信息和电子专业导论讲座.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,课程目的,介绍学院本科教学、国际交流、学生管理等基本情况,介绍电子信息类专业课程体系及主要课程关系,介绍电子信息工程专业内涵、培养目标与人才需求,介绍相关专业（方向）内涵、应用、人才需求与就业,1/31/2025,1,讲座内容,电子信息类专业课程体系及主要课程关系,电子信息工程专业简介,电磁场与微波技术专业（方向）简介,1/31/2025,2,电子信息类专业课程体系及主要课程关系,1/31/2025,3,专业课程,电路与系统,信号与信息处理,信号与图像处理,通信工程,电子科学与技术,电磁场与微波技术,信息对抗技术,信息科技菁英班,专业基础课程,电学电子学模块,信号模块,电磁场与波模块,机械制造模块,工程概论,计算机模块,公共基础课程,自然科学,人文科学,工具,人生规划,就业指导,体育,电子信息类专业课程体系图,1/31/2025,4,电子信息类专业主要课程关系结构图,工科数学分析,线性代数,概率与数理统计,大学物理,复变函数与积分变换,数理方程与特殊函数,C语言程序设计 或 C+程序设计,电磁场理论,微波技术基础,或,微波工程导论,数据结构与算法设计,计算机原理与应用,信号与系统,控制理论基础,随机信号分析,数字信号处理,数字通信原理,电路分析基础,模拟电路,数字电路,通信电路与系统,专 业 课 程 模 块,大学计算机基础,工程制图基础,工程概论,1/31/2025,5,例1 电路分析基础,如果在一个电路中只有一个电容元件、或者只有一个电感元件，根据,KVL,、,KCL,和元件的,VCR,得到的是以由,u,或,i,为因变量、以,t,为自变量的一阶常微分方程，该电路称为“一阶电路”。,1/31/2025,6,例1 电路分析基础,如果在一个电路中包含两个储能元件（电容和电感），此时描述电路状态的是以由,u,或,i,为因变量、以,t,为自变量的二阶常微分方程，从而该动态电路称为“二阶电路”。,1/31/2025,8,例1 电路分析基础,串联,RLC,电路的冲激响应,工科数学分析,1/31/2025,9,例2 电磁场理论,波动方程简称波方程，是一种重要的偏微分方程，用以描述各类波动现象，包括机械波和电磁波等。,电磁场理论中的波方程为二阶偏微分方程。,1/31/2025,10,例2 电磁场理论,均匀、无源空间电磁场对应的标量位,满足如下齐次波方程：,直角坐标,圆柱坐标,球坐标,数理方程与特殊函数、复变函数与积分变换,1/31/2025,11,例3 信号与系统,信号与系统是通信工程的一门基础课程，主要研究确定信号与线性非时变系统。,除了微积分知识的应用以外，在这门课程中还会涉及复变函数理论和各类积分变换，如傅里叶变换、,Laplace,变换、,Z,变换和卷积运算。,复变函数与积分变换,1/31/2025,12,电子信息工程专业简介,1/31/2025,13,专业概述,电子信息工程是一门应用计算机等现代化技术进行电子信息控制和信息处理的学科，主要研究信息的获取与处理，电子设备与信息系统的设计、开发、应用和集成。,本专业的特点是涉及面广，是集现代电子技术、信息技术、通信技术于一体的专业。,电子信息技术是信息产业中发展最为迅速的方向之一，在国民经济的发展中起到非常重要的作用，代表了当今信息时代人类社会的发展需求。,1/31/2025,14,专业概述,天线,天线,发射机,接收机,电磁波,无线通信系统示意图,电路与系统、信号与信息处理、信号与图像处理,电磁场与微波技术,1/31/2025,15,培养目标与要求,电子信息工程专业培养具备电子技术和信息系统的基础知识，能从事各类电子设备和信息系统的研究、设计、制造、应用和开发的高等工程技术人才。,本专业是一个电子和信息工程方面的较宽口径专业。