電磁場與電磁波在電子通信技術中的應用

李德剛

（山西省無線電監測中心忻州站，山西 忻州 034000）

引言

隨著信息技術不斷的深入與發展，先進的信息技術在我國的生活領域發揮著重要的作用。而電磁場與電磁波作為電子通信技術重要的組成部分，在很大程度上推動著電子通訊技術的迅速發展，充分發揮電磁場與電磁波的作用，進而推動電子通訊技術的快速，穩定發展。

1 電磁波與電磁場內容概述

1.1 電磁場

縱觀電磁場的發展歷程而言，可以追溯到16世紀下半葉，吉伯特開始對電磁場進行研究。電磁場主要是一種由帶電體所產生的一種物理場，電磁場當中的帶電體能夠感應到電磁場的作用力。19世紀20年代，著名的物理學家奧斯特發現了電流磁效應，英國物理學家邁克爾·法拉第經過大量的反復實驗發現，感應電流與電磁場強度的變化量存在密切的關系，并且感應電流的產生受到電磁場強度變化所影響。英國物理學家麥克斯韋在法拉第提出電與磁研究的基礎上深入研究，最終提出了位移電流等概念，為電磁場理論的研究做出了重要的貢獻。

1.2 電磁波

19世紀60年代，電磁波由麥克斯韋正式提出。德國物理學家赫茲經過大量的實驗，首次證明電磁波的真實存在。電磁波是由相同并且相互垂直的電場與磁場，在空間以波的形式進行移動。并且以波動的形式進行傳播的電磁場，具有波粒二象性。此外，電磁波的傳播方向與電場及磁場構成相互垂直。頻率是電磁波最重要的特性，按照頻率的順序把這些電磁波排列起來，就是電磁波譜。如果把每個波段的頻率由低至高依次排列的話，它們是無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線及γ射線[1]。電磁波在實際的傳播過程當中，完全不需要任何介質，相同頻率的電磁波在不同的介質當中的傳播速度不同。而不同頻率的電磁波在相同的介質當中傳播，傳播頻率與傳播速度成反比例的關系。因此，電磁波在只有處于同種介質當中，才能夠實現其直線傳播。

1.3 電磁場與電磁波之間的聯系

電磁場有一定的內在聯系，是電場與磁場的相互統一體。基于時間的作用下，電場與磁場之間可以相互轉化，二者是一種互為因果的關系，進而實現電磁場。電磁場主要是帶電粒子進行變速運動而引起的，也是電流發生強弱的變化而引起的。電磁場是一種物質存在形式，具有動量以及能量。而電磁波作為電磁場當中的一種運動形態，在高頻電磁發生振蕩的情況下，其內部能量以輻射的方式進行傳播，并且在此過程當中所形成的磁波與電波統稱為電磁波。當電振蕩處于低頻的狀態下，磁場與電場之間相互變化呈現出較為緩慢的趨勢，在此過程當中幾乎沒有能量向外界傳輸，幾乎所有的能量都返回原電路當中。電振蕩處于高頻的狀態時，磁場與電場之間的變化不斷增加，部分能量返回到磁場當中，部分能量隨著電場及磁場的變化，以電磁波的形式向空間傳播出去。

從能量的角度看，電磁波是電磁場的運動形式，變化的電磁場，如水波，圍繞某一點圍繞中心傳播，其在空間中的傳播形成電磁波。電磁波具有低頻和高頻。在低頻電振蕩中，磁電變化緩慢，能量傳遞很小，低頻電磁波難以輻射;在高頻電磁波中，由于磁性電流之間的變化較快，而振蕩電路不能完全恢復能量。擴散出的能量的一部分可以在沒有任何介質的情況下向外傳輸形成輻射。

2 電磁場與電磁波在電子通信技術中的應用分析

2.1 在微波通信中的應用

電磁波的產生主要來源于電磁場，電磁波作為微波通信當中各類信息的重要載體，因此電磁波與電磁場在微波通信中的應用，發揮著舉足輕重的作用。在微波通信的應用過程當中，由于電磁波上被加載了各類信息，并且以光的速度在空間中進行迅速傳播。如果在其實際的傳播過程當中，遇到能夠接收信號的裝置，該裝置對于信號的獲取，主要是通過過濾電磁波而實現。此外，由于受到波長的限制，微波在實際的傳播當中經常會受到物體的阻礙，在一定程度上降低了通信的整體質量。為了緩解增強通信的質量，強化微波的傳輸作用，經常會采用接力傳輸的方式[1]。并且在微波的傳播過程當中，通過分段安裝增強信號的裝置，減少信號傳播過程當中的消耗，進而增加信號傳輸的質量。

2.2 在衛星通訊當中的應用

隨著各國對衛星通訊技術不斷研究，促進電磁場與電磁波在衛星通訊當中應用。衛星通訊在信號傳輸中，主要將衛星作為傳播的載體，對各類傳播的電磁信息進行相應轉換。衛星通訊技術在信號傳輸的過程當中，主要將人造地球衛星作為通訊的中轉站[2]。當前，衛星通訊技術信號傳輸主要通過以下三種方式進行[3]，主要包括海洋通訊站、大氣通訊站、地面通訊站三種形式。此外，在衛星通訊傳播時，完全可以利用衛星傳播的模式進行，從而實現對相關信號的傳輸。除了上述情況外，衛星通訊與微波通訊在其信號的實際傳輸過程，只有發揮其中轉站的功能，才能夠完成相關信號的實時傳輸等工作。例如，當前，同步衛星在我國社會各個生活領域得到了廣泛的應用，電磁場、電磁波與同步衛星的應用，仍然存在密切的聯系，為同步衛星的信號傳輸發揮著重要的作用[4]。

2.3 在移動通訊當中的應用

目前，移動通訊在實際生活當中廣泛應用，移動通訊是電磁波與電磁場應用的主要表現形式。國外對移動通訊技術的研究主要在20世紀20年代，而移動通訊技術在我國的應用主要追到20世紀80年代。在此期間，信息傳輸主要依靠模擬技術，我國對模擬技術進行了不斷的深入研究，移動通訊的2G與3G通訊相繼問世。隨著現代信息技術的快速發展，我國4G技術的研發，主要是繼承了3G技術的基礎[5]。當前，5G作為一種新型移動通信網絡，峰值速率需要達到10~20 Gbit/s，空中接口時延低至1 ms，頻譜效率要比LTE提升3倍以上，具有極高的速率（eMBB）、極大的容量（mMTC）、極低的延時（URLLC）等特征。5G的廣泛應用，不僅要解決通信問題，而且可以提供虛擬現實、超高清等更加身臨其境體驗，解決人與物、物與物通聯，成為支撐經濟社會數字化、網絡化、智能化轉型和無人值守、元宇宙等概念和前景的關鍵新型基礎設施。

3 結語

電磁場與電磁波在電子通訊技術當中的應用，極大地改變了人們的生活方式，為人們的生產生活帶來重要的影響。此外，由于電磁場與電磁波的開發利用，提升電磁頻譜使用效率，研發新技術，提出新概念，將這種技術應用到社會各個領域當中，推動社會可持續發展。隨著信息化時代的到來，電磁場與電磁波在未來的發展過程當中，將會被應用到人類社會各個領域當中，實現新科技概念，為人類社會的發展進步與發展而作出更大貢獻。