课程类别：专业必修课 课程编号：
适用专业：电子信息科学与技术专业
一、考试大纲说明
1、课程的性质、目的与任务
《电磁场与电磁波》是高等学校电子与电气信息类专业的一门重要技术基础课程，是所有强电专业和弱电专业的必修课程，也是信号与系统、通讯原理、电视机原理和信息光学等后续课程的基础。通过本门课程的学习要求达到以下目的：
（1）掌握电磁场与电磁波的基本理论知识、基本分析方法和初步应用，具有一定的分析和解决实际问题的能力，并为学习后继课程打下必要的基础。
（2）树立严肃认真的科学作风和理论联系实际的工程观点，培养科学思维能力、分析计算能力、实验研究能力和科学归纳能力。
（3）了解电磁理论发展史上某些重大的发现和发明过程中的科学思想和实验方法，了解电磁理论的发展与其它学科的关系等。
2、考试目标和要求
（1）了解有关电磁现象和学科历史、概念和名词术语、电磁量及其单位、实验和规律、公式和图线。
（2）能对重要的电磁概念、模型、定理、定律的建立过程、物理意义、适用范围、成立的条件做出解释和说明。能对同一电磁概念、规律等的不同表达形式（文字、数学解析式、图线等）进行简单的直接转换。能根据对基本概念、定律、定理、公式的理解进行一些简单的推断，并会对典型问题做出定性的解释和定量计算等；
（3）能够用所学的基本原理和概念处理新的问题。
（4）能将几个知识点多次应用于分析、判断与讨论之中，解决包含多个知识点、转几个弯子的具体问题或对复杂的具体电磁问题进行分类和解释，并从中找出解决问题的一般规律。
3、有关事项
（1）考核形式：闭卷考试 （2）考试时间：120分钟 （3）评分方法：教师密封评卷
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（4）试卷难易度：较小难度20%，中等难度60%，较大难度20% （5）题型题量和分数分配：填空题20%，选择题20%，计算题60% 4、教学参考书
【1】 Bhag Singh Guru, Hüseyin R. Hiziroglu 著.电磁场与电磁波. 周克定等译. 北京：机械工业出版社，2002.
【2】 杨儒贵. 电磁场与电磁波. 北京：高等教育出版社，2003.
【3】杨显清，王园，赵家升. 电磁场与电磁波（第4版）教学指导书. 北京：高等教育出版社，2006.
【4】杨儒贵. 电磁场与电磁波教学指导书. 北京：高等教育出版社，2003. 【5】 王家礼. 电磁场与电磁波学习指导. 西安：西安电子科技大学出版社，2002. 二、考试内容和具体要求 （一）矢量分析 1、考试内容：
矢量代数和正交坐标系、等值面与梯度和通量与散度 、环流与旋度和格林定理与亥姆霍兹定理。
2、具体要求：
① 理解矢量的概念及其用坐标分量表示的方法。熟练进行矢量的加、减、标乘和矢乘运算。
② 熟练掌握位置、线元、面元矢量和体元在直角坐标系、圆柱坐标系和球坐标系中的表达式。
③ 了解标量场及其等值面、矢量场及其矢量线的概念。理解标量场的位函数、方向导数、梯度，矢量场的通量、矢量场的环流、散度、旋度的概念及其重要性质。 ④掌握散度定理、斯托克斯定理和梯度、散度、旋度、拉普拉斯算符在直角坐标、圆柱坐标、球坐标中的运算。 ⑤理解、格林定理和亥姆霍兹定理。 （二）电磁场的基本规律 1、考试内容：
电荷守恒定律和静电场的基本规律、稳恒磁场的基本规律、媒质的电磁特性、电磁感应定律和麦克斯韦方程组、电磁场的边界条件。
2、具体要求：
① 理解电荷与电荷密度、电流与电流密度及电场强度的概念。掌握电荷守恒定律、库
