專題1電磁場、電磁波與無線技術的起源、發(fā)展及應用概述

1、電磁場、電磁波與無線技術的起源、發(fā)展及應用概述,華中科技大學 電子信息與通信學院 電子工程系 2016.5.18,我們現(xiàn)在已經知道…,電與磁密不可分：不斷變化的磁場會產生電場，而電流和不斷變化的電場又會產生磁場可見光只是很寬的電磁波譜中的一段，其輻射由振蕩電場和磁場構成這些知識不是憑空冒出來的，來源于幾百年電磁學的發(fā)展,2,電

2、磁學,電磁學是經典物理學的一部分。它主要是研究電荷、電流產生電場、磁場的規(guī)律；電場和磁場的相互作用；電磁場對電荷、電流的作用；以及電磁場對物質的各種效應等。,3,主要內容,電磁學發(fā)展簡史麥克斯韋方程組的漫漫長路電磁場、電磁波的發(fā)展及應用簡述,電磁學發(fā)展簡史,磁與靜電,5,公元前585年，古希臘哲學家泰勒斯已記載了在到當時的希臘人通過摩擦琥珀吸引羽毛,用磁鐵礦石吸引鐵片的現(xiàn)象，曾對其原因進行過一番思考。在相當長時間琥珀與磁石的性質被

3、看成是其固有的性質。,在東方，中國人民早在兩千多年前漢（公元前206－公元220年）朝，就發(fā)現(xiàn)了天然的磁石特性。古代的能工巧匠把磁石打磨成勺形，放在青銅制成的底盤上。這個磁勺在底盤上停止轉動時，勺柄指的方向就是正南，這就是我國祖先發(fā)明的世界上最早的指示方向的儀器，叫做司南。,電磁學發(fā)展簡史,6,1600年，英國的吉爾伯特發(fā)表《論磁學》，對于磁石的各種基本性質作了系統(tǒng)的定性描述。把經摩擦的琥珀等能吸引輕小物體的性質稱為“電的”（elect

4、ric)?！敃r主要的研究方法就是思考，而吉爾伯特主張真正的研究應該以實驗為基礎，他提出這種主張并付諸實踐，在這點上，可以說吉爾伯特是近代科學研究方法的開創(chuàng)者。1663年，蓋里克發(fā)明了摩擦起電機；1720年，英國牧師格雷研究了電的傳導現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)導體和絕緣體的區(qū)別；1733年，杜非分別了兩種電，松脂電和玻璃電1746年，富蘭克林提出了正電、負電的概念，一直沿用至今。1745年，荷蘭萊頓城萊頓大學教授馬森布洛克發(fā)明了萊頓瓶，為貯

5、存電荷找到了一個方法。,電磁學發(fā)展簡史,7,萊頓瓶的發(fā)明使物理學第一次有辦法得到很多電荷，并對其性質進行研究。,1752年7月，費城一個電閃雷鳴的上午，美國人富蘭克林將一個風箏放到空中，風箏下有一根鐵絲，鐵絲下栓一根麻繩，麻繩的下一端拴絲線，繩線接觸處栓了一把鑰匙。同時他還把從云端“吸取”的電荷收集在萊頓瓶中，進行實驗分析。,富蘭克林的工作，揭開了雷電的奧秘，統(tǒng)一了“天電”和“地電”，震驚了科學界。富蘭克林還將其發(fā)現(xiàn)轉化為應用——避雷針

6、誕生了。,電磁學發(fā)展簡史,從定性到定量——庫侖定律,8,庫侖（1736-1806），法國科學家。 1785年庫侖發(fā)明“庫侖扭秤”，用它來測量兩個靜電荷之間的作用力。通過精巧的扭秤試驗，庫侖測定了兩個靜止電荷之間的相互作用力與它們之間的距離的平方成反比，與它們的電量乘積成正比，這就是著名的庫侖定律。,庫侖定律的建立使電磁學研究從定性走上了定量的道路。 ，使電磁學真正成為一門科學。,電磁學發(fā)展簡史,從靜電到‘動電’（電流）,9,1780

