电磁波的实际应用汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇电磁波的实际应用范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

一、学习目标

1.知道光是一种电磁波。了解电磁波在信息传播中的作用。

2.记住电磁波在真空中的传播速度。知道波长、频率和波速的关系并会进行简单的计算。

3.电磁波的应用。

4.初步了解现代通信网络。

二、重点难点分析

1.波长、频率和波速的关系。

2.电磁波的应用。

三、课堂设计

活动（一）神奇的电磁波

做一做　事先准备好了五套实验用具，将全班学生分成五组，指导他们做了如下实验：打开收音机的开关，转动选台的旋钮，调到一个没有电台的位置，并开大音量。将一节干电池的正极与一把钢锉良好接触，负极连一根导线，用手拿着导线的另一头，使它在锉面上滑动，让学生观察现象并分组讨论产生这一现象的原因。

读一读　在活动之后，指导学生阅读教材，并明确如下两个内容。

1.当导体中的电流迅速发生变化或通一高频率的交变电流时，导体就会向四周空间发射电磁波。只有频率很高的电流产生的电磁波才能传得很远。电磁波的国际单位是赫兹（Hz），简称赫，常用频率单位还有千赫（kHz）和兆赫（MHz）。其换算关系：1kHz=103Hz；1MHz=106Hz。

2.电磁波可以在真空中传播，光也是一种电磁波。真空中电磁波的波速为c，在空气中与真空中电磁波的波速非常接近，c=3×108m/s。相邻两个波峰（或波谷）的距离，叫做波长。电磁波的波速c等于波长和频率f的乘积：c=λf。在空气或真空中，各种频率的电磁波的波速是相同的，所以，频率越高的电磁波，它的波长就越短。

议一议　在获得了如上知识后，再结合“做一做”的内容探讨论如下的物理现象：手机放在电视机旁边，当有电话来时，电视机的画面会出现一些“雪花”，这是为什么？并且长时间用手机连续通话，会出现头晕的情况，这是为什么？

活动（二）电磁波的应用

由于电磁波比较抽象，我特意做了课件，主要涉及军事应用，如探测飞机、导弹用的雷达；民航应用，如GPS导航；天文应用，如探测遥远星球；气象应用，如探测台风、雷雨等。通过课件中设计的一些小问题，引导学生对摸不到看不见的电磁波有一定的形象认识。此活动的另一个主要目的就是激发学生的学习兴趣。

活动（三）改变世界的信息技术

引导学生阅读如下内容，更深入了解电磁波的应用对社会产生的巨大影响。

1.卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站，转发无线电波，进行通信的。通信卫星大多是相对地球“静止”的同步卫星。一般只要有三颗互成120°的同步卫星，就覆盖了几乎全部地球表面，可以实现全球通信。卫星通信具有传输距离远、覆盖区域大、灵活、可靠、不受地理环境条件限制等独特优点。全球卫星定位系统（GPS）就是卫星通信的实际应用。

2.光缆通信是应用光的传播特性，把光能限制在光纤内部，用光信号取代传统通信方式中的电信号，从而实现信息的传递。光纤具有传输容量大、传输距离长、高抗干扰等特性。

3.移动通信由电磁波传递信息，可以在信号覆盖的任何地方使用。当前应用最为普遍的为“蜂窝系统”。

四、随堂测试

1.电磁波在真空中的传播速度是__________；电磁波的波长越长其频率就越______________；电磁波___________（填“能”或“不能”）在空气中传播。

2.2012年7月28日03时12分（北京时间），伦敦奥运会开幕，媒体通过通讯卫星用______波把奥运会的信息及时传到世界各地。若中央电视台第一套节目的频率为52.5MHz（1MHz=106Hz），则中央电视台第一套节目的波长为________m。

3.以下与电磁波应用无关的是（）

A．手机通信 B．微波炉加热食物

C．雷达侦查 D．听诊器了解病情

4.关于电磁波和现代通信，下列说法正确的是（）

A.光纤通信传输的信息量很大，主要用于无线电广播

B.移动电话靠电磁波传递信息

C.电磁波的波长越大，频率越高

D.电磁波的应用对人类有利无害

5.关于电磁波和现代通信，下列叙述不正确的是（）

A．光是一种电磁波，电磁波可以在真空中传播

B．电磁波的频率越高，在空气中传播的速度就越大

篇（2）

1 引言

波导是一种用来约束或引导电磁波传输的结构。尽管存在很多不同形式的波导，而且新的形式还不断涌现，但到目前，在实际应用中矩形波导和圆波导仍是两种最主要的波导形式。人工电磁材料是本世纪初物理学和电磁学的重要发现之一。作为人工电磁材料的一种，相对介电常数接近零的超材料（Epsilon-near- zero，ENZ超材料）具有低折射率，高相速度，近零相移等特点，这种超材料突破了传统电磁场理论中的一些重要概念，可以应用于标准化技术领域，如新型电磁元器件、天线和开环谐振器等[1，2]，矩形波导在接近截止频率时的色散特性可以用来模拟ENZ超材料的行为[3]。该结构有大量的应用前景，特别对于隐形装置和微型天线的设计[4] 具有重要的理论参考价值和实际应用意义。

2 理论分析

图1是宽度为a和高度为b（其中a>b）的矩形波导。根据Maxwell方程组可以得到矩形波导TEmn模式电磁波的空间传输表达式：

TE波场方程 （1）

表式中w为电磁波角频率，kc为临界波数，m表示x方向变化的半周期数，n表示y方向变化的半周期数，γ为传播常数。

3 变形矩形波导的传输特性

选择两个过渡层厚度相等形成Π通道（或ENZ通道）[4]，对ENZ通道的传输系数进行模拟。介质通道和过渡区的介电常数εRCH=1（空气），波导输入端的介电常数εR=2，bs = bch = 0.8毫米时，Π通道传输系数曲线如图2所示。

可见，第一次传输峰出现在1.476 GHz，该点代表零阶共振，即在隧道中出现的频率;第二次传输峰值是由于法布里-珀罗共振所引起，其峰值位置很大程度上取决于隧道长度。

第二传输峰值的产生主要是由于法布里-珀罗共振引起的，并且高度依赖通道长度的变化而变化。法布里 - 珀罗共振的变化相当于狭窄的通道各种长度分别改变了L1 = 95毫米，L2= 127毫米，L3 = 190毫米，如图3所示。可见，该属性可以用来操纵第二传输高峰期。

5 结论

通过矩形波导的边界条件解出Maxwell方程组关于电磁波的空间传输表达式，得到了矩形波导截止频率和模式谱图的一般结果。讨论了ENA通道发生几何变形的传输电磁波的特征，改变通道长度仅影响法布里-珀罗共振出现的位置，并不会影响零阶共振的产生。

参考文献：

[1]谢处方，饶克谨.电磁场与电磁波[M].北京：高等教育出版社，2006：160-168.

[2]邵毅全，吴国建.矩形波导中电磁波传输特性研究[J].激光杂志，2011，32（01）：06-07.

[3]黄丽，蒋练军，张学军等.基于高阻抗表面材料电磁特性的矩形波导[J].中南大学学报，2012，43（10）：3912-3916.