学生主要学习信号的获取与处理、电子设备与信息系统等方面的专业知识，受到电子与信息工程实践的基本训练，具备设计、开发、应用、集成电子设备和信息系统的基本能力。,1/31/2025,16,人才需求,当今社会是高度信息化的社会，信息技术是社会发展与进步的原动力之一。信息技术极大的改变了现代人类的学习和工作模式，也彻底改变了人类文明的演进方式与速度。,作为信息技术重要分支的电子信息技术，其发展尤为迅猛，新技术新理念层出不穷；并已成为发展最快、渗透性最强、应用范围最广的关键技术之一。,1/31/2025,17,人才需求,电子信息工程专业是前沿学科，现代社会的各个领域及人们日常生活等都与电子信息技术有着紧密的联系。,仅从国内情况看，全国各地从事电子技术产品生产、开发、销售和应用的企事业单位很多，且随着改革开放步伐的加快，这样的企事业单位会越来越多。因此，培养一大批具有能综合运用所学知识技能，适应现代电子技术发展要求，从事企事业单位与电子信息工程专业相关的产品及设备的生产、安装调试、运行维护、销售及售后服务、新产品技术开发等高级应用型技术人才和管理人才，是社会发展和经济建设的客观需要。,1/31/2025,18,BIT电子信息工程专业,北京理工大学电子信息工程专业在前述宽口径培养的基础上，重点突出一下五个研究方向：,电路与系统,电磁场与微波技术,信号与图像处理,信号与信息处理,信息科技菁英班,上述五个研究方向的学生毕业时均取得电子信息工程专业的毕业证和学位证。,1/31/2025,19,BIT电子信息工程专业,北京理工大学电子信息工程专业是北京市特色专业、北京理工大学名牌专业，是信息与电子学院的主体专业。,本专业的毕业生理论扎实，动手能力强，工程素养高，系统概念强。对国内，特别是国防信息系统建设具有至关重要的作用，如雷达，声纳，抗干扰通信，数据链，嵌入式计算机，高速信号处理技术，空间探测，深空通信，水下通信，专用集群通信，北斗系统，精确制导等。,近年来，本专业及所在的学科平均每年为国家输送本科毕业生约,200,人、硕士生约,120,人、博士生约,35,人、博士后约,5,人，为我国的电子与信息领域高层次人才培养做出了重要贡献。,1/31/2025,20,BIT电子信息工程专业,北京理工大学电子信息工程专业毕业生的就业领域主要包括，国防与民用相关部门的科研院所、技术开发单位和企事业单位电子信息工程及其相关领域的技术开发、应用和管理等岗位，以及大专院校教学与科研岗位。,本专业支撑学科包括电子科学与技术和信息与通信工程两个一级学科，设有硕士学科点、博士学科点和博士后流动站。,50%,以上的毕业生继续攻读研究生。,2013,年度毕,（结）,业,183,人：保研考研,104,人、占比,56.83%,；出国,35,人、占比,19.13%,。就业去向包括国企、民企、三资企业、部队、国家机关和事业单位等。,1/31/2025,21,电磁场与微波技术专业（方向）简介,1/31/2025,22,电磁场与微波技术方向的主要专业基础课程,序号,课程名称,备注,1,电磁场理论,必修,2,微波技术基础,必修,主要专业基础课程简介,1/31/2025,23,主要专业基础课程简介,电磁场理论,电磁场理论主要,研究,电磁场,中各,物理量,之间的关系及其空间分布和时间变化。,本课程重点讨论,电磁场与电磁波的基本理论、基本概念和基本分析方法。,1/31/2025,24,主要专业基础课程简介,微波技术基础,微波技术主要研究微波的产生、传输、变换、检测、发射和测量的基本理论和基本概念。,本课程重点讨论各种微波传输线、微波谐振器、常用微波元器件的基本原理和工程应用。