有一定的普適性，更容易與工程實(shí)例結(jié)合。以靜態(tài)場(chǎng)為例，靜態(tài)場(chǎng)是不隨時(shí)間變化的場(chǎng)，是時(shí)變場(chǎng)的特例，在靜態(tài)場(chǎng)部分的教學(xué)中主要做電容和互感的測(cè)量實(shí)驗(yàn)，多導(dǎo)體的部分電容和互感是靜態(tài)場(chǎng)中非常重要的兩個(gè)概念。要求學(xué)生在掌握部分電容和互感的特性及測(cè)量原理的基礎(chǔ)上，應(yīng)用測(cè)試具體參數(shù)，對(duì)比測(cè)試結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果是否相吻合。再如麥克斯韋方程組，看似只是一組毫無新意、索然無味的方程，多數(shù)同學(xué)接觸到它都有一定的畏難情緒。但如果將“電磁隱形衣”“左手電磁材料”“磁懸浮”“無線電力傳輸”等實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合到課程教學(xué)中，課堂氛圍異常活躍，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情大大提高，對(duì)實(shí)際工程實(shí)例的思考更加深入徹底，甚至有學(xué)生在此基礎(chǔ)上開始研究電磁理論新的應(yīng)用。

二、課堂教學(xué)與課外科技活動(dòng)結(jié)合

除課堂教學(xué)外，根據(jù)實(shí)際課堂教學(xué)內(nèi)容，定期給學(xué)生布置與實(shí)際應(yīng)用相關(guān)的作業(yè)，可以是科技小論文、工程實(shí)例中簡單問題的解決方案、學(xué)生分組內(nèi)部科技小競(jìng)賽等，復(fù)雜的形式可以是參加校外知名企業(yè)的有獎(jiǎng)科技競(jìng)賽、區(qū)域性科技創(chuàng)新能力大賽等。此外，通過講解電磁場(chǎng)在實(shí)際工程中運(yùn)用的一些案例，以及讓學(xué)生由淺入深地了解到電磁應(yīng)用的廣闊性，避免了學(xué)生學(xué)習(xí)的盲目性，避免在學(xué)生中形成學(xué)習(xí)電磁場(chǎng)無用論的觀點(diǎn)。

篇2

[關(guān)鍵詞]氣象要素；異常折射；雷達(dá)作用距離；大氣折射率

中圖分類號(hào)：U675.74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）03-0139-02

引言

雷達(dá)既是艦船日常航行中定位、導(dǎo)航和避碰的主要設(shè)備，又是艦艇海上作戰(zhàn)時(shí)搜索警戒、火炮控制和導(dǎo)彈制導(dǎo)的重要裝備，因此作戰(zhàn)艦艇根據(jù)不同的任務(wù)和使命裝備有十幾種甚至幾十種雷達(dá)，這些雷達(dá)的作用距離對(duì)艦船的航行安全有一定的影響，同時(shí)對(duì)艦艇的作戰(zhàn)效能也有制約作用。雷達(dá)的作用距離除了與雷達(dá)本身戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能、天線高度、目標(biāo)高度、目標(biāo)反射電磁波的性能等條件有關(guān)外，還與傳輸電磁波的大氣狀況密切相關(guān)。對(duì)于處于海面上的艦載雷達(dá)而言，大氣對(duì)電磁波的吸收衰減作用使雷達(dá)的作用距離減??；大氣對(duì)電磁波的折射作用，會(huì)出現(xiàn)負(fù)折射和超折射等異常折射現(xiàn)象，其中次折射也會(huì)使雷達(dá)的作用距離減小，而超折射則會(huì)使雷達(dá)的作用距離增大。特別是當(dāng)超折射嚴(yán)重而出現(xiàn)波導(dǎo)現(xiàn)象時(shí)，雷達(dá)的作用距離將成倍地增大，實(shí)現(xiàn)所謂超視距探測(cè)。這種現(xiàn)象在我國沿海的各海區(qū)都經(jīng)常出現(xiàn)，如在黃海北部活動(dòng)的艦船，有時(shí)雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)距離會(huì)比正常情況增大2～3倍。同樣，這種電磁波超視距傳播現(xiàn)象在世界各地海域都存在，尤其是在中東一帶更是頻繁地出現(xiàn)。由此可見，氣象因素對(duì)雷達(dá)作用距離的影響程度是很大的，如果能夠準(zhǔn)確掌握氣象因素對(duì)雷達(dá)作用距離的影響規(guī)律，將有利的條件加以充分地利用，對(duì)艦船的軍事行動(dòng)具有重要的意義。

1 氣象因素對(duì)大氣折射的影響

1.1大氣折射的類型及其存在條件

通常，對(duì)流層中空氣的折射率不為1，在地面附近其值一般在1.00025～1.00045之間變化。對(duì)于頻率在1～100GHz范圍內(nèi)的電磁波，大氣折射率n或折射指數(shù)N可表示為大氣溫度T（單位：K）、大氣壓力P（單位：hPa）和水氣壓e（單位：hPa）之間的函數(shù)[1]：

（1）

當(dāng)電磁波傳播距離很短時(shí)，可近似認(rèn)為地球表面為平面，但若傳播距離較長時(shí)，就必須考慮地球曲率的影響，為了將地球處理成平面，通常使用進(jìn)行了地球曲率訂正的大氣修正折射率m和大氣修正折射指數(shù)M，其表達(dá)式為

（2）

式中：R= 6.371×106m為平均地球半徑，h為地表以上高度（單位：m）。式（2）可簡化為：

（3）

由于大氣層大氣分布的不均勻性，上下大氣層的折射率不同，因而電磁波通過不同折射率的大氣層時(shí)將產(chǎn)生折射，折射的程度和方向?qū)⑷Q于大氣層折射率垂直梯度的大小和正負(fù)。大氣折射指數(shù)隨高度變化的垂直梯度可通過折射率對(duì)高度求導(dǎo)得到，即將式（1）、（2）各物理量對(duì)高度求導(dǎo)：

（4）

（5）

式中：分別為大氣壓力、大氣溫度、水氣壓隨高度變化的垂直梯度。

當(dāng)大氣折射指數(shù)垂直梯度dN/dh>0時(shí)，電磁波的傳輸軌跡將背著地球向上彎曲，此時(shí)的大氣為負(fù)折射；當(dāng)dN/dh=0時(shí)，電磁波的傳輸軌跡不發(fā)生彎曲而沿直線傳播，此時(shí)的大氣為零折射；當(dāng)dN/dh

1.2異常大氣折射的形成規(guī)律

由式（4）可知，大氣折射指數(shù)垂直梯度與大氣溫度、壓力、濕度的垂直梯度相關(guān)，其中水氣壓梯度前的系數(shù)最大，因而對(duì)大氣折射指數(shù)垂直梯度的影響最大，大氣溫度梯度的影響次之，大氣壓力梯度的影響最小。因此在分析氣象要素對(duì)大氣折射的影響程度時(shí)，可先考慮水氣壓梯度的變化，其次考慮大氣溫度梯度的變化，至于大氣壓力梯度的影響可忽略不計(jì)。

在海洋環(huán)境中[2]，一般情況下在大氣較穩(wěn)定的晴好天氣里，此時(shí)大氣往往有一個(gè)比較穩(wěn)定的逆溫層，并且大氣濕度隨高度遞減，容易出現(xiàn)超折射或波導(dǎo)現(xiàn)象。典型的天氣有：

（1）在晴朗無風(fēng)的天氣背景下，海面夜間輻射降溫，形成一個(gè)近地層的輻射逆溫層。

（2）干暖氣團(tuán)從陸地平移到濕冷的海面上空時(shí)，形成近地層大氣溫度下冷上暖，濕度下濕上干的狀況。

（3）雨后造成近地層下層大氣又冷又濕的情況。

（4）夏季海面水汽蒸發(fā)，使海面上很小高度范圍內(nèi)的大氣濕度隨高度銳減。

只有當(dāng)大氣溫度隨高度迅速下降或大氣濕度隨高度遞增時(shí)，才能夠形成負(fù)折射現(xiàn)象。負(fù)折射一般發(fā)生在高緯度寒冷的陸地和冰山附近，當(dāng)有冷濕氣團(tuán)移到溫暖的海面上空時(shí)候。

2 大氣折射對(duì)雷達(dá)作用距離的影響

當(dāng)電磁波在無折射的大氣中傳播時(shí)，其路徑為一直線，此時(shí)雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的距離受地球曲率的影響，其大小為[3]：

（6）

式中：R為地球平均半徑；h、H分別為雷達(dá)天線和目標(biāo)的高度。

由于受大氣折射的影響，電磁波的實(shí)際傳播路徑為一彎曲的曲線，采用修正地球半徑的方法對(duì)式（6）進(jìn)行修正，即把在地球上成曲線傳播的射線轉(zhuǎn)化為在另一假定半徑為Re（ Re稱為等效地球半徑）的地球上成直線傳播，則在一般大氣條件下雷達(dá)的目標(biāo)能見距離公式為：

（7）

等效地球半徑Re與地球平均半徑R的關(guān)系[4]，可以通過二者與電磁波傳播路徑曲率半徑ρ、大氣折射率垂直梯度、電磁波發(fā)射仰角θ等之間的關(guān)系推出：

（8）

設(shè)稱為等效地球半徑系數(shù)。則，式（7）變?yōu)椋?/p>

（9）

3 雷達(dá)作用距離的預(yù)測(cè)方法

充分利用我國在沿海主要港灣都設(shè)有氣象觀測(cè)站和雷達(dá)站這個(gè)有利條件，長期系統(tǒng)地觀測(cè)海上來往艦船及當(dāng)時(shí)的氣象條件，并將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行登記、積累和整理，統(tǒng)計(jì)分析各種氣象條件下等效地球半徑系數(shù)K和雷達(dá)探測(cè)距離的變化規(guī)律。

3.1 等效地球半徑系數(shù)K

測(cè)量大氣折射率梯度的方法很多。由于大氣折射率是大氣溫度、氣壓和濕度的函數(shù)，采用系留探測(cè)儀器和無線電探空技術(shù)測(cè)量大氣溫度、氣壓和濕度的垂直變化后可間接得到大氣折射率梯度。也可以通過微波折射率儀直接測(cè)得。前一種方法主要適用于高度較高的中低空情況；而對(duì)于貼近海面的情況，由于高度較低探空儀的滯后性及測(cè)量誤差達(dá)不到精度要求，因此只能采用體積小、精度高、響應(yīng)速度快、采樣率和自動(dòng)化程度高的微波折射率儀直接測(cè)量大氣折射率。

微波折射率儀的工作原理是測(cè)量通過腔體的空氣折射指數(shù)的變化δn引起的諧振頻f 的變化δf[5]，腔體是兩端局部開口的圓柱形諧振腔體，能保證氣流自由通過。微波折射率儀通過測(cè)量這一頻率變化量得到空氣折射指數(shù)。測(cè)量時(shí)，微波折射率儀需做勻速升降運(yùn)動(dòng)（升降速度約為0.1m/s）以測(cè)量不同高度上的大氣折射率。此種方法對(duì)于高度在海面上30m范圍內(nèi)的氣象要素觀測(cè)尤為合適，且適用于氣象臺(tái)、海洋調(diào)查船或艦載直升機(jī)上使用。

為全面系統(tǒng)地積累相關(guān)資料，氣象臺(tái)需每天定時(shí)多次進(jìn)行觀測(cè)，根據(jù)測(cè)出的大氣折射率梯度dn/df計(jì)算出相應(yīng)的K值，將長期觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，找出其隨地理環(huán)境、季節(jié)、時(shí)間、氣象條件等因素的變化規(guī)律。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)氣象臺(tái)當(dāng)天的實(shí)測(cè)結(jié)果，算出等效地球半徑系數(shù)K值，再結(jié)合天氣的變化趨勢(shì)和K值變化規(guī)律，對(duì)其進(jìn)行修正，最后用（9）式計(jì)算出雷達(dá)能夠發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的距離。

