电磁场习题解3(西安交通大学)

— 85 — 准技术的16位电流舵D/A转换器的DNL大于±0.5LSB，达到了真正的16位精度。 图8表2参4 TN79+2 2010040994 一种用于ADC减少插值误差的预放大器/ 刘元，徐江，顾川，于奇，许巧丽 (电子薄膜与集成器件国家重点实验室)// 微电子学. ―2010，40（1）. ―16～19. 在分析折叠内插ADC预放大电路非线性误差的基础上，设计了一种适用于折叠内插ADC的新型预放大器，有利于减少插值非线性。采用0.35μm CMOS工艺，在3.3V电源电压下进行仿真。结果表明，在0.85V到2.45V输入范围内，预放大器过零点对应的输出电压保持在2.6V，0.1％的容差范围内，建立时间为4.2ns，有利于提高插值精度。 图6表0参1111、电磁场与微波技术 O441 2010040995 单负材料界面处反射相位特性研究/ 张亚军，林超，韩鹏 (华南师范大学物理与电信工程学院)// 光子学报. ―2010，39（1）. ―135～138. 根据Maxwell电磁场理论，推导出线偏振单色平面波的普适菲涅尔表达式，得到特异材料反射相移计算公式。利用反射相移公式研究了线偏振单色平面波从空气入射到单负材料（ε＜0或μ＜0）时分界面处反射相位的特性。结果表明单负材料界面处反射相位连续变化，与传统材料全反射的相位变化特点相似。 图2表0参13 O441 2010040996 半空间复杂目标的高频分析方法/ 李晓峰，谢拥军，陈博韬，樊君 (西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室)// 电子与信息学报. ―2010，32（2）. ―449～453. 该文研究了半空间内复杂导体目标散射的高频求解方法。分析半空间电磁波的传播规律，将半空间并矢格林函数引入传统的物理光学方法，等效电磁流法方法中，推导出半空间物理光学算法、半空间等效电磁流算法，同时结合图形电磁学和射线追踪方法，分别对半空间复杂目标的消隐和多重散射进行考虑，与半空间目标面元、棱边散射场相叠加，快速有效地计算了半空间复杂目标的雷达散射截面。数值结果证明了方法的有效性和准确性。 图5表0参11 O441.4 2010040997 基于高阶四面体矢量元的大规模本征值求解/ 尹文禄，叶良丰，邓聪，柴舜连，毛钧杰 (国防科技大学电子科学与工程学院)// 微波学报. ―2010，26（1）. ―12～18. 采用H1（curl）四面体矢量元分析大规模电磁本征值问题。基于基函数分类和单元矩阵分块技术，提出了一种新型的针对高阶四面体矢量元编程的全局编码方法，并结合RCM重排序技术压缩整体矩阵带宽。通过分析一个矩形谐振腔，系统研究了基于不同求解技术的ARPACK本征值求解器的性能，并将其用于分析各种复杂腔体的谐振问题。 图10表4参25 O441.4 2010040998 高功率脉冲源双锥负载不同端接状态的辐射特性分析/ 毛从光，陈维青，周辉，王海洋，贾伟薛，斌杰 (西北核技术研究所)// 核电子学与探测技术. ―2010，30（1）. ―84～87，92. 高功率脉冲源的双锥负载，在调试过程中将辐射强电磁波，对周围电子设备造成严重干扰。论文采用时域有限差分（FDTD）法，对双锥天线的近场辐射过程进行模拟计算，考察双锥终端分别为开路、短路和连接电阻负载三种状态下的电磁辐射特性，证明用电阻线连接双锥终端，可以同时抑制终端反射和空同辐射，保护脉冲源自身和电子设备。最后给出实验室内关键位置处的电磁骚扰水平。 