电磁场与电磁波的实际应用

1电磁波在军事，生活中的应用安徽大学社会与政治学院，安徽合肥230039摘要：伴随着电子化，信息化的迅猛发展，电磁波作为信息传播的重要载体，已经渗入生活的各个方面，电子产品已越来越广泛应用于国民经济及家庭生活的各个领域，如电视，电话，微博通讯，在工业，农业和日常生活中也得到广泛应用，利用电磁波在不同介质中的传播规律，人们可以用它来进行矿产资源的勘探和地震的预报。同时在军事方面也有许多重要的应用，如雷达，电磁炮等。无论军事还是民用，信息的产生，传递，接收和处理都要以电磁波作为载体。为此我主要从通信，生活和军事领域三个方面讨论电磁波的实际应用。关键词：移动通信定位系统射频武器单脉冲相控阵1通信领域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年代，现代移动通信技术开始发展。20年代至40年代是现代移动通信的起步阶段。这一时期的系统主要是依赖第一代移动通信技术，采用的是模拟技术和频分多址（FDMA）技术。第二代移动通信主要采用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，能提供数字化的语言业务及低速数据业务。目前正在迅速发展的是第三代移动通信技术，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，提供全球覆盖，实现有线和无线以及不同无线网络之间业务的无缝连接，满足多媒体业务的要求。3G系统仍然无法满足未来的多媒体通信的需求，未来的移动通信系统是第四代移动通信系统。它是宽带接入和分布网络，具有更高的无线频率使用效率，且具有更好的抗信号衰落性能，具有不同频率间的自动切换能力。1.1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300MHz~300GHz的电磁波。微波的波长很短，绕过障碍物而传播的尺度很小，这就决定微波通信只能采取中继接力方式，大约50km就必须设一个微波中继站。较大的通信系统需要建设非常多的中继站，这也限制了它的使用。1.2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。地球站是设在地球表面，包括地面、海洋和大气中的通信站。实际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殊的微波中继通信。卫星通信工作频段与微波通信相同。目前民用通信卫星使用同步工作方式，称为同步卫星通信系统。从地面上看，这颗卫星永远像挂在天空不动，因此同步卫星也称为“静止卫星”。1.3光纤通信以光作载波的通信方式即是光通信。因为光的频率很高，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非常多，如大气中水蒸气尘埃、恶劣天气的影响。另外还受到激光束本身的影响，如激光束非常细小给光学2设备的对准、控制及跟踪带来困难，所以限制了大气光通信的使用。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光导纤维通常采用同轴圆柱体结构，由纤芯和包层构成。2生产生活领域2.1全球环境遥感遥感技术是根据电磁波的理论，应用各种传感仪器对远距离目标所辐射和反射的电磁波信息，进行收集、处理，并最后成像，从而对地面各种景物进行探测和识别的一种综合技术。环境遥感是以探测地球表层环境的现象及其动态为目的的遥感技术。可理解为涉及资源、大气、海洋、环境生态等所有遥感活动的代名词。法国、日本、美国都已应用遥感技术研究环境。中国自1980年起开始比较系统地应用遥感技术探测天津市和渤海湾海面的污染特征。2.2定位系统在某些场合，为保证安全要求要求无人驾驶车辆工作来增加生产率，使用毫米波的高精度定位系统是十分有效的。基于双曲无线电导航原理，研制出77-79GHz毫米波定位系统，在这个系统中，由一个控制站和两个从属站的桑固定站发射毫米波传输延迟时间通过移动站进行测量来确定位置。移动站使用圆极化天线。固定站使用天线波束带宽。2.3广播电视系统是通过无线电波或通过导线向广大地区播送音响、图像节目的传播媒介，统称为广播。只播送声音的，称为声音广播；播送图像和声音的，称为电视广播。狭义上讲，广播是利用无线电波和导线，只用声音传播内容的。广义上讲，广播包括我们平常认为的单有声音的广播及声音与图像并存的电视。2.4矿井防水矿井防水体电磁波探测技术利用探地雷达发射的电磁波在地下介质中传播规律的研究与波场特点的分析，结合岩石力学的理论分析和计算，查明介质结构，属性和空间分布特点，对矿井防水体的安全性进行评估。