篇（3）

中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）06-0042-02

“电磁场与电磁波”作为光电信息类本科专业的专业基础课。通过学习，使学生能够运用场的观点分析有关问题，完善知识结构，提高专业水平，为后续课程的学习奠定基础[1]。然而“电磁场与电磁波”却是公认的难学、难教的专业基础课程之一[2]。而且，南京邮电大学许多专业开设了“光波导理论与技术”、“光纤通信原理与系统”以及“光纤传输技术”等与电磁场与电磁波密切相关的专业课程，对“电磁场与电磁波”的教学提出了更高的要求。

一、“电磁场与电磁波”教学现状

1.内容多，课时少，缺乏更新。为了适应专业的发展和拓宽学生的知识面，相应地增加了与专业相关的课程，导致“电磁场与电磁波”课时减少。“电磁场与电磁波”的教材大都是面向电子信息类相关专业，且专业课不断追踪学科发展前沿，而作为基础课的“电磁场与电磁波”教学内容得不到及时调整与扩充。

2.知识面宽，理论性强，概念抽象。课程中重要原理、定理和公式比较多，需要许多数学、物理知识。且课程中许多物理场的数学描述，大多需要严密的数学推导。另外，电磁场是一种抽象的物质存在形式，课程中的概念比较抽象。

3.纯理论教学，缺乏实践与应用。大多数开设“电磁场与电磁波”课程的院校由于受到实验条件的限制，只进行纯理论的教学，造成理论与实践、应用脱节。

4.考核方式陈旧。目前的考核方式基本上还是以考试为主、平时成绩为辅的考评机制。平时成绩主要包括作业和出勤。但作业存在抄袭现象，出勤由于时间问题也只能抽检。造成平时成绩的考核会出现比较大的偏差。

二、提高教学质量的新方法

1.教学内容。①合理调整适合光电信息类专业的教学内容。光电信息类专业开设了“光波导理论与技术”、“光纤通信原理与系统”以及“光纤传输技术”等专业课程，与这些专业课程相关的“电磁场与电磁波”内容有时变电磁场与电磁波传播、导行电磁波、电磁波传播模式、色散等，应重点掌握这部分内容，因此在学时的分配上，应增加这部分知识的讲授时间。而均匀平面电磁波的传播是电磁波传播部分的基础，因而，也应详细讲解与阐述。为了使学生更好地学习有关专业课程，在讲授导行电磁波这部分内容时，可以穿插一些与其紧密相关的光波导方面的内容。②紧密跟踪学科发展前沿动态。为了保证教学内容与时俱进，“电磁场与电磁波”的教学内容应紧密跟踪学科前沿的发展动态。只有这样，教学内容才不至于陈旧，落后于当前学科的发展，才能不断向前发展。近年来，随着未来宽带光网络与无线网络的发展和融合，高容量信息技术需求的高速发展，出现了微波光子技术。微波光子技术集中了微波技术和光子技术的优点，使微波与光子在概念、器件、电路和系统等方面有机结合。当前，微波光子技术非常重要，发展也很迅速。因而，有必要在“电磁场与电磁波”的教学过程中，适当补充一些与“电磁场与电磁波”教学内容相关的微波光子技术的研究内容与前沿动态，可提高学生的学习与研究兴趣，同时，还能够培养适应当前社会发展需要的新时代的学生。

2.教学方法。①理论知识与实际应用相互交叉教学。学生往往对知识的应用比较感兴趣，因而，在理论教学中应紧密联系实际应用。一开始就要在绪论中介绍电磁波在电力工业、移动通信、射频识别、卫星通信、雷达探测、隐身技术等领域的应用，提高学生对这门课的兴趣。除此之外，还应在理论教学过程中，紧密地穿插一些具体的应用，特别是一些比较新的科技前沿的应用。这样可调动学生的学习兴趣，也可丰富学生的科技知识，从而提高学习与教学效果。②适当借鉴研究性教学。虽然教学手段在技术上不断更新，却仍然无法摆脱单纯由教师讲授的教学模式。而研究性教学是一种新的教学模式，它要求引导学生主动探究、培养学生实践能力和创新精神[3]。适当在“电磁场与电磁波”中应用研究性教学方法，设置与教学内容相关的研究型课题，引导学生在课堂上进行思考和讨论。也可以让学生以分组的形式，课后利用网络资源，尤其是图书馆的电子数据库资源对研究性课题进行研究。一方面可激发学生的学习热情，加强对所学知识的理解和进行综合运用的能力，提高学习效果；另一方面，可让学生获得研究的经历，为学生以后的工作和进一步深造奠定基础。③适当安排实验教学。“电磁场与电磁波”课程在大部分院校中主要进行理论教学，使学生感觉枯燥无味。为激发学生学习热情和兴趣，可适当安排实验教学。在没有实验设备的情况下，也可以利用Matlab等软件进行仿真实验。Matlab拥有大量的二维、三维图形函数以及丰富的图形表现功能。利用Matlab可绘制电偶极子和同轴电缆线电场线、等势线等。也可以进行均匀平面电磁波、球面电磁波在自由空间传播过程仿真，矩形波导的场量分布仿真等。通过仿真实验，能够帮助学生理解抽象的物理内容，激发学生对本课程的兴趣，同时也能够加深学生对基础知识的理解，锻炼学生观察和分析问题的能力，从而培养他们的初步科研能力。④现代教学方法和传统教学方法相结合。在“电磁场与电磁波”课程的教学中需要综合利用多媒体和传统的板书教学手段。充分利用多媒体的强大图形、动画功能，可把抽象的内含的物理过程充分演示出来，有效地帮助学生透彻理解物理本质并有效掌握所学内容。另外，由于“电磁场与电磁波”课程具有较多的公式与定理，不仅要知道公式与定理本身的内容，更应知道公式的来龙去脉。而且，在公式的反复推导过程中，可达到复习的效果，牢固掌握以前所学的知识。公式的推导过程如果还利用多媒体，很容易使学生感觉枯燥无味、产生疲劳，而板书则可使推导过程达到最佳效果。

3.考核方式。适当增加笔试以外的成绩。可以课堂设置一些基本问题，让学生课后思考与复习，然后通过抽查的方式以督促学生学习。也可以针对不同的学生设置不同的问题。对学生不定时进行随堂小测试，以消除因作业存在抄袭带来成绩评定的偏差。另外还可以适当布置Matlab仿真小实验，现场考察学生的Matlab仿真。通过增加笔试以外的成绩评定，这样可较真实地考察出学生对基础知识、基本理论的掌握情况以及解决实际问题的能力，也可提高学生的积极性，杜绝个别学生想通过抄袭蒙混过关的现象。

为提高光电信息类专业的“电磁场与电磁波”课程的教学质量，不仅要求教师在教学中不断探索新的教学方法以激发和培养学生的学习兴趣，而且要求教师本身还要不断地提高自己的业务水平，特别是科研水平。只有这样，才能不断提高教学质量，培养适合社会需要的新型人才。

参考文献：

[1]关建飞，倪新建，徐宁.光电信息类本科专业《电磁场理论》教学改革研究[J].中国科技信息，2010，（14）：206-207.