3.2經(jīng)驗(yàn)公式

由雷達(dá)站長期系統(tǒng)地實(shí)際觀測(cè)海上往來艦船，并按月、日、時(shí)和艦船類型、氣象等情況，將獲得的觀測(cè)數(shù)據(jù)加以整理，從而得出雷達(dá)在該海區(qū)作用距離隨季節(jié)、月、日、時(shí)變化的規(guī)律，并根據(jù)實(shí)測(cè)的雷達(dá)數(shù)據(jù)對(duì)雷達(dá)能見距理論計(jì)算公式加以修正，總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)公式。

在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，等效地球半徑系數(shù)K=4/3，將此值和地球平均半徑值代入，得到雷達(dá)能見距公式：

（10）

受氣象因素的影響，實(shí)際觀測(cè)的雷達(dá)作用距離與式（10）計(jì)算的結(jié)果有出入，可以用加修正量K′的方法對(duì)式（10）進(jìn)行修正。即：

（11）

系數(shù)K′隨季節(jié)和天氣的變化而變化，它是根據(jù)該海區(qū)實(shí)際觀測(cè)統(tǒng)計(jì)的中位值計(jì)算而得。表1是根據(jù)某年我們?cè)谀澈^(qū)連續(xù)21個(gè)月觀測(cè)的3405個(gè)雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)距離的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析后，得出的該海區(qū)各月雷達(dá)發(fā)現(xiàn)距離修正系數(shù)K′。

由于K′值是經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)還應(yīng)該根據(jù)當(dāng)時(shí)的氣象條件進(jìn)一步分析和修正。如果在各海區(qū)都能堅(jiān)持長期不間斷地測(cè)定、積累各種氣象條件下的K′值，將結(jié)果存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中，實(shí)際應(yīng)用時(shí)根據(jù)當(dāng)時(shí)的季節(jié)、日期、時(shí)間以及氣象條件等，由計(jì)算機(jī)得出相應(yīng)的K′值通報(bào)艦艇，將更加有利于實(shí)際應(yīng)用。

4 結(jié)束語

雷達(dá)的作用距離是艦艇海上作戰(zhàn)時(shí)的重要指標(biāo)，掌握不同海區(qū)雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的距離規(guī)律，并準(zhǔn)確預(yù)報(bào)出可能的目標(biāo)能見距離，在軍事上具有重要的意義。例如，在艦艇實(shí)施導(dǎo)彈攻擊時(shí)，既要求在盡可能遠(yuǎn)的距離上發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并實(shí)施攻擊，又不能使雷達(dá)過早開機(jī)而暴露自己。此時(shí)預(yù)測(cè)雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)距離就顯得尤為重要，將直接影響到作戰(zhàn)的成效。因此世界各國對(duì)雷達(dá)能見距離的預(yù)報(bào)都非常重視。早在20世紀(jì)50年代，前蘇聯(lián)就明確規(guī)定，海戰(zhàn)中氣象部門要為艦艇部隊(duì)提供海上雷達(dá)能見距離的預(yù)報(bào)。我們也應(yīng)該充分重視并系統(tǒng)研究氣象因素對(duì)雷達(dá)作用距離的影響，進(jìn)一步建立和完善氣象和雷達(dá)觀測(cè)體系，形成數(shù)據(jù)收集積累、統(tǒng)計(jì)、總結(jié)和預(yù)報(bào)制度，使艦艇在雷達(dá)使用中做到揚(yáng)長避短，提高作戰(zhàn)效能。本文對(duì)氣象因素對(duì)雷達(dá)作用距離的影響及其預(yù)測(cè)方法的分析研究還處于初級(jí)階段，有待于今后進(jìn)一步的深入研究。

參考文獻(xiàn)

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篇3

關(guān)鍵詞：電磁場(chǎng)與電磁波；優(yōu)秀課；教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）15-0118-02

電磁場(chǎng)與電磁波是電子信息類本科各專業(yè)學(xué)生必修的一門重要的學(xué)科基礎(chǔ)課程，所涉及的內(nèi)容是電子信息類本科學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的必要組成部分，對(duì)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)和提高起很大的作用。所以，2014年成功申報(bào)成為長春理工大學(xué)優(yōu)秀課程。本文主要總結(jié)《電磁場(chǎng)與電磁波》優(yōu)秀課程建設(shè)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和方法及教學(xué)手段等，分別從理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)方面對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等進(jìn)行探討。

一、《電磁場(chǎng)與電磁波》教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

1.教學(xué)大綱的調(diào)整和修訂。①根據(jù)培養(yǎng)方案提高學(xué)生實(shí)踐能力的要求，《電磁場(chǎng)與電磁波》在內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)上做了一些調(diào)整，為此修訂教學(xué)大綱，學(xué)時(shí)數(shù)由原來的理論64學(xué)時(shí)改為到理論48學(xué)時(shí)+實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)，使學(xué)生既能掌握基本理論又能打下應(yīng)用基礎(chǔ)，同時(shí)既突出基礎(chǔ)性和知識(shí)體系的完整性，盡量避開繁雜的推導(dǎo)，注意理論與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合，使學(xué)生易于接受。②為了加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)力度，增設(shè)8學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)課程。根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，編寫實(shí)用的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，保證工科學(xué)生工程能力的提高。實(shí)驗(yàn)教學(xué)層次分明，學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣得到提高，達(dá)到最佳實(shí)驗(yàn)效果。

2.課程內(nèi)容體現(xiàn)學(xué)科前沿技術(shù)，理論與工程不脫節(jié)?！峨姶艌?chǎng)與電磁波》的前修課程是高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)、大學(xué)物理，是學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程微波技術(shù)、天線、光技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)、電氣技術(shù)、電子對(duì)抗等的基礎(chǔ)，在學(xué)科建設(shè)與發(fā)展中起著承上啟下的作用。因此，本課程在專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)中的定位為：承上啟下，重在基礎(chǔ)，開拓創(chuàng)新，引領(lǐng)未來。電磁場(chǎng)主要讓學(xué)生掌握分布參數(shù)系統(tǒng)的主要理論、分析方法、長線理論及常用傳輸線，為以后從事微波電子應(yīng)用技術(shù)、通信工程準(zhǔn)備必要的理論基礎(chǔ)。該課程理論嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯性強(qiáng)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力、獨(dú)立分析能力和解決問題的能力及理論聯(lián)系實(shí)際的能力，都有很重要的作用。

從課程內(nèi)容上，主要從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面體現(xiàn)學(xué)科前沿：①《電磁場(chǎng)與電磁波》課程的工程性很強(qiáng)，因此教師在課堂理論教學(xué)中，經(jīng)常從電子與信息科學(xué)領(lǐng)域、電磁科學(xué)領(lǐng)域取得一系列重大成就出發(fā)，將能反映近代科學(xué)技術(shù)的成就和一些對(duì)學(xué)生有重要意義的工程內(nèi)容，引入課堂講解，通過講解例題、建立習(xí)題、精選前沿內(nèi)容作為選修內(nèi)容方式，將相關(guān)內(nèi)容引入本門教材和教學(xué)內(nèi)容中。同時(shí)，建立網(wǎng)絡(luò)課程，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)，不斷充實(shí)課程資源，完善網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，不斷收集最新的科技成果補(bǔ)充到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中。②加強(qiáng)《電磁場(chǎng)與電磁波》課程實(shí)踐課和理論課的結(jié)合與滲透，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合能力，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)密切相關(guān)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求，保證理論教學(xué)為實(shí)踐教學(xué)打好堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，讓理論課教師參加實(shí)驗(yàn)教學(xué)，及時(shí)與學(xué)生溝通，了解學(xué)生掌握知識(shí)的情況與興趣所向。與上述教學(xué)內(nèi)容改革相適應(yīng)，自編出版相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教材《電磁場(chǎng)與電磁波實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》，并在教學(xué)中采用。

二、教學(xué)方法改革

針對(duì)《電磁場(chǎng)與電磁波》課程理論性強(qiáng)，抽象，公式多，這種情況，我們?cè)诮虒W(xué)過程中對(duì)《電磁場(chǎng)與電磁波》課程的教學(xué)方法進(jìn)行改革和探索，采用多種有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的方法，總結(jié)一些有成效的舉措和經(jīng)驗(yàn)。

1.采取小班授課，讓學(xué)生積極參與。針對(duì)學(xué)院通信系大珩班的高要求，對(duì)大珩班采用小班授課，在教學(xué)過程中采用提問、討論、測(cè)驗(yàn)等方式，同時(shí)給學(xué)生有在同學(xué)面前講解習(xí)題、大量練習(xí)的機(jī)會(huì)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性，教學(xué)效果非常明顯。

2.采用隱性分層，分類指導(dǎo)。根據(jù)不同學(xué)生認(rèn)知水平的差異，結(jié)合“以學(xué)生的發(fā)展為本”的前提，采用隱性分層法教學(xué)，遵循“因材施教”的原則，面向全體學(xué)生，為每個(gè)學(xué)生提供適合各自發(fā)展水平和接受能力的電磁場(chǎng)相關(guān)教學(xué)，使各層次學(xué)生學(xué)有所成，感受到學(xué)習(xí)《電磁場(chǎng)與電磁波》的樂趣。

3.采用實(shí)例進(jìn)入課堂，提高課堂效率。對(duì)于大班授課的課堂，在課程建設(shè)過程中，加大理論課堂教學(xué)投入，把可以在課堂上演示電磁波的相關(guān)內(nèi)容制成動(dòng)畫，把前沿科學(xué)技術(shù)制成視頻帶入課堂，使課堂內(nèi)容直觀、充實(shí)。

4.采用理論實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。加強(qiáng)《電磁場(chǎng)與電磁波》課實(shí)踐課和理論課相結(jié)合與滲透，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合能力。理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)密切相關(guān)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求，保證理論教學(xué)為實(shí)踐教學(xué)打好堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，讓理論課教師參加實(shí)驗(yàn)教學(xué)，及時(shí)與學(xué)生溝通，了解學(xué)生掌握知識(shí)的情況與興趣所向。

三、教學(xué)手段改革

1.電磁場(chǎng)與電磁波程采用全方位、立體化、多視角的教學(xué)模式，發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，確定學(xué)生的主體地位。結(jié)合“電磁場(chǎng)與電磁波”課程理論性強(qiáng)、信息量大、概念抽象等特點(diǎn)，采用多媒體教學(xué)方法，通過形象化的動(dòng)態(tài)過程演示，根據(jù)《電磁場(chǎng)與電磁波》課程內(nèi)容的發(fā)展修改課件，加入錄像實(shí)例等，達(dá)到良好的教學(xué)效果。

2.教學(xué)過程中需要規(guī)范的板書，使課堂的條理性和層次性更加清晰，因此進(jìn)一步把傳統(tǒng)授課手段和多媒體教學(xué)等現(xiàn)代教育技術(shù)手段恰當(dāng)?shù)亟M合，揚(yáng)長避短，達(dá)到理想的教學(xué)效果。

3.不斷豐富網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，把相關(guān)教學(xué)課件、教案、大綱等上傳到網(wǎng)絡(luò)課程，在課后鞏固環(huán)節(jié)中，要求學(xué)生自主學(xué)習(xí)，充分利用網(wǎng)上教學(xué)資源，進(jìn)行課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)，真正提高教學(xué)效果。

4.完善試卷和成績分析。根據(jù)長春理工大學(xué)《長春理工大學(xué)關(guān)于試卷評(píng)閱與歸檔的管理辦法》，課程組要求教師明確試卷評(píng)閱教師責(zé)任，采取統(tǒng)一評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)和集體流水閱卷的方式進(jìn)行評(píng)卷。閱卷完成后，必須進(jìn)行試卷和成績科學(xué)、客觀的分析，組織課程組教師對(duì)考試結(jié)果進(jìn)行總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，指導(dǎo)教學(xué)。堅(jiān)持對(duì)試卷歸檔，統(tǒng)一管理，保證試卷歸檔的完整性與準(zhǔn)確性。近3年，《電磁場(chǎng)與電磁波》考試成績分布基本合理，成績單記載清楚、規(guī)范。試卷和成績分析科學(xué)、客觀，并能反饋指導(dǎo)教學(xué)，較好地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)建設(shè)

