电磁场与电磁波各领域内的应用综述

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CDMA（码分多址）是采用扩频的码分多址技术。所有用户在同一时间、同一频段上，根据不同的编码获得业务信道。
CDMA本身的意思是“码分多址”，也就是靠编码不同来区分手机，寻找用户，而不像模拟系统那样靠频率，或像GSM系统（TDMA，时分多址）那样，靠极微小的时差。CDMA系统的编码非常长，由4.4亿个数字组成，而且每部手机的编码是随机变化的，因此CDMA的保密性是相当高的，盗码仅是理论上有可能的。
CDMA使用的新技术拥有很大优势，它的扩展频谱提供的容量比其他的数字技术所提供的至少多2倍以上。 CDMA的语言编码使用了最新的数字语言编码技术，保证了在消除背景噪声的同时提供高质量、高清晰的通话服务。CDMA网络使每个蜂窝覆盖面积增大，因此与GSM系统相比，CDMA系统需要的蜂窝站点和基站数目更少，载波安装、启动和维护的费用明显减少。此外，CDMA还能使用户更容易的享受各种增值业务。

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CDMA的“多径接收”与“软切换”技术可很好的解决GSM系统中话音质量和越区切换掉线的问题。“多径接收”是指CDMA手机中设有多个接收机，它们能同时接收信号，进行多次叠加后，将背景噪音滤去，从而使话音更加清晰。“软切换”指当CDMA手机越区切换时，不象GSM系统“硬切换”那样先与原来的基站断开联系，然后再寻找一个新的比较近的基站并与之建立联系，当在繁忙时段就会产生

掉线现象。而CDMA则刚好相反，当一位CDMA使用者靠近基站覆盖边缘时，会自动与另一个最近基站取得联络，直到确认手机离开边缘才与较远的基站断开联系。“软切换”技术明显的改善了由于GSM系统中“硬切换”所带来的越区掉线问题。
CDMA系统采用了非常精确的功率控制技术，因此基站设备和手机只需很小的发射功率就可进行正常的通信。测试表明，CDMA手机的发射功率仅需0.1毫瓦，而一般手机的发射功率为2瓦，对人身体不会带来不良的影响。因此称CDMA手机为“绿色手机”是一点也不夸张的。
另外，CDMA的系统容量特别大，同样的频率资源，CDMA的系统容量是模拟网的8-10倍，是GSM网的3-4倍，可有效的解决网络容量问题。CDMA网的基站覆盖面积也相当大，如GSM网要覆盖北京全市，至少需建立300个以上的基站，而CDMA只需建立80个左右的基站，明显的节约了建设成本

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卫星通信是二战之后发展起来的一种先进的无线通信技术。其基本原理如下。卫星通信就是地球上来（包括地球、水面和低层大气中）的无线电通信站之间利用人造卫星做中继站而进行的通信。通信地球站可以是地面站、车载站、机载站，各种通信站的天线均指向卫星。
地球站的天线要始终对准卫星才能利用卫星进行通信，所以我们通常使用静止卫星，也即同步卫星。人们发现当卫星处在距地面35600公里左右时，周期T=24小时，即卫星绕地球一圈时间与地球自转一圈的时间一致。那么一天24小时天线都不会偏离卫星，而且天线和卫星之间的距离也不会改变。

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卫星通信的频率 卫星通信工作在微波频段，也可以说卫星通信是微波接力通信的一种特殊形式。微波是指波长1米到1毫米之间的无线电波（频率范围300MHZ~300THZ）。由于无线电波穿越大气层的传播特点，卫星通信的工作频段只占微波频段的一小部分。目前商用通信的工作频段主要在C波段的KU、KA波段。波段越高技术上越难实现。

我国发展状况
1、1970年4月24日成功发射“东方红一号”第一颗卫星。
2、1984年4月 成功发射第一颗同步卫星“东方红二号”。
3、1990年4月27日成功发射“亚州一号”通信卫星