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仑定律和电流连续牲方程。
② 熟练掌握运用叠加原理和高斯定理求解电场强度矢量。根据E的散度和旋度说明静电场的性质。
③ 理解磁感应强度的概念。掌握安培定律、毕-萨定律、磁场高斯定理和安培环路定理。 ④熟练掌握运用叠加原理和安培环路定理求解磁感应强度矢量。根据B的散度和旋度说明稳恒磁场的性质。
⑤ 理解极化强度、极化率、电位移矢量，磁化强度、磁化率、磁场强度矢量的概念。掌握电介质、磁介质和导体中的场方程及本构关系。熟练掌握求解媒质中的场矢量和极化电荷与磁化电流。
⑥ 深刻理解感生电场、感生电动势、动生电动势、位移电流和全电流的概念。掌握法拉第电磁感应定律，麦克斯韦方程组的积分形式、微分形式和本构关系。熟练掌握动生 电动势、感生电动势、感生电场、位移电流的计算。
⑦ 理解电磁场边界条件的分类及其表达式。掌握电磁场边界条件的推证。熟练掌握电磁场边界条件的应用。 （三）静态场及其边值问题的解 1、考试内容：
静电场分析、静电场能量和恒定电场分析、恒定磁场分析、恒定磁场能量和唯一性定理、镜像法、分离变量法。
2、具体要求：
① 理解电位、电位差、电容、电容系数和部分电容的概念。掌握静电场的基本方程及边界条件。掌握静电场位函数方程（泊松方程和拉氏方程）及边界条件。熟练掌握用积分 法求解电位和用定义式求解电容。
② 理解静电场能量密度和静电力的概念。掌握静电能的两种表达式及相关计算，用虚功原理求静电力。
③ 掌握恒定电场基本方程及边界条件。掌握恒定电场位函数方程及边界条件。掌握静电比拟法及应用和电导的计算。
④ 理解磁矢位、磁标位、自感和互感的概念。掌握磁场的基本方程及边界条件。掌握恒定磁场位函数方程及边界条件。熟练掌握用叠加原理求磁位和用定义式求电感。 ⑤ 理解恒定磁场能量密度和磁力的概念。掌握磁能的计算和用虚功原理求磁力。 ⑥ 掌握静态场边值问题的类型及其解的唯一性定理。理解镜像法的基本原理和原则。 掌握导体平面、导体球面、导体圆柱面、介质平面的镜像法。
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⑦ 理解分离变量法的原理和基本思路。掌握直角坐标系、圆柱坐标系、球坐标系中的分离变量法。 （四）时变电磁场 1、考试内容：
波动方程和电磁场能量守恒定律、时谐电磁场。 2、具体要求：
① 理解时变电磁场的矢量位、标量位和坡印廷矢量的概念。 ② 掌握时变电磁场的波动方程、达朗贝尔方程及洛仑兹规范。 ③ 掌握时变电磁场的能量守恒定律和解的唯一性定理。 ④ 熟练掌握能流密度矢量的计算。
⑤ 理解时谐场的复矢量、复电容率、复磁导率、动态位函数、平均能量密度和平均能流密度的概念。
⑥ 掌握复矢量形式的麦克斯韦方程、亥姆霍兹方程和动态位方程及其洛仑兹规范。 ⑦ 掌握时谐电磁场能量密度和能流密度的计算。 （五）均匀平面波在无界空间中的传播 1、考试内容：
平面波在导电媒质中的传播、电磁波的极化、理想介质中的均匀平面波。 2、具体要求：
① 理解均匀平面波的波函数、波长、波数、相速、特性阻抗和波矢的概念。 ② 掌握均匀平面波的波动方程、亥姆霍兹方程及其通解。掌握均匀平面波的传播特点。 ③ 理解电磁波的极化和极化波的概念。掌握电磁波的线性极化、圆极化和椭圆极化特性。
