应用电磁学基础考试大纲
一、考试科目基本要求及适用范围概述:
本《应用电磁学基础》考试大纲适用于模式识别与智能系统、制导与控制、机械电子工程等专业的博士研究生入学考试。应用电磁学基础是模式识别、电子学、微波工程等许多学科专业的基础理论课程,它主要研究电磁场和传输电路的基本工作原理、描述框架和理论分析方法,包含麦克斯韦方程、传输线方程、电磁波极化、散射截面、电磁辐射等重要的电磁基本概念和基本分析方法。要求考生熟练掌握《应用电磁学基础》课程的基本概念与基本运算,并能加以灵活应用。
二、考试形式和试卷结构
试题题型为计算题和简答题。
三、考试内容
(一)传输线分析
1. 传输线方程;
2. 微带线传输模型;
3. 电压反射系数和波阻抗;
4. 短路与开路;
5. 阻抗匹配与失配。
(二)静电学基础
1. 库伦定律;
2. 高斯定律;
3. 电标量势;
4. 导体的静电平衡;
5. 等势面分析;
6. 电场能量密度。
(三)静磁学基础
1. 磁感应强度;
2. 磁场的高斯定理;
3. 毕奥萨伐尔定律;
4. 安培定律;
5. 洛伦兹力;
6. 磁场强度。
(四)时谐麦克斯韦方程
1. 麦克斯韦方程的积分和微分形式;
2. 法拉第电磁感应定律;
3. 位移电流;
4. 电磁势;
5. 电磁边界条件;
6. 电子电流连续性条件。
(五)平面波的传播
1. 时谐波方程;
2. 时谐电磁参数;
3. 自由空间时谐电场与磁场关系;
4. 无损平面波传播;
5. 电磁波的极化;
6. 介电损耗的表征;
7. 良导体损耗的表征;
8. 电磁能量密度。
(六)波的反射和透射
1. 斯涅耳定律;
2. 波反射透射的传输线近似;
3. 界面边界条件;
4. 布儒斯特角;
5. 电磁波导理论;
6. TE和TM模式;
7. 传播速度与传播矢量;
8. 电磁谐振腔与品质因数。
(七)电磁辐射与天线
1. 无限小电偶极子;
2. 天线的辐射特性;
3. 半波偶极子天线;
4. 接收天线有效面积;
5. 大口面天线辐射与矩形口面;
6. 天线阵列和电子扫描阵列;
7. 卫星通讯系统;
8. 极化与通讯信道;
9. 雷达探测原理。
四、考试要求
(一)传输线分析
1. 理解和掌握传输线的基本概念和分析方程;
2. 理解并掌握微带线传输模型的实例和基本要求;
3. 熟练掌握电压反射系数和波阻抗的基本概念和计算方法;
4. 熟练掌握短路与开路传输线的参数计算方法;
5. 理解和掌握阻抗匹配与失配的基本概念。
(二)静电学基础
1. 熟练掌握库伦定律的实例和计算方法;
2. 熟练掌握高斯定律的实例和计算方法;
3. 掌握电标量势的基本概念和分析方法;
4. 掌握导体的静电平衡基本概念;
5. 熟练掌握等势面的基本概念和分析方法;
6. 熟练掌握电场能量密度的计算方法。
(三)静磁学基础
1. 熟练磁感应强度的基本概念和计算方法;
2. 理解磁场高斯定理的基本概念和原理;
3. 理解并掌握毕奥萨伐尔定律的基本原理和计算方法;
4. 熟练掌握并灵活应用安培定律计算磁场实例;
5. 熟练掌握洛伦兹力的计算方法;
6. 熟练掌握磁场强度的计算方法。
(四)时谐麦克斯韦方程
1. 理解麦克斯韦方程的物理意义,熟练掌握其积分和微分形式;
2. 熟练掌握法拉第电磁感应定律的物理原理和计算方法;
3. 理解位移电流的基本概念和原理;
4. 理解电磁势的基本概念和原理;
5. 熟练掌握电磁边界条件的物理意义和计算方法;
6. 掌握电子电流连续性条件的计算方法。
(五)平面波的传播
1. 熟练掌握时谐波方程的物理原理和计算方法;
2. 熟练掌握时谐电磁参数的计算方法;
3. 熟练掌握自由空间时谐电场与磁场的关系和计算方法;
4. 熟练掌握无损平面波的传播原理和分析方法;
5. 理解和掌握电磁波的极化概念和计算方法;
6. 理解介电损耗的表征方法;
7. 熟练掌握良导体损耗的表征和计算方法;
8. 理解电磁能量密度的概念和物理意义。
(六)波的反射和透射
1. 深入理解并熟练掌握斯涅耳定律的物理意义和分析方法;
2. 熟练掌握波反射透射的传输线分析方法;
3. 理解界面边界条件的物理意义;
4. 理解布儒斯特角的基本概念和物理内涵;
5. 熟练掌握电磁波导理论的分析方法;
6. 熟练掌握TE和TM模式的基本概念和分析方法;
7. 理解电磁模式的传播速度与传播矢量基本概念;
8. 理解电磁谐振腔与品质因数的基本概念。
(七)电磁辐射与天线
1. 熟练掌握无限小电偶极子的基本概念和分析方法;
2. 掌握天线的辐射特性基本概念;
3. 掌握半波偶极子天线的特点和应用环境;
4. 掌握接收天线有效面积的基本概念;
5. 理解大口面天线辐射与矩形口面的基本特性;
6. 理解天线阵列和电子扫描阵列的特点和应用场景;
7. 理解卫星通讯系统的基本工作原理和辐射特性;
8. 理解极化与通讯信道的基本工作原理;
9. 掌握雷达探测的基本原理和计算方法。
五、主要参考教材
F. T. Ulaby, E. Michielssen等著,邵小桃译,《应用电磁学基础》,清华大学出版社,2016年。
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