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WAP其实就是“无线应用协议”（Wireless Application Protocol）的简称。虽然它跟联合国属下任何组织都没有关系，不过，却会影响全球所有上网一族，尤其是流动电话用户。
1.WAP用途
根据瑞典AU－SYSTEM公司无线解决方案概念发展部经理Anders Holm博士，最近在我国主办的一场WAP训练讲座会上表示，WAP是一个全球统一的“免执照”无线网际网络协议，让无线器材用户，尤其是流动电话用户，能够透过该项协议上网享受网际网络的好处。
2.为什么出现WAP？
因为网际网络不断出现新的附加价值服务，例如网际网络传真、网际网络电话、电子邮件、电子商业、网际网络音乐、网际网络影视和下载软体等。目前的流动网络（Mobile Network）已无法应付这些苛刻要求。因此，资讯工艺业界研制出WAP，让使用流动网络的用户（泛指流动电话用户）能够享受上述的服务。

3.为什么流动电话必须采用WAP上网？ 虽然现在已有人以流动电话网络代替有线电话网络，连接至现有网际网络供应商（ISP）的入口点，或称场点（Point ofPresence，PoP）上网浏览。不过，速度缓慢（通常只有9.6kbps）而效率也都不理想。加上流动电话有多种限制，所以必须使用专为突破这些限制而设的WAP技术。

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4.流动电话上网有什么限制？
流动电话上网的限制很多，譬如：记忆体容量小、微处理器运算能力低、显示荧幕小、键盘按钮和无线接收天线频宽受限等。这一切都使流动电话用户不能享受目前有线网际网络用户所能享有的优点

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一般的传输线由两个或两个以上的导体组成，用来传横电磁波（TEM波），常见的传输线有双线、同轴线、带状线和微带线等。其中，微带线是最普遍使用的平面传输线之一，微带线可以用光刻工艺制作，并且易于与其它无源和有源器件集成，因此被广泛应用于印刷电路板中。
在精密电路设计中，人们往往容易忽略印刷电路板本身的电特性设计，而这对整个电路的功能可能是有害的。如果电特性设计得当，它将具有减少骚扰和提高抗扰的优点。在高速电路中，应该把印制迹线作为传输线处理。常用的印制电路板传输线是微带线和带状线。微带线是一种用电介质将导线与接地面隔开的传输线，印制迹线的厚度、宽度和迹线与接地面间介质的厚度，以及电介质的介电常数，决定微带线特性阻抗的大小。
微带线的几何形状如图（a）所示，导带的宽度W是印在薄的、接地的介质基片上，基片的厚度为d，相对介电常数

                               
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，电磁场示意图如图（b）所示。
实际上，微带线的准确场是一个混合TE-TM波，需要更加先进的分析技术，但在大部分的实际应用中，介质基片电气上很薄（d<<

                               
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），所以场是准TEM波。换句话说，场本质上是与静电场是相同的。因此，通过静态或准静态解，可得到相近的相速、传播速度和特性阻抗。

                               
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极性分子接受微波辐射的能量后，通过分子偶极的每秒数十亿次的高速旋转产生热效应，这种加热方式称为内加热（相对地，把普通热传导和热对流的加热过程称为外加热）。与外加热方式相比，内加热具有加热速度快、受热体系温度均匀等特点。近年研究发现，在萃取加工和有机化学反应等方面，微波辐射技术均显示出其无与伦比的优越性。 由于微波的频率与分子转动的频率相关连，所以微波能是一种由离子迁移和偶极子转动 引起分子运动的非离子化辐射能。当它作用于分子上时，促进了分子的转动运动，分子若此时 具有一定的极性，便在微波电磁场作用下产生瞬时极化，并以２４.５亿次／ｓ的速度做极性 变换运动，从而产生键的振动、撕裂和粒子之间的相互摩擦、碰撞，促进分子活性部分（极性 部分）更好地接触和反应，同时迅速生成大量的热能。

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电磁炉是采用磁场感应涡流加热原理，利用电流通过线圈产生磁场，当磁场内之磁力线通过金属器皿的底部时即会产生无数小涡流，使器皿本身自行高速发热，然后再加热于器皿内的食物。其神奇之处就在于炉面的陶瓷表面不会发热，而锅具自行发热，并煮食锅内食物。其最高温度高达240度。