電磁場(chǎng)與電磁波實(shí)驗(yàn)是理論課教學(xué)的一個(gè)重要組成部分。根據(jù)教學(xué)的基本要求以及電子學(xué)人才培養(yǎng)的需要，課程組整合實(shí)驗(yàn)課程和教學(xué)內(nèi)容，形成從基礎(chǔ)訓(xùn)練到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的完整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，使學(xué)生能夠在理論課學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，由淺入深地學(xué)習(xí)電磁場(chǎng)與電磁波的相關(guān)知識(shí)，為射頻電路設(shè)計(jì)、無線通信技術(shù)、光纖通信、衛(wèi)星通信等相關(guān)領(lǐng)域的課程學(xué)習(xí)和科研打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.修訂實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，編寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。為了適應(yīng)開放實(shí)驗(yàn)室的要求，實(shí)驗(yàn)教材既有實(shí)驗(yàn)理論教學(xué)內(nèi)容，又有實(shí)驗(yàn)操作的教學(xué)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)教學(xué)層次分明，既包括基本部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、設(shè)計(jì)性部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，也包括綜合性部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，添加探究創(chuàng)新的部分內(nèi)容，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣，激發(fā)創(chuàng)造性的思維，達(dá)到最佳的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

2.加強(qiáng)《電磁場(chǎng)與電磁波》課實(shí)驗(yàn)課和理論課的結(jié)合與滲透。根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求，讓理論課教師參加實(shí)驗(yàn)教學(xué)，保證理論教學(xué)為實(shí)踐教學(xué)打好堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，使理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)緊密結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合能力。

3.利用網(wǎng)絡(luò)資源，建立開放實(shí)驗(yàn)室。利用國家級(jí)實(shí)驗(yàn)中心的優(yōu)勢(shì)，建立開放實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以利用網(wǎng)上預(yù)約系統(tǒng)自主預(yù)約，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)考核方法、儀器設(shè)備使用手冊(cè)、器件數(shù)據(jù)手冊(cè)等教學(xué)資源制成網(wǎng)絡(luò)課程上傳至網(wǎng)絡(luò)，讓學(xué)生自主下載學(xué)習(xí)、交流，開闊思路。

五、優(yōu)秀課程教材及相關(guān)資料建設(shè)和選取

1.教材選用國家“十五”、“十一五”規(guī)劃等教材。①謝處方、饒克謹(jǐn)，《電磁場(chǎng)與電磁波》（第四版），北京：高等教育出版社，2006年普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材。②蔡立娟、陳宇，《電磁場(chǎng)與電磁波實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》，長春理工大學(xué)校內(nèi)教材，2010年。

2.參考教材。①鐘順時(shí)，《電磁場(chǎng)基礎(chǔ)》，北京：清華大學(xué)出版社，2006年，21世紀(jì)高等學(xué)校電子信息工程型規(guī)劃教材；②焦其祥等，《電磁場(chǎng)與電磁波》，北京：科學(xué)出版社，2005年，21世紀(jì)高等院校教材；③王新穩(wěn)、李萍，《微波技術(shù)與天線》，北京：電子工業(yè)出版社，2002年，21世紀(jì)高等學(xué)校電子信息類教材；④馮慈璋，《電磁場(chǎng)》，北京：高等教育出版社，1999年，高等學(xué)校教材。

3.為了提高學(xué)生對(duì)理論課程的理解，課程梯隊(duì)提供大量的輔助教學(xué)資料。例如，制作《電磁場(chǎng)與電磁波》教學(xué)課件，推薦課外輔導(dǎo)書、指導(dǎo)光盤等，建立習(xí)題庫等。為了促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，擴(kuò)充知識(shí)面，學(xué)院資料室向?qū)W生全面開放。學(xué)院資料室現(xiàn)藏書兩萬余冊(cè)，期刊一百余種，其中與本課程相關(guān)書籍或期刊500余種，許多參考書配有參考課件、光盤，可供學(xué)生課堂內(nèi)外使用，效果良好。另外，學(xué)校網(wǎng)絡(luò)資源豐富，學(xué)生可以充分利用網(wǎng)絡(luò)資源和多媒體課件，收集、閱讀相關(guān)知識(shí)，提高學(xué)習(xí)興趣。

長春理工大學(xué)《電磁場(chǎng)與電磁波》優(yōu)秀課課程組將繼續(xù)在教學(xué)中不斷摸索、前進(jìn)，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，服務(wù)學(xué)生與社會(huì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅三桂.現(xiàn)代教學(xué)理念下的教學(xué)方法改革[J].中國高等教育，2009，（6）：11-13.

[2]李慧，劉克平，尤文.自動(dòng)化專業(yè)精品課建設(shè)的研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，（10）：306-308.

[3]蔡立娟，陳宇，楊立波.淺談“電磁場(chǎng)與電磁波”課程教學(xué)改革[J].教育與職業(yè)，2010，（30）：136-138.

篇4

關(guān)鍵詞：雷達(dá)；超聲波；物位檢測(cè)

1 概述

物位是工業(yè)過程監(jiān)控的重要目標(biāo)參數(shù)，在熱電廠內(nèi)各種罐體、料倉、水池的連續(xù)物位測(cè)量中，雷達(dá)和超聲波兩種原理的物位計(jì)應(yīng)用廣泛。在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)師們對(duì)雷達(dá)和超聲波物位計(jì)的選型依據(jù)業(yè)主的要求以及自身的經(jīng)驗(yàn)，故兩者在應(yīng)用場(chǎng)合沒有較明確的界限劃分。針對(duì)這兩種物位計(jì)的選擇應(yīng)用，作者談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

2 原理簡述

2.1 雷達(dá)物位計(jì)

雷達(dá)物位計(jì)按其工作方式，主要分為脈沖式和連續(xù)調(diào)頻式。

脈沖式雷達(dá)物位計(jì)，采用微波“發(fā)射反射接收”的原理：從天線發(fā)射出的電磁波信號(hào)，在被測(cè)物料表面產(chǎn)生反射，反射的回波信號(hào)被雷達(dá)系統(tǒng)接收，通過電子單元計(jì)算出發(fā)射至接收的行程時(shí)間（t）。因電磁波的物理特性與可見光相似，取光速（c）作為傳播速度，進(jìn)而可換算得出物位值（如圖1所示）：L=E-D=E-c.t/2。

連續(xù)調(diào)頻式（FMCW）雷達(dá)物位計(jì)的測(cè)量原理有別于脈沖式，電磁波信號(hào)被液面反射后，回波被天線接收，接收到的回波頻率與此時(shí)發(fā)射信號(hào)波的頻率相比，兩者存在差異，此頻率差的大小與到液面的距離成正比。如圖2所示：

2.2 超聲波物位計(jì)

與脈沖式雷達(dá)物位計(jì)相似，超聲波物位計(jì)也是利用波的反射原理，通過時(shí)差法進(jìn)行物位測(cè)量。兩者之間的差別僅為雷達(dá)采用的為電磁波，其傳播無需介質(zhì)，而超聲波物位計(jì)采用的為機(jī)械波。由于機(jī)械波的物理特性決定其傳播必須借助一定介質(zhì)，所以當(dāng)介質(zhì)的壓力、溫度、密度、濕度等條件恒定時(shí)，超聲波在該介質(zhì)中的傳播速度是一個(gè)常數(shù)。因此，當(dāng)超聲波發(fā)射遇到物面后，傳播路徑上的介質(zhì)密度發(fā)生變化，超聲波被反射，測(cè)量超聲波從發(fā)射到接收所需要的時(shí)間，即可換算出超聲波通過的路程，從而得到了物位的數(shù)據(jù)。

3 特性及選型注意事項(xiàng)

3.1 雷達(dá)物位計(jì)

雷達(dá)物位計(jì)選型，需綜合考慮介質(zhì)的介電常數(shù)、料倉高度、物料形態(tài)及穩(wěn)定性等方面的因素，從而選擇確定物位計(jì)工作方式、微波頻率、波束角以及天線型式。

3.1.1 介電常數(shù)

由于電磁波的衰減系數(shù)與介質(zhì)的介電常數(shù)的平方根成反比，因此，被測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)越大，電磁波的衰減越少，物位計(jì)接受到的反射信號(hào)也就越強(qiáng)，即測(cè)量可以得到更好的保證。以E+H MicropilotM FMR50系列雷達(dá)物位計(jì)為例，表1和圖3顯示，同型號(hào)雷達(dá)，對(duì)于低介電常數(shù)介質(zhì)，其測(cè)量的量程范圍明顯縮小。特別針對(duì)A類介質(zhì)，普通的安裝方式甚至不能滿足測(cè)量要求。

3.1.2 物料形態(tài)及穩(wěn)定性

當(dāng)物料為固體或粉末狀態(tài)時(shí)，由于折射、漫散射等影響，使有效的回波減少，雜波增加。同樣，當(dāng)測(cè)量波動(dòng)表面時(shí)，也存在有效回波檢測(cè)困難的情況。

3.1.3 措施

不論是介電常數(shù)還是物料形態(tài)穩(wěn)定性的問題，通過雷達(dá)的檢測(cè)原理即可確定，要保證測(cè)量的可靠性，必需減少信號(hào)衰減，增加有效回波數(shù)量。

根據(jù)電磁波的特性，當(dāng)波束角確定時(shí)，電磁波的頻率越高，在單位面積上積聚的能量越大，電磁波的衰減越小，從而雷達(dá)物位計(jì)的測(cè)量精度也就越高。在實(shí)際運(yùn)用中，脈沖式雷達(dá)物位計(jì)采用的電磁波段主要為C段（低頻）和K段（高頻）兩種，兩者主要性能對(duì)比如表2。

通常，波束角的大小與天線的尺寸成反比，天線越大，波束角越小，相同頻率的波在單位面積上聚集的能量也就越大。針對(duì)固體、粉末類介質(zhì)，且儲(chǔ)罐條件比較復(fù)雜的場(chǎng)合，在選擇高頻雷達(dá)的同時(shí)，應(yīng)采用大尺寸天線（例如拋物面天線）以提高測(cè)量精度。

由于外界雜波的干擾對(duì)普通非接觸式雷達(dá)的信號(hào)判斷及處理能力提出很高的要求，采用導(dǎo)波雷達(dá)或者增加導(dǎo)波管（液體測(cè)量）的方式較好地解決了微波傳輸穩(wěn)定性的問題。除此之外，因電磁波的回波時(shí)間不因介電常數(shù)的變化而變化，僅為信號(hào)強(qiáng)度有差，所以導(dǎo)波式測(cè)量是低介電常數(shù)介質(zhì)物位測(cè)量的優(yōu)選方式。

連續(xù)調(diào)頻式雷達(dá)物位計(jì)，因其獨(dú)特的信號(hào)分析處理技術(shù)，具有高靈敏度、良好的穩(wěn)定性和信號(hào)自動(dòng)校準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，被視為是復(fù)雜條件物位測(cè)量的優(yōu)選方案，特別適用于極度粉塵并伴有高溫場(chǎng)合以及超低介電常數(shù)介質(zhì)的物位測(cè)量。精度可達(dá)±0.5mm，測(cè)量范圍可達(dá)100m。由于采用調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)，物位計(jì)功耗較大（5～10W），為常規(guī)脈沖式雷達(dá)物位計(jì)的10倍左右，常規(guī)采用220VAC四線制接線方式。但隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已有應(yīng)用良好的24VDC兩線制產(chǎn)品，例如西門子SITRANS LR560等。

3.2 超聲波物位計(jì)

超聲波液位計(jì)，因聲波的傳播速度與傳播介質(zhì)的溫度、壓力以及被測(cè)介質(zhì)的特性等均有關(guān)系，受外界因素的制約較大，常被用于簡單工況穩(wěn)定物位的測(cè)量。