7、 年意大利人伽伐尼發(fā)現(xiàn)兩種不同金屬接觸時就會產生電，這是由兩種金屬表面不同的電子逸出功所產生的接觸電勢差而形成,意大利帕維亞大學教授伏達（1745-1827）注意到伽伐尼的工作，進而發(fā)明了第一個直流電源——伏達電池。電壓的單位“伏特”就是以他的名字命名的。,電池的發(fā)明，提供了產生恒定電流的電源，使電學從靜電走向動電，為19 世紀電學實驗的發(fā)展提供了最重要的工具。從此電學進入了飛速發(fā)展時期。,電磁學發(fā)展簡史,歐姆定律,10,歐姆（1787

8、-1854），德國人。在傅立葉的熱傳導理論的啟發(fā)下進行的電學研究。他將付里葉在熱學中提出的熱流、熱阻，類比電學中的電流、電阻，溫度差類比電勢差。認為導線中兩點之間的電流也許正比于這兩點間的某種推動力之差。,歐姆通過實驗驗證，在1826年發(fā)現(xiàn)了歐姆定律——在同一電路中，通過某段導體的電流跟這段導體兩端的電壓成正比，跟這段導體的電阻成反比。使與電流相關的物理量可以測定和推出。人們?yōu)榧o念他，將電阻的單位定為“歐姆”,電磁學發(fā)展簡史,電生磁,1

9、1,17世紀初，吉爾伯特斷言，他們之間沒有因果關系。庫侖也持相同觀點。,自吉爾伯特開始以來的二百多年，電和磁一直是毫無關系的兩門學科，圍繞電與磁尋找自然現(xiàn)象之間的聯(lián)系，成為一種潮流。,電磁學發(fā)展簡史,安培定則和安培環(huán)路定律,12,安德烈·安培（1775-1836），法國物理學家。在電磁作用方面的研究成就卓著。,穩(wěn)恒磁場中，磁感應強度B沿任何閉合路徑的線積分，等于這閉合路徑所包圍的各個電流的代數和乘以磁導率。這個結論稱為安培環(huán)路

10、定理，揭示了磁現(xiàn)象的電本質,1820年，在奧斯特實驗啟發(fā)下，安培研究發(fā)現(xiàn)可以用右手來表示電流的方向和它的磁場方向之間的規(guī)律，這就是安培定則或右手螺旋定則。 。,安培第一個把研究動電的理論稱為“電動力學”，為了紀念他在電磁學上的杰出貢獻，電流的單位“安培”以他的姓氏命名,電磁學發(fā)展簡史,磁生電,13,運動電荷（電流）周圍存在磁場，而電和磁又是有相互聯(lián)系的，那么磁場是否可以產生電場呢？,邁克爾.法拉第（1791-1867） 十九世紀

11、最偉大的實驗物理學家之一，同時又是杰出的化學家和自然哲學家，他在電磁學研究方面的卓越貢獻如同伽利略、牛頓在力學方面的貢獻一樣，具有劃時代的意義。最杰出的工作是電磁感應的發(fā)現(xiàn)和場的概念的提出。,電磁學發(fā)展簡史,電磁感應定律和楞次定律,14,通過奧斯特實驗，法拉第認為電與磁是一對和諧的對稱現(xiàn)象，經過10年探索，于1831 年發(fā)現(xiàn)了電磁感應定律，即交變磁場產生電場。磁生電的實現(xiàn)，宣告了電氣時代的到來。,1833 年,愣次對法拉第定律進行深入

12、研究,又提出一個新發(fā)現(xiàn):線圈中感生電流的方向總是使它自己所產生的磁場抵抗原有磁場的變化,楞次定律表明電磁感應所產生的新能量,要靠消耗原有磁場的變化，是電磁現(xiàn)象的能量守恒定律。至此，電磁感應定律基本完善了。,法拉第最大的貢獻是第一次明確提出了場的概念，他認為電力和磁力都是通過力線傳遞的，力線是客觀存在的，力線布滿空間，形成場。也就是說法拉第第一個提出場的物質性。從他以后場就成了認識電磁現(xiàn)象必不可少的組成部分，甚至比產生或匯集力線的源更重要