电磁炉的热效率极高，煮食时安全、洁净、无火、无烟、无废气、不怕风吹、不会爆炸或引致气体中毒。

当磁场内的磁力线通过非金属物休，不会产生涡流，故不会产生热力。炉面和人都是非金属物体，本身不会发热，因此没有被电磁炉烧伤的危险，安全可靠。

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在科学上，称超过人体承受或仪器设备容许的电磁辐射为电磁污染。电磁辐射分二大类，一类是天然电磁辐射，如雷电、火山喷发、地震和太阳黑子活动引起的磁暴等，除对电气设备、飞机、建筑物等可能造成直接破坏外，还会在广大地区产生严重电磁干扰。另一类是人工电磁辐射，主要是微波设备产生的辐射，微波辐射能使人体组织温度升高，严重时造成植物神经功能紊乱。

但是对电磁辐射，要正确认识，而且要科学防护。事实上，电磁波也如同大气和水资源一样，只有当人们规划、使用不当时才会造成危害。一定量的辐射对人体是有益的，医疗上的烤电、理疗等方法都是利用适量电磁波来达到治病健身的目的。

生物电磁场保健
将人体置于姜氏场导舱内接受载有青春信息的植物幼苗发射的生物电磁波。结果发现：人体红细胞膜的渗透脆性降低，韧性增强；甲状腺素、 性激素分泌增加；免疫功能提高；肾上腺皮质激素分泌无明显变化。提示：植物幼苗电磁波有助于红细胞功能的发挥，促进机体新陈代谢，增加青春活力，提高性功能，增强免疫力， 从而对人体发挥返老还青和医疗保健作用。

激光治疗
激光是60年代初出现的一种新光源。已广泛应用于国防、农业、卫生医疗和科学研究，也是治疗肿瘤的一种新方法。用它既能切割组织，又能同时止血，能使肿瘤组织迅速气化和雾化，从而使肿瘤在瞬间消失。激光对组织具有热、压、光和电磁场效应的作用。<

1、热效应：激光能使肿瘤组织在几秒种的短时间内，局部温度高达200-1000摄氏度，使其变性、凝固坏死，继而气化消失。

2、压力效应：激光本身的光压和由高热导致的组织膨胀引起的二次冲击波，加深了肿瘤组织破坏。

3、光效应：激光被肿瘤组织吸收后，可增强热效应，使肿瘤组织被破坏。

4、电磁场效应：激光是一种电磁波。能产生电磁场，可使肿瘤组织离化、核分解而被破坏死亡，如有残癌也可自行消退，这可能与免疫有关。激光制造成激光器、激光手术刀用于治疗体表肿瘤，眼耳鼻咽喉肿瘤、神经肿瘤等。

EMF系统

EMF系统是由（株）日本MDM公司开发研究生产的新一代脑外科手术器械。根据其作用原理，我们俗称之为“电磁刀”。EMF系统利用高频电磁能对机体组织进行汽化，切割和凝固。因该系统外周围优良组织的热损伤小且不需要对极板，因此尤其使用于脑外等精密外科。对硬性及深部微小脑瘤的去除极为有效。

EMF系统与常规的电刀相比，在原理和设计上都有很大区别。EMF系统用于汽化，切割和凝固的输出功率很小（49W以下），为一般电刀所不及。不需要对极板这一特点使单极手术刀用于脑外手术成为可能。没有烧伤感电和破坏神经系统的危险，安全性高，使用方便。与激光刀相比，不需要眼球保护镜和其它保护附件，操作时对患者和医生均无危害。手术时与患部直接接触，医生可以灵活掌握调节。与超声波刀相比，EMF系统对于硬化深部微小肿瘤的汽化治疗效果尤为显著。HandPiece非常轻便且呈弯曲状，使视野不受影响，并有利于长时间手术。刀头部分可以任意弯曲，适用于各种手术需要。