3.2.1 常見影響因素

所有外界因素，對(duì)超聲波信號(hào)而言，其最終的體現(xiàn)均為信號(hào)的衰減。常見的影響因素及其程度如表3。

3.2.2 測(cè)量范圍計(jì)算

超聲波物位計(jì)，與雷達(dá)物位計(jì)相比，因其聲波自身的物理特性決定，其測(cè)量范圍（一般不超15m）要小于雷達(dá)。在工程實(shí)際應(yīng)用中，通過分析外界因素對(duì)信號(hào)的衰減影響，比較物位計(jì)理論測(cè)量值，得出可實(shí)際應(yīng)用的測(cè)量范圍。以E+H Prosonic M FMU4x系列為例：

測(cè)量熱電廠渣倉料位，固體物料表面因素衰減約40dB，粉塵影響約10dB，假設(shè)無其余因素影響，查圖4，F(xiàn)MU43的可用測(cè)量約4.8m。若此量程能滿足工藝檢測(cè)要求，則可采用超聲波，否則需另選物位計(jì)。

3.3 特性比較

超聲波測(cè)量鑒于被測(cè)介質(zhì)的密度，其受溫度和壓力的影響較大，不同密度下超聲波傳播速度不同，信號(hào)修正困難。另外，超聲波的發(fā)生是通過壓電晶體的機(jī)械振動(dòng)，當(dāng)外界壓力太大時(shí)會(huì)影響超聲波的產(chǎn)生，所以不可用于壓力較高或負(fù)壓的場(chǎng)合，通常只用在常壓容器。一般情況下，超聲波液位計(jì)使用溫度不可超過80℃，壓力需在0.3MPa以內(nèi)。而雷達(dá)受此影響不大，可以用在高溫、高壓工況下。

由于機(jī)械波易受傳播介質(zhì)的影響，能量衰減也相對(duì)較大，在氣態(tài)或者不均勻介質(zhì)中表現(xiàn)更明顯。在相同能量下，電磁波的傳播性比超聲波要好很多，因此雷達(dá)物位計(jì)的可使用量程范圍也比超聲波要大，特別現(xiàn)在采用高頻和連續(xù)調(diào)頻技術(shù)，使得其量程范圍進(jìn)一步增大。

因雷達(dá)物位計(jì)對(duì)環(huán)境和介質(zhì)本身產(chǎn)生的擾動(dòng)分辨能力更強(qiáng)，也就可以更好地消除干擾，使得其能更好地保證測(cè)量精度。相比而言，超聲波物位計(jì)因易受外界干擾影響，實(shí)際的測(cè)量精度較差。

3.4 選型應(yīng)用

在熱電廠中，物位的測(cè)量主要為煤、石灰石、渣、灰等固體或粉末類介質(zhì)，以及部分水、油、酸堿液態(tài)介質(zhì)，對(duì)于上述介質(zhì)的物位測(cè)量，分析雷達(dá)和超聲波物位計(jì)的原理和特點(diǎn)，選型如下：

（1）因雷達(dá)采用電磁波，不需要傳播媒介，可以應(yīng)用于真空工況。例如導(dǎo)波雷達(dá)，現(xiàn)被用于凝汽器熱井水位的測(cè)量，而超聲波則不適用。

（2）煤粉倉、灰渣庫等低介電常數(shù)并伴有粉塵的固態(tài)或粉末狀態(tài)物料，因聲波會(huì)有很大的衰減，所以一般不應(yīng)選用超聲波物位計(jì)。選用雷達(dá)時(shí)，應(yīng)選擇高頻雷達(dá)，并選用例如拋物面天線等此類的大尺寸小波束角天線。當(dāng)安裝條件允許時(shí)，也可采用纜式（小量程采用桿式）天線來降低介質(zhì)特性本身以及外界干擾對(duì)測(cè)量帶來的影響，但應(yīng)做好天線端部固定工作。

（3）對(duì)于液氨、濃鹽酸等易揮發(fā)或擴(kuò)散形成霧氣的儲(chǔ)罐液位測(cè)量，或者是液面可能產(chǎn)生泡沫（例如循環(huán)水池）時(shí)，導(dǎo)波雷達(dá)將是很好的選擇，但需要注意儲(chǔ)罐的尺寸，若為小型儲(chǔ)罐，則建議采用高頻非接觸雷達(dá)+導(dǎo)波管的測(cè)量型式。

（4）針對(duì)高壓加熱器水位、汽包水位等高溫高壓且存在汽水共騰工況的液位測(cè)量，可選用高溫高壓型同軸導(dǎo)波雷達(dá)。同軸探頭，加上氣相補(bǔ)償、等時(shí)采樣等技術(shù)的應(yīng)用，使得在沸騰的腔體內(nèi)，雷達(dá)也能有穩(wěn)定可靠的讀數(shù)。西門子LG200、E+H FMP54等產(chǎn)品均已在電廠此類場(chǎng)合的液位測(cè)量中得到很好的應(yīng)用。

（5）由于雷達(dá)物位計(jì)產(chǎn)生高頻電磁波的電子電路相對(duì)復(fù)雜，使得產(chǎn)品價(jià)格較高。因此，在精度要求不是特別高或測(cè)量理想液面（例如平靜光滑的脫鹽水儲(chǔ)罐、點(diǎn)火油罐等液位）時(shí)，超聲波物位計(jì)就體現(xiàn)了很好的性價(jià)比。另外，若為統(tǒng)一選型，減少物位計(jì)的種類考慮，經(jīng)濟(jì)型低頻雷達(dá)也是較好的選擇方案。

4 結(jié)束語

雷達(dá)和超聲波兩種類型的物位計(jì)均是工業(yè)物位測(cè)量的良好解決方案，其選型應(yīng)用需根據(jù)過程工況、介質(zhì)特性決定，并結(jié)合安裝條件、使用環(huán)境等外界因素。經(jīng)濟(jì)適用、更好的性價(jià)比是設(shè)計(jì)人員選型的重要依據(jù)，也是現(xiàn)代工廠精細(xì)化管理追求良好效益的基礎(chǔ)條件。

參考文獻(xiàn)

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[2]王小林.西門子煤倉料位計(jì)探討[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊，2010（10）：191-192.

[3]Endress+Hauser.TI軟件中文版[Z].2015.

篇5

關(guān)鍵詞：電子設(shè)備電磁兼容性干擾源有效抑制

1引言

隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代的電子設(shè)備已廣泛地應(yīng)用于人類生活的各個(gè)領(lǐng)域。當(dāng)前，電子設(shè)備已處速發(fā)展的時(shí)期，并且這個(gè)發(fā)展過程仍以日益增長的速度持續(xù)著。電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，必然導(dǎo)致它們?cè)谄渲車臻g產(chǎn)生的電磁場(chǎng)電平的不斷增加。也就是說，電子設(shè)備不可避免地在電磁環(huán)境（EME）中工作。因此，必須解決電子設(shè)備在電磁環(huán)境中的適應(yīng)能力。電磁兼容性（EMC）是一門關(guān)于抗電磁干擾（EMI）影響的科學(xué)。目前，就世界范圍來說，電磁兼容性問題已經(jīng)形成一門新的學(xué)科。電磁兼容的中心課題是研究控制和消除電磁干擾，使電子設(shè)備或系統(tǒng)與其它設(shè)備聯(lián)系在一起工作時(shí)，不引起設(shè)備或系統(tǒng)的任何部分的工作性能的惡化或降低。一個(gè)設(shè)計(jì)理想的電子設(shè)備或系統(tǒng)應(yīng)該既不輻射任何不希望的能量，又應(yīng)該不受任何不希望有的能量的影響。

2電磁干擾源的分類

各種形式的電磁干擾是影響電子設(shè)備電磁兼容性的主要因素，因此，它是電磁兼容性設(shè)計(jì)中需要研究的重要內(nèi)容。

2－1內(nèi)部干擾

內(nèi)部干擾是指電子設(shè)備內(nèi)部各元部件之間的相互干擾，包括以下幾種。

（1）工作電源通過線路的分布電容和絕緣電阻產(chǎn)生漏電造成的干擾；(與工作頻率有關(guān))

（2）信號(hào)通過地線、電源和傳輸導(dǎo)線的阻抗互相耦合，或?qū)Ь€之間的互感造成的干擾；

（3）設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部某些元件發(fā)熱，影響元件本身或其它元件的穩(wěn)定性造成的干擾；

（4）大功率和高電壓部件產(chǎn)生的磁場(chǎng)、電場(chǎng)通過耦合影響其它部件造成的干擾。

2－2外部干擾

外部干擾是指電子設(shè)備或系統(tǒng)以外的因素對(duì)線路、設(shè)備或系統(tǒng)的干擾，包括以下幾種。

（1）外部的高電壓、電源通過絕緣漏電而干擾電子線路、設(shè)備或系統(tǒng)；

（2）外部大功率的設(shè)備在空間產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)，通過互感耦合干擾電子線路、設(shè)備或系統(tǒng)；

（3）空間電磁波對(duì)電子線路或系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾；

（4）工作環(huán)境溫度不穩(wěn)定，引起電子線路、設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部元器件參數(shù)改變?cè)斐傻母蓴_；

（5）由工業(yè)電網(wǎng)供電的設(shè)備和由電網(wǎng)電壓通過電源變壓器所產(chǎn)生的干擾。

3干擾的傳遞途徑

當(dāng)干擾源的頻率較高、干擾信號(hào)的波長又比擾的對(duì)象結(jié)構(gòu)尺寸小，或者干擾源與擾者之間的距離r>>λ／2π時(shí)，則干擾信號(hào)可以認(rèn)為是輻射場(chǎng)，它以平面電磁波形式向外副射電磁場(chǎng)能量進(jìn)入擾對(duì)象的通路。

（2）干擾信號(hào)以漏電和耦合形式，通過絕緣支承物等（包括空氣）為媒介，經(jīng)公共阻抗的耦合進(jìn)入擾的線路、設(shè)備或系統(tǒng)。

如果干擾源的頻率較低，干擾信號(hào)的波長λ比擾對(duì)象的結(jié)構(gòu)尺寸長，或者干擾源與干擾對(duì)象之間的距離r<<λ／2π，則干擾源可以認(rèn)為是似穩(wěn)場(chǎng)，它以感應(yīng)場(chǎng)形式進(jìn)入擾對(duì)象的通路。

（3）干擾信號(hào)可以通過直接傳導(dǎo)方式引入線路、設(shè)備或系統(tǒng)。

4電磁兼容性設(shè)計(jì)的基本原理

4－1接地

接地是電子設(shè)備的一個(gè)很重要問題。接地目的有三個(gè)：

（1）接地使整個(gè)電路系統(tǒng)中的所有單元電路都有一個(gè)公共的參考零電位，保證電路系統(tǒng)能穩(wěn)定地干作。

（2）防止外界電磁場(chǎng)的干擾。機(jī)殼接地可以使得由于靜電感應(yīng)而積累在機(jī)殼上的大量電荷通過大地泄放，否則這些電荷形成的高壓可能引起設(shè)備內(nèi)部的火花放電而造成干擾。另外，對(duì)于電路的屏蔽體，若選擇合適的接地，也可獲得良好的屏蔽效果。

（3）保證安全工作。當(dāng)發(fā)生直接雷電的電磁感應(yīng)時(shí)，可避免電子設(shè)備的毀壞；當(dāng)工頻交流電源的輸入電壓因絕緣不良或其它原因直接與機(jī)殼相通時(shí)，可避免操作人員的觸電事故發(fā)生。此外，很多醫(yī)療設(shè)備都與病人的人體直接相連，當(dāng)機(jī)殼帶有110V或220V電壓時(shí)，將發(fā)生致命危險(xiǎn)。

因此，接地是抑制噪聲防止干擾的主要方法。接地可以理解為一個(gè)等電位點(diǎn)或等電位面，是電路或系統(tǒng)的基準(zhǔn)電位，但不一定為大地電位。為了防止雷擊可能造成的損壞和工作人員的人身安全，電子設(shè)備的機(jī)殼和機(jī)房的金屬構(gòu)件等，必須與大地相連接，而且接地電阻一般要很小，不能超過規(guī)定值。

