信息與電子專業(yè)導(dǎo)論講座課件

1、信息與電子專業(yè)導(dǎo)論講座（二）北京理工大學(xué)信息與電子學(xué)院徐曉文9/13/20221課程目的介紹學(xué)院本科教學(xué)、國(guó)際交流、學(xué)生管理等基本情況介紹電子信息類專業(yè)課程體系及主要課程關(guān)系介紹電子信息工程專業(yè)內(nèi)涵、培養(yǎng)目標(biāo)與人才需求介紹相關(guān)專業(yè)（方向）內(nèi)涵、應(yīng)用、人才需求與就業(yè)9/13/20222講座內(nèi)容電子信息類專業(yè)課程體系及主要課程關(guān)系電子信息工程專業(yè)簡(jiǎn)介電磁場(chǎng)與微波技術(shù)專業(yè)（方向）簡(jiǎn)介9/13/20223電子信息類專業(yè)課程體系及主要課程關(guān)系 9/13/20224專業(yè)課程電路與系統(tǒng)信號(hào)與信息處理信號(hào)與圖像處理通信工程電子科學(xué)與技術(shù)電磁場(chǎng)與微波技術(shù)信息對(duì)抗技術(shù)信息科技菁英班專業(yè)基礎(chǔ)課程電學(xué)電子學(xué)模塊信號(hào)模

2、塊電磁場(chǎng)與波模塊機(jī)械制造模塊工程概論計(jì)算機(jī)模塊公共基礎(chǔ)課程自然科學(xué)人文科學(xué)工具人生規(guī)劃就業(yè)指導(dǎo)體育電子信息類專業(yè)課程體系圖9/13/20225電子信息類專業(yè)主要課程關(guān)系結(jié)構(gòu)圖 工科數(shù)學(xué)分析線性代數(shù)概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)大學(xué)物理復(fù)變函數(shù)與積分變換數(shù)理方程與特殊函數(shù)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 或 C+程序設(shè)計(jì)電磁場(chǎng)理論微波技術(shù)基礎(chǔ)或微波工程導(dǎo)論數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用信號(hào)與系統(tǒng)控制理論基礎(chǔ)隨機(jī)信號(hào)分析數(shù)字信號(hào)處理數(shù)字通信原理電路分析基礎(chǔ)模擬電路數(shù)字電路通信電路與系統(tǒng)專 業(yè) 課 程 模 塊大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)工程制圖基礎(chǔ)工程概論9/13/20226例1 電路分析基礎(chǔ)如果在一個(gè)電路中只有一個(gè)電容元件、或者只有一個(gè)電感

3、元件，根據(jù)KVL、KCL和元件的VCR得到的是以由 u 或 i 為因變量、以 t 為自變量的一階常微分方程，該電路稱為 “ 一階電路 ” 。9/13/20227例1 電路分析基礎(chǔ)串聯(lián)RLC電路的沖激響應(yīng) 工科數(shù)學(xué)分析9/13/202210例2 電磁場(chǎng)理論波動(dòng)方程簡(jiǎn)稱波方程，是一種重要的偏微分方程，用以描述各類波動(dòng)現(xiàn)象，包括機(jī)械波和電磁波等。電磁場(chǎng)理論中的波方程為二階偏微分方程。9/13/202211例2 電磁場(chǎng)理論均勻、無(wú)源空間電磁場(chǎng)對(duì)應(yīng)的標(biāo)量位滿足如下齊次波方程：直角坐標(biāo)圓柱坐標(biāo)球坐標(biāo)數(shù)理方程與特殊函數(shù)、復(fù)變函數(shù)與積分變換9/13/202212專業(yè)概述天線天線發(fā)射機(jī)接收機(jī)電磁波無(wú)線通信系統(tǒng)示

4、意圖電路與系統(tǒng)、信號(hào)與信息處理、信號(hào)與圖像處理電磁場(chǎng)與微波技術(shù)9/13/202216培養(yǎng)目標(biāo)與要求電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)具備電子技術(shù)和信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)，能從事各類電子設(shè)備和信息系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)的高等工程技術(shù)人才。本專業(yè)是一個(gè)電子和信息工程方面的較寬口徑專業(yè)。學(xué)生主要學(xué)習(xí)信號(hào)的獲取與處理、電子設(shè)備與信息系統(tǒng)等方面的專業(yè)知識(shí)，受到電子與信息工程實(shí)踐的基本訓(xùn)練，具備設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用、集成電子設(shè)備和信息系統(tǒng)的基本能力。 9/13/202217人才需求當(dāng)今社會(huì)是高度信息化的社會(huì)，信息技術(shù)是社會(huì)發(fā)展與進(jìn)步的原動(dòng)力之一。信息技術(shù)極大的改變了現(xiàn)代人類的學(xué)習(xí)和工作模式，也徹底改變了人類文明的演

