第三章 电磁波及应用

假如没 有电磁 电磁波环境
雷达辐射
移动电视
微波炉
移 动
我们将生活在死一样
通 信
的寂静世界！
3.2 电磁波的发现
电流
磁场
1820年 奥斯特 发现电流产生磁场；
电场
磁场
奇各妙自的电独磁立波
安培
楞次
1831年 法拉蒂 发现电磁感应现象；
感应电流
感应电动势
动磁场
3.2 电磁波的发现
1864年
涡旋电场、位移电流 电磁场不再独立
3.4 电磁波的物理特性及参数
若电流为正弦波，则场也随时间按正弦规律变化， 形成正弦电磁波，如下模型所示。
波长与波速、周期、等的关系：
VT V / f 1/ f
波速度：波速度又称相速度，指等相位面移动的速度，方向为传播方向。 波长：同一波（频率f 固定）在不同的介质中传播时其波长不同。 极化：指空间某处，电场端矢在一周期内随时间的变化所形成的轨迹。
（3）RFID的工作频率可分为：低频(LF)、高频(HF)、超高频 (UHF)、微波(MW)等
（4）RFID的主要应用领域有：物联网、物流和供应管理、生 产制造和装配、航空行李处理 、邮件/快运包裹处理 、文档追 踪/图书馆管理、动物身份标识、运动计时、门禁控制、电子门 票和高速公路自动收费等。
RFID是物联网的关键设备。
通信用的电磁波己复盖从长波~光波全频段， 常用激励源有以下三种。
高频振荡电路
由电感、电容、 晶体管组成
微波管振荡源
由微波电子管构成 特点是控制 电子的运动。 而不是控制
电感线圈中的电流
固态微波振荡源
由半导体 微波固态振荡源 和微带电路构成
体积 重量 结构 频率 工作电压 输出功率 集成
三种激励源的性能比较：
1895年 马可尼 发明的无线电报，传输距离30米；
1895年 马可尼 在陆地和拖船之间实现传输2公里的无线电报 1897年 马可尼 获无线电报专利，建立无线电报公司； 1901年12月12日 马可尼在加拿大纽芬兰岛收到从英国
Cornwall发出的无线信号，传输距离1700mile
1900年 专利《调谐电话》获得批准，同年公司改名为Marconi
公司； 1902年 英国与加拿大之间正式开通
了越洋无线电报通信电路 1907年 获诺贝尔物理奖
马可尼电报机
马可尼Marconi
1904年 英国物理学家弗莱明发明电子真空二极管。 1906年 弗雷斯特发明电子三极管放大，标志着世界从 此进入了电子时代，开辟了模拟通信的新纪元。数年
后用于长、中、短波的电报和电话。
2E x2
2E y2
2E z 2
2E t 2
2H 2H 2H
x2 y2 z2
2H t 2
这是二个波动方程
预言来自百度文库磁波存在
无线电奇通妙的信电的磁奠波基人
麦克斯韦Maxwell （－1879）
1888年,德国人赫兹用这个火花产生电磁波的装置，
赫兹
证明了人们怀疑与期待已久的电磁波存在。
3.3 电磁波的应用
2. 特点
① 对网中的不同用户常常赋予不同的优先等级。 ② 具有一定的限时功能，一次通话的限定时间大约为 15～60秒(可根据业务情况调整)。 ③ 主要为无线用户之间服务，无线与有线用户间的通 话业务，一般只允许其话务量占总业务量的5%~10%。 ④ 集群通信系统一般采用半双工方式，因而，一对移 动用户之间进行通信只需占用一对频道。
排编发 队码送 机器器
控制中心结构图
公用 电话 网
无线 电寻呼 控制 中心及
主发 射台
用户 回路
发射 台
发射 台
无线电寻呼系统示意图
集群移动通信系统
是一种用于调度和指挥的专用通信系统。
1. 集群的概念
把一些由各部门分散建立的专用通信网集中起来， 统一建网和管理，并动态地利用分配给它们的有限 个频道，以容纳数目更多的用户。
高频振荡电路 中 轻 简单 低 低
低、高 分立元件
微波管振荡源 固态微波振荡源
大
小
重
轻
复杂
简单
高
较高、高
高
低
大
小
不可能
容易
3.5 电磁波的传播
自由空间中电磁波的传播
直射波
地波：沿着地球表面传播的电磁波。
——长波
天波：经电离层或大气层折射返回地面的电磁波。 ——短波
微波频率较高，通过不均匀对流层产生散射现象， 因此可以进行超视距的微波散射通信，如右上图所示。
多种短波军用、 民用电台
卫星通信
RFID（射频标签）
射频标签（RFID-Radio Frequency Identification）广泛用于物 联网、监控和目标跟踪，是一个正在大力发展的大产业。
（1）RFID是一片小小的集成电路，它被贴（或嵌入）在物体表 面，作为物体标记。识别工作无须人工干预，是非接触式的自 动识别。 （2）RFID分有源和无源两种。
《电子信息科学与技术导论》
第三章 电磁波及应用
第三章 电磁波及应用
3.1 假如没有电磁波 3.2 电磁波的发现 3.3 电磁波的应用 3.4 电磁波的物理特性和参数 3.5 电磁波的传播 3.6 天线 3.7 电磁波的其它应用
3.1 假如没有电磁波
我们生活在 电磁波的世界
无线广播
雷电
电视广播
卫星广播
1918年 阿姆斯特朗发明超外差调幅（AM） 收音机。 1920年 AM广播在美国Pittsburgh开通。 1929年 英国BBC广播电视开通；1933年 阿姆斯特朗发明调频制
，1936年 调频广播开播。
电子管收音机（1950年 至1970年产品） 正面
反面 电子管
无线寻呼系统
俗称BB机系统，是一种单向传输通信系统。
蜂窝移动通信
短波通信、卫星通信、微波散射通信
微波是指波长在１毫米至１米范围内的非电离辐射高频电磁波。
短波 通信
卫星通信
微波散射 通信
全透射——电磁波频率 > 电离层的临界频率 > 电磁波频率——反射
微波频率很高已超过临界频率，因此微波遇到电离层， 将全部穿过电离层进入太空不再返回地面。
移动通信，正是利用了这一特点，避开了电离层的干扰， 在用户和基站间可建立视距和非视距（经物体反射）的通信联系。
其实质就是场强方向。
极化方式
轨迹观点 线极化：电场仅在一个方向振动， 即电场矢量端点的轨迹是一条直线； 圆极化：电场强度矢量端点的轨迹是一个圆； 椭圆极化：电场强度矢量端点的轨迹是一个椭圆。
场方向观点
水平极化：场方向与地面平行。 垂直极化：场方向与地面垂直。
收发信号要求极化相同
电磁波的产生
自然：雷电、太阳光和噪声…… 人造：由交变电流能量激励（转换）产生。