篇（4）

0引言

如今，油气管道老化成了世界性的问题，如何确保这些管道安全是当前研究的热点。管道检测技术是确保管道安全的重要环节，依据检测仪器的位置可以将检测管道技术划分成两种：外检测、内检测。其中，炔考觳庥捎谄涓缮婀艿赖恼常运行，又不受外部地理环境的限制，具有十足的优势，所以被大众所接受。但是在运用内检测技术时，掌握内检测的传感器的位置信息十分必要，尤其是需要对检测设备进行维修时，定位技术就尤其关键。

1内检测常见的定位技术

1.1里程轮定位

作为传统计程方式的里程轮，在当今的管道检测中经常被采用，常用的是利用光电式的转速传感器实现定位。利用里程轮检测管道时，其发出周期性的脉冲，地面的定位检测设备就可以根据脉冲的数量确定内检测设备的位置。该方法成本低，但是由于该方法本身存在一定的误差以及打滑失效等情况存在会影响其准确性。在现代的工程中，一般情况下会对里程轮进行适当的改进或者同时利用多个里程轮来减少误差，从而提高定位的准确性。

1.2射线定位

若内部检测器上安装一个射线发生器，同时在管道外安装感光胶片，那么射线发生器工作时发射射线，将会引起感光胶片曝光，从而可以确定内部检测器的位置。该类型的定位器的电路简单而且具有良好的控制效果，而且不受其他工业的干扰。成都理工大学的科研团队对该类型的探测器进行了深入的研究，他们在射线定位的基础上结合视频识别技术，从而可清晰的、方便的查看曝光情况，所以定位的准确性更高，但该技术具有复杂的系统，无法利用遥控内检测器，同时放射性指令源存在风险，运用、存储以及运输涉及很多的困难。解决这个问题通常的办法是利用x射线取代放射性的射线。基于X射线检测技术，优势是检测结果十分直观，而且无论被检对象尺寸、材质如何，都能实施检测。因此，X射线检测技术多被采用。

1.3磁场定位

磁场是一种信息载体，其能穿透金属管壁。利用这个优势，磁场定位应运而生。该技术的核心是内部检测设备在采集其它信息的同时也采集管道外部定位磁铁的磁场信息。该技术在内检测设备上安装一个或者多个霍尔传感器，利用其采集外部定磁铁产生的漏磁场的信息，从而可以通过信息的变化判断出内部检测器与定磁铁的位置的变化，实现定位。该方法，具有低成本、易成功的优点，但是由于管道的管壁通常比较厚，其对磁场信号构成较强的屏蔽作用，所以通常管道内的漏磁场强十分微弱，这个对信号采集构成了较大的困难，因此，该方法不仅要求磁铁要有强磁性，还要求位于管道内的霍尔传感器具有十分高的灵敏度。天津大学的科研团队对这项技术进行了创新，其开发的设备时间精度达到了毫秒级别，但是其系统构成复杂，维护保养成本较高。

1.4GPS导航定位

目前，GPS导航系统定位技术在众多的管道内检测定位手段中算是比较成熟的，采用最多的，其精度通常能达到厘米的级别。其技术原理第一步运用GPS卫星对内检测设备的位置进行确定，第二步对管道沿线的每个位置进行测定。若内检测设备在管道内运行，惯性检测设备就会检测三个方面的速度变化，但是因为管道内的复杂环境使得在其内运行的内检测器测取的数据存在误差，同时这种误差随着时间的延长而不断的累积。当内检测设备通过GPS的标志点时，就可以修正内检测器的位置信息，从而提高了准确度。不过该技术的经济成本比较高，不利于广泛的运用。

1.5压力波法

该方法通过检测管道两端的压力，判断管理泄露的位置。其工作原理就是在内检测设备的两端都安装压力波检测设备。内检测设备工作时，压力波发生器就产生两个一致的波形，沿着管道的方向进行传播，然后在管道的首末两端的两个传感器收集压力值，依据压力值之间的时间差、管长、波速，可以十分精确地计算出内检测设备在管道中的位置信息。实现压力波的定位虽然操作简便，但是存在较大的误差，无法进行十分准确的定位。所以，压力波法适用于粗定或者应用于实时跟踪内检测设备。

1.6电磁波法

电磁波定位法通常利用低频（23 Hz）的电磁波对金属和大地具有较大的穿透能力的特性进行工作。沈阳工业大学的专家团队曾经开发了低频电磁波磁偶极子的模型，该模型的原理是利用低频电磁波会产生磁场，并对其磁场特点进行记录，同时根据磁偶极子的磁场分布，可以实现电磁波定位。具体来说，该方法先运用基于GPS的定位系统查询安装在地面上的接受装置。内检测设备所携带的低频电磁波产生装置工作时会发射交变的电磁波。当地面上的接收装置接收到电磁信号后，对该信息的准确分析结果就会判明何时内检测设备通过了该地面接收装置的正下方。然后，地面接收装置会发射另一信号，从而促使管理内的内检测设备重新进行定位。周而复始，保证了定位成功开启。此方法不仅定位准确度高，而且使用的范围也十分广泛。但是在实际运用中，由于电磁波受到外界的影响比较多，所以应用的范围也受到了限制，同时，该技术的系统成本高，功耗大，不能够大面积布置。

1.7其他方法

其他的方法主要有测力定位和声学定位两种。

测力定位的基本原理就是运动力学和牛顿力学，利用该原理对管道内检测设备进行定位的方法，该方法不易受到管道内部环境的影响，同时定位的准确度高。但是该方法也具有局限性，不能用于长距离定位。

依据声学的定位方式是通过标记内检测设备与管道相撞击、摩擦等发出的声音来实现定位。该方法应用广泛，但是一旦出现卡堵问题就无法发出声音信号。与此同时，声音信号抵抗干扰的能力弱。

2应用情况

依据实际应用场景的不同，采用不同的定位技术来实现管道内检测设备的位置是当前的主流做法。比如，对于短距离的管道进行检测时多应用测力定位法，长距离管道的检测定位通常是综合利用磁场定位法和里程轮定位法，而声学定位法等定位手段由于传感设备尚在发展或者受环境要求高等因素尚在研究阶段，实际应用中的价值不高。

篇（5）

知识与技能：

1.了解无线电波的波长范围.

2.了解无线电波的发射过程和调制的简单概念.

3.了解调谐、检波及无线电波接收的基本原理.

过程与方法：

通过观察总结了解无线电波的基本应用，了解现代技术的应用方法，学会基本原理.

情感、态度与价值观：

通过对无线电波应用原理的基本认识感悟科学技术的价值和重要性.端正科学态度，培养科学的价值观.

二、教学重点

对本节基本概念的理解.

三、教学难点

对调谐的理解，无线电波发射与接收过程.

四、教学方法

演示推理法和分析类比法.

五、教学用具

信号源，示波器，收音机，录音机，调频发射机，计算机多媒体，实物投影仪等.

六、教学过程

（一）引入新课

师：在信息技术高速发展的今天，电磁波对我们来说越来越重要，无论是广播、电视还是无线电通信以及航空、航天中的自动控制和通信联系，都离不开电磁波．在无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波，那么无线电波是怎样发射和接收的呢？这节课我们就来学习电磁波的发射和接收.

（二）进行新课

1.无线电波的发射

师：请同学们讨论，在普通LC振荡电路中能否有效地发射电磁波？（学生讨论.）

生：在普通LC振荡电路中，电场主要集中在电容器的极板之间，磁场主要集中在线圈内部.在电磁振荡过程中，电场能和磁场能的相互转化主要是在电路内部完成的，辐射出去的能量很少.不能有效地发射电磁波.

师：有效地发射电磁波的条件是什么？（学生阅读教材有关内容.）

师生总结：

要有效地向外发射电磁波，振荡电路要满足如下条件：

（1）要有足够高的振荡频率.

（2）振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，才能有效地把电磁场的能量传播出去.