電路的接地方式基本上有三類，即單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地。單點(diǎn)接地是指在一個(gè)線路中，只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn)。其它各個(gè)需要接地的點(diǎn)都直接接到這一點(diǎn)上。多點(diǎn)接地是指某一個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)接地點(diǎn)都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引線的長度最短。接地平面，可以是設(shè)備的底板，也可以是貫通整個(gè)系統(tǒng)的地導(dǎo)線，在比較大的系統(tǒng)中，還可以是設(shè)備的結(jié)構(gòu)框架等等?；旌辖拥厥菍⒛切┲恍韪哳l接地點(diǎn)，利用旁路電容和接地平面連接起來。但應(yīng)盡量防止出現(xiàn)旁路電容和引線電感構(gòu)成的諧振現(xiàn)象。

4－2屏面

屏蔽就是對(duì)兩個(gè)空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離，以控制電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁波由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)區(qū)域的感應(yīng)和輻射。具體講，就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個(gè)系統(tǒng)的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場(chǎng)向外擴(kuò)散；用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來，防止它們受到外界電磁場(chǎng)的影響。

因?yàn)槠帘误w對(duì)來自導(dǎo)線、電纜、元部件、電路或系統(tǒng)等外部的干擾電磁波和內(nèi)部電磁波均起著吸收能量（渦流損耗）、反射能量（電磁波在屏蔽體上的界面反射）和抵消能量（電磁感應(yīng)在屏蔽層上產(chǎn)生反向電磁場(chǎng)，可抵消部分干擾電磁波）的作用，所以屏蔽體具有減弱干擾的功能。

屏蔽體材料選擇的原則是：

（1）當(dāng)干擾電磁場(chǎng)的頻率較高時(shí)，利用低電阻率（高電導(dǎo)率）的金屬材料中產(chǎn)生的渦流（P=I2R，電阻率越低（電導(dǎo)率越高），消耗的功率越大），形成對(duì)外來電磁波的抵消作用，從而達(dá)到屏蔽的效果。

（2）當(dāng)干擾電磁波的頻率較低時(shí)，要采用高導(dǎo)磁率的材料，從而使磁力線限制在屏蔽體內(nèi)部，防止擴(kuò)散到屏蔽的空間去。

（3）在某些場(chǎng)合下，如果要求對(duì)高頻和低頻電磁場(chǎng)都具有良好的屏蔽效果時(shí)，往往采用不同的金屬材料組成多層屏蔽體。

4－3其它抑制干擾方法

（1）濾波

濾波是抑制和防止干擾的一項(xiàng)重要措施。濾波器可以顯著地減小傳導(dǎo)干擾的電平，因?yàn)楦蓴_頻譜成份不等于有用信號(hào)的頻率，濾波器對(duì)于這些與有用信號(hào)頻率不同的成份有良好的抑制能力，從而起到其它干擾抑制難以起到的作用。所以，采用濾波網(wǎng)絡(luò)無論是抑制干擾源和消除干擾耦合，或是增強(qiáng)接收設(shè)備的抗干擾能力，都是有力措施。用阻容和感容去耦網(wǎng)絡(luò)能把電路與電源隔離開，消除電路之間的耦合，并避免干擾信號(hào)進(jìn)入電路。對(duì)高頻電路可采用兩個(gè)電容器和一個(gè)電感器（高頻扼流圈）組成的CLCMπ型濾波器。濾波器的種類很多，選擇適當(dāng)?shù)臑V波器能消除不希望的耦合。

（2）正確選用無源元件

實(shí)用的無源元件并不是“理想”的，其特性與理想的特性是有差異的。實(shí)用的元件本身可能就是一個(gè)干擾源，因此正確選用無源元件非常重要。有時(shí)也可以利用元件具有的特性進(jìn)行抑制和防止干擾。

（3）電路技術(shù)

有時(shí)候采用屏蔽后仍不能滿足抑制和防止干擾的要求，可以結(jié)合屏蔽，采取平衡措施等電路技術(shù)。平衡電路是指雙線電路中的兩根導(dǎo)線與連接到這兩根導(dǎo)線的所有電路，對(duì)地或?qū)ζ渌鼘?dǎo)線都具有相同的阻抗。其目的在于使兩根導(dǎo)線所檢拾到的干擾信號(hào)相等。這時(shí)的干擾噪聲是一個(gè)共態(tài)信號(hào)，可在負(fù)載上自行消失。另外，還可采用其它一些電路技術(shù)，例如接點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，整形電路，積分電路和選通電路等等?？傊?，采用電路技術(shù)也是抑制和防止干擾的重要措施。

5電磁兼容性問題的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)

干擾特別委員會(huì)（CISPR），主要研究無線電系統(tǒng)中干擾噪聲的測(cè)量。1976年，CISPR開始制訂電磁干擾的EMI標(biāo)準(zhǔn)。1900年10月在幾經(jīng)修訂基礎(chǔ)上公布再版標(biāo)準(zhǔn)，隨后該委員會(huì)還與國際無線通信資詢委員會(huì)一起審議，為電子產(chǎn)品電磁兼容性的檢測(cè)制訂數(shù)據(jù)要求及具體方法。制訂了以信息技術(shù)裝置噪聲為對(duì)象的“工業(yè)、科學(xué)及醫(yī)療用無線電儀器的干擾特性允許值及其測(cè)量方法”（標(biāo)準(zhǔn)11號(hào)）；“車輛、機(jī)動(dòng)船和火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置無線電干擾特性的測(cè)量方法及允許值”（標(biāo)準(zhǔn)12號(hào)）；“無線電和電視接收機(jī)的無線電干擾特性的測(cè)量方法及允許值”（標(biāo)準(zhǔn)13號(hào)）等。直至1992年中期，國際EMI標(biāo)準(zhǔn)才最終完善起來。CISPR推薦的容限已為世界上許多國家所采納，并作為其國家條例的基礎(chǔ)。

無線電發(fā)射機(jī)功率電平是影響周圍無線電電子設(shè)備，產(chǎn)生干擾電平的一個(gè)重要因素。因此無線電發(fā)射機(jī)功率電平應(yīng)該受到限制。例如，根據(jù)無線電通信咨詢委員會(huì)357-1號(hào)建議，在衛(wèi)星通信系統(tǒng)和地面微波中繼通信線路共同使用的（5800～8100MHz）頻段上，當(dāng)給到天線上的功率不超過13dBW時(shí)，應(yīng)該限制微波中繼通信線路的發(fā)射機(jī)有效輻射功率（即發(fā)射機(jī)功率和天線增益的乘積）數(shù)值為55dBW。建議同時(shí)限制衛(wèi)星通信的地面站的功率及通信衛(wèi)星輻射功率通量密度。許多其它的無線電業(yè)務(wù)，例如業(yè)余無線電愛好者的，移動(dòng)通信系統(tǒng)等的發(fā)射機(jī)功率的最大值也應(yīng)該受到限制。

頻率規(guī)劃在全國和全世界范圍內(nèi)已被廣泛采用，是提高射頻資源利用率的一種途徑，也是保證無線電電子設(shè)備電磁兼容性的重要措施之一。因此應(yīng)嚴(yán)格按照國際協(xié)議（無線電頻率分配表）和全國文件，實(shí)行國家、地區(qū)的頻帶劃分和業(yè)務(wù)之間的頻帶分配。根據(jù)頻率—空間分配的原理進(jìn)行無線頻道分配。頻率規(guī)劃必須保證每個(gè)無線電電子設(shè)備干擾電平最小，或消除干擾，由國家無線電管理委員會(huì)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)。

近年來，我國許多部門都在開展電磁兼容性的試驗(yàn)研究和有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。例如，國家標(biāo)準(zhǔn)GB3907-83為工業(yè)無線電干擾基本測(cè)量方法；GB4824.1-84為工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療射頻設(shè)備無線電干擾允許值；GB6279-86為車輛、機(jī)動(dòng)船和火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置無線電特性測(cè)量方法及允許值等。國家無線電管理委員會(huì)對(duì)工、科、醫(yī)等電子設(shè)備的使用頻率、帶寬和最大輻射場(chǎng)強(qiáng)都作出了具體規(guī)定。這對(duì)保證電子設(shè)備的正常工作和人民的正常生活以及促進(jìn)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)更迅速發(fā)展，都起了重要的作用。

6一些典型電磁兼容性問題的解決

由于電子技術(shù)在各行各業(yè)中的廣泛應(yīng)用，在人類活動(dòng)的空間無處不充斥著電磁波，因此，電子設(shè)備不解決電磁波干擾問題，就不能兼容工作。在實(shí)際應(yīng)用中，人們?cè)谘芯靠垢蓴_技術(shù)方面也積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，不斷地研究出許多實(shí)用的方法來消除電磁干擾。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)汽車工作時(shí)，電磁干擾相當(dāng)突出，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞電子元器件。因此，汽車電子設(shè)備的電磁環(huán)境最為惡劣，汽車電子設(shè)備的電磁兼容性問題也特別受到人們的重視。汽車點(diǎn)火所產(chǎn)生的高頻輻射最為突出。日本和美國等先進(jìn)國家的環(huán)保部門為防止汽車電氣噪聲對(duì)環(huán)境的污染，規(guī)定只能使用帶阻尼（如碳芯）的屏蔽線作為點(diǎn)火線，實(shí)踐表明這是很有效的措施。

為了解決微電技術(shù)，尤其是計(jì)算機(jī)在汽車上的應(yīng)用和推廣，根據(jù)需要和實(shí)際要求，可以設(shè)計(jì)出效果良好的濾波電路，置于前級(jí)可使大多數(shù)因傳導(dǎo)而進(jìn)入系統(tǒng)的干擾噪聲消除在電路系統(tǒng)的入口處；可以設(shè)置隔離電路，如變壓器隔離和光電隔離等解決通過電源線、信號(hào)線和地線進(jìn)入電路的傳導(dǎo)干擾，同時(shí)阻止因公共阻抗、長線傳輸而引起的干擾；也可以設(shè)置能量吸收回路，從而減少電路、器件吸收的噪聲能量；或通過選擇元器件和合理安排電路系統(tǒng)，使干擾的影響減小。

微機(jī)設(shè)備的軟件抗干擾主要是穩(wěn)定內(nèi)存數(shù)據(jù)和保證程序指針。微機(jī)是一個(gè)可編程控制裝置，軟件可以支持和加強(qiáng)硬件的抗干擾能力。如果微機(jī)系統(tǒng)中隨機(jī)內(nèi)存RAM主要用于測(cè)量和控制時(shí)數(shù)據(jù)的暫時(shí)存放，內(nèi)存空間較小，對(duì)存放的數(shù)據(jù)而言，若將采集到的幾組數(shù)據(jù)求平均值作為采樣結(jié)果，可避免在采集時(shí)因干擾而破壞了數(shù)據(jù)的真實(shí)性；如果存放在隨機(jī)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)因干擾而丟失或者數(shù)據(jù)發(fā)生變化，可以在隨機(jī)內(nèi)存區(qū)設(shè)置檢驗(yàn)標(biāo)志；為了減少干擾對(duì)隨機(jī)內(nèi)存區(qū)的破壞，可在隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片的寫信號(hào)線上加觸發(fā)裝置，只有在CPU寫數(shù)據(jù)時(shí)才發(fā)。軟件抗干擾的措施也很多，如數(shù)字濾波程序、抗窄脈沖的延時(shí)程序、邏輯狀態(tài)的真?zhèn)闻袆e等。有時(shí)候，必須采用軟件和硬件相結(jié)合的辦法才能抑制干擾，常用的辦法是設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，從而保護(hù)程序正常運(yùn)行。