,1/31/2025,25,电磁场与微波技术方向的主要专业课程,序号,课程名称,备注,1,计算电磁学基础,必修,2,天线理论与技术,必修,3,微波电子线路,必修,4,微波测量基础,必修,5,微波频率源设计,必修,6,微波系统设计,必修,7,微波网络基础,选修,8,电磁兼容原理,选修,9,现代电子测量技术,选修,主要专业课程简介,1/31/2025,26,主要专业课程简介,计算电磁学基础,电磁理论,+,应用数学,+,计算机（软、硬件）技术,天线理论与技术,电磁波发射与接收前端器件,微波电子线路,微波系统,/,设备所涉及各类有源、无源电路,微波测量基础,微波电路、器件、设备和系统的测量,1/31/2025,27,主要专业课程简介,微波频率源设计,微波能源生成设备（器件）,微波系统设计,发射系统、传输系统、接收系统、综合系统,微波网络基础,微波电路的分析和设计方法,电磁兼容原理,电磁兼容性是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行且不对环境和其他设备产生超标电磁干扰的能力。,1/31/2025,28,主要专业课程简介,现代电子测量技术,一般意义上的无线电测量技术。,主要内容应包括：测量误差与数据处理、模拟测量、数字测量、时域测量、频域测量、测量用信号发生器、数据域测量和自动测试系统等。,1/31/2025,29,电磁场与微波技术的重要性,近代人类历史上已经历过的三次产业革命：,300,多年前以纺织机械改革为突破口，以蒸汽机的广泛应用为核心的第一次产业革命；,200,多年前以电的生产和电力的广泛应用为标志的第二次产业革命；,19,世纪末,20,世纪初以核能的开发和电子技术的广泛应用为标志的第三次产业革命。,1/31/2025,30,电磁场与微波技术的重要性,目前，人类正处在新的技术革命，即以信息技术和,/,或新能源技术为主导的第四次产业革命阶段。,电磁场与微波技术是与信息技术密切相关的，它在国民经济、国防建设及人民生活中占有非常重要的地位，在此次新技术革命中有着举足轻重的作用。,1/31/2025,31,电磁场与电磁波简介,电磁场与电磁波是自然界物质存在和运动的形式之一。,人们注意到,电磁现象,首先是从它们的力学效应开始的。,所发生重要事件归纳如下：,我们的祖先在公元前一世纪便认识到磁现象的存在并发明了指南针，大约公元前,600,年希腊人塞利斯发现了摩擦生电的现象；,1785,年，法国物理学家库仑发现了库仑定律，标志着人类对电磁现象的认识进入了定量认识的阶段；,1819,年，丹麦物理学家奥斯特发现磁针在通电导线附近会发生偏转，由此揭示了电生磁的奥秘；,1831,年英国物理学家法拉第在其著名的实验中成功地将磁转化成为电流并发现了电磁感应定律；,1/31/2025,32,电磁场与电磁波简介,1873,年，英国物理学家麦克斯韦发表了他的著名论著“电磁研究”，导出了麦克斯韦方程组，从理论上预测了电磁波的存在；,1882,年法国数学家安培提出了磁现象的电本质假说，为磁现象提供了合理的解释；,1888,年，德国科学家赫兹制作了一个非常巧妙的装置，辐射出了波长为,30,厘米电磁波；,1895,年，伦琴于,1895,年发现了,X,射线，随后人们又发现了,射线；,1960,年，人类第一次产生了激光。,1/31/2025,33,电磁场与电磁波简介,在电磁波谱中，传统上把波长大于,0.03,毫米的称为无线电波，其次为红外线、可见光和紫外线，后三者统称为热辐射。,无线电波和热辐射等均属于电磁波，但由于其波长或频率的差异、源和产生方法的区别以及应用目的的不同，导致了各自研究方法与内容的不一致，从而形成了若干分支，即电磁场与微波技术、光电子技术和物理电子技术等学科。,1/31/2025,34,研究范围及学科分支,电磁场与微波技术是专门研究无线电波产生、辐射、传输、变换和接收的基本理论、工程设计及其应用的学科。