师：如何改造普通的LC振荡电路，才能使它能够有效地发射电磁波？（引导学生讨论.）

（师生一起讨论后，引出开放电路的概念.将闭合电路变成开放电路就可以有效地把电磁波发射出去.）

如图1所示，是由闭合电路变成开放电路的示意图.

师：无线电波是由开放电路发射出去的.

讲解：在实际应用中常把开放电路的下端跟地连接.跟地连接的导线叫做地线.线圈上部接到比较高的导线上，这条导线叫做天线.天线和地线形成了一个敞开的电容器，电磁波就是由这样的开放电路发射出去的.电视发射塔要建得很高，是为了使电磁波发射得较远.实际发射无线电波的装置中还需在开放电路旁加一个振荡器电路与之耦合，如图2所示.

振荡器电路产生的高频率振荡电流通过L2与L1的互感作用，使L1也产生同频率的振荡电流，振荡电流在开放电路中激发出无线电波，向四周发射．

师：发射电磁波是为了利用它传递某种信号.例如无线电报传递的是电码符号，无线电广播传递的是声音，电视广播传递的不仅有声音，还有图像.这就要求发射的电磁波随信号而改变.电磁波是怎样传递这些信号的呢？

讲解：在电磁波发射技术中，如果把这种电信号“加”到高频等幅振荡电流上，那么，载有信号的高频振荡电流产生的电磁波就载着要传送的信号一起发射出去.把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上，使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制.

进行调制的装置叫做调制器.要传递的电信号叫做调制信号.

使高频振荡电流的振幅随调制信号而改变叫做调幅（AM）.

使高频振荡电流的频率随调制信号而改变叫做调频（FM）.

图3是调幅装置的示意图．接在振荡器和线圈之间的话筒就是一个最简单的调制器，由声源发出的声音振动使话筒里的碳粒发生时松时紧的变化，它的电阻也发生时大时小的变化.所以，虽然振荡器产生的是高频等幅振荡电流，但是线圈通过的却是随声音而改变的高频调幅电流．由于线圈的互感作用，从开放电路中发射的也是这种高频调幅电流.这种电磁波叫调幅波.（多媒体演示：调幅波.）

（用示波器观察调幅波形.）

2．无线电波的接收

师：处在电磁波传播空间中的导体，会产生感应电流，导作中感应电流的频率与激起它的电磁波频率相同，因此，利用放在电磁波传播空间中的导体，就可以接收到电磁波，这样的导体就是接收天线.

在无线电技术中，用天线和地线组成的接收电路来接收电磁波.

讲解：世界上有许许多多的无线电台、电视台以及各种无线电通讯设备，它们不断地向空中发射不同频率的电磁波，这些电磁波强弱不等地弥漫在我们周围.如果不加选择地把它们都接收下来，那必然是信号一片混乱，分辨不清，达不到我们传递信息的目的.所以，接收电磁波时，首先要从诸多的电磁波中把我们需要的选出来，通常叫做选台.这就要设法使我们需要的电磁波在接收天线中激起的感应电流最强.在无线电技术里，是利用电谐振来达到这个目的的.当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强.这种现象叫做电谐振，相当于机械振动中的共振.

（用示波器观察电谐振波形.）

师：接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调谐的接收电路叫做调谐电路.

如图6是收音机的调谐电路.调节可变电容器的电容来改变调谐电路的频率，使它跟要接收的电台发出的电磁波的频率相同，这个频率的电磁波在调谐电路里激起较强的感应电流，这样就选出了这个电台.（演示调谐过程.）

讲解：收音机接收的经过调制的高频振荡电流（对应图讲解），这种电流通过收音机的耳机或扬声器，并不能使它们振动而发声，为什么呢，假定某一个半周期电流的作用是使振动片向某个方向运动，下一个半周期电流就以几乎同样大的作用使振动片向反方向运动.高频电流的周期非常短，半周期更短，而振动片的惯性相当大，所以在振动片还没有来得及在电流的作用下向某个方向运动的时候，就立刻有一个几乎同样大的作用要使它向反方向运动，结果振动片实际上不发生振动．要听到声音，必须从高频振荡电流中“检”出声音信号，使扬声器(或耳机)中的动片随声音信号振动.

从接收到的高频振荡电流中“检”出所携带的调制信号过程，叫做检波.检波是调制的逆过程，因此也叫解调.由于调制的方法不同，检波的方法也不同.检波之后的信号再经过放大、重现，我们就可以听到或看到了.

下面介绍收音机中对调幅波的检波.

图7是晶体二极管的检波电路，是利用晶体二极管的单向导电性来进行检波的.调谐电路中产生的是经过调幅的高频振荡电流，L1和L2绕在同一磁棒上，由于互感作用，在L2上产生的是高频交变电压．由于二极管的单向导电性，通过它的是单向脉动电流，这个单向脉动电流既有高频成分，又有低频的声音信号，高频成分基本从电容器C（复习旁路电容器）通过，剩下的音频电流通过耳机发声.（用示波器观察检波过程）实际上就是一个晶体二极管收音机的电路图.这种收音机声音很小，只能用开机收听本地电台.为了提高收音机的接收性能，需要用放大器把微弱的信号放大.图8是加有放大器的收音机方框图.由天线和调谐电路接收到的高频调幅电流，先通过放大器进行高频放大，然后进行检波和低频放大，放大后的音频电流输送到喇叭，使它们发出声音.

下面我们通过调幅和调频两种方式，来看看无线电波发射和接收的全过程.

（1）调幅发射和接收.（实验演示.）

（2）调频发射和接收.（实验演示.）

比喻：

高频电流火车 音频电流货物

调制发射传播调谐解调

装货出站运行进站卸货

师：我们再来看一下无线电波的分段.（投影.）

（三）课堂总结、点评

本节课主要学习了以下内容：

1.电磁波的产生和发射条件.

2.开放电路的结构和特点.

3.电磁波的发射过程和接收过程.

七、课后作业

完成P92“问题与练习”中的题目.阅读P91“科学足迹”.

预习下一节：电磁波的发射和接收.

八、教学体会

思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木.学生素质的培养就成了镜中花，水中月.

附：巩固训练

1.电磁波的调制有哪两种方式？

2.什么叫电谐振？

3.调谐过程中，若接收同一波段内的不同信号，通常是改变电路中哪个元件的值？

4.发射电磁波为什么要用开放电路？

5.接收电磁波信号时，为什么要调谐？

6.调谐电路中可变电容器的动片从完全旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率电台发出的电信号，要收到该电台的信号，应该怎么办？

A．增加调谐电路线圈的匝数 B．加大电源电压

C．减少调谐电路线圈的匝数 D．减小电源电压

参考答案：

1.电磁波的调制有调幅和调频两种方式.

2.当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫电谐振.

3.调谐过程中，通常是改变调谐电路中电容器的电容.

4.振荡电路要有效地向外发射电磁波必须具备两个条件：（1）有足够高的振荡频率.（2）振荡电路的电场和磁场要尽量分散到大的空间，只有开放电路才能满足这两个条件，因此，发射电磁波要使用开放电路.

5.在空间里有大量的不同频率的电磁波传播.要接收到其中某一频率的信号，必须使这一信号在接收电路中引起电谐振，因此必须进行调谐.