3军事领域3.1雷达雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。3.1.1激光雷达激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。从工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别：向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别3.1.2连续波雷达连续波雷达是发射连续波信号的雷达。信号是单一频率的或多频率的，或者频率是经过调制的（频率随时间按一定规律变化）。非调制(单一频率)连续波雷达能对相当距离范围内的具有任何速度的目标3进行测速，而脉冲雷达只有采用相当复杂的技术才能具备这一性能。因此，连续波雷达容易区分活动目标，适合于检测单一活动目标。连续波雷达的主要缺点是信号泄漏和背景干扰3.1.3多普勒雷达多普勒雷达是利用多普勒效应进行定位，测速，测距等工作的雷达当雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描时，如遇到活动目标，回波的频率与发射波的频率出现频率差，称为多普勒频率。根据多普勒频率的大小，可测出目标对雷达的径向相对运动速度；根据发射脉冲和接收的时间差，可以测出目标的距离。同时用频率过滤方法检测目标的多普勒频率谱线，滤除干扰杂波的谱线，可使雷达从强杂波中分辨出目标信号。所以脉冲多普勒雷达比普通雷达的抗杂波干扰能力强，能探测出隐蔽在背景中的活动目标。3.1.4单脉冲雷达单脉冲雷达把从单个脉冲回波中所提取出来的信息作为基础，在对目标进行方向跟踪时其角度分辨率可以达到天线波束宽度的若干分之一为了在上升和方位角两个方向上跟踪目标，单脉冲雷达采用抛物面蝶形之类的天线，在其焦点处有四个分离的小馈源。单脉冲雷达有两种类型：第一类称为幅值比较单脉冲其跟踪信息从四个喇叭接收到的回波幅度中提取；第二了则称为相位比较单脉冲，其依赖接收信号的是相位而不是幅值。3.1.5相控阵雷达相控阵雷达是指一类通过改变天线表面阵列所发出波束的合成方式，来改变波束扫描方向的雷达相控阵雷达与机械扫描雷达一样其发射分系统和接受分系统仍然是两个基本分系统。发射分系统包括发射天线阵，发射馈电系统，发射信号产生及功率放大系统。接受分系统包括接受天线阵，接收机前端，接收波束形成网络，多路接收机，信号处理机及雷达终端设备。相控阵雷达的天线可以是收发分开的，也可以是合一的。美国AN/FPS-85型空间检测视用超远程相控阵雷达就是收发天线分开的。目前几乎所有相控阵雷达都采取收发共用天线。3.2高功率射频武器人们有时又称之为高功率微波武器，主要通过发射高密度的电磁波束来损坏或摧毁敌方设备或设施中的敏感和关键电子电路或其他器件而使其失效。高功率射频武器技术是定向能武器技术的一个主要且潜在应用前景广阔的分支领域，在以非线性、非接触和远距离／超视距精确打击为主要特征的现代战争中，高功率射频武器已经成为一种不容忽视的具有潜在抗衡能力的新型电子战武器。利用微波能量的作用机理，高功率射频武器有时还可用来针对作战人员，使其丧失作战能力。电磁炮就是利用电磁力(洛仑兹力)沿导轨发射炮弹的武器。它主要由能源、加速器、开关三部分组成。3.3电子对抗电子对抗就是敌对双方为削弱、破坏对方电子设备的使用效能、保障己方电子设备发挥效能而采取的各种电子措施和行动，又称电子战。电子对抗分3个方面：电子对抗侦察、电子干扰和电子防御。电子对抗按电子设备的类型可分为雷达对抗、无线电通信对抗、导航对抗、制导对抗、光电对抗和水声对抗等；按配置部位又可分为外层空间对抗、空中对抗、地面（包括海面）对抗和水下对抗。4机载电子对抗系统是现代电子对抗的主要手段。随着弹道导弹和卫星的发展，外层空间是一个新的战场，电子对抗在未来的现代化战争中，将对战略攻防起到重要作用。4结论通过上述分析我们可以清楚的看到电磁波在现代生活中所发挥的作用，可以说没有发现电磁波，就没有我们现在方便的生活。但是我们也应当看到电磁波也是一把双刃剑，如果我们和平的利用电磁波，它将深刻的改变我们的生活，否则它将给我们带来无穷的灾难。参考文献[1]基于多个多普勒雷达的加速度和速度估计-现代雷达-2011年第1期[2]电磁波屏蔽及吸波材料刘顺华刘军民董星龙化学工业出版社[3]电磁超介质及其应用崔万照马伟邱乐德张宏泰国防工业出版社[4]工程电磁场与电磁波姜宇华中科技大学出版社[5]高功率射频武器技术发展综述蒋盘林中国电子科技集团第三十六研究所