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1、 电磁场与电磁波在电子通信技术领域中的应用 姓名:陈龙学号：20101334051电、磁现象是大自然最重要的物理现象，也是最早被科学家们关切和探讨的物理现象。19世纪以前，电、磁现象作为两个独立的物理现象，没有发觉电与磁的联系，但是这些探讨为电磁学理论的建立奠定了基础。18世纪末期，德国哲学家谢林认为，宇宙是有活力的，而不是僵死的。他认为电就是宇宙的活力，是宇宙的灵魂，电、磁、光、热是相互联系的。法拉第在谢林的影响下，信任电、磁、光、热是相互联系的。奥斯特1820年发觉电流以力作用于磁针后，法拉第敏锐地意识到，电可以对磁产生作用，磁也肯定能够对电产生影响。1821年他起先探究磁生电的试验。18
2、31年他发觉，当磁捧插入导体线圈时，导体线圈中就产生电流。这表明电与磁之间存在着亲密的联系。麦克斯韦深化探讨并探讨了电与磁之间相互作用的关系，并发展了场的概念。他在法拉第试验的基础上，总结了宏观电磁现象的规律，引进位移电流的概念。这个概念的核心思想是：改变着的电场能产生磁场；与改变着的磁场产生电场相对应。在此基础上提出了一组表达电磁现象基本规律的偏微分方程，称为麦克斯韦方程组，成为经典电磁场理论的基本内容。电磁场作为无线电技术的理论基础，集中于三大类应用问题的探讨。电磁场（或电磁波）作为能量的一种形式，是当今世界最重要的能源，其探讨领域涉及能量的产生、储存、变换、传输和综合利用；电磁波作为信息
3、传输的载体，成为当今人类社会发布和获得信息的主要手段，主要探讨领域为信息的产生、获得、交换、传输、储存、处理、再现和综合利用；电磁波作为探测未知世界的一种重要手段，主要探讨领域为电磁波与目标的相互作用特性、目标特征的获得与重建、探测新技术等。1887年，德国科学家赫兹用火花隙激励一个环状天线，用另一个带隙的环状天线接收，证明白麦克斯韦关于电磁波存在的预言，这一重要的试验导致了后来无线电报的独创。从今起先了电磁场理论应用与发展的时代，并且发展成为当代最引人注目的学科之一。1895年意大利马可尼胜利地进行了2.5公里距离的无线电报传送试验。1896年，波波夫进行了约250米距离的类似试验, 189
4、9年, 无线电报跨越英吉利海峡的试验胜利；1901年，跨越大西洋的3200公里距离的试验胜利。马可尼以其在无线电报等领域的成就，获得了1909年的诺贝尔奖金物理学奖。无线电报的独创，起先了利用电磁波时期；1876年美国A.G.贝尔在美国建国100周年博览会上展示了他所独创的有线电话。此后,有线电话便快速普及开来；1906年美国费森登用50千赫频率发电机作放射机，用微音器接入天线实现调制，使大西洋航船上 的报务员听到了他从波士顿播出的音乐。1919年，第 一个定时播发 语言和音乐的无线电广播电台在英国建成。次年，在美国的匹兹堡城又建成一座无线电广播电台；1884年德国尼普科夫提出机械扫描电视的设
5、想，1927年，英国贝尔德胜利地用电话线路把图像从伦敦传至大西洋中的船上。兹沃霄金在1923和1924 年相继独创了摄像管和显像管。1931年，他组装成世界上第一个全电子电视系统；二次世界大战前夕，飞机成为主要进攻武器。英、美、德、法等国竞相研制一类能够早期警戒飞机的装置。1936年，英国的瓦特设计的警戒雷达最先投入了运行。有效地警戒了来自德国的轰炸机。1938年，美国研制成第一部能指挥火炮射击的火炮限制雷达。1940年，多腔磁控管的独创，微波雷达的研制成为可能。1944年，能够自动跟踪飞机的雷达研制胜利。1945年，能消退背景干扰显示运动目标的显示技术的独创,使雷达更加完善。在整个其次次世界
6、大战期间,雷达成了电磁场理论最活跃的部分；1958年美国放射低轨的“斯科尔”卫星胜利,这是第一颗用于通信的试验卫星。1964年,借助定点同步通信卫星首次实现了美、 欧、非三大洲的通信和电视转播。1965年,第一颗商用定点同步卫星投入运行。1969年, 大西洋、太平洋和印度洋上空均已有定点同步通信卫星,卫星地球站已遍布世界各国，这些卫星地球站又和本国或本地区的通信网接通。卫星通信经验10年的发展，终趋于成熟；1957年卫星放射胜利后，人们试 图将雷达引入卫星，实现以卫星为基地对地球表面及近地空间目标的定位和导航。1958年底，美国起先探讨实施这一安排，于1964年探讨胜利子午仪卫星导航系统。19