近年來，電子儀器向著“輕、薄、短、小”和多功能、高性能及成本低方向發(fā)展。塑料機(jī)箱、塑料部件或面板廣泛地應(yīng)用于電子儀器上，于是外界電磁波很容易穿透外殼或面板，對(duì)儀器的正常工作產(chǎn)生有害的干擾，而儀器所產(chǎn)生的電磁波，也非常容易輻射到周圍空間，影響其它電子儀器的正常工作。為了使這種電子儀器能滿足電磁兼容性要求，人們?cè)趯?shí)踐中，研究出塑料金屬化處理的工藝方法，如濺射鍍鋅、真空鍍（AL）、電鍍或化學(xué)鍍銅、粘貼金屬箔（Cu或AL）和涂覆導(dǎo)電涂料等。經(jīng)過金屬化處理之后，使完全絕緣的塑料表面或塑料本身（導(dǎo)電塑料）具有金屬那樣反射（如手機(jī)）。吸收、傳導(dǎo)和衰減電磁波的特性，從而起到屏蔽電磁波干擾的作用。實(shí)際應(yīng)用中，采用導(dǎo)電涂料作屏蔽涂層，性能優(yōu)良而且價(jià)格適宜。在需要屏蔽的地方，做成一個(gè)封閉的導(dǎo)電殼體并接地，把內(nèi)外兩種不同的電磁波隔離開。實(shí)踐表明，若屏蔽材料能達(dá)到（30～40）dB以上衰減量的屏蔽效果時(shí)，就是實(shí)用、可行的。

由于電子技術(shù)應(yīng)用廣泛，而且各種干擾設(shè)備的輻射很復(fù)雜，要完全消除電磁干擾是不可能的。但是，根據(jù)電磁兼容性原理，可以采取許多技術(shù)措施減小電磁干擾，使電磁干擾控制到一定范圍內(nèi)，從而保證系統(tǒng)或設(shè)備的兼容性，例如，通信系統(tǒng)最初設(shè)計(jì)時(shí)，就應(yīng)該嚴(yán)格進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)電波測(cè)試，有針對(duì)性地選擇頻率及極化方式，避開雷達(dá)、移動(dòng)通信等雜波干擾；高壓線選擇路徑時(shí)，應(yīng)盡量繞開無線電臺(tái)（站）或充分利用接收地段的地形、地物屏蔽；接收設(shè)備與工業(yè)干擾源設(shè)備適當(dāng)配置，使接收設(shè)備與各種工業(yè)干擾源離開一定距離；在微波通信電路設(shè)計(jì)中，為了減少干擾，可采用天線高低站方式調(diào)整微波電路反射點(diǎn)，并利用山頭阻擋反射波，使之不能對(duì)直射波形成干擾。另外，微波鐵塔是獨(dú)立的高大建筑物，應(yīng)采用完善的接地、屏蔽等避雷措施。

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電磁仿真可以做到非常準(zhǔn)確和精確，但往往需要花費(fèi)太多的時(shí)間和龐大的計(jì)算機(jī)資源，非常昂貴。因此需要有效實(shí)用的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，在設(shè)計(jì)過程中盡可能地減少對(duì)CPU的要求和高精細(xì)的電磁場(chǎng)仿真。出于同樣的原因，對(duì)微波結(jié)構(gòu)建立快速而精確的模型的技術(shù)也至關(guān)重要。

本書介紹了最先進(jìn)的微波設(shè)計(jì)優(yōu)化和建模方法。由國際上從事微波計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的著名專家學(xué)者對(duì)電磁場(chǎng)仿真設(shè)計(jì)微波器件的最新發(fā)展和和廣泛的應(yīng)用范圍進(jìn)行總結(jié)和回顧，主要包括常規(guī)和新型設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)，利用伴隨矩陣的敏感性方法，基于仿真的調(diào)整和映射空間等一些建模方法，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和克里格方法。本書還給出了實(shí)際應(yīng)用和案例研究，包括微波濾波器、天線、基片集成結(jié)構(gòu)及各種有源元件和電路。書中還包含了一些教學(xué)型的章節(jié)加強(qiáng)讀者對(duì)優(yōu)化和建模的認(rèn)識(shí)，介紹了基于梯度的方法，以及有限差分和有限元方等一些基本原理。

本書適用于電氣工程專業(yè)的研究生和科研工作者，以及需要使用數(shù)值優(yōu)化設(shè)計(jì)的工程師，也適用于天線設(shè)計(jì)、微波工程、計(jì)算電磁學(xué)等領(lǐng)域的研究人員。

楊盈瑩，助理研究員

（中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所）

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關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)；勘察技術(shù)；工作原理；電磁波探測(cè)；手段

中圖分類號(hào)：[TB16] 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

1前言

地質(zhì)雷達(dá)作為勘察高新技術(shù)方法，以其分辨率高、定位準(zhǔn)確、快速經(jīng)濟(jì)、靈活方便、剖面直觀、實(shí)時(shí)圖象顯示等優(yōu)點(diǎn)，備受廣大工程技術(shù)人員的青睞?，F(xiàn)已成功地應(yīng)用于巖土工程勘察、工程質(zhì)量無損檢測(cè)、水文地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)資源研究、生態(tài)環(huán)境檢測(cè)、城市地下管網(wǎng)普查、文物及考古探測(cè)等眾多領(lǐng)域，取得了顯著的探測(cè)效果和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，并在工程實(shí)踐中不斷完善和提高，必將在工程探測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮著愈來愈重要的作用。

2地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的基本原理與特點(diǎn)

2.1地質(zhì)雷達(dá)的工作原理

地質(zhì)雷達(dá)是一種使用高頻電磁波探測(cè)地下介質(zhì)分布的非破壞性探測(cè)儀器。它通過剖面掃描的方式獲得地下斷面的掃描圖像。雷達(dá)通過在地面上移動(dòng)的發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻電磁波，向地下定向發(fā)射的電磁波，遇到不同的電性界面就會(huì)發(fā)生反射，電介質(zhì)間的電性差異越大，反射回波能量也越大。反射到地面的電磁波被與發(fā)射天線同步移動(dòng)的接收天線接收后，通過雷達(dá)主機(jī)精確地記錄下反射回波到達(dá)的時(shí)間、相位、振幅、波長等特征，再通過信號(hào)疊加放大、濾波降噪、圖像合成等數(shù)據(jù)加工處理手段，形成地下斷面的掃描圖像。通過對(duì)雷達(dá)圖像的判讀，便可得到地下目標(biāo)物的分布范圍和狀態(tài)。

2.2地質(zhì)雷達(dá)的特征參數(shù)

地質(zhì)雷達(dá)的基本原理是基于高頻電磁波理論，工作方式是以寬頻帶短脈沖電磁波形式，由地面通過發(fā)射天線（T）送入地下，經(jīng)地下地層或目標(biāo)層（拋石層界面）反射后返回地面，為接收天線（R）所接收（見圖1）。整個(gè)過程脈沖波行程需時(shí)：

（V為電磁波速，X為天線距，Z為目的層深度）。

當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)中的速度為已知時(shí)，可根據(jù)測(cè)定到的精確的t值（ns，1ns=10-9s），由上式求出反射體的深度（m）。 式中X值在剖面探測(cè)中是固定的。當(dāng)V值難以確定時(shí)，可采用近似計(jì)算，其中C為光速（3×108m/s），εr為地下介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)，可以利用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或測(cè)定獲得。

雷達(dá)圖形常以脈沖反射波的波形形式記錄，波形的正負(fù)峰分別以黑、白色表示，或者以灰階或彩色表示。這樣，同相軸或等灰度、等色線即可形象地表征出地下反射界面，圖2是雷達(dá)波形記錄示意圖。

圖1 反射探測(cè)原理圖 圖2 雷達(dá)波形記錄示意圖

反射脈沖的強(qiáng)度與界面的波反射系數(shù)和穿透介質(zhì)的波吸收程度有關(guān)。垂直界面入射系數(shù)R的幅值和幅角，分別可由下列關(guān)系式表示：

式中a=μ2/μ1、μ和ε、δ分別為介質(zhì)的導(dǎo)磁系數(shù)，相對(duì)介電常數(shù)和電導(dǎo)率，角標(biāo)1和角標(biāo)2分別代表入射介質(zhì)和透射介質(zhì)，由關(guān)系式可以看出，反射系數(shù)與界面兩邊介質(zhì)的電磁性質(zhì)和工作頻率ω=2πƒ有關(guān)，即與介質(zhì)的空隙率、含水量有關(guān)，含水多，δ、ε值變大，相應(yīng)地反射系數(shù)也會(huì)不同。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，通常采用剖面法(GDP)或者寬角法(WARR)兩種方法。前者發(fā)射天線和接收天線以固定間距沿測(cè)線同步移動(dòng)；后者是固定一個(gè)天線、移動(dòng)另一個(gè)天線或者是兩個(gè)天線同時(shí)由一中心點(diǎn)向兩側(cè)反方向移動(dòng)。上述兩種方式的記錄點(diǎn)均為兩個(gè)天線的中心點(diǎn)。

2.3地質(zhì)雷達(dá)的特點(diǎn)及應(yīng)用

瑞典RAMAC/GPR型地質(zhì)雷達(dá)由屏蔽、非屏蔽天線（50MHz—2.3GHz多個(gè)固定天線）、ProEx主機(jī)（50MHz—2.3GHz天線共用）、測(cè)量輪、便攜PC等組成。ProEx主機(jī)與PC機(jī)之間、ProEx主機(jī)與天線之間均采用光纖連接通訊，提高數(shù)據(jù)傳輸和發(fā)送指令的可靠性，測(cè)量輪控制數(shù)據(jù)的采集，沿測(cè)線每道的位置由該道在數(shù)據(jù)文件中的位置給出，消除人工移動(dòng)天線造成的測(cè)量誤差，提高平面定位的精度。

地質(zhì)雷達(dá)是一種用于解決淺層工程地質(zhì)問題的高新物探技術(shù)。由于其采用了高頻、寬頻帶、短脈沖和高速采樣技術(shù)，因而其探測(cè)的分辨率被公認(rèn)為高于其它地球物理勘測(cè)手段。

3地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用

3.1工程概況

某建設(shè)單位在邊坡開挖過程中，由于一條工地輸水管發(fā)生斷裂，大量的自來水滲入開挖邊坡的土體中，在開挖施工過程中土體失穩(wěn)產(chǎn)生滑坡，首先是在已開挖整平場(chǎng)地近坡腳前緣地表發(fā)生隆起，其后在幾天時(shí)間里滑坡不斷向坡頂發(fā)展，其邊坡的上部土體呈分臺(tái)階、疊瓦片狀向下不斷滑移，并相伴一系列的張性裂隙，應(yīng)建設(shè)單位的要求我院對(duì)此邊坡進(jìn)行了邊坡巖土鉆探勘察工作，本次采用地質(zhì)雷達(dá)超強(qiáng)地面耦合雷達(dá)天線結(jié)合前期邊坡勘察，驗(yàn)證前期邊坡勘察結(jié)果和地質(zhì)雷達(dá)在尋找滑坡及滑動(dòng)面的實(shí)際應(yīng)用，沿原勘察工作中的勘探線進(jìn)行重新探測(cè)。

3.2探測(cè)準(zhǔn)備

本次滑坡探測(cè)儀器選用瑞典MALA雷達(dá)及配套R(shí)TA天線，天線中心頻率為50MHz，天線間距為4m，采樣步長為0.20m，疊加64次。沿原滑坡勘探坡面自下而上布置一條近200m長的連續(xù)測(cè)線。

3.3數(shù)據(jù)處理與分析

依據(jù)前滑坡勘察地質(zhì)資料顯示該工程區(qū)域的基巖為紫紅色泥質(zhì)砂巖，上覆粘土層較厚，坡面植被較發(fā)育。理論上滑坡滑動(dòng)面上下，粘土與基巖風(fēng)化層電性差異較小，雷達(dá)探測(cè)的數(shù)據(jù)反映出的圖像界面應(yīng)不甚明顯，在數(shù)據(jù)處理時(shí)用Reflexw軟件進(jìn)行了相關(guān)技術(shù)處理，并根據(jù)地形起伏對(duì)地形進(jìn)行了修正。得到數(shù)據(jù)圖像較清淅的反映了滑坡剖面的不同巖性和上部滑坡各結(jié)構(gòu)面分界線，下圖3是本次地質(zhì)雷達(dá)實(shí)測(cè)剖面。