图7表1参4 O441.4 2010040999 在共面波导上加载集总电容电感制备单负材料/ 冯团辉，范丽波，张春丽，冯志波 (许昌学院电气信息工程学院)// 电子元件与材料. ―2010，29（1）. ―35～38. 为了探索实现单负材料的方法，研究了在共面波导上加载集总电容和电感元件制备单负材料。首先通过理论分析和微波实验，证实了在共面波导上周期性地加载集总电容和电感元件能够实现两种单负材料（电单负材料和磁单负材料）。然后，针对该制备方法，进一步研究了加载电容电感周期性的破坏及加载电感对称性的破坏对单负带隙的影响。结果表明：周期性的破坏对单负带隙基本没有影响；对称性被破坏后，如果电感分布在共面波导中心导带的两侧，仍然能够获得单负材料。 图7表0参12 O441.4 2010041000 一种分析大型阵列天线散射的新方法/ 袁宏伟，龚书喜，王文涛 (西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室)// 西安电子科技大学学报（自然科学版）. ―2010，37（1）. ―113～118. 引入综合函数矩量法分析大型阵列天线的电磁散射问题。该方法基于求解电磁问题原型，通过对模型的几何和物理结构进行区域分解，并引入等效电流源来计入各区域之间的互耦影响，从而生成综合函数空间。与传统的阻抗矩阵分块操作相比，该方法能够进一步减少储存空间和计算时间，因此利用该方法能够在PC机上有效地分析大型阵列天线的散射问题。通过实际算例与传统矩量法相比较，单站雷达散射截面的误差小于2dB，证明了该方法的精确度和有效性。 图6表1参8 O441.4 2010041001 AWE技术结合帕德逼近在二维电磁散射中的应用/ 李保婷，宋开宏，吴先良，陈明生，李志国 (安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室)// 微波学报. ―2010，26（1）. ―33～36，49. 渐近波形估计（AWE）技术结合帕德（Pade）逼近的误差估计方法可以快速预测二维理想导电柱体的表面电流。首先采用表面离散化边界方程（OS-DBE）法对导体表面任意点的未知场源进行求解，其次运用AWE技术获得该点附近一段区域的场源分布，然后通过帕德逼近的误差估计方法可以确定AWE展开的确切范围。依此步骤进行下一个点的计算，最终可以求得导体表面上全部点的场源分布。计算结果表明该方法很大程度上提高了OS-DBE法的计算效率和AWE技术的实用价值。 图5表0参8 O441.6 2010041002 计算人体生物电阻抗的柱体模型算法/ 阮方鸣，高攸纲 (贵州师范大学物理与电子学院)// 电子学报. ―2010，38（2）. ―469～472. 考虑人体电特性的建模是对人体进行电磁生物效应研究的基础，提出了一个可以用于计算人体输入阻抗的新的人体电路模型；基于该电路模型给出了在人体圆柱模型下的输入阻抗计算方法。并用试验证明，据此计算出来的人体阻抗会随曝露系统的维数增加而减小，反映出功率吸收的现实。应用该模型分析人体阻抗变化，可有益于人体健康状态信息的获取，为进行医学诊断提供帮助。 图8表0参13 O451 2010041003 新型超宽带带通滤波器的综合与设计/ 王道平，吴先良，况晓静 (安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室)// 安徽大学学报（自然科学版）. ―2010，34（1）. ―58～62. 