篇（6）

0 引言

“电磁场与电磁波”是通信工程专业、电子工程专业一门专业主干课，因为大多电子信息的传播都是通过电磁场和电磁波来传递的，所以电磁波技术不仅广泛应用于通信技术、广播电播、电视技术、雷达测试技术、遥测遥控监测技术等众多领域中，同时信息安全技术问题、电磁兼容、电子对抗和电磁屏蔽等技术问题的研究也必须依赖于电磁场理论。一些重要的发现和发明都是以电磁场理论的研究为基础的，如指南针、电话、电报、电动机和发电机等，特别是无线电技术，完全是在电磁场理论研究的基础上发明、发展起来的。而且，随着我国信息科学技术的迅速发展，电磁场理论与微波技术在通信工程专业、信息工程专业、信息对抗专业和信息安全专业等人才的培养过程中显得尤为重要。

1 现状

“电磁场与电磁波”的主要内容包括：矢量分析、静态场分析、动态电磁场的概念、原理、分析方法和相关应用，电磁波在无界空间中的传播，电磁波在有界空间中的传播，这是是一门难度系数较大的课程，与前期相关课程联系紧密，如求解场的大小和方向时涉及到高等数学和大学物理学的知识，同时还要求学生具有一定的空间想象能力、抽象思维能力和逻辑推理能力。总的来说来说其难点主要体现在要求学生具有较高的空间想象力和较强的数学计算能力。

1.1 学习中的问题

学生在学习中存在的问题主要体现在两方面：一是，推导和计算难，课程中所涉及的公式多、表达式复杂、数学要求强。如果再在推导中运用到矢量运算、微积分方程以及复数运算，过程繁杂，往往顾此失彼，学习吃力。二是，概念抽象，该课程理论性强，概念抽象，对一些定理及概念，比如说惟一性定律、内自感、外自感等等概念难理解，物理概念不熟悉，学习难度大。三是，解题困难，很多学生反应上课认真听讲，下课花大量时间推导公式，可遇到习题又像到另外一个世界，完全无从下手。长此以往，失去学习的兴趣。

1.2 在教学中中存在的问题

第一电磁场与电磁波课程涉及大量的公式推导，部分教师尤其是青年教师往往注重数学计算，而忽略了其物理意义，容易使该课程失去其意义。第二，课程系统性强，注重介绍其理论基础知识，忽略与实际应用的联系，容易让学生产生“学习这门课有何用”的疑惑，不能调动起学生的学习积极性。第三，由于电磁场与电磁波先修课程高等数学和大学物理，由于一些原因在电磁场与电磁波的教学中有时会出现知识衔接的问题。

2 改革的思路

电磁系列课程教学内容和方法的改革必须从以下几个方面来进行：教育观念和理念的更新；专业技术基础课地位与内涵的再认识；课程体系和教学内容的改革；考试制度及方法的改革；网络课程和双语教学的初步尝试。通过这些方面的研究和实践，以取得较好的改革效果，电磁系列课程教学改革的实践应该采用全方位、立体化、多视角的教学模式，发挥教师的主导作用，确定学生的主体地位；想尽一切方法，采取一切手段，努力帮助学生开拓思路，激发潜能；在教给学生专业知识和学习方法的同时，全面培养他们的创新意识、实践能力和综合素质。

提高学生兴趣，兴趣是最好的老师。比如，在刚开始学习均匀平面波的传播时，让学生们自由讨论现实生活中遇到的电磁波传播问题，再向学生提出几个应用问题：为什么海水中潜艇之间的通信困难？如何防止室内电子设备受外界电磁波干扰？为什么在微波炉中牛肉能熟，而盛牛肉的盘子确不会烤焦？中波广播天线架设为什么与地面垂直？学生带着这些问题学习，当遇到这些问题，他们无法解决时，就想尽快知道解决问题的办法。通过这部分理论知识的讲授，学生对这些问题有了较深的认识。经过了这样多次提出问题、解决问题的过程，学生们对本课程的兴趣越来越浓厚，学习目的也非常明确了。

3 改革的方法

改变教学重点，对于静态场问题，不做大量的讲解分析。通信工程专业在后续学习中，更多的是应用电磁场的传播分析问题。大量的静态分析不仅耗费大量的时间和精力，而且让学生一开始就陷入茫然畏难之中，后面更实用的内容反而不能取得较好的教学效果。但静态场是动态场的基础，所以不能直接从教学中划出，实际教学中采用的办法是，仅仅讨论点电荷的散度，旋度，其他复杂情况不做讨论。而麦克斯韦方程不做过多的推导，直接给出结论，视其为“公理”，后续内容全部从麦克斯韦方程出发进行分析。

对于一些抽象的现象用Flas播放，对于一些复杂公式则在黑板上板书推导。如讲解经典的Maxwell方程组时，Maxwell方程组第二方程即法拉第电磁感应定律，借助一个Flas演示发电机的工作原理，生动形象，Maxwell方程组的第一方程提出了位移电流的假设，如果从理论上讲解会比较容易混淆，把Maxwell测试位移电流的实验用Flas或Ansoft Maxwell软件演示， 学生一看就明白了，且调动了学生的学习兴趣。

篇（7）

随着科学技术的不断发展，无线电通信技术已经得到了人们的广泛应用，这不仅有利于人类社会经济的发展，还给人们的生活带来了许多的便利。而我们在对无线电通信技术进行应用的过程中，主要涉及到的内容就是电波的输送和发射这两个方面，然而这两方面的内容都是有无线电通信中的天线来完成的，因此它在其中有着十分重要的意义。下面我们就对无线电通信天线的作用进行简要的介绍。

一、天线的工作原理

众所周知，在无线电通信系统运行的过程中，天线主要用于对无线电波的接受和输送，它是无线电通信系统中不可缺少的部件之一。但是，它是怎样来接受和发射无线电波的呢？为此我们就要对天线的工作原理进行详细的分析。

天线的工作原理主要和磁场的变化有着十分密切的关系，而所谓的磁场变化则是指，有电场引起的，磁场作用于电场所发生的电磁波变化，其中电磁波的波动具有辐射性，可以用来对信息的传递，而天线这是通过对辐射出来的电磁波进行感知，让电磁波在传播的过程中，具有一定的方向性，从而满足电磁波信息接收的相关要求。

二、天线在无线电通信中的作用

目前在社会经济发展的过程中，无线电通信通信技术已经得到了人们的广泛应用，这不仅有利于社会经济的发展建设，还给人们的日常生活和社会生产带来了许多的便利。其中天线在无线电通行中的作用主要表现在以下几个方面。

1、首先天线在无线电通信的过程中，对无线电电磁波信号有着极强的感知能力，它可以对比较微弱的信号起到一个良好的感知效果，从而对电磁波起到一个良好的定向作用，让人们对电磁波中的有用信号进行提取。其次，天线对正常使用的过程中，也可以对无线电波中的信号进行分离，这样就很好的减少了信号干扰，使得无线电通信系统接受信号的能力得到进一步的提升。最后，无线电通信中的天线在实际应用的过程中，也可以和用户之间建立起无线连接的关系，这就使得无线电通信技术的性能得到进一步的提高。

（2）天线的导体会在实际的使用过程中发生损耗，这样的损耗会对无线电信号的准确无误的传播发生影响，导致天线的功率没办法完全转换成电磁波。这个时候，天线就可以是一个能量的转换器，它的作用是减少各种原因引起的损耗，然后与馈线匹配，增强辐射的电阻，以此减少信号的损耗，保证信号的转换和传输准确。