13、，更基本。法拉第是電磁場學說的創(chuàng)始人。,麥克斯韋方程組的漫漫長路,150年前，詹姆斯.克拉克.麥克斯韋指明了通向現(xiàn)代科技的道路,15,要紀念偉大的物理學家麥克斯韋，絕不缺少場合,這個世界的大部分信息——光、電場和磁場的基本定律——都可以歸結為4個簡單的方程式。這些方程現(xiàn)在統(tǒng)稱為麥克斯韋方程組，是工程和物理入門教科書的必備內容。,麥克斯韋方程組的漫漫長路,18世紀末到19世紀初，描述電場、磁場的性質以及電、磁場相互關系的庫侖定律、高斯定理

14、、安培定律、法拉第電磁感應定律已經相繼建立，法拉第關于力線和場的概念已經提出，標志著建立統(tǒng)一電磁理論的條件已經具備。許多科學家都對這一課題作出了探索：,16,安培的超距作用電磁理論,法拉第和麥克斯韋的近距作用電磁理論,紐曼和韋伯的大陸派電動力學,麥克斯韋方程組的漫漫長路,安培的超距作用電磁理論,17,19世紀20年代，安培從電流與電流之間的相互作用出發(fā)，把磁性歸結為電流之間的相互作用，提出了‘分子電流’假說。他通過一系列精確實驗，定量

15、研究電流之間的相互作用，推出了普遍的電動力公式。,安培的電動力學能說明一些電磁現(xiàn)象，能夠定量計算，但是它不能說明電磁感應，也沒有包括庫侖定律，對靜電領域無能為力。,然而，安培的電動力公式是建立在超距作用的基礎上。安培遵循牛頓的路線，認定電流元之間的相互作用力是電磁現(xiàn)象的核心，電流元之間存在超距作用，就象萬有引力一樣，因此安培把自己的理論稱為電動力學。由于電磁相互作用和引力作用有根本的區(qū)別，所以安培的電動力公式遇到了萬有引力定律所沒有的困

16、難和矛盾。,麥克斯韋方程組的漫漫長路,紐曼和韋伯的大陸派電動力學,18,不久安培的學說傳到德國，形成了大陸派電動力學。紐曼和韋伯是這個學派的代表。,但是韋伯公式中包含了依賴于速度的力，所以屢遭反對。亥姆赫茲曾多次批評它不遵守能量守恒定律，大大影響了它的聲譽。,1845年，紐曼提出了電磁感應定律的數學表達式。,1846年，韋伯發(fā)展了安培的理論，把電流看成是由沿相反方向以相同速度運動的同樣數量的正負電荷組成，在安培定律基礎上，提出了更一般的

17、電動力公式，包括了庫侖定律。進一步推導，可以引出安培定律和紐曼電磁感應公式。于是韋伯電動力公式成了大陸派電動力學的基礎。,麥克斯韋方程組的漫漫長路,近距作用的提出,19,和大陸派電動力學對立的另有一學派，主張近距作用。法拉第和麥克斯韋就是其突出代表。,麥克斯韋繼承了法拉第的力線思想，堅持近距作用，同時又吸取了大陸派電動力學的正確部分，在兩種不同學說爭論的背景下，歷經了三次重大變革，上了三個臺階，最終創(chuàng)建了統(tǒng)一的電磁場理論。,法拉第第一次

18、明確提出了場的概念，認為電力和磁力都是通過力線傳遞的，在大量實驗研究的基礎上建立場的近距作用觀點，為電磁場理論的建立奠定了最重要的基石。,詹姆斯.克拉克.麥克斯韋，英國人，1831年生于愛丁堡，自幼聰慧過人，得到父親和老師的靜心培養(yǎng)。10歲進入愛丁堡書院學習。15歲就有幾何學論文發(fā)表。1850年入劍橋大學，期間獲得數學競賽優(yōu)勝者稱號。劍橋大學期間麥克斯韋受到研究員W.湯姆生的影響，開始研究電磁學和法拉第的電磁場理論。,麥克斯韋方程組的漫

