发表论文50 余篇,出版著作4 部,申请国家发明专利11 项。代表性的论文、著作和专利:1、Waveguide Band-pass Filter analysis and Design Using Multi-mode Parallel FDTD- Diakoptics,IEEE Trans on MTT, vol. 47, , , June, 1999;2、A Novel 2-D multi-mode parallel time domain Diakoptics and its application in filter analysis and design,IEEE MTT-S Jun 7-12 1998,p 477-480;3、一种确定目标强散射区的方法,北航学报,1998年;4、一种基于并行时域Diakoptics的离散格林函数的新算法,电子学报,1999年;5、一种计算微波电路的并行算法: FDTD-Diakoptics,电子学报,1999年;6、机载天线电磁兼容性分析,北航学报,2002年;7、局部涂敷RAM复杂目标的电磁散射特性计算,北航学报,1998年;8、柱状机体/星体与天线间的电磁兼容性,现代雷达,2001年;9、Prediction Design of the Noise and Gain Specifications of the RF Receiver,17th International Zurich Symposium on Electromagnetic Compatibility;10、微波电路分析与计算机辅助设计,北航出版社,1990年;11、工程电磁场基础,北航出版社,1992年;12、《第三代及未来移动通信系统的多天线收发技术》,(译著);机械工业出版社,2004年;13、电磁场理论学习辅导与典型题解,电子工业出版社,2005年;14、发明专利“背馈式矩形微带天线与前级低噪声放大器中间无匹配电路的有源集成天线”;15、软件著作权“天线隔离度计算软件”,2005年;16、软件著作权“复杂雷达目标散射三维仿真软件”,2005年;17、软件著作权“电磁兼容智能测试软件”,2005年。
自己上百度找,不过最好自己写,这里有一参考:摘 要:介绍了电磁学计算方法的研究进展和状态,对几种富有代表性的算法做了介绍,并比较了各自的优势和不足,包括矩量法、有限元法、时域有限差分方法以及复射线方法等。 关键词:矩量法;有限元法;时域有限差分方法;复射线方法 1 引 言 1864年Maxwell在前人的理论(高斯定律、安培定律、法拉第定律和自由磁极不存在)和实验的基础上建立了统一的电磁场理论,并用数学模型揭示了自然界一切宏观电磁现象所遵循的普遍规律,这就是著名的Maxwell方程。在11种可分离变量坐标系求解Maxwell方程组或者其退化形式,最后得到解析解。这种方法可以得到问题的准确解,而且效率也比较高,但是适用范围太窄,只能求解具有规则边界的简单问题。对于不规则形状或者任意形状边界则需要比较高的数学技巧,甚至无法求得解析解。20世纪60年代以来,随着电子计算机技术的发展,一些电磁场的数值计算方法发展起来,并得到广泛地应用,相对于经典电磁理论而言,数值方法受边界形状的约束大为减少,可以解决各种类型的复杂问题。但各种数值计算方法都有优缺点,一个复杂的问题往往难以依靠一种单一方法解决,常需要将多种方法结合起来,互相取长补短,因此混和方法日益受到人们的重视。 本文综述了国内外计算电磁学的发展状况,对常用的电磁计算方法做了分类。2 电磁场数值方法的分类 电磁学问题的数值求解方法可分为时域和频域2大类。频域技术主要有矩量法、有限差分方法等,频域技术发展得比较早,也比较成熟。时域法主要有时域差分技术。时域法的引入是基于计算效率的考虑,某些问题在时域中讨论起来计算量要小。例如求解目标对冲激脉冲的早期响应时,频域法必须在很大的带宽内进行多次采样计算,然后做傅里叶反变换才能求得解答,计算精度受到采样点的影响。若有非线性部分随时间变化,采用时域法更加直接。另外还有一些高频方法,如GTD,UTD和射线理论。 从求解方程的形式看,可以分为积分方程法(IE)和微分方程法(DE)。IE和DE相比,有如下特点:IE法的求解区域维数比DE法少一维,误差限于求解区域的边界,故精度高;IE法适合求无限域问题,DE法此时会遇到网格截断问题;IE法产生的矩阵是满的,阶数小,DE法所产生的是稀疏矩阵,但阶数大;IE法难以处理非均匀、非线性和时变媒质问题,DE法可直接用于这类问题〔1〕。3 几种典型方法的介绍 有限元方法是在20世纪40年代被提出,在50年代用于飞机设计。后来这种方法得到发展并被非常广泛地应用于结构分析问题中。目前,作为广泛应用于工程和数学问题的一种通用方法,有限元法已非常著名。 有限元法是以变分原理为基础的一种数值计算方法。其定解问题为: 应用变分原理,把所要求解的边值问题转化为相应的变分问题,利用对区域D的剖分、插值,离散化变分问题为普通多元函数的极值问题,进而得到一组多元的代数方程组,求解代数方程组就可以得到所求边值问题的数值解。一般要经过如下步骤: ①给出与待求边值问题相应的泛函及其变分问题。 ②剖分场域D,并选出相应的插值函数。 ③将变分问题离散化为一种多元函数的极值问题,得到如下一组代数方程组:其中:Kij为系数(刚度)矩阵;Xi为离散点的插值。 ④选择合适的代数解法解式(2),即可得到待求边值问题的数值解Xi(i=1,2,…,N) (2)矩量法 很多电磁场问题的分析都归结为这样一个算子方程〔2〕: L(f)=g(3)其中:L是线性算子,f是未知的场或其他响应,g是已知的源或激励。 在通常的情况下,这个方程是矢量方程(二维或三维的)。如果f能有方程解出,则是一个精确的解析解,大多数情况下,不能得到f的解析形式,只能通过数值方法进行预估。令f在L的定义域内被展开为某基函数系f1,f2,f3,…,fn的线性组合:其中:an是展开系数,fn为展开函数或基函数。 对于精确解式(2)通畅是无限项之和,且形成一个基函数的完备集,对近似解,将式 (2)带入式(1),再应用算子L的线性,便可以得到: m=1,2,3,…此方程组可写成矩阵形式f,以解出f。矩量法就是这样一种将算子方程转化为矩阵方程的一种离散方法。 在电磁散射问题中,散射体的特征尺度与波长之比是一个很重要的参数。他决定了具体应用矩量法的途径。如果目标特征尺度可以与波长比较,则可以采用一般的矩量法;如果目标很大而特征尺度又包括了一个很大的范围,那么就需要选择一个合适的离散方式和离散基函数。受计算机内存和计算速度影响,有些二维和三维问题用矩量法求解是非常困难的,因为计算的存储量通常与N2或者N3成正比(N为离散点数),而且离散后出现病态矩阵也是一个难以解决的问题。这时需要较高的数学技巧,如采用小波展开,选取合适的小波基函数来降维等〔3〕。 (3)时域有限差分方法 时域有限差分(FDTD)是电磁场的一种时域计算方法。传统上电磁场的计算主要是在频域上进行的,这些年以来,时域计算方法也越来越受到重视。他已在很多方面显示出独特的优越性,尤其是在解决有关非均匀介质、任意形状和复杂结构的散射体以及辐射系统的电磁问题中更加突出。FDTD法直接求解依赖时间变量的麦克斯韦旋度方程,利用二阶精度的中心差分近似把旋度方程中的微分算符直接转换为差分形式,这样达到在一定体积内和一段时间上对连续电磁场的数据取样压缩。电场和磁场分量在空间被交叉放置,这样保证在介质边界处切向场分量的连续条件自然得到满足。在笛卡儿坐标系电场和磁场分量在网格单元中的位置是每一磁场分量由4个电场分量包围着,反之亦然。 这种电磁场的空间放置方法符合法拉第定律和安培定律的自然几何结构。因此FDTD算法是计算机在数据存储空间中对连续的实际电磁波的传播过程在时间进程上进行数字模拟。而在每一个网格点上各场分量的新值均仅依赖于该点在同一时间步的值及在该点周围邻近点其他场前半个时间步的值。这正是电磁场的感应原理。这些关系构成FDTD法的基本算式,通过逐个时间步对模拟区域各网格点的计算,在执行到适当的时间步数后,即可获得所需要的结果。 在上述算法中,时间增量Δt和空间增量Δx,Δy和Δz不是相互独立的,他们的取值必须满足一定的关系,以避免数值不稳定。这种不稳定表现为在解显式 差分方程时随着时间步的继续计算结果也将无限制的67增加。为了保证数值稳定性必须满足数值稳定条件:其中:(对非均匀区域,应选c的最大值)〔4〕。 用差分方法对麦克斯韦方程的数值计算还会在网格中引起所模拟波模的色散,即在FDTD网格中数字波模的传播速度将随波长、在网格中的传播方向以及离散化的情况而改变。这种色散将导致非物理原因引起的脉冲波形的畸变、人为的各向异性及虚拟的绕射等,因此必须考虑数值色散问题。如果在模拟空间中采用大小不同的网格或包含不同的介质区域,这时网格尺寸与波长之比将是位置的函数,在不同网格或介质的交界面处将出现非物理的绕射和反射现象,对此也应该进行定量的研究,以保证正确估计FDTD算法的精度。