（3）天线增益，也就是天线的效率和方向系统的乘积。天线增益是用来衡量天线转换成能量的实际效率，是衡量信号转换和传播的重要参数，天线的层数越多，天线增益就越大。天线增益有助于实现系统增益。所谓的系统增益就是使用天线来大幅度地提高辐射的功率，增大效益。

（4）输入阻抗和辐射阻抗：所谓的输入阻抗，指的是在馈电端所呈现出来的阻抗，这个阻抗的值是馈电电流和馈电电压之间的比值。通常来说，这个比值是一个复数。我们把这个复数的实数看做是输入电阻，虚数部分看做电抗。当天线回路出现匹配或者协调问题的时候，我们就必须了解输出电阻和输入电抗的值，所以输入阻抗是一个重要参数。在无线电通信系统中，影响输入阻抗的主要因素是天线的具体构造和天线的工作频率多少，另外天线的工作环境等相关因素也会对输入阻抗有所影响。所以，我们在实际的安装过程中，对天线的尺寸与形状都要有严格的要求，要选择合理构造的天线。另外，选择辐射电阻较大的天线，能够有效地保证天线的输入阻抗与馈线阻抗相匹配起来。

（5）天线阵：天线阵是我们在无线电通信系统的实际工作中，发明的一种加强电磁波辐射方向性和电磁波辐射强度的方法，是天线在实际的无线电通信中的重要作用之一。具体的做法是：将工作频率相等的若干个天线，以一定的规律进行排列和组合，这就形成了我们说的天线阵。当电磁波经过的时候，在天线阵的作用下，电磁波就会发生适量叠加。这样就能有效地增强电磁波辐射的方向性和辐射强度，对整个无线电通信有着难以估量的巨大增幅作用。

三、天线的选择和架设

如何选择理想的天线关系到天线在无线电通信中发挥的作用，对无线电通信的质量有着较大的影响。笔者对天线的选择和架设条件进行了总结。

理想的天线应该有有以下的特质：设计科学、天线增益强、具有比较好的匹配性、具有比较长的使用寿命、安全系数高、方便架设。在选好理想的天线之后，还需要对其进行正确的架设：架设的时候，要远离那些可以吸收和反射电波的导体；不能和电话线、强电线等相关线路平行架设；不同的天线类型要有一定的距离，电台天线、电话天线、电视天线要分开架设，不能距离太近等。

现代社会是科技高速发展的社会，人们的生活、学习、工作等方方面面都依赖于高科技。无线电通讯技术的发明和进一步发展给人们的生活和工作都带来了巨大的便利。天线是无线电通信技术中的重要部件，它是对电磁波进行感知、能量转换、接收和发射的装置。在使用过程中，天线可以对电磁波信号进行增益、同时在能量转换和传输的过程中还能减少信号损耗，是所有无线电通讯技术中不可或缺的部件。

文章探讨了天线在无线电通讯技术中的重要作用，对天线的选择和合理架设也提出了自己的意见。随着科技的日益进步，我们相信无线电通讯技术必将朝着更先进的方向发展，同时天线技术也会日益完善，更快、更好、更强地为人们的生活和学习带来帮助。

四、结束语

总而言之，在当前人类社会发展的过程中，无线电通信技术应用得到了人们的广泛应用，这不仅有利于我国社会主义市场经济的发展建设，还给人们的生活和生产带来了许多的便利。而天线作为无线电通信系统中重要的组成部分，对其作用的详细了解也是很重要的，这就有利于无线电系统的安装施工处理。不过，随着社会经济的不断发展，人们也将许多先进的科学技术应用到其中，这就使得无线电通信技术的应用效果得到进一步的保障，从而促进我国社会主义市场经济的发展。

参考文献

篇（8）

中图分类号：G424 文献标识码：A

1 省内外相关研究现状分析

“卓越人才培养计划”要求学校培养出基础扎实、知识面宽、创新实践能力强、具有社会责任感、团队合作精神和卓越人才培养潜质的优秀学生。对于我校电信、电科专业学生而言，最好的平台之一就是利用好每一年一度的电子设计竞赛和物理创新大赛。而要想在各类大型竞赛中获得成绩，学生必需要有扎实的理论知识。其中电磁场与电磁波是高等院校通信工程、电子信息工程专业的一门重要的专业基础课。如何上好这门基础课，给同学们提供扎实的理论指导，是卓越人才培养计划必然要求。信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，当代教育技术的发展，给电磁场与电磁波课程的学习带来新的春天。在新的教育理念下，探索信息技术与学科课程整合成为当前教育研究的一个热点内容。研究信息技术与电磁场与电磁波课程整合，对于整体优化教学过程，深化高等教育改革，增进学生的专业知识学习效果，提高学生的信息技术能力，培养学生的合作意识和创新精神具有重大的现实意义。作为一门探究性课程。我们将如何信息技术与电磁场与电磁波课程整合方面进行了初步的探讨。将“知识、能力、人格”的培养理念落实到具体教学环节中。推行启发式、探究式、讨论式、小制作等授课方式，将创新实践能力训练贯穿于课程教学之中。

2 课程教学改革研究对促进教学工作、提高教学质量的作用和意义探究

（1）作为一门探究性课程，电磁场与电磁波课程是通信工程、电子信息工程专业的一门重要的专业基础课。它以麦克斯韦方程为根本基础构建电磁理论的知识体系，它研究自然界中电磁现象和电磁过程。近年来材料、光子晶体等领域的理论研究和材料研发的突破给经典电磁理论带来了勃勃生机。

（2）另一方面，电磁场与电磁波课程对于学生的动手创造能力的培养遗迹从事相关科学研究都具有基础性的重要意义，对于学习其它相关专业（如通信技术、电力系统、电子技术、激光技术、光学工程等）的课程也有重要影响。

（3）以多媒体技术和网络技术为核心的信息技术在教育领域中的应用是教育信息化的重要标志。通过电磁场与电磁波课程的探究教学与当代信息技术的整合与深化，使学生掌握电磁场与电磁波课程知识所涉及的相关科学方法，有效提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，提高学生知识拓展能力和自我学习能力。

3 课程教学探究的实施方案

3.1 具体研究对象和内容

（1）我们将采用传统板书、电子课件、网络和视频多种手段结合。课内讲授与课外讨论和制作相结合、基础理论教学与学科前沿讲座结合，基本理论训练与科研实践训练相结合。（2）针对电磁场与电磁波是理论基础课的特点，课堂教学主要采用探究式课堂教学法：即每节课突出一个主题，讲清论透；每个主题，通过多种形式的师生互动，及时了解学生的疑难问题和创造欲望。（3）鼓励和指导有能力的学生提早进入科研实践训练、参加各类科技竞赛。将学生撰写课程小论文融入教学全过程，从中选出有质量的项目进入科研实践训练。构建多样化应用型人才，培养应用型、复合型、技能型人才，增强毕业生就业能力；完成本课的预期目的。（4）电磁场与电磁波也是一门实践性很强的课程，其研究对象——场是区别于实物的物质形态，具有抽象的特征。为避免课程教学的数学化，我们将充分应用当代信息技术的优势，比如说应用视频教学资料增强学生的感性认识和动手能力，同时反过来应用于当代信息技术，充分发展学生的物理思维和物理探究能力。（5）我们将充分利用好点子竞赛等创新平台，促进电磁场与电磁波的教学。