④ 掌握极化波的分解规律与方法。了解极化波在工程上的应用。 ⑤ 理解衰减常数、相位常数、趋肤深度、表面阻抗、色散和群速的概念。 ⑥ 掌握均匀平面波在导电媒质中传播的波动方程、通解及其传播特点。 ⑦ 比较均匀平面波在导电媒质、弱导电媒质和良导体中的传播特性。 ⑧ 掌握均匀平面波在各种导电媒质中传播的相关计算。 （六）均匀平面波的反射和透射 1、考试内容：
平面波对界面的垂直入射、平面波对多层介质界面的垂直入射、平面波对理想导体平面的斜入射、平面波对理想介质界面的斜入射。
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2、具体要求：
① 理解反射系数、透射系数、全反射、驻波和驻波比的概念。
② 掌握均匀平面波对导电媒质界面、理想导体表面、理想介质界面的垂直入射。 ③ 理解等效波阻抗、四分之一匹配层和半波长介质窗的概念。 ④ 掌握平面波对多层介质界面垂直入射时的场矢量及边界条件。 ⑤ 掌握等效波阻抗的计算和无反射阻抗匹配条件及半波长介质窗原理。 ⑥ 理解斜入射时反射系数、透射系数、全反射、全透射和极化角的概念。
⑦ 掌握斜入射时界面处的相位匹配条件、反射定律和透射定律。斜入射时全反射、全透射的条件及应用。 ⑧ 理解TE波和TM波的概念。
⑨ 掌握垂直极化波、平行极化波对理想导体表面斜入射的特点。 ⑩ 计算平面波对理想导体表面斜入射时的场量和能量。 （七）导行电磁波 1、考试内容：
导行电磁波和矩形波导中的场分布、矩形波导中波的传播、圆柱形波导、同轴波导和谐振腔、传输线。
2、具体要求：
① 了解导行电磁波的分类，理解TEM波、TE波和TM波的概念。掌握导行电磁波的场方程和边界条件。
② 掌握矩形波导中TM波的场分布。掌握矩形波导中TE波的场分布。 ③ 理解传播常数、截止角频率、截止频率、截止波长、管壁电流的概念。
④ 掌握矩形波导中电磁波波的传播特性。理解TMmn波TEmn波和TE10波及其特性。掌握矩形波导中电磁波波的传输功率。
⑤ 掌握圆柱形波导中的场分布。掌握圆柱形波导中电磁波的传播特性及相关参数。掌握圆柱形波导中的三种典型模式。
⑥ 掌握同轴波导中TEM波的场分布、传播参数及其与波导尺寸的关系。
⑦ 理解谐振腔的谐振波长、谐振频率和品质因素的概念。掌握矩形谐振腔中TE波和TM波的场分布及其谐振频率、品质因数的计算。
⑧ 掌握传输线的电压波、电流波方程及其解。掌握传输线的特性参数和工作参数。掌握传输线的工作状态及其特点。
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（八）电磁辐射 1、考试内容：
滞后位和电偶极子的辐射、电磁对偶和磁偶极子的辐射、天线、天线阵和口径场辐射 2、具体要求：
① 理解滞后位和辐射电阻的概念及其物理意义。掌握动态标量位和矢量位的积分通解。
② 掌握电偶极子辐射场的分布，特别是近场和远场的分布特性。 ③ 理解电与磁的对偶关系、对偶方程及其对偶解。
④ 运用对偶原理由电偶极子的辐射场分布得到磁偶极子的辐射场。掌握磁偶极子远场的分布特性。
⑤ 理解天线的基本电参数：方向性函数、辐射方向图、方向性系数、辐射效率、增益系数、输入阻抗、有效长度和频带宽度的物理意义。
⑥ 掌握对称天线的电流分布、辐射场分布，特别是半波天线的辐射场分布及其电参数。 ⑦ 了解天线阵的方向图相乘原理和均匀直线阵的归一化阵因子。
⑧ 理解惠更斯元的辐射场分布和归一化方向性函数。了解矩形口径面和圆形口径面辐射场分布及归一化方向性函数。 三、考试试题样题（略）
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