在开放问题中电磁场将占据无限大空间,而由于计算机内存总是有限的,只能模拟有限空间,因此差分网格在某处必将截断,这就要求在网格截断处不引起波的明显反射,使对外传播的波就像在无限大空间中传播一样。这就是在截断处设置吸收边界条件,使传播到截断处的波被边界吸收而不产生反射,当然不可能达到完全没有反射,目前已创立的一些吸收边界条件可达到精度上的要求,如Mur所导出的吸收边界条件。 (4)复射线方法 复射线是用于求解波场传播和散射问题的一种高频近似方法。他根据几何光学理论和几何绕射理论的分析方法和计算公式,在解析延拓的复空间中求解复射线轨迹和场的振幅和相位,从而直接得出局部不均匀波(凋落波)的传播和散射规律〔5〕。复射线方法是包括复射线追踪、复射线近轴近似、复射线展开以及复绕射线等处理技术在内的一系列处理方法的统称。其共同特点在于:通过将射线参考点坐标延拓到复空间而建立了一个简单而统一的实空间中波束/射线束(Bundle ofrays)分析模型;通过费马原理及其延拓,由基于复射线追踪或复射线近轴近似的处理技术,构造了射线光学架构下有效的鞍点场描述方法等。例如,复射线追踪法将射线光学中使用的射线追踪方法和场强计算公式直接地解析延拓到复空间,利用延拓后的复费马原理进行复射线搜索,从而求出复射线轨迹和复射线场。这一方法的特点在于可以基于射线光学方法有效地描述空间中波束的传播,因此,提供了一类分析波束传播的简便方法。其不足之处是对每一个给定的观察点必须进行一次二维或四维的复射线轨迹搜索,这是一个十分花费时间的计算机迭代过程。4 几种方法的比较和进展 将有限元法移植到电磁工程领域还是二十世纪六七十年代的事情,他比较新颖。有限元法的优点是适用于具有复杂边界形状或边界条件、含有复杂媒质的定解问题。这种方法的各个环节可以实现标准化,得到通用的计算程序,而且有较高的计算精度。但是这种方法的计算程序复杂冗长,由于他是区域性解法,分割的元素数和节点数较多,导致需要的初始数据复杂繁多,最终得到的方程组的元数很大,这使得计算时间长,而且对计算机本身的存储也提出了要求。对电磁学中的许多问题,有限元产生的是带状(如果适当地给节点编号的话)、稀疏阵(许多矩阵元素是0)。但是单独采用有限元法只能解决开域问题。用有限元法进行数值分析的第一步是对目标的离散,多年来人们一直在研究这个问题,试图找到一种有效、方便的离散方法,但由于电磁场领域的特殊性,这个问题一直没有得到很好的解决。问题的关键在于一方面对复杂的结构,一般的剖分方法难于适用;另一方面,由于剖分的疏密与最终所形成的系数矩阵的存贮量密切相关,因而人们采用了许多方法来减少存储量,如多重网格法,但这些方法的实现较为困难〔6〕。 网格剖分与加密是有限元方法发展的瓶颈之一,采用自适应网格剖分和加密技术相对来说可以较好地解决这一问题。自适应网格剖分根据对场量分布求解后的结果对网格进行增加剖分密度的调整,在网格密集区采用高阶插值函数,以进一步提高精度,在场域分布变化剧烈区域,进行多次加密。 这些年有限元方法的发展日益加快,与其他理论相结合方面也有了新的进展,并取得了相当应用范围的成果,如自适应网格剖分、三维场建模求解、耦合问题、开域问题、高磁性材料及具有磁滞饱和非线性特性介质的处理等,还包括一些尚处于探索阶段的工作,如拟问题、人工智能和专家系统在电磁装置优化设计中的应用、边基有限元法等,这些都使得有限元方法的发展有了质的飞跃。 矩量法将连续方程离散化为代数方程组,既适用于求解微分方程,又适用于求解积分方程。他的求解过程简单,求解步骤统一,应用起来比较方便。然而 77他需要一定的数学技巧,如离散化的程度、基函数与权函数的选取,矩阵求解过程等。另外必须指出的是,矩量法可以达到所需要的精确度,解析部分简单,可计算量很大,即使用高速大容量计算机,计算任务也很繁重。矩量法在天线分析和电磁场散射问题中有比较广泛地应用,已成功用于天线和天线阵的辐射、散射问题、微带和有耗结构分析、非均匀地球上的传播及人体中电磁吸收等。 FDTD用有限差分式替代时域麦克斯韦旋度方程中的微分式,得到关于场分量的有限差分式,针对不同的研究对象,可在不同的坐标系中建模,因而具有这几个优点,容易对复杂媒体建模,通过一次时域分析计算,借助傅里叶变换可以得到整个同带范围内的频率响应;能够实时在现场的空间分布,精确模拟各种辐射体和散射体的辐射特性和散射特性;计算时间短。但是FDTD分析方法由于受到计算机存储容量的限制,其网格空间不能无限制的增加,造成FDTD方法不能适用于较大尺寸,也不能适用于细薄结构的媒质。因为这种细薄结构的最小尺寸比FDTD网格尺寸小很多,若用网格拟和这类细薄结构只能减小网格尺寸,而这必然导致计算机存储容量的加大。因此需要将FDTD与其他技术相结合,目前这种技术正蓬勃发展,如时域积分方程/FDTD方法,FDTD/MOM等。FDTD的应用范围也很广阔,诸如手持机辐射、天线、不同建筑物结构室内的电磁干扰特性研究、微带线等〔7〕。 复射线技术具有物理模型简单、数学处理方便、计算效率高等特点,在复杂目标散射特性分析等应用领域中有重要的研究价值。典型的处理方式是首先将入射平面波离散化为一组波束指向平行的复源点场,通过特定目标情形下的射线追踪、场强计算和叠加各射线场的贡献,可以得到特定观察位置处散射场的高频渐进解。目前已运用复射线分析方法对飞行器天线和天线罩(雷达舱)、(加吸波涂层)翼身结合部和进气道以及涂层的金属平板、角形反射器等典型目标散射特性进行了成功的分析。尽管复射线技术的计算误差可以通过参数调整得到控制,但其本身是一种高频近似计算方法,由于入射波场的离散和只引入鞍点贡献,带来了不可避免的计算误差。总的来说复射线方法在目标电磁散射领域还是具有独特的优势,尤其是对复杂目标的处理。5 结 语 电磁学的数值计算方法远远不止以上所举,还有边界元素法、格林函数法等,在具体问题中,应该采用不同的方法,而不应拘泥于这些方法,还可以把这些方法加以综合应用,以达到最佳效果。 电磁学的数值计算是一门计算的艺术,他横跨了多个学科,是数学理论、电磁理论和计算机的有机结合。原则上讲,从直流到光的宽频带范围都属于他的研究范围。为了跟上世界科技发展的需要,应大力进行电磁场的并行计算方法的研究,不断拓广他的应用领域,如生物电磁学、复杂媒质中的电磁正问题和逆问题、医学应用、微波遥感应用、非线性电磁学中的混沌与分叉、微电子学和纳米电子学等。参考文献〔1〕 文舸一.计算电磁学的进展与展望〔J〕.电子学报,1995,23(10):62-69.〔2〕 刘圣民.电磁场的数值方法〔M〕.武汉:华中理工大学出版社,1991.〔3〕 张成,郑宏兴.小波矩量法求解电磁场积分方程〔J〕.宁夏大学学报(自然科学版),2000,21(1):76-79. 〔4〕 王长清.时域有限差分(FD-TD)法〔J〕.微波学报,1989,(4):8-18.〔5〕 阮颖诤.复射线理论及其应用〔M〕.成都:电子工业出版社,1991.〔6〕 方静,汪文秉.有限元法和矩量法结合分析背腔天线的辐射特性〔J〕.微波学报,2000,16(2):139-143.〔7〕 杨永侠,王翠玲.电磁场的FDTD分析方法〔J〕.现代电子技术,2001,(11):73-74.〔8〕 洪伟.计算电磁学研究进展〔J〕.东南大学学RB (自然科学版),2002,32(3):335-339.〔9〕 王长清,祝西里.电磁场计算中的时域有限差分法〔M〕.北京:北京大学出版社,1994.〔10〕 楼仁海,符果行,袁敬闳.电磁理论〔M〕.成都:电子科技大学出版社,1996. 现代电子技术