在无线通信高速发展的今天，超宽带系统的研究具有广阔的应用前景和巨大的市场价值。论文主要对超宽带系统中的超宽带滤波器进行了深入的综合研究与设计，通过一种新型超宽带滤波器的综合方法来设计超宽带带通滤波器，并进行了实例仿真。设计的滤波器相对带宽超过110％，频带宽度在3.1～10.6GHz之间。软件仿真和理论计算结果一致，并且实例仿真结果显示所设计的滤波器具有低插入损耗和较高的抑制度等优点。 图7表0参10 TN011 2010041004 一种新型频率选择表面及其在天线雷达散射截面减缩中的应用/ 路宝，龚书喜，凌劲，王文涛 (西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室)// 电子与信息学报. ―2010，32（1）. ―199～202. 为了减缩天线的雷达散射截面，该文提出一种新型带阻频率选择表面结构（FSS）。对于入射电磁波，该结构与传统方环结构相比具有窄阻带和宽通带特性。因此该结构能代替天线的传统金属地板从而减缩天线的结构项雷达散射截面（RCS）。仿真与测试结果表明该结构作为天线地板可很大程度的减缩天线的雷达散射截面。 图9表0参9 TN011 2010041005 带限分形粗糙面的遮蔽效应/ 陈明，田岩，彭复员，吴迎春 (华中科技大学电子与信息工程系)// 武汉大学学报（工学版）. ―2010，43（1）. ―125～128. 采用蒙特卡罗数值模拟，生成不同分维数和不同均方根斜率的一维带限分形粗糙面。利用射线追踪法得到了带限分形粗糙面单次散射遮蔽函数随入射角变化的曲线，分析了不同分维数、不同均方根斜率对分形粗糙— 86 — 面遮蔽函数的影响。比较了均方根斜率相同时带限分形粗糙面与高斯随机粗糙面遮蔽函数随入射角变化的曲线，结果表明分维数取不同值时，带限分形粗糙面与高斯随机粗糙面遮蔽函数随入射角变化的曲线基本一致。 图4表0参10 TN011 2010041006 外混合微粒的消光效率因子的特征及一种简单近似/ 戴兵，袁银男，罗向东，卞保民，贺安之 (南通大学理学院)// 东南大学学报（自然科学版）. ―2010，40（1）. ―223～226. 基于Mie散射理论，在已有的单微粒消光效率因子（EEF）的基础上，建立了由不同尺寸、不同折射率微粒外混合的多微粒系EEF的计算方法，并就其特征进行了分析。计算表明：外混合微粒的EEF随粒度变化总是先快速增加，然后整体减小并趋向于定值；随着分布宽度或折射率虚部的增加，消光曲线的震荡逐步减弱直至消失，这样EEF将更易确定，而随着折射率实部的增加，其极大值位置或震荡特征向着粒度减小的方向移动。研究表明，对强吸收或宽分布的微粒及其混合体，消光曲线不会震荡，且在粒度达到一定值后，曲线几乎重合并随粒度缓慢下降而最终趋于定值。对此，提出了一种简单而实用的近似式，该式与理论值的平均和最大相对误差分别不超过1.0％和2.0％，说明了该近似公式的准确性。由于在实际工程及应用中，往往面对的是外混合的多微粒系，因此该研究具有较强的实际指导价值。 图4表1参11 TN011 2010041007 双通带异向平板波导的特性/ 卫杰，廖绍伟，徐建华 (电子科技大学电子工程学院)// 强激光与粒子束. ―2010，22（1）. ―127～130. 提出了一种基于平板波导的新型异向谐振结构——交叉椅型谐振结构，通过理论分析和数值计算，说明和验证了单个交叉椅型谐振结构加载的平板波导具有双通带特性和异向特性；设计了一种由多个交叉椅型谐振结构周期加载的异向平板波导结构，并通过仿真实验验证了其负折射特性。