圖3 主滑動(dòng)段沿坡下至坡上地質(zhì)雷達(dá)剖面(方向與主勘探線一致)

根據(jù)本次地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)成果，滑坡面上部土體沿多層滑面向下滑移，其滑動(dòng)面以上滑動(dòng)體在脈沖反射波中的反應(yīng)為強(qiáng)烈的雜波面反射，表現(xiàn)為一系列與坡向相近的反射面。而滑動(dòng)面以下的未發(fā)生滑移的紫紅色泥質(zhì)砂巖基體，其波形表現(xiàn)為均勻完整的連續(xù)波，與其上部波形形成強(qiáng)烈的反差。揭示的滑動(dòng)面深度與勘察揭示的滑面深度亦基本吻合。

4結(jié)束語

綜上所述，地質(zhì)雷達(dá)是目前最為快速、高效、經(jīng)濟(jì)的高新探測(cè)技術(shù)，有較強(qiáng)的理論性與實(shí)用性，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。今后在應(yīng)用方面，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步研究探測(cè)目標(biāo)參數(shù)和響應(yīng)，提高分辨率、擴(kuò)大探測(cè)深度，提高地質(zhì)雷達(dá)圖像的反映效果，強(qiáng)化數(shù)據(jù)處理和資料分析，以深化雷達(dá)圖像的電磁波反射特征與地質(zhì)特征的相關(guān)性。從而促使這一高新地球物理勘測(cè)技術(shù)迅速發(fā)展，適應(yīng)新時(shí)期地質(zhì)勘察工作的要求。

參考文獻(xiàn)：

篇8

關(guān)鍵詞： 地質(zhì)雷達(dá)，路面檢測(cè)，技術(shù)簡述

Abstract: this paper expounds the working principle of geological radar, this paper introduces the development situation of geological radar, this paper introduces the technology in the road surface testing field application direction, finally to the technology in highway engineering application in the field of disadvantages.

Keywords: geological radar, the road test, this technology

中圖分類號(hào)：X734文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

近年來，隨著我國公路建設(shè)規(guī)模的不斷增加，相關(guān)的質(zhì)量檢測(cè)任務(wù)日益加重。然而，公路路面結(jié)構(gòu)的破壞常常始于各種隱蔽的或不可見的隱患，針對(duì)上述隱患檢測(cè)的傳統(tǒng)方法又不能及時(shí)、準(zhǔn)確地檢測(cè)及判斷隱患的具體情況。這就使得路橋結(jié)構(gòu)的維護(hù)針對(duì)性差、盲目性大，而真正的問題卻得不到解決。20世紀(jì)80年代后期，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)被應(yīng)用到公路工程的檢測(cè)領(lǐng)域，才為該類問題的解決打開了局面。

地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)簡述

地質(zhì)雷達(dá)(Ground Penetrating Radar，簡稱GPR)又稱探地雷達(dá)、地面探測(cè)雷達(dá)，是用高頻無線電波（頻率一般介于1MHz～10GHz）來確定地下或者巖體介質(zhì)分布狀況的一種探測(cè)方法。地質(zhì)雷達(dá)利用發(fā)射天線向地下或者巖體發(fā)射高頻電磁波，通過接收天線接收反射回地面的電磁波，電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)遇到存在電性差異的界面時(shí)發(fā)生反射，根據(jù)接收到電磁波的波形、振幅強(qiáng)度和時(shí)間的變化特征推斷介質(zhì)的空間位置、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和埋藏深度。使用探地雷達(dá)對(duì)路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)具有實(shí)時(shí)、簡便、高效、準(zhǔn)確、連續(xù)、信息豐富等特點(diǎn)。目前，該項(xiàng)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于公路工程質(zhì)量控制及病害檢測(cè)中。

1工作原理

地質(zhì)雷達(dá)的工作原理是利用寬頻帶發(fā)射天線過向介質(zhì)發(fā)射無線波電磁脈沖，電磁脈沖在介質(zhì)傳播過程中遇到不同電性介質(zhì)界面時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射。由接收天線接收到反射信號(hào)后，將其傳輸?shù)街鳈C(jī)內(nèi)并將轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，再通過數(shù)據(jù)、圖像分析處理，就能計(jì)算出被探測(cè)介質(zhì)的某些參數(shù)，從而區(qū)分不同介質(zhì)層面，并確定不同層面物體的深度。

對(duì)于不同介質(zhì)，雷達(dá)波的穿透深度是不盡相同的，這主要取決于波的頻率和地下介質(zhì)的電學(xué)特性等因素的影響。一般地，頻率越高，穿透深度越小；導(dǎo)電率越高，穿透深度越小，反之亦然。在常見的工程材料中，混凝土的導(dǎo)電率高于瀝青，因此同樣頻率的雷達(dá)波在水泥中的穿透能力小于在瀝青中的穿透能力。在實(shí)際應(yīng)用中，需要針對(duì)檢測(cè)對(duì)象材質(zhì)的不同，采用不同頻率的電磁波。例如，在實(shí)際檢測(cè)工作中，探測(cè)瀝青路面常常使用頻率大于1 200MHz的天線，而對(duì)于水泥混凝土面層一般使用900MHz～1 000MHz的天線；探測(cè)路基可使用頻率為300MHz～900MHz的天線。

2發(fā)展概況

1910年，德國人Leimbaeh和Lowy首次闡明了地質(zhì)雷達(dá)的基本概念。此后的很長一段時(shí)間里，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)有了很大改進(jìn)。但由于電磁波在地下介質(zhì)中傳播的復(fù)雜性和不均勻性，使得對(duì)地質(zhì)雷達(dá)的研究它僅限于相對(duì)均勻、對(duì)電磁波吸收較弱的地質(zhì)環(huán)境。1960年，John C. Cook等提出了采用雷達(dá)波探測(cè)地下介質(zhì)層并開發(fā)了能夠探測(cè)地下介質(zhì)的雷達(dá)系統(tǒng)。上世紀(jì)70年代以后，隨著電子技術(shù)及現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理技術(shù)的迅速發(fā)展與應(yīng)用，許多商業(yè)化的探地雷達(dá)系統(tǒng)先后問世，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，極大促進(jìn)了地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在工程中的應(yīng)用。我國針對(duì)地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用研究始于上世紀(jì)80年代。1983年，鐵道部引進(jìn)了第一臺(tái)地質(zhì)雷達(dá)。此后，各科研部門經(jīng)過十幾年的不斷努力，在雷達(dá)硬件設(shè)備、目標(biāo)信號(hào)提取、目標(biāo)識(shí)別、目標(biāo)成像等方面取得重大進(jìn)展和突破，特別是成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)地下目標(biāo)的三維層析成像，大大提高了分辨率和清晰度，使地質(zhì)雷達(dá)在信號(hào)處理和成像技術(shù)方面進(jìn)入了世界領(lǐng)先行列。目前在我國，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)在軍事、地質(zhì)、水利、交通、城建等部門得到廣泛應(yīng)用。

3在公路路面檢測(cè)中的應(yīng)用簡述

地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)早期在公路工程檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用主要是探測(cè)路面結(jié)構(gòu)層的厚度。近幾年，人們開始致力于研究應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)路面工程及其相關(guān)結(jié)構(gòu)層的病害和缺陷，解決公路工程施工過程和使用期間中的工程問題。本文中通過使用瑞典MALA公司的地質(zhì)雷達(dá)，結(jié)合工程實(shí)踐，對(duì)地質(zhì)雷達(dá)在檢測(cè)路面結(jié)構(gòu)中常見的應(yīng)用做簡單的介紹：

1)公路施工期：檢測(cè)公路各結(jié)構(gòu)層厚度和密度，及時(shí)監(jiān)控施工質(zhì)量，并做到在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)質(zhì)量檢測(cè)。圖1是一段公路的雷達(dá)波形圖，從圖中可以清晰的看到道路的面層、上基層、下基層的分界線，可以由軟件識(shí)別出指定樁號(hào)的各結(jié)構(gòu)層（尤其是面層）層厚，為施工過程中的質(zhì)量控制提供了有力保障。

圖1各結(jié)構(gòu)層層厚分布情況圖

2)公路使用期：使用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)公路定期進(jìn)行快速、連續(xù)檢測(cè)，結(jié)合路面外觀普查。檢測(cè)層間脫空、空隙和破碎區(qū)域范圍，方便管理部門及時(shí)掌握公路質(zhì)量變化情況，實(shí)施補(bǔ)救措施，并進(jìn)行道路狀況動(dòng)態(tài)管理，為公路養(yǎng)護(hù)提供可靠的依據(jù)。圖2方框中所示為新鋪路面與原有舊路面結(jié)合處有填料不密實(shí)現(xiàn)象，圖3方框中所示為路面與基層之間存在脫空或者高含水區(qū)域。

圖2新鋪路面與原有舊路面結(jié)合處填料不密實(shí)

圖3路面與基層間脫空或高含水區(qū)域

4 結(jié)論

篇9

[關(guān)鍵字]遙感技術(shù) 地貌信息 圖像處理

[中圖分類號(hào)] TP79 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2013）-5-176-1

1 遙感數(shù)字圖像處理

1.1 波段的選取

本研究所選取的數(shù)據(jù)是美國陸地衛(wèi)星Landsat-7 ETM+影像數(shù)據(jù)。

1.2 遙感數(shù)字圖像預(yù)處理

遙感圖像反映的是物體表面綜合輻射能量分布和幾何特征。因而在不同程度上與實(shí)際物體表面的輻射能或亮度分布有差異，即存在著畸變或退化。遙感成像、感測(cè)、記錄、傳輸?shù)冗^程都會(huì)造成圖像的退化。遙感數(shù)字圖像的退化大致可以歸結(jié)為兩大類：遙感圖像的輻射失真和幾何畸變。輻射失真是指遙感傳感器在接收來自地物的電磁波輻射時(shí)，由于電磁波在大氣層中傳輸和傳感器測(cè)量過程中受到遙感傳感器本身特性、地物光照條件（地形影響和太陽高度角影響）以及大氣作用等的影響，而導(dǎo)致遙感傳感器測(cè)量值與地物實(shí)際的光譜輻射率的不一致。幾何畸變是指由于遙感傳感器方面的原因（例如掃描線速度的不均勻等）、遙感平臺(tái)方面的原因（例如衛(wèi)星運(yùn)行姿態(tài)的變化）以及地球本身的原因（例如地球自轉(zhuǎn)的影響）等而造成的圖像在幾何位置上的失真。遙感數(shù)字圖像恢復(fù)處理就是針對(duì)以上畸變，采取的相應(yīng)校正處理，使處理后的圖像能最好地接近原始景物[1]。

1.2.1 輻射校正

1.2.1.1 傳感器的輻射校正

傳感器的輻射校正主要校正由于傳感器靈敏度特性變化而引起的輻射失真，包括對(duì)光學(xué)系統(tǒng)特性引起失真的校正和對(duì)光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)特性引起失真的校正。

1.2.1.2 大氣校正

遙感傳感器感測(cè)的信息是地物對(duì)太陽光的反射或地物發(fā)射的電磁波經(jīng)過大氣層傳輸并與大氣發(fā)生作用后的結(jié)果，大氣通過對(duì)電磁波的吸收和散射（大氣的吸收和散射作用不僅造成地物輻射電磁波能量的衰減，而且散射還將產(chǎn)生鄰近像元間的輻射干擾和形成天空光）來影響和改變遙感圖像的輻射性質(zhì)，其中對(duì)遙感圖像影響最大的是散射作用，因而通常遙感數(shù)字圖像處理的大氣校正是指大氣散射校正，即消除大氣散射對(duì)輻射失真的影響。

1.2.2 照度校正

遙感圖像的質(zhì)量與攝影時(shí)的光照條件有直接關(guān)系。照度校正是用來校正由于不同成像時(shí)間及不同太陽高度角所引起的輻射差異。在不考慮地形影響及太陽高度角對(duì)大氣衍射影響的情況下，對(duì)太陽高度角給予亮度值的影響作校正或補(bǔ)償。