内容简介《2011年全国天线年会论文集(套装上下册)》集中反映了国内天线领域的研究动向,汇集了本领域科研工作者的最新研究成果,涵盖了本领域的很多前沿研究方向,内容涉及天线理论、微带天线与印刷天线、自适应阵列天线与智能天线、可重构天线、相控阵天线、多频段天线、宽带/超宽带天线、波束形成与波束赋形、频率选择表面、计算电磁学、电磁散射、逆散射与成像等三十二个类别。[1]目录上册第1部分 微带天线与印刷天线一种机载共形微带八木天线的设计方法小型双频圆极化微带天线的设计一种新型双频微带天线的分析与设计应用于WLAN/WiMAX的三频段微带贴片天线设计宽频带双波段双极化合成孔径雷达天线阵列单元设计一种具有谐波抑制功能的宽带缝隙天线一种小型化宽频带n形微带天线超高频RFID读写器天线设计低功率密度下具有通信功能的整流天线新型平面树状分形天线小型化研究平面四臂缝隙螺旋天线的一种轴比改进设计仿真一种用于WLANwIMA三频段新型小型化微带天线一种基于Fabry-Perot谐振腔的新型低剖面高增益天线一种基于CRLH-TL的三馈圆极化微带天线的设计多频宽带卫星导航接收天线的设计双金属板加载水平极化全向天线一种加载CSRR的新型三频微带天线紧凑型非对称裂缝圆极化GPS天线及其阵列的研究一种新型的微带天线小型化设计带三角形槽梯形印制单极超宽带天线一种双层宽带微带天线设计应用于RFID中宽频带贴片小天线的设计与研究天线窗对方形微带天线辐射特性影响的研究一种新型共面波导馈电宽带圆极化印刷天线双频双模卫星导航微带天线设计与制备一种用于手机终端的宽带MIMO双天线设计一种新型小型化定向天线的设计有机磁性材料基片微带天线研究S波段双圆极化微带贴片天线设计一种适用于移动通信的宽带贴片天线形寄生单元的新型超宽带陷波天线宽频带宽波瓣准端射圆极化微带八木天线基于RFID应用的印刷L型双频天线小型化GPS抑制表面波天线研究一种双频双圆极化宽波束微带天线一种新型高隔离度MIMO天线的设计基于EBG/AMC微带天线工作模式影响的仿真分析基于EBG的波束切换微带天线单元研究一种缺陷地结构宽带双频微带天线基于ADS的小型化微带天线设计分形对数周期天线设计一种宽频带宽波束圆极化微带天线的设计AMC结构在双层介质微带天线阵列中的应用基于L型探针的宽带宽波束圆极化微带天线的设计新型x波段高增益微带天线设计一种新颖的低剖面L波段宽带圆极化缝隙天线一种宽带三极化MIMO天线一款WL,AN双频印刷天线的设计与实现4元s波段宽频带高增益微带阵列天线的设计一新型双频双圆极化微带折合天线一种侧馈对跖Vivaldi天线的设计一种新型圆极化四元微带振子天线阵的设计与实现印刷法制作RFID天线研究进展利用多层环状结构设计多频微带天线基于L频段圆极化缝隙天线的设计与实现5-12GHz共形对数周期天线的分析与设计一种用于小型化的集总电感加载EBG结构及其双带隙实现新型小型化双频GNSS微带天线互补双环左手材料高性能微带天线一种宽频带高增益多层微带天线的研究……第2部分 多频段/宽带天线第3部分 计算电磁学第4部分 阵列天线第5部分 反射面天线第6部分 毫米波天线下册第7部分 相控阵天线第8部分 电磁散射、逆散射与成像第9部分 电磁带隙结构与左手媒质第10部分 波束形成与波束赋形第11部分 自适应阵列天线与智能线第12部分 线天线第13部分 天线测量第14部分 电波传播第15部分 天线馈电网络第16部分 单脉冲天线第17部分 无线通信中的天线技术第18部分 共形天线第19部分 可重构天线第20部分 漏波天线第21部分 频率选择表面第22部分 孔径天线与馈源第23部分 合成孔径雷达第24部分 有源天线第25部分 电小天线第26部分 亚毫米波/THz天线第27部分 天线罩第28部分 瞬态天线第29部分 随机表面与粗糙表面第30部分 槽天线第31部分 其他
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电磁学计算方法的研究进展和状态摘 要:介绍了电磁学计算方法的研究进展和状态,对几种富有代表性的算法做了介绍,并比较了各自的优势和不足,包括矩量法、有限元法、时域有限差分方法以及复射线方法等。 关键词:矩量法;有限元法;时域有限差分方法;复射线方法 1 引 言 1864年Maxwell在前人的理论(高斯定律、安培定律、法拉第定律和自由磁极不存在)和实验的基础上建立了统一的电磁场理论,并用数学模型揭示了自然界一切宏观电磁现象所遵循的普遍规律,这就是著名的Maxwell方程。在11种可分离变量坐标系求解Maxwell方程组或者其退化形式,最后得到解析解。这种方法可以得到问题的准确解,而且效率也比较高,但是适用范围太窄,只能求解具有规则边界的简单问题。对于不规则形状或者任意形状边界则需要比较高的数学技巧,甚至无法求得解析解。20世纪60年代以来,随着电子计算机技术的发展,一些电磁场的数值计算方法发展起来,并得到广泛地应用,相对于经典电磁理论而言,数值方法受边界形状的约束大为减少,可以解决各种类型的复杂问题。但各种数值计算方法都有优缺点,一个复杂的问题往往难以依靠一种单一方法解决,常需要将多种方法结合起来,互相取长补短,因此混和方法日益受到人们的重视。 本文综述了国内外计算电磁学的发展状况,对常用的电磁计算方法做了分类。2 电磁场数值方法的分类 电磁学问题的数值求解方法可分为时域和频域2大类。频域技术主要有矩量法、有限差分方法等,频域技术发展得比较早,也比较成熟。时域法主要有时域差分技术。时域法的引入是基于计算效率的考虑,某些问题在时域中讨论起来计算量要小。例如求解目标对冲激脉冲的早期响应时,频域法必须在很大的带宽内进行多次采样计算,然后做傅里叶反变换才能求得解答,计算精度受到采样点的影响。若有非线性部分随时间变化,采用时域法更加直接。另外还有一些高频方法,如GTD,UTD和射线理论。 从求解方程的形式看,可以分为积分方程法(IE)和微分方程法(DE)。IE和DE相比,有如下特点:IE法的求解区域维数比DE法少一维,误差限于求解区域的边界,故精度高;IE法适合求无限域问题,DE法此时会遇到网格截断问题;IE法产生的矩阵是满的,阶数小,DE法所产生的是稀疏矩阵,但阶数大;IE法难以处理非均匀、非线性和时变媒质问题,DE法可直接用于这类问题〔1〕。3 几种典型方法的介绍 有限元方法是在20世纪40年代被提出,在50年代用于飞机设计。后来这种方法得到发展并被非常广泛地应用于结构分析问题中。目前,作为广泛应用于工程和数学问题的一种通用方法,有限元法已非常著名。 有限元法是以变分原理为基础的一种数值计算方法。其定解问题为: 应用变分原理,把所要求解的边值问题转化为相应的变分问题,利用对区域D的剖分、插值,离散化变分问题为普通多元函数的极值问题,进而得到一组多元的代数方程组,求解代数方程组就可以得到所求边值问题的数值解。一般要经过如下步骤: ①给出与待求边值问题相应的泛函及其变分问题。 ②剖分场域D,并选出相应的插值函数。 ③将变分问题离散化为一种多元函数的极值问题,得到如下一组代数方程组:其中:Kij为系数(刚度)矩阵;Xi为离散点的插值。 ④选择合适的代数解法解式(2),即可得到待求边值问题的数值解Xi(i=1,2,…,N) (2)矩量法 很多电磁场问题的分析都归结为这样一个算子方程〔2〕: L(f)=g(3)其中:L是线性算子,f是未知的场或其他响应,g是已知的源或激励。 在通常的情况下,这个方程是矢量方程(二维或三维的)。如果f能有方程解出,则是一个精确的解析解,大多数情况下,不能得到f的解析形式,只能通过数值方法进行预估。令f在L的定义域内被展开为某基函数系f1,f2,f3,…,fn的线性组合:其中:an是展开系数,fn为展开函数或基函数。 对于精确解式(2)通畅是无限项之和,且形成一个基函数的完备集,对近似解,将式 (2)带入式(1),再应用算子L的线性,便可以得到: m=1,2,3,…此方程组可写成矩阵形式f,以解出f。矩量法就是这样一种将算子方程转化为矩阵方程的一种离散方法。 在电磁散射问题中,散射体的特征尺度与波长之比是一个很重要的参数。他决定了具体应用矩量法的途径。如果目标特征尺度可以与波长比较,则可以采用一般的矩量法;如果目标很大而特征尺度又包括了一个很大的范围,那么就需要选择一个合适的离散方式和离散基函数。受计算机内存和计算速度影响,有些二维和三维问题用矩量法求解是非常困难的,因为计算的存储量通常与N2或者N3成正比(N为离散点数),而且离散后出现病态矩阵也是一个难以解决的问题。这时需要较高的数学技巧,如采用小波展开,选取合适的小波基函数来降维等〔3〕。 (3)时域有限差分方法 时域有限差分(FDTD)是电磁场的一种时域计算方法。传统上电磁场的计算主要是在频域上进行的,这些年以来,时域计算方法也越来越受到重视。他已在很多方面显示出独特的优越性,尤其是在解决有关非均匀介质、任意形状和复杂结构的散射体以及辐射系统的电磁问题中更加突出。FDTD法直接求解依赖时间变量的麦克斯韦旋度方程,利用二阶精度的中心差分近似把旋度方程中的微分算符直接转换为差分形式,这样达到在一定体积内和一段时间上对连续电磁场的数据取样压缩。电场和磁场分量在空间被交叉放置,这样保证在介质边界处切向场分量的连续条件自然得到满足。在笛卡儿坐标系电场和磁场分量在网格单元中的位置是每一磁场分量由4个电场分量包围着,反之亦然。 这种电磁场的空间放置方法符合法拉第定律和安培定律的自然几何结构。因此FDTD算法是计算机在数据存储空间中对连续的实际电磁波的传播过程在时间进程上进行数字模拟。而在每一个网格点上各场分量的新值均仅依赖于该点在同一时间步的值及在该点周围邻近点其他场前半个时间步的值。这正是电磁场的感应原理。这些关系构成FDTD法的基本算式,通过逐个时间步对模拟区域各网格点的计算,在执行到适当的时间步数后,即可获得所需要的结果。 在上述算法中,时间增量Δt和空间增量Δx,Δy和Δz不是相互独立的,他们的取值必须满足一定的关系,以避免数值不稳定。这种不稳定表现为在解显式 差分方程时随着时间步的继续计算结果也将无限制的67增加。为了保证数值稳定性必须满足数值稳定条件:其中:(对非均匀区域,应选c的最大值)〔4〕。 