,1/31/2025,35,研究范围及学科分支,无线电波波段划分：,超长波：频率,3,30KHz,，,波长,100000,10000m,；,长波,：频率,30,300KHz,，,波长,10000,1000m,；,中波：频率,300,3MHz,，,波长,1000,100m,；,短波：频率,3,30MHz,，,波长,100,10m,；,超短波：频率,30,300MHz,，,波长,10,1m,；,微波：频率,300MHz,30GHz,，,波长,1m,1cm,；,毫米波：频率,30,300GHz,，,波长,10,1mm,；,亚毫米波：频率,300,1000GHz,，,波长,1,0.03mm,。,1/31/2025,36,名 称,波 长,频 率,主 要 应 用,超长波,105104m,330KHz,海岸与潜艇通信、海上导航等,长波,104103m,30300KHz,中距通信、船舶通信、水下导航等,中波,103102m,3003MHz,广播、海上导航、航空无线电导航等,短波,10210m,330MHz,远距短波通信、广播、船舶通信、卫星通信、医疗、工业加热等,超短波,101m,30300MHz,移动无线电通信（公安、消防）、无线电广播、电视、航空通信、雷达、遥控遥测、医疗、工业加热、飞机着陆等,微,波,分米波,10.1m,3003000MHz,移动无线电通信（列车）、电视、雷达、资源卫星、微波中继通信、医疗、工业加热、飞机导航、气象卫星等,厘米波,101cm,330GHz,雷达、微波中继通信、卫星通信、数字通信、射电天文、医疗、工业加热、气象卫星等,毫米波,101mm,30300GHz,波导通信、雷达、卫星通信等,亚毫米波,10.03mm,3001000GHz,深空通信、雷达、大气测量等,1/31/2025,37,研究范围及学科分支,电磁场与微波技术学科的学科分支包括：,电磁场理论、计算电磁学、微波理论与技术、无线电波传播、天线理论与技术、微波光学、微波波谱学、微波气象学、射电天文学、微波生物医学、微波能应用、微波遥感、微波成象、环境电磁工程学等。,1/31/2025,38,研究范围及学科分支,场路统一概念：,电磁场理论涵盖电路理论,电路特性是电磁场的宏观表现,场分析：适用于高频、分布参数,路分析：适用于低频、集总参数,例：,E-U,，,H-I,，,-Z,1/31/2025,39,应用与发展方向,无线电通信,1901,年底，意大利人马可尼和他的研究小组成功地使无线电波跨过大西洋，飞跃了,2700,公里，它标志着远距离无线电通信的诞生；,1923,年后，在专家和业余爱好者的共同努力下，采用短波使通信距离达到了几千公里；,1930,年左右开始了超短波通信；,1940,年以后实现了微波中继通信；,1965,年以后利用同步地球卫星实现了全球的微波通信；,接着，人们开发了毫米波资源，使得有可能同时传输几百万路电话或几千路电视；,目前人们正在研究并建立“全球通星座”通信系统；,无线电波还被应用于地下通信。,1/31/2025,40,应用与发展方向,广播与电视,在广播电视领域，电磁场与微波技术也大有用武之地。研制价廉物美、用途广泛、性能优异和稳定可靠的接收机，以及小巧轻便、美观大方、效果极佳的全频道接收天线，至今仍然是人们追求的重要目标之一。,1/31/2025,41,应用与发展方向,雷达与导航,雷达是指利用无线电波实现各种信息检测和目标探测的系统。,雷达的概念自,20,世纪,20,年代提出至今已有,90,多年的历史,。,雷达在军事方面的重要用途包括：军用通信、警戒、目标跟踪、导弹制导等。,雷达在民用方面的主要用途包括：民用通信、精密跟踪、导航、测绘摄影、飞机盲着陆、空中及地面交通管制、港口监视、气象预报、资源勘测、射电天文、空间技术等。,Radar：Radio Detection and Ranging,雷达：无线电检测与测距,1/31/2025,42,应用与发展方向,电子对抗与隐身技术,现代战争将是一场电子战，胜者将是能够较好控制和驾驭电磁波谱的一方。