19、漫長路,麥克斯韋創(chuàng)建電磁場理論的三步曲,20,1856年發(fā)表《論法拉第力線》，運用類比法把流線的數學表達式用到靜電理論中，對法拉第的電磁場思想建立了數學表述。,1861年發(fā)表《論物理力線》，建立‘分子渦旋’模型，這個力學視角模型有助于描述一系列電磁現(xiàn)象，并且為‘位移電流’這一新概念奠定了基礎。位移電流并不是真的電流。它是描述變化電場在某一特定區(qū)域產生磁場的方法，就像電流產生磁場那樣。在麥克斯韋的模型中，如果電場的變化導致渦流介質中粒子位

20、置的瞬時變化，粒子位移的變化形成了電流，麥克斯韋稱之為‘位移電流’。增加這一概念之后，麥克斯韋估計出了電磁波在真空中的傳播速度，發(fā)現(xiàn)與光速相等，因此預見光是一種電磁波。,,,,麥克斯韋方程組的漫漫長路,麥克斯韋創(chuàng)建電磁場理論的三步曲,21,1865年麥克斯韋發(fā)表了《電磁場的動力學理論》，全面的論述了電磁場理論。這篇論文中，麥克斯韋放棄了力學模型，但堅持了近距作用理論，明確說：“我提出的理論可以稱為電磁場理論，因為它必須涉及電體和磁體附近

21、的空間，它也可以稱為動力理論，因為它假設在這一空間存在著運動的物質，觀測到的電磁現(xiàn)象正是這一運動物質引起的?！苯又?，麥克斯韋全面闡述了電磁場的含義，他指出：“電磁場是包含和圍繞著處于電或磁狀態(tài)的物體的那部分空間，它可能充有任何一種物質?！边@篇論文中麥克斯韋提出了電磁場的普遍方程組，用數學運算描述了電學和磁學的聯(lián)系，以及電和磁一旦生成，如何一起移動形成電磁波。不過1865年麥克斯韋提出的方程組共20個方程，包括20個變量。,,,,這項

22、工作是現(xiàn)代電磁學的基礎，為物理學家和工程師們提供了計算電荷、電場、電流和磁場之間關系的工具,麥克斯韋方程組的漫漫長路,麥克斯韋的工作本來應是一個成功的創(chuàng)舉，但是在當時卻遭到嚴重的質疑，他最親密的同事都表示懷疑。,22,當時英國科學界的領袖湯姆森爵士就是持最強烈反對態(tài)度的懷疑者之一，根本不相信可能存在位移電流這回事。他的反對很正常，想象在充滿原子的電介質中存在位移電流是一回事，想象它在真空中形成就是另一回事，因為沒有力學模型來描述這種環(huán)境

23、。維多利亞時代的許多物理學家都無法接受沒有力學模型的理論。,,,,另外麥克斯韋假設振蕩的電場和磁場共同形成電磁波，但他沒有說明他們如何在空間中移動。當時已知的所有波都需要傳播介質，例如聲波在空氣和水中傳播。當時的物理學家推斷如果電磁波存在，必須要有傳播介質，因此模型的缺失至少使得麥克斯韋的理論看起來不完整。,也許最關鍵的是，麥克斯韋自己對這個理論的描述也非常復雜。今天的大學生面對包含4個方程的麥克斯韋方程組就已經很頭疼。實際上就是因為精

24、簡公式所需要的數學技巧——以三維矢量演算簡化矢量微分方程——在麥克斯韋開展工作的時候并沒有完全成熟。,所有這些復雜性導致的最終結果就是，在發(fā)表以后，麥克斯韋理論并沒有得到主流科學界的關注和認可。麥克斯韋于1879年因胃癌去世，終年48歲。,麥克斯韋方程組的漫漫長路,幸好還有少數人注意到了麥克斯韋的工作，其中一位就是奧利弗.赫維賽德。,23,,,,1885年，奧利弗.赫維賽德發(fā)表了麥克斯韋方程組精簡版，方程數從20個減到4個。,奧利弗.赫