5、進(jìn)方式與速度。作為信息技術(shù)重要分支的電子信息技術(shù)，其發(fā)展尤為迅猛，新技術(shù)新理念層出不窮；并已成為發(fā)展最快、滲透性最強(qiáng)、應(yīng)用范圍最廣的關(guān)鍵技術(shù)之一。 9/13/202218人才需求電子信息工程專業(yè)是前沿學(xué)科，現(xiàn)代社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域及人們?nèi)粘Ｉ畹榷寂c電子信息技術(shù)有著緊密的聯(lián)系。僅從國(guó)內(nèi)情況看，全國(guó)各地從事電子技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)、開(kāi)發(fā)、銷售和應(yīng)用的企事業(yè)單位很多，且隨著改革開(kāi)放步伐的加快，這樣的企事業(yè)單位會(huì)越來(lái)越多。因此，培養(yǎng)一大批具有能綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)技能，適應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展要求，從事企事業(yè)單位與電子信息工程專業(yè)相關(guān)的產(chǎn)品及設(shè)備的生產(chǎn)、安裝調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)、銷售及售后服務(wù)、新產(chǎn)品技術(shù)開(kāi)發(fā)等高級(jí)應(yīng)用型技術(shù)人

6、才和管理人才，是社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的客觀需要。9/13/202219電磁場(chǎng)與微波技術(shù)專業(yè)（方向）簡(jiǎn)介9/13/202223電磁場(chǎng)與微波技術(shù)方向的主要專業(yè)基礎(chǔ)課程序號(hào)課程名稱備注1電磁場(chǎng)理論必修2微波技術(shù)基礎(chǔ)必修主要專業(yè)基礎(chǔ)課程簡(jiǎn)介9/13/202224主要專業(yè)基礎(chǔ)課程簡(jiǎn)介電磁場(chǎng)理論電磁場(chǎng)理論主要研究電磁場(chǎng)中各物理量之間的關(guān)系及其空間分布和時(shí)間變化。本課程重點(diǎn)討論電磁場(chǎng)與電磁波的基本理論、基本概念和基本分析方法。9/13/202225主要專業(yè)基礎(chǔ)課程簡(jiǎn)介微波技術(shù)基礎(chǔ)微波技術(shù)主要研究微波的產(chǎn)生、傳輸、變換、檢測(cè)、發(fā)射和測(cè)量的基本理論和基本概念。本課程重點(diǎn)討論各種微波傳輸線、微波諧振器、常用微波元器

7、件的基本原理和工程應(yīng)用。 9/13/202226電磁場(chǎng)與微波技術(shù)方向的主要專業(yè)課程序號(hào)課程名稱備注1計(jì)算電磁學(xué)基礎(chǔ)必修2天線理論與技術(shù)必修3微波電子線路必修4微波測(cè)量基礎(chǔ)必修5微波頻率源設(shè)計(jì)必修6微波系統(tǒng)設(shè)計(jì)必修7微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)選修8電磁兼容原理選修9現(xiàn)代電子測(cè)量技術(shù)選修主要專業(yè)課程簡(jiǎn)介9/13/202227主要專業(yè)課程簡(jiǎn)介計(jì)算電磁學(xué)基礎(chǔ)電磁理論+應(yīng)用數(shù)學(xué)+計(jì)算機(jī)（軟、硬件）技術(shù)天線理論與技術(shù)電磁波發(fā)射與接收前端器件微波電子線路微波系統(tǒng)/設(shè)備所涉及各類有源、無(wú)源電路微波測(cè)量基礎(chǔ)微波電路、器件、設(shè)備和系統(tǒng)的測(cè)量9/13/202228主要專業(yè)課程簡(jiǎn)介微波頻率源設(shè)計(jì)微波能源生成設(shè)備（器件）微波系統(tǒng)設(shè)計(jì)