用差分方法对麦克斯韦方程的数值计算还会在网格中引起所模拟波模的色散,即在FDTD网格中数字波模的传播速度将随波长、在网格中的传播方向以及离散化的情况而改变。这种色散将导致非物理原因引起的脉冲波形的畸变、人为的各向异性及虚拟的绕射等,因此必须考虑数值色散问题。如果在模拟空间中采用大小不同的网格或包含不同的介质区域,这时网格尺寸与波长之比将是位置的函数,在不同网格或介质的交界面处将出现非物理的绕射和反射现象,对此也应该进行定量的研究,以保证正确估计FDTD算法的精度。在开放问题中电磁场将占据无限大空间,而由于计算机内存总是有限的,只能模拟有限空间,因此差分网格在某处必将截断,这就要求在网格截断处不引起波的明显反射,使对外传播的波就像在无限大空间中传播一样。这就是在截断处设置吸收边界条件,使传播到截断处的波被边界吸收而不产生反射,当然不可能达到完全没有反射,目前已创立的一些吸收边界条件可达到精度上的要求,如Mur所导出的吸收边界条件。 (4)复射线方法 复射线是用于求解波场传播和散射问题的一种高频近似方法。他根据几何光学理论和几何绕射理论的分析方法和计算公式,在解析延拓的复空间中求解复射线轨迹和场的振幅和相位,从而直接得出局部不均匀波(凋落波)的传播和散射规律〔5〕。复射线方法是包括复射线追踪、复射线近轴近似、复射线展开以及复绕射线等处理技术在内的一系列处理方法的统称。其共同特点在于:通过将射线参考点坐标延拓到复空间而建立了一个简单而统一的实空间中波束/射线束(Bundle ofrays)分析模型;通过费马原理及其延拓,由基于复射线追踪或复射线近轴近似的处理技术,构造了射线光学架构下有效的鞍点场描述方法等。例如,复射线追踪法将射线光学中使用的射线追踪方法和场强计算公式直接地解析延拓到复空间,利用延拓后的复费马原理进行复射线搜索,从而求出复射线轨迹和复射线场。这一方法的特点在于可以基于射线光学方法有效地描述空间中波束的传播,因此,提供了一类分析波束传播的简便方法。其不足之处是对每一个给定的观察点必须进行一次二维或四维的复射线轨迹搜索,这是一个十分花费时间的计算机迭代过程。4 几种方法的比较和进展 将有限元法移植到电磁工程领域还是二十世纪六七十年代的事情,他比较新颖。有限元法的优点是适用于具有复杂边界形状或边界条件、含有复杂媒质的定解问题。这种方法的各个环节可以实现标准化,得到通用的计算程序,而且有较高的计算精度。但是这种方法的计算程序复杂冗长,由于他是区域性解法,分割的元素数和节点数较多,导致需要的初始数据复杂繁多,最终得到的方程组的元数很大,这使得计算时间长,而且对计算机本身的存储也提出了要求。对电磁学中的许多问题,有限元产生的是带状(如果适当地给节点编号的话)、稀疏阵(许多矩阵元素是0)。但是单独采用有限元法只能解决开域问题。用有限元法进行数值分析的第一步是对目标的离散,多年来人们一直在研究这个问题,试图找到一种有效、方便的离散方法,但由于电磁场领域的特殊性,这个问题一直没有得到很好的解决。问题的关键在于一方面对复杂的结构,一般的剖分方法难于适用;另一方面,由于剖分的疏密与最终所形成的系数矩阵的存贮量密切相关,因而人们采用了许多方法来减少存储量,如多重网格法,但这些方法的实现较为困难〔6〕。 网格剖分与加密是有限元方法发展的瓶颈之一,采用自适应网格剖分和加密技术相对来说可以较好地解决这一问题。自适应网格剖分根据对场量分布求解后的结果对网格进行增加剖分密度的调整,在网格密集区采用高阶插值函数,以进一步提高精度,在场域分布变化剧烈区域,进行多次加密。 这些年有限元方法的发展日益加快,与其他理论相结合方面也有了新的进展,并取得了相当应用范围的成果,如自适应网格剖分、三维场建模求解、耦合问题、开域问题、高磁性材料及具有磁滞饱和非线性特性介质的处理等,还包括一些尚处于探索阶段的工作,如拟问题、人工智能和专家系统在电磁装置优化设计中的应用、边基有限元法等,这些都使得有限元方法的发展有了质的飞跃。 矩量法将连续方程离散化为代数方程组,既适用于求解微分方程,又适用于求解积分方程。他的求解过程简单,求解步骤统一,应用起来比较方便。然而 77他需要一定的数学技巧,如离散化的程度、基函数与权函数的选取,矩阵求解过程等。另外必须指出的是,矩量法可以达到所需要的精确度,解析部分简单,可计算量很大,即使用高速大容量计算机,计算任务也很繁重。矩量法在天线分析和电磁场散射问题中有比较广泛地应用,已成功用于天线和天线阵的辐射、散射问题、微带和有耗结构分析、非均匀地球上的传播及人体中电磁吸收等。 FDTD用有限差分式替代时域麦克斯韦旋度方程中的微分式,得到关于场分量的有限差分式,针对不同的研究对象,可在不同的坐标系中建模,因而具有这几个优点,容易对复杂媒体建模,通过一次时域分析计算,借助傅里叶变换可以得到整个同带范围内的频率响应;能够实时在现场的空间分布,精确模拟各种辐射体和散射体的辐射特性和散射特性;计算时间短。但是FDTD分析方法由于受到计算机存储容量的限制,其网格空间不能无限制的增加,造成FDTD方法不能适用于较大尺寸,也不能适用于细薄结构的媒质。因为这种细薄结构的最小尺寸比FDTD网格尺寸小很多,若用网格拟和这类细薄结构只能减小网格尺寸,而这必然导致计算机存储容量的加大。因此需要将FDTD与其他技术相结合,目前这种技术正蓬勃发展,如时域积分方程/FDTD方法,FDTD/MOM等。FDTD的应用范围也很广阔,诸如手持机辐射、天线、不同建筑物结构室内的电磁干扰特性研究、微带线等〔7〕。 复射线技术具有物理模型简单、数学处理方便、计算效率高等特点,在复杂目标散射特性分析等应用领域中有重要的研究价值。典型的处理方式是首先将入射平面波离散化为一组波束指向平行的复源点场,通过特定目标情形下的射线追踪、场强计算和叠加各射线场的贡献,可以得到特定观察位置处散射场的高频渐进解。目前已运用复射线分析方法对飞行器天线和天线罩(雷达舱)、(加吸波涂层)翼身结合部和进气道以及涂层的金属平板、角形反射器等典型目标散射特性进行了成功的分析。尽管复射线技术的计算误差可以通过参数调整得到控制,但其本身是一种高频近似计算方法,由于入射波场的离散和只引入鞍点贡献,带来了不可避免的计算误差。总的来说复射线方法在目标电磁散射领域还是具有独特的优势,尤其是对复杂目标的处理。5 结 语 电磁学的数值计算方法远远不止以上所举,还有边界元素法、格林函数法等,在具体问题中,应该采用不同的方法,而不应拘泥于这些方法,还可以把这些方法加以综合应用,以达到最佳效果。 电磁学的数值计算是一门计算的艺术,他横跨了多个学科,是数学理论、电磁理论和计算机的有机结合。原则上讲,从直流到光的宽频带范围都属于他的研究范围。为了跟上世界科技发展的需要,应大力进行电磁场的并行计算方法的研究,不断拓广他的应用领域,如生物电磁学、复杂媒质中的电磁正问题和逆问题、医学应用、微波遥感应用、非线性电磁学中的混沌与分叉、微电子学和纳米电子学等。参考文献〔1〕 文舸一.计算电磁学的进展与展望〔J〕.电子学报,1995,23(10):62-69.〔2〕 刘圣民.电磁场的数值方法〔M〕.武汉:华中理工大学出版社,1991.〔3〕 张成,郑宏兴.小波矩量法求解电磁场积分方程〔J〕.宁夏大学学报(自然科学版),2000,21(1):76-79. 〔4〕 王长清.时域有限差分(FD-TD)法〔J〕.微波学报,1989,(4):8-18.〔5〕 阮颖诤.复射线理论及其应用〔M〕.成都:电子工业出版社,1991.〔6〕 方静,汪文秉.有限元法和矩量法结合分析背腔天线的辐射特性〔J〕.微波学报,2000,16(2):139-143.〔7〕 杨永侠,王翠玲.电磁场的FDTD分析方法〔J〕.现代电子技术,2001,(11):73-74.〔8〕 洪伟.计算电磁学研究进展〔J〕.东南大学学RB (自然科学版),2002,32(3):335-339.〔9〕 王长清,祝西里.电磁场计算中的时域有限差分法〔M〕.北京:北京大学出版社,1994.〔10〕 楼仁海,符果行,袁敬闳.电磁理论〔M〕.成都:电子科技大学出版社,1996. 现代电子技术