7、73年美国提出了由24颗卫星组成的好用系统新方案，即GPS安排。它是英Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System 的字头缩写NAVSTAR/GPS的简称，其含义是利用导航卫星进行测时和测距。1990年最终的GPS方案是由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。电磁场与电磁波理论在人们的需求中一步步地发展应用。当今世界，电子信息系统，不论是通信、雷达、广播、电视，还是导航、遥控遥测，都是通过电磁波传递信息来进行工作的。因此以宏观电磁理论为基础，电磁信息的传输和转换为核心的电磁场与电磁波工程技术将充分发挥其重要作
8、用。当今的无线通信、广播、雷达、遥控遥测、微波遥感、无线因特网、无线局域网、卫星定位以及光纤通信等信息技术都是利用电磁波作为媒介传输信息的。电磁场与电磁波的应用贯穿于整个移动通信技术，20世纪20年头，现代移动通信技术的发展宣告起先。从20世纪20年头至40年头是现代移动通信的起步阶段。1987年11月18日，中国第一个TACS模拟蜂窝移动电话系统在广东省建成并投入商用。这一时期的系统主要是依靠第一代移动通信技术（1G），采纳的是模拟技术和频分多址（FDMA）技术。其次代移动通信（2G）主要采纳的是数字的时分多址（TDMA）技术和码分多址（COMA）技术，频谱利用率高，可大大提高系统容量，能供
9、应数字化的语言业务及低速数据业务。目前正在快速发展的是第三代移动通信技术（3G），它是将高速移动接入和基于互联网协议的服务结合起来，提高无线频率的利用效率，实现高速数据传输和宽带多媒体服务，传输速率最低为384KB/s，最高为2MB/s,带宽可达5MHz以上，运用频率1.8852.025GHz和2.1102.200GHz,供应全球覆盖，实现有线和无线以及不同无线网络之间业务的无缝连接，满意多媒体业务的要求。主要技术有WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。3G系统仍旧无法满意将来的多媒体通信的需求，将来的移动通信系统是第四代移动通信系统（4G）。它是宽带（broadband）接入和分布
10、网络，具有更高的无线频率运用效率，且具有更好的抗信号衰落性能，上网速度可提高到100MB/s，具有不同频率间的自动切换实力。电磁场与电磁波的应用贯穿于整个微波通信，微波通信是指利用微波频率用作载波携带信息，通过无线电波进行中继接力的通信方式。微波是指频率为300MHz300GHz的电磁波。微波的波长很短，绕过障碍物而传播的尺度很小，这就确定微波通信只能实行中继接力方式，大约50km就必需设一个微波中继站。较大的通信系统须要建设特别多的中继站，这也限制了它的运用。电磁场与电磁波的应用贯穿于卫星通信，卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站，转发或反射无线电波，在两个或多个地球站之间进行通信。地球站是
11、设在地球表面，包括地面、海洋和大气中的通信站。事实上卫星通信可以看作是利用微波频率，把通信卫星作为中继站而进行的一种特别的微波中继通信。卫星通信工作频段与微波通信相同。目前民用通信卫星运用同步工作方式，称为同步卫星通信系统。从地面上看，这颗卫星恒久像挂在天空不动，因此同步卫星也称为“静止卫星”。电磁场与电磁波的应用贯穿于光纤通信，以光作载波的通信方式即是光通信。人们想到以光作为载波，这是很自然的，这是因为光的频率很高，为10141015Hz，因此利用光通信会有更大的通信容量。但是光在大气中受到的影响因素特别多，如大气中水蒸气尘埃的影响、恶劣天气的影响。另外还受到激光束本身的影响，如激光束特别细
12、小给光学设备的对准、限制及跟踪带来困难，所以限制了大气光通信的运用。于是人们就想到利用介质来传输光信号，这种介质即是光导纤维。这种利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光纤通信。人们通过大量的试验发觉，纯净的石英材料在0.81.8m，对应的频率为167375THz的近红外光波入射，损耗很少。并且在0.85m、1.31m和1.55m旁边损耗最低，光导纤维通常采纳同轴圆柱体结构，由纤芯和包层构成。除了以上应用之外，电磁场与电磁波的应用还贯穿于许多电子通信领域，如利用目标对电波的散射而发觉目标，并测定目标的空间位置的雷达、水下电磁波通信、极低频（BLF）无线电通信、甚低频（VLF）无线电通信、GMDSS系统、地面通信系统及船用设备、卫星通信系统及船用设备、INMARSAT系统、COSPAS SARSAT系统等。以宏观电磁理论为基础，电磁信息的传输和转换为核心的电磁场与电磁波工程技术将在电子通信领域充分发挥其重要作用。