3.2 课堂教学改革研究拟达到的目标

在课堂教学中，突出学生的参与性，使他们主动获取而不是被动接受科学结论，强调思维互动，使学生感觉电磁场与电磁波发人深思，不难入门。作为电磁理论基础的麦克斯韦方程是从大量个体电磁实验总结而得的“共性”规律。同时，电磁场与电磁波与其他物理学分支也具有“共性”和“个性”的关系。针对这一特点，教学中注意引导学生“相似性形象思维”，开展“抽象思维”，促成“顿悟思维”。学生感觉电磁场与电磁波思路清晰，容易理解。激发学生学习兴趣，经常采用课堂讨论，由学生提问，在教师引导下大家讨论，总结得出准确认识。由于分析“电磁场和电磁波”要在多维时空中抽象思维，课堂教学充分使用多媒体，尽力使用图像和色彩搭配，使学生建立正确的物理图像。

3.3 课堂教学改革研究拟解决的主要问题

（1）突出科学性和探究性。电磁场与电磁波探究式教学，强调学生能力的培养。教学中遵循“物理现象的发现—物理现象的描述—物理过程的分析—结果验证与实验测量”，再现科学研究过程，突出物理学实验性的特征。教学中注意知识拓展，充分联系实际应用和现代科技发展，提高了学生学习兴趣和毕业生就业的适应性。（2）重视物理思维和学生能力培养。课程教学中锻炼“相似性形象思维”，提高“抽象思维”，促成“顿悟思维”。采用多媒体手段、有效使用图示，帮助学生正确建立物理图像，认识物理过程。提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。培养他们的科学创新能力。（3）推进个性化教育。探究式教学可以使具有不同基础的学生各有所获。课程网站的建立和电磁场与电磁波论坛的开通，也将有效推动个性化教育的实施。

4 课堂教学改革研究的特色和应用价值及推广

4.1 特色

（1）通过网络解答学生的问题，及时了解学生的创造欲望。（2）通过课外阅读、讨论与讲座扩展学生视野，引导学生了解学科前沿发展动态，将有些问题安排给学生进行课外阅读和讨论，提高学生独立分析问题的能力。

4.2 创新点

（1）网络与视频教学可以扩展学生自主学习空间，有些问题通过播放视频，让学生可以直观地理解电磁现象基本规律的内涵。（2）多种形式的师生互动，可以了解学生的学习与创造欲望。（3）科研实践训练培养学生的探索精神和创新能力，从学生课程论文中，挑选有质量的项目进入科研实践训练。 鼓励和指导有能力的学生参加各级科研训练项目与科技竞赛。

4.3 应用价值及推广

（1）当代教育技术中网络视频教学提供了传统教学中所没有的优势。通过播放演示实验中的与电磁场与电磁波现象相关的视频资料，学生可以直观地理解这些现象及其物理内涵。（2）任课教师通过课后答疑和讨论、电子邮件、学生QQ群，解答学生的问题，了解学生的创造欲望，指导有能力的学生开展科研实践训练、参加各类科技竞赛。这种教学方式不仅对提高学生的理解能力、动手能力、创新能力都有相当好的效果，同时也可以促进本课程的教学改进也很有益。（3）同时这种教学模式还可以推广到其他物理类基础学科，对于改变传统的教学模式，增强教学效果以及学生的动手能力和知识理解都有很好的借鉴作用。

电磁场与电磁波是物理学发展比较成熟的一门学科，从电磁理论发展史看，章章节节中渗透着科学家的成功思想和方法，让学生了解并学习这一点，对于培养学生学习方法，培养学生的物理直觉和科学素质是十分有益的，这也是本课程教学的一个目的。本课程教学的基本要求是：使学生系统而深入地掌握静电场和静磁场理论，掌握电磁波的传播和电磁场辐射规律，并能够熟练运用知识分析和解决相关电磁问题。

参考文献

[1] 吴海江.科学原创与科学积累[J].自然辩证法研究，2002.18（5）：42-50.

[2] 孙秀英.全国科技创新大会在京举行[N].人民日报，2012-07-08.

篇（9）

[中图分类号] U459.2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-4-104-1

1工程概况

某高速公路起点桩号为K125+500，终点桩号为K132+550，线路全长共计7.05km，在整个高速公路施工中，设置两座大桥，四座分离式立交桥。高速公路路径填筑长度约为6.1km。为保障高速公路运行安全，在高速公路施工过程中，委托专业公司对该高速公路东桥段挡土墙、西南段滑坡位置段防护结构及其他段挡土墙进行检测，对高速公路挡土墙及滑坡体进行施工质量评估。在该工程挡土墙检测中，应用地质雷达无损检测技术进行检测工作。

2地质雷达无损检测技术工作原理

地质雷达属于一种新兴的高效浅层地理探测新技术，与传统探测技术相比，地质雷达具备探测速度快，重量轻，便于携带，探测精度高，图像直观等优势，在混凝土结构、岩土工程及其他领域应用较为广泛。

在应用地质雷达进行挡土墙检测时，通过雷达主机控制，雷达脉冲源装置产生周期性毫微秒电磁波信号，并直接将电磁波信号反馈给发射天线，通过发射天线耦合到挡土墙信号在传播路径中遇到的介质非均匀体时，如电磁波信号在传输中遇到孔洞、不密实等状况，会产生电磁波反射波信号，接收天线在接收到电磁波反射信号后传输给接收机，应用接收机对接收到的电磁波信号进行整形与放大等处理，经由电缆传输到雷达主机，雷达主机将处理后电磁波信号传输给计算机，通过计算机度信号幅度大小进行编码，并以波形堆积图、灰色电平图、彩色电平图等进行显示，判断挡土墙施工质量。由此可以看出，地质雷达无损检测技术，是通过对检测体发射电磁波，电磁波在进入墙体时，电磁波会产生发射、折射及绕射等现象，通过对电磁波形、幅度、发射波走时等进行挡土墙结构及挡土墙几何形态判断。其工作原理可以用图1来描述。

3地质雷达无损检测技术在高速公路挡土墙质量检测中的应用

根据该高速公路工程概况，采取地质雷达无损检测技术对该高速公路挡土墙质量进行评估与研究。

3.1前期准备工作

准备工作质量直接影响着地质雷达无损检测数据的准确性，准备工作的主要内容包括两个方面：其一，了解地质雷达探测区域情况。通过安排专业人员进行现场勘探，获取该高速公路地质雷达探测周边状况。在该高速公路挡土墙区域内，地下水位较高，地下水较为丰富，多在挡墙与填土连接位置存在着渗排水现象，部分区域形成了排水通道，严重损坏了挡墙背填土，影响挡土墙安全性；挡土墙在墙底设置有的一排挡土墙泄水孔，挡土墙中部没有设置泄水孔，泄水孔排水存在着不通畅问题；挡土墙砂浆受到较为严重的剥落，砂浆连接力不足；道路排水沟运行状态良好；在检测中没有发现挡土墙墙背地面下沉现象。其二，天线选型，在进行隧道衬砌检测中，需要应用屏蔽天线。频率低天线发射雷达波主频较低，分辨率偏低，精度一般，能量衰减速度慢，探测深度值较大，频率高天线发射雷达波主频较高，分辨率及探测精度较好，能量衰减速度较快，在深度较浅探测中效果突出。如表1为部分频率天线应用效果表。

为此，天线选型时，需要根据实际挡土墙厚度进行天线选型，在该高速公路挡土墙检测中选择900MHz天线进行探测。

3.2挡土墙检测数据采集

在该高速公路工程中，共设置两条测量线，分别设置于东桥段挡土墙、西南段滑坡位置段防护结构位置。在地质雷达检测之前，需要设置检测参数：将地质雷达检测行走速度控制在5km/h左右，设置900MHz天线记录长度为15ns，设置512个时间采样点，综合实际情况，采取由浅入深性增益，应用连续检测方式。