8、發(fā)射系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、綜合系統(tǒng)微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)微波電路的分析和設(shè)計(jì)方法電磁兼容原理電磁兼容性是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行且不對(duì)環(huán)境和其他設(shè)備產(chǎn)生超標(biāo)電磁干擾的能力。 9/13/202229主要專業(yè)課程簡(jiǎn)介現(xiàn)代電子測(cè)量技術(shù)一般意義上的無(wú)線電測(cè)量技術(shù)。主要內(nèi)容應(yīng)包括：測(cè)量誤差與數(shù)據(jù)處理、模擬測(cè)量、數(shù)字測(cè)量、時(shí)域測(cè)量、頻域測(cè)量、測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器、數(shù)據(jù)域測(cè)量和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等。 9/13/202230電磁場(chǎng)與微波技術(shù)的重要性近代人類歷史上已經(jīng)歷過(guò)的三次產(chǎn)業(yè)革命：300多年前以紡織機(jī)械改革為突破口，以蒸汽機(jī)的廣泛應(yīng)用為核心的第一次產(chǎn)業(yè)革命；200多年前以電的生產(chǎn)和電力的廣泛應(yīng)用為標(biāo)志的第二

9、次產(chǎn)業(yè)革命；19世紀(jì)末20世紀(jì)初以核能的開(kāi)發(fā)和電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用為標(biāo)志的第三次產(chǎn)業(yè)革命。 9/13/202231電磁場(chǎng)與電磁波簡(jiǎn)介1873年，英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋發(fā)表了他的著名論著“電磁研究”，導(dǎo)出了麥克斯韋方程組，從理論上預(yù)測(cè)了電磁波的存在；1882年法國(guó)數(shù)學(xué)家安培提出了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)假說(shuō)，為磁現(xiàn)象提供了合理的解釋；1888年，德國(guó)科學(xué)家赫茲制作了一個(gè)非常巧妙的裝置，輻射出了波長(zhǎng)為30厘米電磁波；1895年，倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)了X射線，隨后人們又發(fā)現(xiàn)了射線；1960年，人類第一次產(chǎn)生了激光。 9/13/202234電磁場(chǎng)與電磁波簡(jiǎn)介在電磁波譜中，傳統(tǒng)上把波長(zhǎng)大于0.03毫米的稱為無(wú)線電波，

10、其次為紅外線、可見(jiàn)光和紫外線，后三者統(tǒng)稱為熱輻射。無(wú)線電波和熱輻射等均屬于電磁波，但由于其波長(zhǎng)或頻率的差異、源和產(chǎn)生方法的區(qū)別以及應(yīng)用目的的不同，導(dǎo)致了各自研究方法與內(nèi)容的不一致，從而形成了若干分支，即電磁場(chǎng)與微波技術(shù)、光電子技術(shù)和物理電子技術(shù)等學(xué)科。 9/13/202235研究范圍及學(xué)科分支電磁場(chǎng)與微波技術(shù)是專門研究無(wú)線電波產(chǎn)生、輻射、傳輸、變換和接收的基本理論、工程設(shè)計(jì)及其應(yīng)用的學(xué)科。9/13/202236研究范圍及學(xué)科分支無(wú)線電波波段劃分：超長(zhǎng)波：頻率330KHz，波長(zhǎng)10000010000m；長(zhǎng)波：頻率30300KHz，波長(zhǎng)100001000m；中波：頻率3003MHz，波長(zhǎng)10001

11、00m；短波：頻率330MHz，波長(zhǎng)10010m；超短波：頻率30300MHz，波長(zhǎng)101m；微波：頻率300MHz30GHz，波長(zhǎng)1m1cm；毫米波：頻率30300GHz，波長(zhǎng)101mm；亞毫米波：頻率3001000GHz，波長(zhǎng)10.03mm。9/13/202237名 稱波 長(zhǎng)頻 率主 要 應(yīng) 用超長(zhǎng)波105104m330KHz海岸與潛艇通信、海上導(dǎo)航等長(zhǎng)波104103m30300KHz中距通信、船舶通信、水下導(dǎo)航等中波103102m3003MHz廣播、海上導(dǎo)航、航空無(wú)線電導(dǎo)航等短波10210m330MHz遠(yuǎn)距短波通信、廣播、船舶通信、衛(wèi)星通信、醫(yī)療、工業(yè)加熱等超短波101m30300MHz