交叉椅型谐振结构的全金属半封闭式结构和其特殊的电磁谐振方式，使得该类2维异向平板波导与传统的由金属开口谐振环与金属线正交阵列而成的2维异向介质相比，具有双通带、无介质损耗、功率容量大等特异性质；单个交叉椅型谐振结构加载的平板波导作为一种新型的滤波器结构，具有良好的双通带特性，尺寸较小。 图6表0参11 TN011 2010041008 真实地形环境下低空雷达目标回波信号分析/ 陈博韬，谢拥军，李晓峰 (西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室)// 西安交通大学学报. ―2010，44（4）. ―103～107. 针对低空雷达目标与杂波、环境难于一体化建模的问题，提出了一种分析真实地形环境中低空飞行目标的雷达回波信号的实景相干复合方法（CHIAL）。以机载脉冲多普勒（PD）雷达为平台，首先将半空间并矢格林函数引入物理光学方法中，结合图形电磁学计算低空目标的雷达散射场强度，然后利用地形高程数据和地形地物分析数据，得到杂波单元的散射特性，通过相干杂波模型产生地杂波，最后将所有雷达回波送入各自的距离门，并加入噪声信号，模拟包含目标特性和杂波特性的有效回波信号。与传统复合建模方法相比，CHIAL方法的目标回波信号和杂波信号更加准确。对机载PD雷达探测低空目标的仿真实验表明，CHIAL方法在处理90m×90m地形高程数据时，杂波分布和信杂比与理论分析基本一致，有很强的系统工程实用价值。 图6表0参11 TN011 2010041009 三维MIMO信道物理模型的统计特征/ 海凛，张业荣 (南京邮电大学电子科学与工程学院)// 南京邮电大学学报（自然科学版）. ―2009，29（6）. ―38～42. 提出以散射矩阵来概括并简化电波传播过程中散射体对电磁波的影响，并对传统的距离分集和极化分集多入多出（MIMO）信道模型进行扩展，建立了一种可以应用于各种分集情况的三维通用MIMO物理信道模型。再以此模型为基础，对三维环境中的MIMO信道统计特征进行了研究，推导出任意情况下交叉极化鉴别度（XPD）和子信道间相关性的计算方法，并进行了仿真验证。仿真结果表明从文中所提出信道模型提取得到的统计特征与理论分析的结果是相符的。 图5表0参13 TN011 2010041010 运动导体平面电磁散射的FDTD仿真/ 张向前，聂在平 (电子科技大学电子工程学院)// 电子科技大学学报. ―2010，39（2）. ―176～181. 提出了一种用于运动导体平面目标电磁散射问题的新方法。该方法基于时域有限差分方法，在分界面处利用相对边界条件进行处理。和其他方法相比，该方法不需要进行坐标系的变换，也不需要在分界面处对入射场进行插值和确定总场的存放位置，因此更节省计算量和计算时间。用该方法对高速运动的无限大金属导体表面的电磁散射进行了仿真，数值计算结果表明了该方法的精确性与高效性。 图10表0参18 TN011 2010041011 参数曲面屋顶基函数在电磁散射中的应用/ 李西敏，童创明，付树洪 (空军工程大学导弹学院)// 系统工程与电子技术. ―2010，32（2）. ―291～294. 针对基于屋顶基函数的传统矩量法几何建模复杂、计算量大等缺点，提出一种定义在参数曲面上的屋顶基函数，并将其用于矩量法求解电磁散射问题。参数曲面几何建模能用较少的曲面四边形精确地逼近散射体表面，定义在参数曲面上的屋顶基则大大减小了矩阵规模，简化了计算。