当人们使用手机时,手机会向发射基站传送无线电波,而无线电波或多或少地会被人体吸收,这些电波就是手机辐射。 一般来说,手机待机时辐射较小,通话时辐射大一些,而在手机号码已经拨出而尚未接通时,辐射最大,辐射量是待机时的3倍左右。这些辐射有可能改变人体组织,对人体健康造成不利影响。 别放枕头边 据中国室内装饰协会室内环境监测工作委员会的赵玉峰教授介绍,手机辐射对人的头部危害较大,它会对人的中枢神经系统造成机能性障碍,引起头痛、头昏、失眠、多梦和脱发等症状,有的人面部还会有刺激感。在美国和日本,已有不少怀疑因手机辐射而导致脑瘤的案例。去年7月,美国马里兰州一名患脑癌的男子认为使用手机使他患上了癌症,于是对手机制造商提起了诉讼。因此,人们在接电话时最好先把手机拿到离身体较远的距离接通,然后再放到耳边通话。此外,尽量不要用手机聊天,睡觉时也注意不要把手机放在枕头边。 莫挂在胸前 许多女孩子喜欢把手机挂在胸前,但是研究表明,手机挂在胸前,会对心脏和内分泌系统产生一定影响。即使在辐射较小的待机状态下,手机周围的电磁波辐射也会对人体造成伤害。心脏功能不全、心律不齐的人尤其要注意不能把手机挂在胸前。有专家认为,电磁辐射还会影响内分泌功能,导致女性月经失调。另外,电磁波辐射还会影响正常的细胞代谢,造成体内钾、钙、钠等金属离子紊乱。 手机中一般装有屏蔽设备,可减少辐射对人体的伤害,含铝、铅等重金属的屏蔽设备防护效果较好。但女性为了美观,往往会选择小巧的手机,这种手机的防护功能有可能不够完善,因此,女性朋友最好不要把手机挂在胸前。 放在裤袋会杀精 据6月28日英国《泰晤士报》报道,匈牙利科学家发现,经常携带和使用手机的男性的精子数目可减少多达30%。有医学专家指出,手机若常挂在人体的腰部或腹部旁,其收发信号时产生的电磁波将辐射到人体内的精子或卵子,这可能会影响使用者的生育机能。英国的实验报告指出,老鼠被手机微波辐射5分钟,就会产生DNA病变;人类的精、卵子长时间受到手机微波辐射,也有可能产生DNA病变。 专家建议手机使用者尽量让手机远离腰、腹部,不要将手机挂在腰上或放在大衣口袋里。有些男性把手机塞在裤子口袋内,这对精子威胁最大,因为裤子的口袋就在睾丸旁边。当使用者在办公室、家中或车上时,最好把手机摆在一边。外出时可以把手机放在皮包里,这样离身体较远。使用耳机来接听手机也能有效减少手机辐射的影响。手机辐射与脑瘤的关系 目前,中国的手机拥有量已达1亿多部,据预测,2002年以后,中国的手机拥有总量将会超过美国。 但是,同世界上任何一个国家一样,如此钟爱手机的中国人对于手机会给自己带来怎样的健康隐患并没有足够的心理准备,或者说,没有人愿意正视这一严肃的问题。 罕见脑瘤疑为手机辐射所致 在解放军304医院的神经外科病房,笔者见到了一位脑瘤患者。该院神经外科主任医师、首都脑胶质瘤治疗中心李安民教授称,这位患者患了一种罕见的恶性脑瘤———学名“脑胶质瘤”———被怀疑是由于长期的手机辐射引起的。 在304医院李教授的办公室里,他向笔者做了具体介绍。李说,患者是一位40多岁的机关干部,使用手机的历史已有8年,而且使用频率很高,平时习惯用左手接听手机。大约一年前患者感觉记忆力不好、头晕、头疼。经过检查,在患者的大脑左半球顶叶发现了一个鹅蛋大小的脑胶质瘤。 李教授还说,除此之外,普通的胶质瘤呈团块状,像月亮一样边界清晰;这名患者的瘤子呈弥散型,界限不清楚,如同大米里掺了沙子。李教授由此推断:“这有很大可能由手机辐射引起的脑胶质瘤。” 为了更清晰地说明病因,李教授从桌子上拿起一个头盖骨标本指给笔者看:“患者肿瘤生长的部位恰恰是手机天线电磁波辐射最集中的区域,而通常情况下,脑胶质瘤很少会发生在这个部位。”这一脑瘤混合体 不能进行手术切除,治疗的难度比普通的脑瘤大得多。刚来304医院时,患者已经下不来床,说话也很困难。运用化疗等办法,经过近1年时间的治疗,病人目前已经大有好转,但能否治愈还很难说。 “辐射等于把脑子煮熟了” 英国学者曾经做过一个试验,把手机放到线虫的抚育箱里,手机发出的电磁辐射作用一段时间后他们发现,线虫就像用水煮过一样。李教授说:“尽管颅骨可以屏蔽一部分微波,但电磁辐射的穿透力很强,微波穿透颅骨后作用于脑子,等于把脑子煮熟了。” 有关研究证实,使用手机时,会有40%至60%的辐射量直接渗透到脑部一寸到一寸半的深度,而且手机辐射会不停地在脑子里累积。 李教授简单介绍了手机辐射可能致脑瘤的发病过程:脑细胞由神经元细胞和神经胶质细胞组成,神经元细胞受到辐射加热会死亡,这时胶质细胞就会增殖。增殖出来的胶质细胞如果有一部分属于异常,那部分就是癌变。 上大学的时候,李安民教授实习的地方在这个城市的电视发射塔下面。当时全年级200多名学生中很多人夜里睡不着觉,一脱离那个环境就恢复了正常,大家都觉得这事挺邪门儿。 电视塔会对周围环境产生电磁辐射,只是在辐射量上不同罢了。李教授通俗地解释说:“晚上,人的脑细胞本来是安静的,可有个东西老在不停地摇它,人就肯定睡不着。” 手机辐射到底会不会引发脑瘤?手机电磁辐射的危害有多大? 长期从事电磁辐射研究的王生教授认为,目前国际上还没有一个科学的方法能证明脑瘤是由于电磁辐射引起的,但电磁辐射如果超过一定强度、持续一定时间就对人体有害,这是国际上公认的。 中国预防医学科学院环境卫生监测所的研究人员,曾对100多名公司职员进行调查,发现使用手机能引起神经方面的不良反应。比如要求手机使用者和不使用者同时按按纽,测试他们的反应情况,使用手机的人比不使用的人动作需要的平均反应时间延长,与此同时,反应正确的次数则要少。 该监测所所做的一项“移动电话手机对健康的影响调查”进一步表明,长期使用手机会引起胸闷、恶心、食欲减退等不良反应,同时对睡眠质量有不良影响,每天使用时间过长会引起多梦,并可能导致失眠。 国内外的很多报道认为,手机电磁辐射引起的普遍现象是神经衰弱,症状主要有头痛、头晕、记忆力减退、注意力不集中等。 手机挂腰间 将导致不孕?! 近4年来,吴丽惠在和平医院主持不孕病症门诊观察发现,患者几乎都有使用手机的习惯。她建议手机使用者,尽量让手机远离腰、腹部,如不要将手机挂在胸前、挂在腰上或塞在大衣口袋里。有些男性会把手机塞在裤子口袋内,而这对精子威胁最大,因为裤子的口袋就在睾丸旁边。不管是在办公室、家中或车上,手机最好摆在一旁,按下接听键后也不要马上接听,应稍等1、2秒后再接听。 吴丽惠表示,手机对人体的伤害虽不易测量,但目前不断有手机危害人体的报告及论文出现。英国的实验报告指出,老鼠被手机微波辐射5分钟,就会产生DNA病变;人类的精、卵子如长时间受到手机微波辐射,也不排除产生DNA病变的可能,并因此影响生育机能。 手机辐射:比想象中的可怕 三九健康网 和讯 一项最新研究显示,手机释放的电磁辐射对脑细胞的影响比以往估计高出两成。 据新华社报道,研究由西班牙马德里孔普卢滕塞大学应用物理学系进行,负责人塞巴斯蒂安教授指出,现有方法得出的数据,低估了辐射对人体组织的影响,因为一般用于量度电磁辐射SAR指数的模型是圆形,与真实的人类细胞不同。 这次实验证明,使用与实际形状跟人类细胞较相似的模型、如圆筒形和榄球形细胞模型时,电磁场的强度会较高。 研究人员分别透过圆筒形、榄球形和圆球形细胞模型,来测量手机造成的电磁场强度。结果显示,圆筒形和榄球形模型内的电磁场强度,高于圆球形模型一成半至两成。 塞巴斯蒂安说:“既然电磁场的强度较预期大,对健康的影响也会相应提高。我们估计,电磁辐射的遗害会不断累积,在十至十五年后,很可能出现更多因手机普及而导致的癌症个案。” 用手机患眼癌机会率高三倍 别对手机危害置之不理 一千个人眼中有一千个哈姆雷特。日前,本报转发了一幅新华社图片。画面中一个四五岁的小男孩正打手机,其原意是表现上海手机已经接近普及。但是来自佳木斯大学物理学教授谢宜臣先生却为此专门赶到报社。谢教授称,当心手机辐射,尤其是孩子。 谢教授认为,目前关于手机辐射危害的争议,其实仅仅是量的讨论,而不是有没有的问题。谢教授称,有些媒体为了追求与众不同曾片面报道“打手机对健康无损”,这是不负责任的。 人们正是根据微波的致热效应,发明了微波炉。有人会理直气壮地说:“没看见谁的大脑被手机微波烤熟呀!” 谢教授解释说,这是由于功率的不同,然而由于手机在使用时紧贴头部,发射的微波非常集中,因此反复长时间地使用手机,必将引起局部病变。关于手机辐射引发眼癌、脑癌的报道屡见不鲜,值得一提的事,最新一期的欧洲防癌杂志发表了专家对1617名脑癌症患者的研究报告,长期使用手机的人患眼癌的机会比不用的人患脑癌的几率高出80%。 更有人可能会说:“我都用了这么多年手机了,什么事都没有。”对此伦敦大学研究人类大脑神经细胞的科学家盖布尔指出,手机致癌有一个很长的潜伏期,人们很难一下子看到它的危害,致使许多人对使用手机的危害置若罔闻。 大量的科学研究结果表明,微波能量转化为非致热效应的那部分能量对人体危害更为严重。英国的实验报告指出,老鼠以手机微波照射五分钟就会产生DNA病变,对人类的危害可想而知。 鉴于手机辐射对人体造成危害的共识,世界各国均对手机辐射制定了安全标准,英国政府明令禁止16岁以下未成年人使用手机;日本政府规定出售手机必须连同手机防辐射装置一同出售等等。
我大学毕业论文写的是<< 电动助力转向系统中传动机构的运动学和动力学分析与比较>>,如果只是一般性论文,建议写<<生活中的物理 >>,<<世纪之交谈物理学发展的方向>>,<<物理学前沿问题探索>>之类的较广泛的题目,这样比较容易,相关资料也比较好找
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移动通信是指通信双方或至少一方是处在移动状态下进行信息交换,实现通信。关于移动通信专业的论文题目有哪些呢?下面我给大家带来2021通信专业 毕业 论文题目与选题,希望能帮助到大家!