25、維賽德，英國人，出身非常貧寒，喪失了部分聽力，也從沒上過大學，外號‘頭號怪胎’，但他卻自學了先進的科學和數學。20歲出頭的赫維賽德在紐卡斯爾作報務員時，得到了麥克斯韋1873年出版的《電磁學通論》，它后來寫到：“我越來越覺得這本書很偉大，于是下定決心要掌握這本書并深入研究?！钡诙欤o去工作，搬到父母家開始學習麥克斯韋的理論。,麥克斯韋方程組的漫漫長路,數學的優(yōu)雅是一回事，要找到麥克斯韋理論的實驗依據則是另一回事。,24,1878年

26、，德國柏林大學的物理學家亥姆霍茲向他的學生們提出了一個競賽題目，即用實驗方法驗證麥克斯韋電磁理論。他的一個學生赫茲從那時起就致力于這個課題的研究。,,,,1886年，赫茲在德國卡爾斯魯厄技術大學設計了一個振蕩電路用來在兩個金屬球之間周期性的發(fā)出電火花，按照麥克斯韋理論，電火花出現(xiàn)時應該有電磁波發(fā)出，然后赫茲又設計了一個有缺口的金屬環(huán)狀線圈，用來檢測電磁波。結果，當振蕩電路發(fā)出火花時，金屬缺口處果然也有較小的火花出現(xiàn)。這就證明了電磁波的確

27、是存在的。,赫茲的實驗發(fā)現(xiàn)不僅證明了麥克斯韋理論的正確，也為人類利用無線電波開辟了道路?？上У氖?，麥克斯韋和赫茲都死得太早。,麥克斯韋方程組的漫漫長路,最終科學家們承認了電磁波的傳播不需要任何介質，場的概念已經成為現(xiàn)代物理學大部分理論的核心概念。在19世紀結束以前，多虧了幾個狂熱學者的鍥而不舍的努力，麥克斯韋的理論才得以保留下來。,25,從電磁場理論的建立過程，我們又一次領會到壯偉的物理大廈是怎樣一層一層修筑起來的。麥克斯韋生在電磁學

28、已經打好基礎的年代，總結了前人已有的成就：受到法拉第力線思想的鼓舞，又得到W.湯姆生類比研究的啟發(fā)，在研究過程中敏銳的抓住了位移電流和電磁波這兩個關鍵概念，最后徑直把電磁場作為客體擺在電磁理論的核心地位，從而開創(chuàng)了物理學又一個新的起點。,,,,對麥克斯韋的功績，愛因斯坦做了很高的評價：“自從牛頓奠定理論物理學的基礎以來，物理學公理基礎的最偉大的變革，是由法拉第、麥克斯韋和赫茲在電磁現(xiàn)象方面的工作引起的，這次革命的最大部分出自麥克斯韋。”

29、實際上，術語‘麥克斯韋方程組’就是由愛因斯坦1940年發(fā)表的論文《理論物理學的基礎》普及推廣的。,和牛頓一樣，麥克斯韋的工作是站在法拉第和W.湯姆生這兩位巨人的肩上，他看得更深更遠，作出了偉大的歷史綜合，他也和牛頓一樣，其豐碩的的成果是一步一步提煉出來的，前后經歷十余年，經過了三次飛躍，我們可以用一圖來顯示麥克斯韋電磁場理論的淵源：,今天，電磁學已發(fā)展成為經典物理學中相當完善的一個分支?？梢越忉尯暧^領域內的各種電磁現(xiàn)象。 ⑴物質

30、的電結構是物質的基本組成形式； ⑵電磁場是物質世界的重要組成部分； ⑶電磁作用是物質的基本相互作用之一； ⑷電過程是自然界的基本過程。,,麥克斯韋方程組的漫漫長路,電磁場、電磁波的發(fā)展及應用簡述,以下將簡述基于電磁學理論而建立起來的一系列應用技術的發(fā)展歷程：,27,無線電報,電話,廣播,電視,雷達,移動通信和移動互聯(lián)網,衛(wèi)星通信,光纖通信,衛(wèi)星導航,遙感,電磁場、電磁波的發(fā)展及應用簡述,無線電報(telegrap