幾種校正或補(bǔ)償，主要應(yīng)用于比較不同太陽高度角（不同季節(jié)）的多日期圖像。當(dāng)研究地區(qū)跨越兩幅不同日期的圖像時(shí)，為了使兩個(gè)部分便于銜接或鑲嵌，也可作太陽角校正。校正的方法是以其中一幅圖像為標(biāo)準(zhǔn)即參考圖像，校正另一幅圖像，使之與參考圖像近似。

1.2.3 幾何校正

由于遙感傳感器、遙感平臺(tái)以及地球本身等方面的原因，在遙感成像時(shí)往往會(huì)引起難以避免的幾何畸變。幾何校正可分為兩種：即幾何粗校正和兒何精校正。

1.3 遙感數(shù)字圖像信息增強(qiáng)

圖像增強(qiáng)是遙感數(shù)字圖像處理的基本內(nèi)容之一。它是指按照特定的需要突出一幅圖像的某些信息，同時(shí)削弱或去除某些不需要的信息的處理方法，其目的是使處理后的圖像對(duì)于某種特定的應(yīng)用比原始圖像更適用。遙感數(shù)字圖像的增強(qiáng)處理主要目的是擴(kuò)大不同圖像特征（例如灰度或不同的顏色）之間的差別，以便提高對(duì)圖像的解譯和分析能力，使之更適合實(shí)際應(yīng)用。遙感圖像信息內(nèi)容豐富，圖像增強(qiáng)處理只能是相對(duì)的、有選擇性的，即增強(qiáng)某些信息的同時(shí)對(duì)另一些信息進(jìn)行壓縮。因此圖像增強(qiáng)處理方法的選擇和應(yīng)用，取決于研究對(duì)象、目的和要解決的問題以及圖像本身的信息特征。

2 遙感地貌信息提取與解譯

2.1 目視解譯法

遙感圖像是地物電磁波譜特征的實(shí)時(shí)記錄，我們可以根據(jù)記錄在圖像上的影像特征—光譜特征、空間特征、實(shí)踐特征等來推斷地物的電磁波譜性質(zhì)。不同地物由于其特征性質(zhì)不同，在圖像上的表現(xiàn)不一，故我們可以根據(jù)它們的變化和差異來識(shí)別和區(qū)分不同的地物。本文將研究區(qū)的1：25000相山礦區(qū)地質(zhì)圖與遙感影象進(jìn)行套合，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行解譯。根據(jù)調(diào)查區(qū)不同地質(zhì)單元的不同特征、不同地物的光譜特征，統(tǒng)一選擇了ETM圖像7、4、3波段合成的假彩色影像數(shù)據(jù)作為本次遙感調(diào)查的主要信息源。

2.1.1 構(gòu)造地貌解譯

地表的大型山系、高原、盆地的形成與發(fā)育大多受區(qū)域構(gòu)造的控制和影響；同時(shí)也程度不同的反映區(qū)域構(gòu)造基本輪廓和特征，并在遙感圖象上顯示出來。局部的斷裂、褶皺和巖層產(chǎn)出狀況，同樣也會(huì)以各種中小尺度構(gòu)造地貌形式顯示在遙感地圖上。坡面構(gòu)造的解譯：山體由多個(gè)坡面組成。坡面類型除正常的以外還有受地質(zhì)構(gòu)造控制發(fā)育而成的，即a.傾向坡。b.斷層陡崖，是沿?cái)嗔丫€展布的陡坡，通常是斷裂破碎帶區(qū)系經(jīng)強(qiáng)烈風(fēng)化剝蝕、崩塌作用而成的一種構(gòu)造地貌。c.斷層三角面，是斷層破碎帶發(fā)育而成的似三角形坡面，它與斷層陡崖不同，是斷裂破碎帶的直接出露。在遙感圖象上常成排出現(xiàn)，形成直線狀延伸的鋸齒狀。斷層三角面出現(xiàn)在高角度正斷層破碎帶上。

3 小結(jié)

相山鈾礦田地層、巖體、構(gòu)造、蝕變以及成礦作用等方面進(jìn)行了卓有成效的研究，也取得了豐碩的成果，但對(duì)地貌的研究包括地貌形體與鈾礦空間分布關(guān)系研究卻顯得極為薄弱，本文通過相山ETM遙感圖象數(shù)據(jù)與相山礦區(qū)1：25000地質(zhì)圖應(yīng)用ERDAS IMAGINE8.4軟件，對(duì)相山地區(qū)的ETM遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理以及對(duì)研究區(qū)地貌遙感影像進(jìn)行了一系列處理，總結(jié)了前人的經(jīng)驗(yàn)和成果，建立地貌遙感解譯標(biāo)志，研究相山礦區(qū)地貌類型和特征。解譯出相山鈾礦區(qū)地貌的主要類型有流水地貌、構(gòu)造地貌、重力地貌三大類。侵蝕溝、洪積扇、河流、崩塌、滑坡、泥石流、山體構(gòu)造、坡面構(gòu)造、構(gòu)造盆地九小類地貌。地貌類型和鈾礦的空間展布關(guān)系未得到相應(yīng)的結(jié)論。

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篇10

【關(guān)鍵詞】無線供電；磁耦合共振；實(shí)驗(yàn)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們?nèi)粘Ｉ钪杏辛嗽S許多多的電子電器設(shè)備，它們都附帶有電源線、充電器，而且各種充電器規(guī)格不一不能通用，這些電源線和充電器充斥了我們的生活，成了我們生活中無法拋棄的羈絆，我們有沒有可能徹底甩掉這些小尾巴？答案是肯定的，我們可以應(yīng)用無線供電技術(shù)。海爾已經(jīng)推出了“無尾電視”概念機(jī)，不需要電源線、信號(hào)線和網(wǎng)線。

無線電力傳輸是一種區(qū)別于有線傳輸?shù)奶厥夤╇姺绞?。無線供電技術(shù)其實(shí)在很多年前就有概念，特拉斯在發(fā)明了交流電并構(gòu)建交流供電體系后開始構(gòu)想無線輸電方案，同時(shí)進(jìn)行了實(shí)踐。

目前，無線供電技術(shù)有以下三種方法：

第一，電磁耦合。最早應(yīng)用的無線供電技術(shù)是1885年研制成功至今仍在廣泛應(yīng)用的變壓器，它是典型的電磁耦合無線供電例子，其基本原理是法拉第的電磁感應(yīng)理論，兩組導(dǎo)線繞在鐵制框架上，兩者沒有直接連接，完全靠電磁感應(yīng)傳遞能量。在現(xiàn)代社會(huì)生活中，這種電磁感應(yīng)式的無線供電系統(tǒng)已得到了較為廣泛地應(yīng)用，其中一個(gè)例子是電動(dòng)牙刷。電動(dòng)牙刷經(jīng)常接觸水，無法采用直接充電方式，研究者采用電磁耦合無線充電技術(shù)，在充電座和牙刷中各有一個(gè)線圈，當(dāng)牙刷放在充電座上時(shí)就有磁耦合作用，類似一個(gè)變壓器，感應(yīng)電壓整流后就可對(duì)鎳鎘電池充電；另一個(gè)應(yīng)用更加廣泛的例子是我們使用的各種智能卡片，如公交卡，第二代身份證和很多可以記錄信息的卡片，他們都采用了無線供電技術(shù)，這些卡片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相似，由一小塊芯片和一個(gè)線圈組成。在卡片中的電路中沒有供電模塊，當(dāng)卡片在讀卡機(jī)邊晃動(dòng)時(shí)，讀卡機(jī)周圍形成一個(gè)快速變化的磁場(chǎng)，卡片中的線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流給內(nèi)部的芯片供電，芯片對(duì)外發(fā)射信號(hào)，將自身的信息發(fā)送給讀卡器，接下來讀卡器就可以判斷出目前卡中有多少余額，并完成扣款操作。這就是非接觸IC卡的原理，實(shí)質(zhì)已應(yīng)用了無線供電技術(shù)。雖然電磁感應(yīng)無線供電技術(shù)比較成熟，但這種供電技術(shù)會(huì)受到很多限制，其中最大的問題就是低頻磁場(chǎng)會(huì)隨著距離的增加而快速衰減，如果實(shí)際應(yīng)用要增加供電距離，只能根據(jù)需要加大磁場(chǎng)強(qiáng)度，但磁場(chǎng)強(qiáng)度加大不僅增加電能的消耗，還會(huì)造成近距離的磁信號(hào)記錄設(shè)備失效，例如銀行卡上的磁條在強(qiáng)磁場(chǎng)下會(huì)去磁損壞。另外，電磁感應(yīng)無線供電技術(shù)是直接以電磁波形式進(jìn)行1cm以下的較近距離的發(fā)射和接收，電磁波向四面輻射，能量大量浪費(fèi)，效率較低，通常它只適合相互“貼著”的小功率電子產(chǎn)品。

第二，光電耦合。光電耦合無線供電技術(shù)就是把電能轉(zhuǎn)化為光能，比如激光，通過光將能量傳遞到目的地再轉(zhuǎn)化為電能。光電耦合無線供電技術(shù)比較直觀，而且光電轉(zhuǎn)換技術(shù)也較成熟且應(yīng)用廣泛。但我們知道光的傳遞路徑中不能有障礙物。所以光電耦合無線供電技術(shù)有很大的應(yīng)用障礙。

第三，電磁共振。電磁共振其原理類似聲波共振的原理，兩種介質(zhì)具有相同的共振頻率，就可以用來傳遞能量，稱之為非輻射性電磁共振。美國麻省理工學(xué)院的科學(xué)家正在開發(fā)一種使用非輻射性的無線能量傳輸方式來驅(qū)動(dòng)電器，無論是手機(jī)，筆記本電腦還是數(shù)碼相機(jī)，如果這項(xiàng)研究獲得成功，它們的充電器都可以退休了。特定頻率的電磁波能引起物體的振動(dòng)，如果兩個(gè)物體固有頻率相同，就可以傳遞這種振動(dòng)，也就是傳遞能，研究人員讓一個(gè)天線發(fā)射電磁波，讓接收器來接收，轉(zhuǎn)化為能量，這是電磁共振無線供電技術(shù)的基本原理。按照這一原理所有使用電池的電器都可以換用電磁共振無線供電技術(shù)供電。將來電磁共振無線供電技術(shù)將會(huì)有很大的應(yīng)用空間，比如在地下鋪設(shè)線路后，我們隨時(shí)可以為手機(jī)，甚至開行中的汽車充電。

根據(jù)以上分析，我們認(rèn)為磁耦合共振無線供電技術(shù)是最有可能廣泛應(yīng)用的技術(shù)。無線供電技術(shù)（無線充電）可以讓電能隔著空氣、塑料外殼實(shí)現(xiàn)傳輸，大大方便了應(yīng)用。

無線電能傳輸方案如圖1。

圖1 無線電能傳輸方案原理框圖

采用磁耦合共振所消耗的電能只有傳統(tǒng)電磁感應(yīng)供電技術(shù)的百萬分之一，當(dāng)發(fā)射端通電時(shí)，它并不向外界發(fā)射電磁波，而只是在周圍形成一個(gè)非輻射磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)用了和接收端聯(lián)絡(luò)，激發(fā)接收端共振，從而已很小的消耗代價(jià)來傳輸能量。這項(xiàng)技術(shù)中，磁場(chǎng)的強(qiáng)度和地球的強(qiáng)度相似，人們不用擔(dān)心對(duì)自己身體和其它設(shè)備產(chǎn)生不良影響。

采用芯可泰XKT801芯片，我們進(jìn)行了以下無線供電實(shí)驗(yàn)。

無線供電模塊有振蕩電路、整形電路、檢測(cè)電路、頻率干擾抑制電路、電流自動(dòng)控制、無線功率發(fā)射電路等組成。

圖2 無線供電模塊電路組成