移动通信论文题目
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通信专业毕业论文题目
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58、量子照明及其在安全通信上的应用
59、一款用于4G通信的水平极化全向LTE天线
60、面向无线通信的双频带平面缝隙天线设计
通信技术毕业论文题目
1、基于OFDM的电力线通信技术研究
2、基于专利信息分析的我国4G移动通信技术发展研究
3、基于无线通信技术的智能电表研制
4、基于Android手机摄像头的可见光通信技术研究
5、基于激光二极管的可见光通信技术研究和硬件设计
6、智能家居系统安全通信技术的研究与实现
7、基于DVB-S2的宽带卫星通信技术应用研究
8、基于近场通信技术的蓝牙 配对 模块的研发
9、多点协作通信系统的关键技术研究
10、无线通信抗干扰技术性能研究
11、水下无线通信网络安全关键技术研究
12、水声扩频通信关键技术研究
13、基于协作分集的无线通信技术研究
14、数字集群通信网络架构和多天线技术的研究
15、通信网络恶意代码及其应急响应关键技术研究
16、基于压缩感知的超宽带通信技术研究
17、大气激光通信中光强闪烁及其抑制技术的研究
18、卫星通信系统跨层带宽分配及多媒体通信技术研究
19、星间/星内无线通信技术研究
20、量子通信中的精密时间测量技术研究
21、无线传感器网络多信道通信技术的研究
22、宽带电力线通信技术工程应用研究
23、可见光双层成像通信技术研究与应用
24、基于可见光与电力载波的无线通信技术研究
25、车联网环境下的交通信息采集与通信技术研究
26、室内高速可调光VLC通信技术研究
27、面向5G通信的射频关键技术研究
28、基于AMPSK调制的无线携能通信技术研究
29、车联网V2I通信媒体接入控制技术研究
30、下一代卫星移动通信系统关键技术研究
31、物联网节点隐匿通信模型及关键技术研究
32、高速可见光通信的调制关键技术研究
33、无线通信系统中的大规模MIMO关键理论及技术研究
34、OQAM-OFDM无线通信系统关键技术研究
35、基于LED的可见光无线通信关键技术研究
36、CDMA扩频通信技术多用户检测器的应用
37、基于GPRS的嵌入式系统无线通信技术的研究
38、近距离低功耗无线通信技术的研究
39、矿山井下人员定位系统中无线通信技术研究与开发
40、基于信息隐藏的隐蔽通信技术研究
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生活中电磁辐射污染论文类的 供研究者使用生活中的电磁辐射污染及防范【摘 要】如今我们工作、生活在 E 时代,在你每天尽情享受科技带来的便捷 和舒适时,有没有想过,在不知不觉中频率不同的电磁波,在我们周围悄无声息地 构成了一种被称作“ 电子 雾”的浓重污染源,它看不到、听不到、嗅不到、摸 不到,神不知鬼不觉地任意穿透、 “切割”人的身体,如同“幽灵”一样,令人防不 胜防。生活中的电子产品种类十分众多,与我们的生活、工作关系非常密切,我们 与它们接触的时间又比较长,因此,这些电子产品所产生的电磁辐射对人体健康 的影响问题已经越来越受到人们的重视。 那么,什么是电磁辐射污染?它对人体作 用的机理有哪些?如何防范电磁辐射污染?【关键词】电磁辐射污染 电磁辐射污染机理 电磁辐射污染防范1831 年英国 科学 家法拉第应用电磁感应的方法,使磁场中的导体在一定 条件下产生了感应电流。 这是 19 世纪最伟大的发现之一,随即世界上第一座发电 站的建成标志着人类迈进了电磁辐射的应用时代。一百多年前,电磁辐射已经深 入到了人类生活的方方面面,当今更是进入了一个电磁辐射的高利用时代。 不过,科学历来都是一把双刃剑,时代的进步常常是要付出一定代价的,这种 二律背反的现象已经得到了 历史 的多次验证。 人们在充分享受电磁辐射带来的 方便舒适的同时,也日渐感受到了它的负面效应。如各类各类办公自动化设备、 移动通讯设备、 家用电器迅速进入我们的生活,提高了我们的工作效率,丰富了我 们的精神和物质生活。就在我们的生活前所未有的便捷的同时,我们所使用的高 科技产品所产生的电磁辐射,又成为继室内空气污染、放射性污染和噪音污染之 后的又一室内环境污染。特别是近些年来,国内外媒体上屡屡报道的有关电磁辐 射对人体有害,更是让人们感觉到了来自电磁辐射的威胁,以致于很多人一提起 它,就有一种莫名的痛恨和恐惧。1 电磁辐射污染: 所谓电磁辐射污染是指高压电、变电站、电台、电视台、雷达站、电磁波发 射塔和电子仪器、医疗设备、自动化设备及微波炉、收音机、电视机、电脑、手 机等工作时产生的各种不同波长频率的电磁波。 人体如果长期暴露在超过安全的 电磁辐射剂量的电磁辐射下,细胞就会被杀伤或杀死。随着信息技术产品的不断 丰富,电磁辐射污染已经成为危害人们工作和生活的辐射污染的重要类型之一。 另一个方面,信息技术要依靠电磁波,而电磁波极容易被干扰和破坏,由此会带来 一些垃圾信息、有害信息的侵害,这也是电磁辐射污染的一个方面。电磁辐射会 造成所谓的“电磁污染”,人们也叫它电子“烟雾”或电子垃圾,即电磁辐射的强 度超过人体或环境所能承受的限度所产生的危害现象。它无色、无味、无形、无 踪,无任何感觉,可穿透包括人体在内的多种物质,无处不在,被科学家称为 “电子 垃圾”或“电子辐射污染”,有专家称这是继大气污染,水污染和噪音污染的第四 污染。2 电磁辐射对人体作用机理人体是导体,可以吸收电磁场的能量。 在电磁场的作用下,人体的分子会发生 取向排列,在分子排列过程中相互碰撞消耗磁场能而转化为内能,引起热效应。 电 磁场强度越大,则热效应越明显;电磁振荡频率越高,热效应越明显,即电磁辐射 对人体的作用:微波>超短波>短波>中波>长波。 而且干扰人体生物电信息的传递。 科学实验已表明,电磁辐射污染对人体的危害主要为两个方面——致热作用和非 致热作用。 致热作用致热作用是指电磁波穿透生物体表层,直接对肌体内部组织 “加热” (如同微波炉加热食品一样),即在高频电磁波作用下,物质的温度会发生改变。 高 频电磁波的致热作用会对生物体产生影响,从而对人体造成严重的伤害,导致乳 腺癌、阳痿、流产、胎儿畸形等疾病。 非致热作用非致热作用主要是指电磁波对人体植物神经系统的危害,造成心 悸、脱发、心动过缓、血压降低和妇女月经失调等疾病。有一个典型的实验是这 样做的:从鸡雏、猫的体内摘取出大脑皮质,用调制后的特高频、甚高频电磁波对 其进行照射,发现有钙离子析出。钙离子是生物体内信息传递、免疫系统工作和 细胞繁殖不可缺少的物质,它的浓度变化必然会对生物体产生影响。3 生活中电磁辐射污染的防范 现代 生活,处处离不开与 电子 设备打交道。