31、h）,28,20歲的馬可尼（1874-1937）偶然讀到赫茲論述電磁波實驗的文章，從而把興趣全部轉移到利用電磁波進行通信的實驗上，立志實現(xiàn)無線電通信。1895年，馬可尼進行了2.5公里無線電報傳送1901年，他試驗成功了在加拿大的紐芬蘭與英國的昆沃爾之間、橫跨大西洋3000公里的越洋無線電通信。從而使無線電技術的發(fā)展成為20世紀的熱門話題。開辟了人類應用無線電的新紀元。,1896年，波波夫成功運用無線電傳送莫爾斯電碼，首次發(fā)送的電報

32、內容是“海因里希.赫茲”，這是世界上首次有明確內容的無線電報。,,,電磁場、電磁波的發(fā)展及應用簡述,電話（telephone),29,1876年5月，美國在費城舉辦紀念獨立一百年博覽會，亞歷山大.貝爾把他剛剛發(fā)明出來的電話機帶到了博覽會。 1878年，貝爾在波士頓與紐約之間架設了世界上第一條320公里長的長途電話線。 1956 年,在英國和加拿大之間的大西洋海底鋪設完成了電話電纜，使洲際的遠距離電話通信成為現(xiàn)實。1965年，第一部

33、由計算機控制的程控電話交換機在美國問世，標志著一個電話新時代的開始。1970 年，世界上第一部程控數字交換機在法國巴黎開通，標志著數字電話的全面實用和數字通信新時代的到來。,,,電磁場、電磁波的發(fā)展及應用簡述,廣播(broadcasting ),30,廣播通常是指通過無線電波或導線傳送聲音的具有多功能的傳播工具1906年，美國人費森登用50KHz的發(fā)電機作發(fā)射機，用微音器接入天線實現(xiàn)調制，使大西洋航船上的報務員聽到了廣播播出的音樂

34、1920 年,美國匹茲堡市的KDKA 廣播電臺播音，成為世界上第一家正式播出節(jié)目的私營廣播電臺。1922 年,英國政府批準設立廣播電臺,由6 家無線電廣播公司和電氣制造公司組成了商業(yè)性的廣播公司(BBC)電磁波作為載體的廣播是最早出現(xiàn)的電子大眾傳媒，使人們對世界上剛發(fā)生的和正在發(fā)生的大事能夠及時了解并做出相關反應。,,,電磁場、電磁波的發(fā)展及應用簡述,電視(television video ),31,科技的進步總是隨著人們需求的提高

35、而不斷發(fā)展。當實現(xiàn)了用無線電波傳播聲覺信號后，人們又試圖用無線電波傳播視覺信號，電視的產生正滿足了人類的這一要求，使人們獲取信息的方式發(fā)生了翻天覆地的變化。,,,1925 年，英國人貝爾德發(fā)明了機械掃描的電視；1933 年，美國人茲沃雷金發(fā)明了能夠進行光電轉換和電子掃描的攝像管，加快了電視走向實際應用的步伐；1953 年，美國確定了自己的彩色電視制式———NTSC 制，并于1954 年在世界上首次播出彩色電視節(jié)目90 年代后，集數

36、字信號處理、大規(guī)模集成電路、計算機技術等高科技成果于一體的高清晰度數字電視出現(xiàn),電磁場、電磁波的發(fā)展及應用簡述,雷達(Radar ),32,雷達是利用物體對無線電波的反射特性來發(fā)現(xiàn)目標和確定距離的技術。雷達于1935 年問世后，由于它在軍事及民用領域中的重要作用，使得許多國家大力發(fā)展這一技術。20 世紀60 年代以來，相控陣預警雷達、機載預警和火控雷達等紛紛面世且技術逐步趨于成熟。,,,電磁場、電磁波的發(fā)展及應用簡述,移動通信和移動

37、互聯(lián)網（mobile communications）,33,移動通信是指移動體之間或移動體與固定體之間的無線電信息的傳輸與交換。20世紀70 年代至80 年代，由于集成電路技術、微型計算機和微處理器的快速發(fā)展,以及由美國貝爾實驗室推出的蜂窩系統(tǒng)的概念，使得移動通信真正進入了個人領域：第一代移動通信系統(tǒng)1G：技術上采用模擬調頻、頻分多址，以模擬方式工作，使用頻段為800/ 900MHz，故稱之為蜂窩式模擬移動通信系統(tǒng)第二代移動通信系