12、移動(dòng)無(wú)線電通信（公安、消防）、無(wú)線電廣播、電視、航空通信、雷達(dá)、遙控遙測(cè)、醫(yī)療、工業(yè)加熱、飛機(jī)著陸等微波分米波10.1m3003000MHz移動(dòng)無(wú)線電通信（列車）、電視、雷達(dá)、資源衛(wèi)星、微波中繼通信、醫(yī)療、工業(yè)加熱、飛機(jī)導(dǎo)航、氣象衛(wèi)星等厘米波101cm330GHz雷達(dá)、微波中繼通信、衛(wèi)星通信、數(shù)字通信、射電天文、醫(yī)療、工業(yè)加熱、氣象衛(wèi)星等毫米波101mm30300GHz波導(dǎo)通信、雷達(dá)、衛(wèi)星通信等亞毫米波10.03mm3001000GHz深空通信、雷達(dá)、大氣測(cè)量等9/13/202238研究范圍及學(xué)科分支電磁場(chǎng)與微波技術(shù)學(xué)科的學(xué)科分支包括：電磁場(chǎng)理論、計(jì)算電磁學(xué)、微波理論與技術(shù)、無(wú)線電波傳播、天線

13、理論與技術(shù)、微波光學(xué)、微波波譜學(xué)、微波氣象學(xué)、射電天文學(xué)、微波生物醫(yī)學(xué)、微波能應(yīng)用、微波遙感、微波成象、環(huán)境電磁工程學(xué)等。 9/13/202239研究范圍及學(xué)科分支場(chǎng)路統(tǒng)一概念：電磁場(chǎng)理論涵蓋電路理論電路特性是電磁場(chǎng)的宏觀表現(xiàn)場(chǎng)分析：適用于高頻、分布參數(shù)路分析：適用于低頻、集總參數(shù)例：E-U，H-I，-Z9/13/202240應(yīng)用與發(fā)展方向無(wú)線電通信1901年底，意大利人馬可尼和他的研究小組成功地使無(wú)線電波跨過(guò)大西洋，飛躍了2700公里，它標(biāo)志著遠(yuǎn)距離無(wú)線電通信的誕生；1923年后，在專家和業(yè)余愛(ài)好者的共同努力下，采用短波使通信距離達(dá)到了幾千公里；1930年左右開(kāi)始了超短波通信；1940年以后

14、實(shí)現(xiàn)了微波中繼通信；1965年以后利用同步地球衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了全球的微波通信；接著，人們開(kāi)發(fā)了毫米波資源，使得有可能同時(shí)傳輸幾百萬(wàn)路電話或幾千路電視；目前人們正在研究并建立“全球通星座”通信系統(tǒng)；無(wú)線電波還被應(yīng)用于地下通信。 9/13/202241應(yīng)用與發(fā)展方向廣播與電視 在廣播電視領(lǐng)域，電磁場(chǎng)與微波技術(shù)也大有用武之地。研制價(jià)廉物美、用途廣泛、性能優(yōu)異和穩(wěn)定可靠的接收機(jī)，以及小巧輕便、美觀大方、效果極佳的全頻道接收天線，至今仍然是人們追求的重要目標(biāo)之一。 9/13/202242應(yīng)用與發(fā)展方向雷達(dá)與導(dǎo)航雷達(dá)是指利用無(wú)線電波實(shí)現(xiàn)各種信息檢測(cè)和目標(biāo)探測(cè)的系統(tǒng)。雷達(dá)的概念自20世紀(jì)20年代提出至今已有90多

15、年的歷史。雷達(dá)在軍事方面的重要用途包括：軍用通信、警戒、目標(biāo)跟蹤、導(dǎo)彈制導(dǎo)等。雷達(dá)在民用方面的主要用途包括：民用通信、精密跟蹤、導(dǎo)航、測(cè)繪攝影、飛機(jī)盲著陸、空中及地面交通管制、港口監(jiān)視、氣象預(yù)報(bào)、資源勘測(cè)、射電天文、空間技術(shù)等。Radar：Radio Detection and Ranging雷達(dá)：無(wú)線電檢測(cè)與測(cè)距9/13/202243應(yīng)用與發(fā)展方向電子對(duì)抗與隱身技術(shù)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)將是一場(chǎng)電子戰(zhàn)，勝者將是能夠較好控制和駕馭電磁波譜的一方。隱身技術(shù)是電子對(duì)抗領(lǐng)域中發(fā)展較為迅速的一個(gè)分支。有資料表明，利用隱身技術(shù)已經(jīng)能將目標(biāo)的雷達(dá)散射截面降低23個(gè)數(shù)量級(jí)，在某些情況下甚至更高。隱身技術(shù)的對(duì)立面是反隱身技