计算结果表明，与基于屋顶基（rooftopbasis function，RBF）函数的传统矩量法相比，所提方法不仅结果精确可靠，而且极大地减少了未知量，同时也节省了计算机内存。 图9表0参14 TN011 2010041012 三镜波束波导在高功率微波天线中的应用/ 秋实，刘国治，焦永昌，黄文华，侯青 (西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室)// 强激光与粒子束. ―2010，22（1）. ―131～134. 通过对波束波导馈电卡塞格仑天线工作原理的分析，论述了波束波导在高功率微波辐射天线中的应用及设计方法，重点介绍了一套利用波束波导馈电高功率微波辐射天线。该天线利用由三面反射镜组成的波束波导对一个由两个抛物面镜组成的双反射面天线进行馈电，实现了波束的快速扫描。该天线工作在X波段时，功率容量大于1GW，天线增益大于50dB。 图7表1参6 TN011 2010041013 指数型分层介质粗糙面电磁波透射系数的特征/ 任新成，郭立新，苗红梅 (延安大学物理与电子信息学院)// 强激光与粒子束. ―2010，22（1）. ―135～139. 根据瑞利假设，运用微扰法近似，将透射场按平面波展开，对坐标进行傅里叶变换，研究了平面波入射时的透射散射现象，避免了繁琐的推导和证明；采用指数型粗糙面模拟实际的介质粗糙面，结合其功率谱导出了透射系数计算公式。数值计算结果表明：中间介质介电常数的实部越大，透射系数越大，虚部越大，透射系数越小；中间介质厚度越大，透射系数越小；粗糙面均方根越大，透射系数越大；粗糙面相关长度越大，透射系数越大；透射系数随入射波频率振荡地增大。 图6表0参10 TN011 2010041014 高功率微波大气传播数值计算的加速方法/ 唐涛，廖成，钟选明，赵朋程 (西南交通大学电磁场与微波技术研究所)// 微波学报. ―2010，26（1）. ―19～21，26. 用时域有限差分法（FDTD）对高功率微波（HPM）大气传播进行数值仿真时，所要关心的仅是传播目标点HPM波形的分布，而传播过程中每一空间点不需要考虑，所以可将传播空间分段计算，在分段点处需要增加一个吸收边界，并将传播到该点的HPM保存下来，作为后继计算空间的源加入到其后一空间步，完成数据传递。通过这样循环处理可以达到节约计算时间和存储内存的目的，从而达到加速计算的目的。 图5表0参11 TN011 2010041015 一种有效计算有耗分层媒质中格林函数的方法/ 廖飞龙，尹成友，杜红兵，关闯 (电子工程学院)// 微波学报. ―2010，26（1）. ―27～32. 以两层平面分层媒质为例，讨论了不同情况下空域格林函数的计算方法，指出了有耗平面分层媒质情况下传统方法的缺点，提出采用二维离散复像法（2D-DCIM）处理有耗平面分层媒质中的格林函数，并对积分路径做了相关要求，得到了同时包含场点纵坐标z和源点纵坐标z′及场源点横向距离ρ的格林函数的空域闭式表达式。所得结果与数值积分法的结果吻合良好，证实了该文方法的正确性。 图8表0参13 TN011 2010041016 电磁波在周期性结构星型波导中的传输特性/ 傅海威，雍振，李岩，乔学光，赵大壮 (西安石油大学光电油气测井与检测教育部重点实验室)// 微波学报. ―2010，26（1）. ―41～45. 提出一种新型波导结构，在二维周期性结构平板介质中引入两条线缺陷形成星型波导，在波导中加入介电常数不同的介质点阵形成缺陷，采用时域有限差分法（FDTD）对该结构的导波特性进行数值模拟。计算结果

