电磁场与电磁波在电子通信技术中的应用

李德刚

（山西省无线电监测中心忻州站，山西 忻州 034000）

引言

随着信息技术不断的深入与发展，先进的信息技术在我国的生活领域发挥着重要的作用。而电磁场与电磁波作为电子通信技术重要的组成部分，在很大程度上推动着电子通讯技术的迅速发展，充分发挥电磁场与电磁波的作用，进而推动电子通讯技术的快速，稳定发展。

1 电磁波与电磁场内容概述

1.1 电磁场

纵观电磁场的发展历程而言，可以追溯到16世纪下半叶，吉伯特开始对电磁场进行研究。电磁场主要是一种由带电体所产生的一种物理场，电磁场当中的带电体能够感应到电磁场的作用力。19世纪20年代，著名的物理学家奥斯特发现了电流磁效应，英国物理学家迈克尔·法拉第经过大量的反复实验发现，感应电流与电磁场强度的变化量存在密切的关系，并且感应电流的产生受到电磁场强度变化所影响。英国物理学家麦克斯韦在法拉第提出电与磁研究的基础上深入研究，最终提出了位移电流等概念，为电磁场理论的研究做出了重要的贡献。

1.2 电磁波

19世纪60年代，电磁波由麦克斯韦正式提出。德国物理学家赫兹经过大量的实验，首次证明电磁波的真实存在。电磁波是由相同并且相互垂直的电场与磁场，在空间以波的形式进行移动。并且以波动的形式进行传播的电磁场，具有波粒二象性。此外，电磁波的传播方向与电场及磁场构成相互垂直。频率是电磁波最重要的特性，按照频率的顺序把这些电磁波排列起来，就是电磁波谱。如果把每个波段的频率由低至高依次排列的话，它们是无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线[1]。电磁波在实际的传播过程当中，完全不需要任何介质，相同频率的电磁波在不同的介质当中的传播速度不同。而不同频率的电磁波在相同的介质当中传播，传播频率与传播速度成反比例的关系。因此，电磁波在只有处于同种介质当中，才能够实现其直线传播。

1.3 电磁场与电磁波之间的联系

电磁场有一定的内在联系，是电场与磁场的相互统一体。基于时间的作用下，电场与磁场之间可以相互转化，二者是一种互为因果的关系，进而实现电磁场。电磁场主要是带电粒子进行变速运动而引起的，也是电流发生强弱的变化而引起的。电磁场是一种物质存在形式，具有动量以及能量。而电磁波作为电磁场当中的一种运动形态，在高频电磁发生振荡的情况下，其内部能量以辐射的方式进行传播，并且在此过程当中所形成的磁波与电波统称为电磁波。当电振荡处于低频的状态下，磁场与电场之间相互变化呈现出较为缓慢的趋势，在此过程当中几乎没有能量向外界传输，几乎所有的能量都返回原电路当中。电振荡处于高频的状态时，磁场与电场之间的变化不断增加，部分能量返回到磁场当中，部分能量随着电场及磁场的变化，以电磁波的形式向空间传播出去。

从能量的角度看，电磁波是电磁场的运动形式，变化的电磁场，如水波，围绕某一点围绕中心传播，其在空间中的传播形成电磁波。电磁波具有低频和高频。在低频电振荡中，磁电变化缓慢，能量传递很小，低频电磁波难以辐射;在高频电磁波中，由于磁性电流之间的变化较快，而振荡电路不能完全恢复能量。扩散出的能量的一部分可以在没有任何介质的情况下向外传输形成辐射。

2 电磁场与电磁波在电子通信技术中的应用分析

2.1 在微波通信中的应用

电磁波的产生主要来源于电磁场，电磁波作为微波通信当中各类信息的重要载体，因此电磁波与电磁场在微波通信中的应用，发挥着举足轻重的作用。在微波通信的应用过程当中，由于电磁波上被加载了各类信息，并且以光的速度在空间中进行迅速传播。如果在其实际的传播过程当中，遇到能够接收信号的装置，该装置对于信号的获取，主要是通过过滤电磁波而实现。此外，由于受到波长的限制，微波在实际的传播当中经常会受到物体的阻碍，在一定程度上降低了通信的整体质量。为了缓解增强通信的质量，强化微波的传输作用，经常会采用接力传输的方式[1]。并且在微波的传播过程当中，通过分段安装增强信号的装置，减少信号传播过程当中的消耗，进而增加信号传输的质量。

2.2 在卫星通讯当中的应用

随着各国对卫星通讯技术不断研究，促进电磁场与电磁波在卫星通讯当中应用。卫星通讯在信号传输中，主要将卫星作为传播的载体，对各类传播的电磁信息进行相应转换。卫星通讯技术在信号传输的过程当中，主要将人造地球卫星作为通讯的中转站[2]。当前，卫星通讯技术信号传输主要通过以下三种方式进行[3]，主要包括海洋通讯站、大气通讯站、地面通讯站三种形式。此外，在卫星通讯传播时，完全可以利用卫星传播的模式进行，从而实现对相关信号的传输。除了上述情况外，卫星通讯与微波通讯在其信号的实际传输过程，只有发挥其中转站的功能，才能够完成相关信号的实时传输等工作。例如，当前，同步卫星在我国社会各个生活领域得到了广泛的应用，电磁场、电磁波与同步卫星的应用，仍然存在密切的联系，为同步卫星的信号传输发挥着重要的作用[4]。

2.3 在移动通讯当中的应用

目前，移动通讯在实际生活当中广泛应用，移动通讯是电磁波与电磁场应用的主要表现形式。国外对移动通讯技术的研究主要在20世纪20年代，而移动通讯技术在我国的应用主要追到20世纪80年代。在此期间，信息传输主要依靠模拟技术，我国对模拟技术进行了不断的深入研究，移动通讯的2G与3G通讯相继问世。随着现代信息技术的快速发展，我国4G技术的研发，主要是继承了3G技术的基础[5]。当前，5G作为一种新型移动通信网络，峰值速率需要达到10~20 Gbit/s，空中接口时延低至1 ms，频谱效率要比LTE提升3倍以上，具有极高的速率（eMBB）、极大的容量（mMTC）、极低的延时（URLLC）等特征。5G的广泛应用，不仅要解决通信问题，而且可以提供虚拟现实、超高清等更加身临其境体验，解决人与物、物与物通联，成为支撑经济社会数字化、网络化、智能化转型和无人值守、元宇宙等概念和前景的关键新型基础设施。

3 结语

电磁场与电磁波在电子通讯技术当中的应用，极大地改变了人们的生活方式，为人们的生产生活带来重要的影响。此外，由于电磁场与电磁波的开发利用，提升电磁频谱使用效率，研发新技术，提出新概念，将这种技术应用到社会各个领域当中，推动社会可持续发展。随着信息化时代的到来，电磁场与电磁波在未来的发展过程当中，将会被应用到人类社会各个领域当中，实现新科技概念，为人类社会的发展进步与发展而作出更大贡献。