,隐身技术是电子对抗领域中发展较为迅速的一个分支。有资料表明，利用隐身技术已经能将目标的雷达散射截面降低,2,3,个数量级，在某些情况下甚至更高。,隐身技术的对立面是反隐身技术。雷达反隐身技术的关键是通过研究隐身目标大幅度降低雷达散射截面的机理和条件，从中寻求反隐身的新方法和新体制。,电子对抗是指作战双方利用电子设备和器材所进行的电磁频谱斗争。,电子对抗也称“电子战”。目的是削弱、破坏敌方电子设备的使用效能，保护己方电子设备效能得到充分发挥。,1/31/2025,43,应用与发展方向,微波在国民经济中的其它应用,微波遥感,微波遥感,指在远离被测目标处，利用微波仪器设备和有关技术，探测该目标的位置、形态及其它有关特性，它包括,无源遥感,和,有源遥感,。,与光学照相机和红外遥感技术相比，微波遥感具有如下优点：,（,1,）微波无论在白天或夜晚，还是在各种恶劣气候条件下均可工作，具有“全天候”的工作能力；（,2,）微波对地表植被、松散沙层以及冰雪具有一定的穿透能力，故其探测范围更为广泛。,1/31/2025,44,应用与发展方向,微波在国民经济中的其它应用,工业应用,微波化学合成、消解、淬取技术；,微波陶瓷及能源材料高温烧结技术；,微波低温干燥技术；,微波等离子体技术在新材料和微电子领域的应用。,1/31/2025,45,应用与发展方向,微波在国民经济中的其它应用,农业应用,微波加热效应的应用：谷物烘干、种子烘干、催芽、农作物防冻、纯化小麦面粉,淀粉酶和木材烘干等,；,微波加速器所产生电离辐射的应用：改变植物的遗传特性，得到具有抗锈、抗旱、早熟和不倒伏的良种，杀灭害虫或提高昆虫养殖效率等。,1/31/2025,46,应用与发展方向,微波在国民经济中的其它应用,生物医学应用,微波治疗；,微波诊断；,微波凝固酶；,微波灭菌。,1/31/2025,47,应用与发展方向,毫米波与太赫兹技术,毫米波通信,优点：,保密及抗干扰性强；设备轻巧可靠，机动性强,与激光相比，对大雾、风沙等具有较强的穿透力,可用频带宽，通信容量大,拥有三个最大吸收衰减频段，适用于电子对抗的保密通信,1/31/2025,48,应用与发展方向,毫米波与太赫兹技术,毫米波雷达,优点：,采用小口径天线便可获得窄波束、高增益和高角分辨率,宽带，易于实现高距离分辨率、展宽频谱或低截获概率,易于实现较高的电磁兼容性、抗干扰性和保密性,动目标回波的多普勒频移大，提高了多普勒效应的灵敏度,目标雷达散射截面相对较大，有利于目标探测,1/31/2025,49,应用与发展方向,毫米波与太赫兹技术,太赫兹技术,THz,时域光谱技术,THz,成像技术,安全检查,THz,雷达,天文学,通信技术,半导体及高温超导材料,粮食选种，优良菌种的选择等,优点：,频带更宽,时空分辨率更高,能量很小，对物质无破坏作用,1/31/2025,50,人才需求与就业,由于电磁场与微波技术专业在信息科学领域中的重要地位，一直以来社会（包括国内和国外）对该专业人才的需求均呈现稳定增长的趋势。,特别是进入,21,世纪以后，随着电子信息领域工程应用的迅猛发展，人才需求也急速增加，有时甚至出现供不应求的状况。,1/31/2025,51,结束语,综上所述，电磁波谱相当广阔，是巨大的资源财富，对已经到来的新技术革命有着及其重要的作用。然而，就目前情况而言，许多已有波段并没有得到充分的利用，新的波段也有待于进一步开发利用，有许多新的课题等待人们去研究解决。,希望同学们能够热爱电子信息领域中的这门重要学科，努力学好基础知识，在电磁波的海洋中乘风破浪，取得科技创新，造福人类社会！,1/31/2025,52,联络信息,姓名：徐晓文,职称：教授,职务：电子信息工程专业责任教授,专业：电磁场与微波技术,电话：,13671234062,电邮：,mw219,欢迎咨询！,1/31/2025,53,