16、術(shù)。雷達(dá)反隱身技術(shù)的關(guān)鍵是通過(guò)研究隱身目標(biāo)大幅度降低雷達(dá)散射截面的機(jī)理和條件，從中尋求反隱身的新方法和新體制。電子對(duì)抗是指作戰(zhàn)雙方利用電子設(shè)備和器材所進(jìn)行的電磁頻譜斗爭(zhēng)。電子對(duì)抗也稱“電子戰(zhàn)” 。目的是削弱、破壞敵方電子設(shè)備的使用效能，保護(hù)己方電子設(shè)備效能得到充分發(fā)揮。 9/13/202244應(yīng)用與發(fā)展方向微波在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的其它應(yīng)用微波遙感微波遙感指在遠(yuǎn)離被測(cè)目標(biāo)處，利用微波儀器設(shè)備和有關(guān)技術(shù)，探測(cè)該目標(biāo)的位置、形態(tài)及其它有關(guān)特性，它包括無(wú)源遙感和有源遙感。與光學(xué)照相機(jī)和紅外遙感技術(shù)相比，微波遙感具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）微波無(wú)論在白天或夜晚，還是在各種惡劣氣候條件下均可工作，具有“全天候”的工作能

17、力；（2）微波對(duì)地表植被、松散沙層以及冰雪具有一定的穿透能力，故其探測(cè)范圍更為廣泛。 9/13/202245應(yīng)用與發(fā)展方向微波在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的其它應(yīng)用工業(yè)應(yīng)用微波化學(xué)合成、消解、淬取技術(shù)；微波陶瓷及能源材料高溫?zé)Y(jié)技術(shù)；微波低溫干燥技術(shù)；微波等離子體技術(shù)在新材料和微電子領(lǐng)域的應(yīng)用。9/13/202246應(yīng)用與發(fā)展方向微波在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的其它應(yīng)用農(nóng)業(yè)應(yīng)用微波加熱效應(yīng)的應(yīng)用：谷物烘干、種子烘干、催芽、農(nóng)作物防凍、純化小麥面粉淀粉酶和木材烘干等；微波加速器所產(chǎn)生電離輻射的應(yīng)用：改變植物的遺傳特性，得到具有抗銹、抗旱、早熟和不倒伏的良種，殺滅害蟲(chóng)或提高昆蟲(chóng)養(yǎng)殖效率等。9/13/202247應(yīng)用與發(fā)展方向微

18、波在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的其它應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用微波治療；微波診斷；微波凝固酶；微波滅菌。9/13/202248應(yīng)用與發(fā)展方向毫米波與太赫茲技術(shù)毫米波通信優(yōu)點(diǎn)：保密及抗干擾性強(qiáng)；設(shè)備輕巧可靠，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)與激光相比，對(duì)大霧、風(fēng)沙等具有較強(qiáng)的穿透力可用頻帶寬，通信容量大擁有三個(gè)最大吸收衰減頻段，適用于電子對(duì)抗的保密通信9/13/202249應(yīng)用與發(fā)展方向毫米波與太赫茲技術(shù)毫米波雷達(dá)優(yōu)點(diǎn)：采用小口徑天線便可獲得窄波束、高增益和高角分辨率寬帶，易于實(shí)現(xiàn)高距離分辨率、展寬頻譜或低截獲概率易于實(shí)現(xiàn)較高的電磁兼容性、抗干擾性和保密性動(dòng)目標(biāo)回波的多普勒頻移大，提高了多普勒效應(yīng)的靈敏度目標(biāo)雷達(dá)散射截面相對(duì)較大，有利于目標(biāo)探測(cè)9/13/202250應(yīng)用與發(fā)展方向毫米波與太赫茲技術(shù)太赫茲技術(shù)THz時(shí)域光譜技術(shù)THz成像技術(shù)安全檢查THz雷達(dá)天文學(xué)通信技術(shù)半導(dǎo)體及高溫超導(dǎo)材料糧食選種，優(yōu)良菌種的選擇等 優(yōu)點(diǎn)：頻帶更寬時(shí)空分辨率更高能量很小，對(duì)物質(zhì)無(wú)破壞作用9/13/202251人才需求與就業(yè)由于電磁場(chǎng)與微波技術(shù)專業(yè)在信息科學(xué)領(lǐng)域中的重要地位，一直以來(lái)社會(huì)（包括國(guó)內(nèi)和國(guó)外）對(duì)該專業(yè)人才的需求均呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)的趨勢(shì)。特別是進(jìn)入21世紀(jì)以后，隨著電子信息領(lǐng)域工程應(yīng)用