能制造电磁辐射污染的污染 源无处不在,电脑、打印机、复印机、手提电话、无线电仪器等无不产生对身体 不利的电磁辐射波;与日常生活有关的如电视机、音响、洗衣机、电冰箱、空调、 微波炉等均能产生各种数量不等的电磁干扰,我们如何防护呢? 生活中怎样才能防止和减少室内电磁辐射污染呢? 中国 室内装饰协会室内 环境监测中心的专家提醒大家注意以下几点: 在购买电子产品是应注意证实该产品是否已经通过了 CCC 认证(国家对电子 电磁兼容性的安全认证);尽量减少对高辐射产品的使用;尽量使用低辐射的产品, 如低辐的电视机、微波炉、电脑等;尽量使用坐机拨打电话,少用手机拨打电话。 手机接通瞬间释放的电磁辐射最大,最好在铃声响过一两秒或两次铃声之间接听, 使用时头部和手机天线的距离尽量远一些。 有人说了,不买家电或是有也束之高阁不再用,污染不就没有或减少了嘛。 好 倒是好,可是要没了它们,咱们的生活就该倒退回从前的艰苦时代了。 恐怕没人愿 意放弃好生活而去过苦日子吧,多学几招防范措施才是现实可行之策。例如: 不要把家电摆放得过于集中,以免使自己暴露在超限量辐射的危险之中。特 别是一些易产生电磁波的家电,如电视、电脑、冰箱、收音机等,最好不要集中摆 放在卧室里。 要避免长时间使用家用电器、手机等,还要尽量避免同时启用多种家电。与 家电保持安全距离很有必要。距离越远,受电磁波侵害就越小。 彩电的安全距离是荧光屏宽度的 5 倍左右,日光灯为 2~3 米,微波炉开启之 后要离开至少 1 米远,孕妇和小孩应尽量远离微波炉。 电器暂停使用时,最好不让 它们处于待机状态,因为此时可产生较微弱的电磁场,长时间也会产生辐射积累。 还有一招就是吃东西。多食用胡萝卜、豆芽、西红柿、油菜、海带、卷心菜、 瘦肉、动物肝脏等富含维生素 A、C 和蛋白质的食物,加强机体抵抗电磁辐射的能 力。 居住、工作在高压线、雷达站、电视台、电磁波发射塔附近的人,佩带心脏起搏器有条件的应配备阻挡电磁辐射的屏蔽防护服。 电视、电脑等有显示屏的电器设备可安装电磁辐射保护屏,使用者还可配戴 防辐射眼镜。 显示屏产生的辐射可能导致皮肤干燥,加速皮肤老化甚至导致皮癌, 因此在使用后应及时洗脸。 注间电磁辐射污染的环境指数。有关专家提醒,5 种人特别要注意这一条,第 一是生活和工作在高压线、变电站、电台、电视台、雷达站、电磁发射塔附近的 人员;第二是经常使用电子仪器、医疗设备、办公自动化设备的人员;第三是生活 在现代电器自动化环境中的工作人员;第四是佩戴心脏起搏器的患者;第五是生 活在以上环境里的孕妇、儿童、老人及病患者等,都应该了解室内电磁辐射污染 的程度,如果环境中电磁辐射污染比较高,就必须采取相应的措施。 对于 E 时代下的又一现代污染———电磁辐射已经被联合国人类环境大会 列入必须控制的造成公害的主要污染物之一。记得吗?我们的儿歌里曾把站着几 只小麻雀的高压线比作五线谱,那曾是城市里最美的图画。可时过境迁,如今,因 为怀疑围绕在居民区周围的高压线释放出的电磁辐射会损害人体健康,高压线的 建设者们屡次亮相听证会甚至法庭,争端大有愈演愈烈之势。 一些专家说,人类认 识世界是一个渐进的过程,许多问题还有待 科学 研究的进一步深入和时间的考 验。目前,不管学术界的争论如何激烈,现存的、引起很大争执的问题应该及时得 到解决。首先,应该及时推出直接关系到公众健康的产品标准。第二、对于已有 标准的产品,应该加强监管力度,特别是列入 3C 认证目录的产品。第三,应该制定 相关的 法律 、法规以及时解决目前引起争端的事件。当然,对于我们普通人也 要适当改变一下生活方式。 如尽量用更多的时间到户外活动,到乡村去,到田野去, 接近大 自然 ,享受大自然。参考 文献 [1]《宇宙、地球和大气》[美].I.阿西摩夫著科学出版社. [2]《电磁波工程》朱建清,著.国防科技大学出版社.
静止电荷的静电场和恒定电流的磁场,其场强E或磁感强度B在空间虽然可以逐点地变化,但在任一点上是不随时间变化的。这些场可以单独地分别处理,它们之间不存在相互的联系。本章进一步讨论随时间变化的电场与磁场(即变化电场与变化磁场)和它们之间的相互联系以及电磁场的传播。麦克斯韦在总结前人工作的基础上,提出了著名的电磁场理论(现在称为经典电磁场理论),指出变化电场和变化磁场形成了统一的电磁场,预言电磁场能够以波动的形式在空间传播,称为电磁波;并且算出电磁波在真空中传播的速度等于光速,从而断定光在本质上就是一种电磁波。后来,赫兹用振荡电路产生了电磁波,使麦克斯韦的学说得到了实验证明,为电学和光学奠定了统一的基础。因此,麦克斯韦的经典电磁场理论是人类对电磁规律的历史性总结。可以这么说,麦克斯韦的电磁场理论,乃是19世纪物理学发展的最辉煌成就,在物理学发展史上是一个重要的里程碑。 本章将首先介绍麦克斯韦提出的两个新概念--“涡旋电场”和“位移电流”,并在此基础上介绍电磁场理论的基本内容及其规律。然后简述电磁振荡和电磁波的产生及其在传播过程中的一些基本性质。要求读者对此有初步的认识。 顺便指出,在阅读后面几节的电磁振荡和电磁波内容时,读者可对照上册“机械振动和机械波”这一篇的相应内容,将有助于理解本章内容。但要注意,机械波和电磁波只是在数学表述形式上类似,它们的本性则迥异,切莫把电磁过程简单地归结为机械过程。
静止电荷的静电场和恒定电流的磁场,其场强E或磁感强度B在空间虽然可以逐点地变化,但在任一点上是不随时间变化的。这些场可以单独地分别处理,它们之间不存在相互的联系。本章进一步讨论随时间变化的电场与磁场(即变化电场与变化磁场)和它们之间的相互联系以及电磁场的传播。麦克斯韦在总结前人工作的基础上,提出了著名的电磁场理论(现在称为经典电磁场理论),指出变化电场和变化磁场形成了统一的电磁场,预言电磁场能够以波动的形式在空间传播,称为电磁波;并且算出电磁波在真空中传播的速度等于光速,从而断定光在本质上就是一种电磁波。后来,赫兹用振荡电路产生了电磁波,使麦克斯韦的学说得到了实验证明,为电学和光学奠定了统一的基础。因此,麦克斯韦的经典电磁场理论是人类对电磁规律的历史性总结。可以这么说,麦克斯韦的电磁场理论,乃是19世纪物理学发展的最辉煌成就,在物理学发展史上是一个重要的里程碑。 本章将首先介绍麦克斯韦提出的两个新概念--“涡旋电场”和“位移电流”,并在此基础上介绍电磁场理论的基本内容及其规律。然后简述电磁振荡和电磁波的产生及其在传播过程中的一些基本性质。要求读者对此有初步的认识。 顺便指出,在阅读后面几节的电磁振荡和电磁波内容时,读者可对照上册“机械振动和机械波”这一篇的相应内容,将有助于理解本章内容。但要注意,机械波和电磁波只是在数学表述形式上类似,它们的本性则迥异,切莫把电磁过程简单地归结为机械过程。
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电磁场与微波技术,是电子信息类学科的一门非常重要的专业理论课,目的是满足学生以后从事微波天线以及射频类的相关工作需求。我整理了电磁场微波技术论文,有兴趣的亲可以来阅读一下!