38、統(tǒng)2G：以數字傳輸、時分多址或碼分多址為主體技術，商用的數字蜂窩系統(tǒng)有歐洲的GSM、美國的DAMPS 第三代移動通信系統(tǒng)3G：有三種標準，歐洲與日本提出的W- CDMA，美國提出的CDMA2000 以及中國提出的TD – SCDMA，以CDMA為核心技術。第四代移動通信系統(tǒng)4G：包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式，采用以OFDM和MIMO為核心的多項新技術后，能夠實現(xiàn)100Mbps以上的下行速率。將來的第五代移動通信系統(tǒng)5G

39、，WI-FI，Li-Fi…….,,,電磁場、電磁波的發(fā)展及應用簡述,無線互聯(lián)網（Wi-Fi）,34,Wi-Fi是一種可以將個人電腦、手持設備（如pad、手機）等終端以無線方式互相連接的技術，實際上是以高頻電磁波來互聯(lián)。,,,電磁場、電磁波的發(fā)展及應用簡述,可見光無線通信（Li-Fi）,35,可見光無線通信又稱“光保真技術”（簡稱LiFi），是一種利用可見光波譜(如燈泡發(fā)出的光)進行數據傳輸的全新無線傳輸技術，由德國物理學家Hass教授發(fā)

40、明。LiFi是利用快速的光脈沖無線傳輸信息，根據不同速率在光中編碼信息，例如LED開表示1，關表示0，通過快速開關就能傳輸信息。由于LED的發(fā)光強度，人眼不會注意到光的快速變化。理論上可以比WiFi快上百倍。,,,,電磁場、電磁波的發(fā)展及應用簡述,衛(wèi)星通信(Satellite communication),36,衛(wèi)星通信實際上就是地球上的無線電通信站之間利用人造衛(wèi)星作中繼站來轉發(fā)無線電波而進行的通信衛(wèi)星通信概念最早是在1945 年l

41、0 月由英國空軍雷達專家克拉克提出的。他關于在靜止軌道上放置三顆衛(wèi)星來實現(xiàn)全球通信的設想，形成著名的“衛(wèi)星覆蓋通信說”1963 年，美國發(fā)射了第一顆同步通信衛(wèi)星，試驗了橫跨大西洋的電視和電話傳輸，并成功地轉播了1964 年東京奧運會的實況，實現(xiàn)了美、歐、非三大洲的通信和電視轉播。,,,電磁場、電磁波的發(fā)展及應用簡述,光纖通信(optical fiber communications ),37,光纖通信的工作原理和電磁波類似，不過它是以

42、激光作為信息載體，以光纖作為傳輸媒質的通信方式。1966 年7 月，高錕就光纖傳輸的前景發(fā)表了具有重大歷史意義的論文，開創(chuàng)性地提出光導纖維在通信上應用的基本原理1974 年美國貝爾研究所發(fā)明了低損耗光纖制作法CVD 法(汽相沉積法) ，使光纖損耗降低到每公里1 分貝；1977 年，世界上第一條光纖通信系統(tǒng)在美國芝加哥市投入商用，速率為45Mb/ s。今天的光纖傳輸已經可以達到太比特/秒量級(1Tb/s=1000 Gb/s)，因此

43、可以說“光纖通信是電信史上的一場深刻革命!”,,,,,,,電磁場、電磁波的發(fā)展及應用簡述,衛(wèi)星導航(Satellite Navigation),38,,,衛(wèi)星導航是指采用導航衛(wèi)星對地面、海洋、空中和空間用戶進行導航定位的技術。衛(wèi)星導航系統(tǒng)一般由導航衛(wèi)星、地面臺站和用戶定位設備三個部分組成。目前全球建好的以及在建的有四大衛(wèi)星定位系統(tǒng)：GPS系統(tǒng)（美國）、北斗系統(tǒng)（中國）、GLONASS系統(tǒng)（俄羅斯）、伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)（歐盟）。美國G