西安交通大学本科生毕业设计（论文）

1 摘 要

电力系统的接地网是维护电力系统安全可靠运行、保障运行人员和电气设备

安全的重要设备，但往往由于接地网的导体腐蚀、断裂等故障，引起或者扩大事

故，带来巨大的经济损失和不良的社会影响。因此，诊断接地网的断点和腐蚀情

况已经成为电力部门的一项重大反事故措施。

根据地网接地引下线之间电阻或者转移电阻的测量值，建立合适的模型，求

出地网各段导体的电阻值，进而判断地网是否有断裂或者被腐蚀的导体存在以及

它们的位置。但是受到可及节点数目总是小于地网支路数目的限制，得到的故障

诊断方程都是欠定的，而且方程还没有显式的解析表达式，直接求解困难很多。

针对上述问题，本文从模型和求解两方面接地网故障诊断方法做了深入详细

的分析和研究。分析了故障诊断模型的特点，根据矩阵分析的基本理论，考虑用

基于遗传算法的最小二乘法来求解诊断方程。避免了由与简化过程所带来的误

差，从而使地网故障诊断方程的以直接求解。本文建立和求解的数学模型的过程

可以分为三步：首先，根据可及节点的数目建立非线性隐式方程；其次，求解非

线性约束规划问题，以能量达到最小构造目标函数；最后，将遗传算法引入对非

线性故障诊断方程的求解过程中，用遗传算法求出满足目标函数的全局最优解，

并收到了良好的效果。

关键词：接地网，故障诊断，遗传算法

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2

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3 ABSTRACT

The grounding grids of substations are important equipment to keep stable

operation of power system and safety to operator and power apparatus. But the

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“电磁场与电磁波”课程教学实践与探讨

作者：朱安福

来源：《中国电力教育》2013年第26期

摘要：“电磁场与电磁波”课程是电子科学与技术专业的重要基础课程，针对课程难教和学生难学的实际现状，以培养学生的兴趣、提高工程应用能力为目标，结合理论教学和实验教学，对课程的教学内容和教学方式进行了实践与探讨，强化了理论与实际相结合，采用多样化教学方式激发学生的学习兴趣，有效地改善了课程的教学效果。

关键词：电磁场；教学内容；教学方法

作者简介：朱安福（1972-），男，河南永城人，华北水利水电大学电力学院，讲师。（河南 郑州 450011）

基金项目：本文系河南省教育厅项目（项目编号：12A510017）、华北水利水电大学项目（项目编号：201027）的研究成果。

中图分类号：642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）26-0045-01

“电磁场与电磁波”是电子科学与技术专业必修的一门专业基础课程。随着电子技术飞速发展，特别是电力电子设备密度不断增加，数据通信传输速率和信道带宽的提高，要求电子科学与技术专业学生和电气工程师必须具备“电磁场与电磁波”方面的知识储备。由于“电磁场与电磁波”理论性强，场与波的概念比较抽象，课程涉及公式的数学推导较多，课程难度较大。所以，“电磁场与电磁波”课程无论对教师的教学，还是对学生的理解掌握都有较大的难度。另外，本课程教学效果又直接影响后续专业课程的学习如微波技术、光电子技术等。[1]因此，“电磁场与电磁波”课程对于电子科学与技术专业学生是十分重要的。综合教学内容和教学方法改革，加强理论联系实践，避免了简单的理论教育，在“电磁场与电磁波”理论与实验教学方面进行了有益的探索，近年来取得了一定的教学效果。

一、“电磁场与电磁波”课程内容研究

收稿日期：2003-06-14作者简介：吕宽州（1963-），男，河南扶沟人，郑州经济管理干部学院讲师。文章编号：1004-3918（2003）05-0512-03

电偶极子的场及辐射

吕宽州1，姜俊2

（1.郑州经济管理干部学院，河南郑州450053；2.河南省科学院，河南郑州450002）

摘要：采用了镜像法等方法对电偶极子及其产生的静电场、电磁场及辐射等做了较系统和深入的分析、研究，使分析方便、简化，推出的结论有一定实际指导意义。关键词：电偶极子；电场；磁场；辐射中图分类号：0442文献标识码：A

在很多文献上，缺乏对电偶极子及其产生的静电场、电磁场及辐射等较系统和深入的分析、研究。本文

参考有关文献给出或分析、推出了重要结论，部分内容采用了镜像法，使分析更方便。

!电偶极子及其产生的静电场

电偶极子由一对正、负点电荷组成，电量为l，相距为l，如图1所示。其电偶极矩p=ll，l的方向由~

l指向+l，在T处产生的电场的电势为：

#（r）=l4Le0T+_l4Le0T_当T!l时，

#（r）=llcOs64Le0T2=p·er4Le0T2（1）

电场强度为：

E=_"@=erPcOs62Le0T3+e!Psin64Le0T3（2）

以上结果表明，电偶极子的电势及电场强度的大小分别与距离的平方、三次方成反比，既存在于近区，且

与方位角有关，这些特点都与点电荷的电场显著不同。图2绘出了电偶极子的电力线与等位面。

图1电偶极子

Fig.1ElectricdipOle图2电偶极子的电力线与等位线

Fig.2ElectricpOwerlineandeCuipOtentialplaneOfelectricdipOle第21卷第5期2003年10月河南科学HENANSCIENCEVOl.21NO.50ct.2003

!电偶极子产生的电磁场及辐射

当P=P0e-jGt时，为谐振电偶极子，P0为常矢，则在近区，即lHT时，主要地一方面将感应如上所述的