“电磁场与微波技术”课程的改革与实践
摘要:在对“电磁场与微波技术”课程的改革与实践中,分析了目前该课程的教学中存在的主要问题,结合课程特点和“三本院校”学生的实际情况,整合了电磁场与电磁波、微波技术和天线理论三门课程的主要内容,加强了该课程与工程实际的结合,适应了三本学校的应用型人才的目标,并通过教学方式和考核方式等方面的具体改革措施,提高了该课程的教学质量,尤其是提高了学生对该课程的相关知识和技术的实际应用能力。
关键词:电磁场与微波技术;工程实际;考核制度
作者简介:张具琴(1980-),女,河南信阳人,黄河科技学院电子信息工程学院,讲师;贾洁(1982-),女,河南安阳人,黄河科技学院电子信息工程学院,助教。(河南郑州450063)
中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2012)17-0054-02
随着信息时代的发展,作为信息主要载体发展方向的高频电磁波—微波,不仅在卫星通信、计算机通信、移动通信、雷达等高科技领域得到了广泛的应用,而且已经深入到了各行各业中,在人们的日常生活也扮演着重要角色。因此对于电子信息专业的学生来说,电磁场、微波技术与天线类课程在目前及今后都是不可缺少的主干专业课程。[1,2]但由于该课程的自身特点及对于该课程教学的一些传统认识,使得学生对该课程的知识和技能的学习和掌握不能满足国内对电磁场与微波技术及其相关专业人才的需求。为提高该课程教学质量和人才培养质量,尤其是针对三本院校的应用型人才培养目标,笔者认真分析了该课程教学中的问题,结合课程特点和“三本院校”学生的实际情况,对该课程进行了一系列的改革和实践探索,并取得了一定的成果。
一、“教”“学”中的主要问题
该课程传统的教学方法是以事实性知识传授为教学目标,即课程内容是介绍“是什么”“为什么”,而缺乏“怎么做”“怎么用”,过分强调理论,而缺乏对知识的实际应用。
目前该类课程所用教材多为一本学校编著,这些教材整体突出课程内容的完整性和理论分析的严密性。对于理论基础一般也较为薄弱、更注重实际应用能力的三本学生来说算是“天书一部”,学习起来也“味同嚼蜡”,教师授课也是事倍功半,教学效果很不理想,很多三本学校对该课程的开设是“形同虚设”。
该类课程的教学模式仍是以理论教学为主的,教学方法和内容很少涉及该课程的实际知识应用和人才就业的方向指导,结果学生学完后除了知道有很多公式推导外,对该课程其他方面相关内容知之甚少,所以缺乏学习动力,教学效果不佳。
对于该课程的考核制度多为“一刀切”模式,即“考试分数定高低”,未能考虑学生的个体差异,忽视学生学习能力、学习过程、学习方式差别,不能很好调动学生的积极性和主动性。
二、改革方法和措施
1.改革传统的事实性知识传授的教学目标,更注重对实际应用能力的培养
在教学内容中,增加具体理论的应用实例分析,[3]使学生对电磁场和微波的实用性有较好的认识;增加微波技术在新科技和社会生产生活中的实际应用的一些例子,使学生有更强的学习兴趣和学习动力;课程中很多知识点的引入,都以思考题和小的科研课题的形式提出,使学生应用所学的理论知识分析解决实际问题的能力与创新、研究能力得到相应的锻炼。
增开相应的微波实验项目,使学生的实际动手能力得到很好提高,考虑到实验室建设的成本的问题,可以通过先引入微波的仿真实验项目或者引入与现有的大学物理实验、通信原理实验等成熟实验项目相结合的实验项目。[4]
2.突破传统的一本院校所编教材的限制,使学生在有限的时间内掌握具有生命力的知识基础和必要技能,以满足高素质应用人才知识结构和素质结构的需求
在实际授课过程中注重将“电磁场与电磁波”、“微波技术”和“天线理论”有机结合,采用电磁场与微波技术结合的自编的简本教材为授课教材,把天线及应用作为扩展补充教材,将三者精要贯穿于教学中。这大大节约了理论教学时间,使学生有更多的时间参与到实践中去,有利于培养学生应具有的实践能力。
具体教学内容方面:加强了该课程中的最基本的电磁场的概念、定理的讲解,力求夯实该门课程的基础;增加了微波在新科技中的应用和微波的发展前景的介绍和大量的网络理论应用实例分析等,有利于学生学习目标、学习兴趣的建立和实际应用能力的提高;针对该门课程涉及知识面广、理论性较强的特点,对于只是涉及而非重点内容大胆删减或者采用增加附录的形式直接给出,这样有利于学生有针对性地学习;对于课程中的概念采用“量纲分析法”,使学生对概念的物理意义有更深地理解,应用起来能够更加娴熟;对于其他新知识的引入采用“概念—方程—新概念”教学模式,顺着学生的理解思路,水到渠成;更加注重了理论与实践的结合,每个具体的理论讲完后,立即有相应的实例分析,既有利于提高学生的实际分析问题的能力又有利于提高其学习兴趣。
3.改革传统的理论教学为主的教学方法,开展“以应用为基本出发点”的理论教学方法研究
(1)以应用为本,确定理论教学的研究方法。在教学大纲和简本教材中,弱化理论讲解,重视实际解决问题能力的提高,主要采用“用什么理论,讲什么理论”和选学、自学内容相结合的模式,即让大多数学生学到了本课程的主要内容,又让学有富余的学生得到更深层次的提高。
(2)注重对学生进行思维能力与应用能力的训练。改变传统的纯理论讲解、缺少实际应用实例的情况,在教学过程中注重理论讲解、实例分析、习题课相结合;以思考题和小的科研课题的形式,对学生进行有效的思维能力与应用能力训练。
(3)具体教学方法中,采用多种方法相结合,尤其是板书和多媒体相结合教学。对于主要理论、公式的推导,以板书教学为主,有利于学生的理解和接受;而对于一些介绍性知识、实例讲解和仿真实验方面,可辅以多媒体教学和动画演示,丰富学生的感性认识和知识量。
(4)注重案例教学。例如,以往年学生的毕业设计为案例,阐明微波是如何用来解决实际问题的;提出目前理论应用于实际的方向和技术瓶颈,鼓励同学们探索和研究,力争做到理论与实践相互联系,相互穿插,相辅相成,使学生真正从这门课程中学到“实惠”,即掌握了具体知识的应用,也为其以后的就业指明了方向。
(5)开设“第二课堂”教学法。针对学生层次的差异,可以采用课堂教学与网络教学相结合的方式、给出小型科研调研题目等方式,[5,6]使每个学生的潜能都能得到最大的发挥。充分利用黄河科技学院(以下简称“我校”)的校企业合作平台,让学生利用半年左右的时间充分参与到微波天线企业一线的科研和生产中,在理解整机工作原理的基础上,研究实际的产品部件;通过在学生与学生之间、学生与老师之间、工程技术人员之间对出现问题的讨论,使学生更全面地思考和理解问题,另一方面也能使学生掌握和了解最新的知识,适应科技高速发展的需要,实现与时俱进。
4.改革传统的考核制度“一刀切”模式,开辟“多样化的柔性”考核制度
结合“因材施教”的指导方针,认真考虑学生的个体差异,增强“第二课堂”的作用,开设“老生研讨课”,加重过程考核,提出开卷考试制度等方案,极大地调动了学生的积极性和主动性,提高了教学效果。传统的终结性考核以理论知识、标准答案、闭卷形式为主。改革后的考核方式更加注重过程考核,加入调研报告成绩,课程小结成绩实,实践环节成绩;考试试卷上增设选做题目、课程设想等,给学生充足的学习空间,有利于激发学生的学习自主性,提高学习的自觉性和自学能力;考试采用开卷形式,重视知识的应用而弱化死记硬背,加强学生的应用能力的考核。
另外,本课程的教学中也广泛利用网上电子教案、习题库等教学资源,为学生的自学和课后复习提供了一定的空间,随着课程网络资源的建设,教学中可利用校园网实现网络教学、在线测试、在线答疑。
三、改革实践的效果
课程教学目标和教学内容的调整,理顺并抓住了根本,节省了时间,避免了枯燥繁冗的数学推导过程,使学生接触更多的工程实践,适应了三本学校的应用型人才目标;教学方法、教学手段的改革,加强了理论与实际的联系,避免了学生对该课程中一些难而无用的知识纠结,侧重工程实际应用,使他们的实践能力大大提高;考核方式的改革,使学生的学习积极性得到了全面地调动,学生能够主动参与到学习过程中,学习方式灵活、学习兴趣也有了很大的提高。
改革后学生能够积极主动地参与到“电磁场与微波技术”的学习中,通过亲身体验和相关内容的学习,积累和丰富直接经验,促进学生掌握了该课程的基本知识和基本技能,培养了学生的创新精神、实践能力和终身学习的能力。具体表现在以下几个方面:本课程的合格率达到了95%以上,优秀率将近40%;有近50%的学生投入到该课程的研讨式学习和科研课题研究中,6名同学在科技期刊上发表了科研论文;三届毕业设计有13名学生做了该方向的课题,[7]其中3名同学取得了优秀毕业设计的成绩;在两届全国大学生电子设计大赛中,2名同学选择了该方向的创新设计并取得了优异成绩;该方向的就业率和考研率都有很大提高,2005级以来三届近400名毕业生中就有15名学生从事该方向工作,实现了我校该方向就业的零的突破,有近30名毕业生选择该方向为研究生报考方向。
四、结束语
该课程的教学改革和实践在教学质量和人才培养方面取得了一定的成绩,但教学改革任重道远,要培养出既具有理论知识基础又具有较强实践能力的适应时代的高素质应用人才,必须与时俱进地调整和充实教学的各个环节,协调和配合好教学体制和机制的多方面才能达到最佳效果。
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这种色散将导致非物理原因引起的脉冲波形的畸变、人为的各向异性及虚拟的绕射参考文献〔1〕文舸一.计算电磁学的进展与展望〔J〕.电子学报,1995,