为保证地质雷达检测中，其检测图像测点与实际检测里程对应性，需要进行里程标记设置，在隧道边墙中以间隔5m的标准进行标记设置，从而方便里程核对。在地质雷达检测中，操作人员需设置雷达参数，在雷达记录中间隔5m作一次标记，在探测过程中，保持天线移动速度均匀。在该高速公路挡土墙探测中，以汽车搭载测试平台，保证测试数据稳定性与可靠性。

3.3数据处理及反馈

在采集探测数据后，应用专业处理软件进行处理，通过频谱分析、滤波去噪、增强振幅等措施，提高数据可分析性，通过研究异常特征及面层相位特征，对各个检测段探测结果进行分析，找出挡土墙中存在的病害，判断病害类型、深度、范围及所在里程等。通过雷达图像研究法发现挡土墙填土较为疏松，存在着孔洞等质量问题，为施工提出意见。

3.4检测结果

在该高速公路挡土墙检测中应用地质雷达无损检测技术，发现挡土墙厚度满足设计要求，然而在挡土墙施工中，部分位置存在着松散不密实问题，部分挡土墙存在着连续孔洞质量问题，研究其成因并提出处理建议，提高工程挡土墙质量。

4结语

高速公路挡土墙施工质量直接影响着高速公路运行的安全性及整体效益，在进行高速公路挡土墙质量检测时，可以应用地质雷达无损检测技术。地质雷达无损检测技术在应用中探测精度较高，图像直观，操作方便，综合效益较好。结合实际工程案例，对地质雷达挡土墙质量检测及具体应用进行研究。实践证明，应用地质雷达无损检测技术，可以有效发现挡土墙中存在质量问题，从而提出科学建议，保障高速公路安全运行。

参考文献

[1]康旺东.基于地质雷达无损检测技术的挡土墙质量评定及研究[D].中南大学，2012.

[2]汪贵春.挡墙质量无损检测技术应用研究[D].重庆交通大学，2009.

篇（10）

0引言

探地雷达(Ground Penetrating Radar，简称GPR)测试技术是一种利用高频电磁脉冲电磁波在不同电磁性介质中的传播规律，探测地下目标体分布形态及特征的方法。使用探地雷达进行路面检测具有实时、简便、高效、准确、连续、信息丰富等特点，被广泛应用于路面结构检测中。

路面结构施工质量的好坏，关系到公路运行的可靠性和长期运行的稳定性，因此需要对路面各结构层实际厚度和分层碾压密实程度进行检测。本文通过在路面施工过程中，利用探地雷达现场进行检测分析，并分别在路面各结构分层界面处埋且金属标定板，用以对比检测分析，从而得出路面各结构层材料的各种特性参数和厚度;其次，根据雷达检测后剖面显示的异常特征，进行现场钻孔验证，从而得出产生雷达检测剖面出现异常特征的原因，并对路面施工中出现的缺陷异常进行总结，为以后公路施工的质里检测提供一定的指导意见。

1探地雷达路面检测原理

1.1 基本原理

探地雷达在路面结构检测时，由工作天线向地下发射高频电磁脉冲波，当相邻结构层材料的介电常数不同时，电磁波在结构层的分层界面处发生反射和透射，经过多层反射和透射后，一部分电磁波能量逐步衰减掉，另一部分电磁波返回地面，并被工作接收天线接收，形成反射界面。

公路路面各结构层相对于探地雷达检测可认为是水平层状结构。虽然公路不同结构层的铺筑材料是不同的，但是同层的铺筑材料可认为是均匀一致的。尽管是分层碾压而成，但相对于探地雷达电磁波垂直入射而言，可认为单层介质是各向同性的。公路路面各结构层可简化为各向同性水平层状介质，探地雷达电磁波在路面结构层中的传播路径。

路面各结构层分别为表层、沥青面层、混凝土层和基层，各层的介电常数分别为、、和，由于各结构层材料的介电性不一样，入射波到达各结构层的分层界面处分别形成了反射投射，在各层中的传播时间分别为，， ，当知道电磁波在各结构层中的传播速度是，就可以利用以下公式计算出各个结构层的厚度。

（1）

式中：光速，。

为了准确测定各结构层的电磁波速度，在公路施工中，预先在路面各结构层之间的分层表面埋里金属标定板。

1.1 埋置标定板的意义

（1）埋置标定板可明显地辨别出路面各结构层分层界面在探地雷达检测剖面图上的位置，从而比较准确地得出探地雷达电磁波在路面各结构层中的双程旅行时间。金属标定板在埋置前，通过标尺准确测出试验路段各结构层的厚度，通过路面厚度计算公式，可计算出电磁波在各结构层中的传播速度，以及各结构层厚度和材料的介电常数。

（2）用各种频率的雷达检测天线检测埋置金属标定板的路面，通过金属标定板在探地雷达检测剖面上的特征显示，可以得知各种频率的雷达天线在路面检测中的有效检测深度。

（3）通过金属标定板的显示定位，可以准确地识别出各结构层的分层界面在探地留达检测剖面上的显示特征，判别分层界面处雷达的反射波特征。

2路面雷达的最大探测深度

探地雷达能探测到最深的目标体的深度称为路面雷达的最大探测深度。探测深度是关系到路面雷达技术能否运用的一个关键因素.

探空雷达的探测距离一般可通过雷达方程来确定，因为雷达方程将雷达的作用距离和雷达发射、接受、天线和环境等因素联系起来。但探地雷达与探空雷达不同，不能直接由雷达方程来确定其探测深度，因为在于探地雷达天线辐射的电磁波在路面结构中传播特性较为复杂，因介质不同会有不同的衰减。对探地雷达，目前还没有一套比较成熟、严格的理论体系来描述探地雷达的工作性能。在此采用修正后的雷达方程来估算探地雷达的探测深度。

用信号能量表示的雷达方程为：

（1）

其中，为雷达的最小可检测信号的功率，为雷达的最大发射功率；，其中为接收单元的等效噪声温度，为波尔兹曼常数，为噪声字数，为噪声频带宽度；、分别为雷达发射天线和接受天线的增益；为电磁波的波长；为目标的散射截面积；为雷达的最大探测距离。

3结语

3. 1探地雷达是一种新型的、先进的公路检测技术，在有条件的情况下，还应尽可能地与其它公路检测方法配合开展工作，加强与当前成熟的检测方法进行对比研究，以充分发挥各种方法的技术优势，共同促进公路检测水平的提高。

3. 2如同其它探测方法一样，探地雷达检测技术在实际应用中，应当根据检测日的等具体情况，选择合理的测量参数和适宜的工作方式，以增强探地雷达在公路检测中的有效性。

3.3 借鉴核了密度仪在公路密实度检测方面的经验，根据其它地球物理勘察方法，开展探地宙达检测在公路密实度检测方面的应用研究，逐步由定性步入半定量、甚至定量解释。减少公路有损测试，提高测试效率，充分发挥探地宙达测试连续性的优势，使密实度检测的数据采样更充分，更具有真实性。

参考文献:

[1] 孙军，应后强，王国群.探地雷达在公路检测中的应用，公路，2001.3

[2] 杨永俊.探地雷达用于公路检测初探，公路交通科技，2000.6