微波治疗
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。７０年代后期微波技术在医疗上得到应用。科学家研究发现，微波治疗有３种：一是大剂量高热治疗肿瘤，能抑制肿瘤细胞的蛋白质合成，降低肿瘤细胞分裂速度，增强化疗、放疗效果；二是用于局部生物体组织的凝固治疗，具有不炭化、不产生烟雾的特点；三是小剂量的温热治疗，可以解痉、止痛、消炎并促进伤口恢复等。

电磁波消毒
利用电磁波的场效应和热效应，在5－l0分钟内能迅速达到国家卫生部规定的消毒要求，对成捆、成扎的纸币、成叠的毛巾、医疗器械具有穿透力强，无残留药毒性的消毒特点，是当今消毒领域的新突破。

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作为最近几年在生命科学研究领域崭露头角的一项新技术，生物芯片技术是随着人类基因组研究的深入在９０年代初期应运而生的。近年来，这一技术显示出强劲的发展势头。 生物芯片技术通过像集成电路制作过程中半导体光刻加工那样的缩微技术，将现在生命科学研究中许多不连续的、离散的分析过程，如样品制备、化学反应和定性、定量检测等手段集成于指甲盖大小的硅芯片或玻璃芯片上，使这些分析过程连续化和微型化。也就是说，将现在需要几间实验室、检验室完成的技术，制作成具有不同用途的便携式生化分析仪，使生物学分析过程全自动化、分析速度成千上万倍地提高，所需样品及化学试剂则成千上万倍地减少。 生物芯片可以用于基因测序、药物筛选、基因突变检测和基因表达等。生物芯片的分析对象可以是核酸、蛋白质、细胞、组织等。 生物芯片技术将给２１世纪生命科学和医学研究带来一场革命，用它制作的“微机”必将代替人类进行复杂的检验工作。在不远的将来，用生物芯片制作的微缩分析仪将广泛地应用于分子生物学、医学基础研究、临床诊断治疗、新药开发、司法鉴定、食品卫生监督、生物武器战争等领域。 这些仪器的出现，将会给分子生物学、疾病诊断和治疗、新药开发、生物武器战争、司法鉴定、食品卫生监督等领域带来一场革命。 电磁式生物芯片有效地将电场和磁场的作用结合在一起，通过计算机可控制芯片上任意一点发生的生化反应，这些生物芯片将来可能被安装到有关检测仪器上，或者像光盘一样被放入计算机，数分钟之内，就可以对一个人进行早期诊断。

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强电磁脉冲对现代C4I影响有多深远，无需化费口水大家都知道。但是又有几个人知道，常规电磁炸弹的理论基础与实际操作居然只需要40年代的电子知识呢？1个在未来科幻战争种才出现的电磁脉冲炸弹居然只需要40年代技术就可以生产的确令许多人想不到。

前段时间曾经有人提出太空中采取电磁脉冲攻击发生。那虽然离我们的现实技术仍有不可逾越的技术障碍，但是对于小范围内的电磁脉冲炸弹来说，在配备了精确制导系统下，已经可以实用化了。

对于这种炸弹，我们把它简称为E-BOMB。

要制造非核E-BOMB.必须拥有能够产出强大能量的发电机。现在成熟技术有三种：

  1.爆炸流量压缩发生器( FCGFLUX COMPRESSION GENERATOR )

  2.电磁流体动力发生器( MHD MAGNETO-HYDRODYNAMIC DIRVEN )

  3. 高能微波阴极发生器( VIRCATOR DEVICE)

这里我们只讨论E-BOMB采用的发生器。是一种可在几十到几百微秒内产生百万焦耳能量峰值电能的装置。而这种装置非常简单。它的工作原理是，利用爆炸机械能转换为电磁场。方法如下：

起爆前，由其他能源提供一定的电流让FCG爆炸前有一定的电磁通量。此电流越大，爆炸后产生的电流强度就越大。

当启动电流达到峰值时，炸药起爆，爆炸将钢管膨胀成12－19度锥角，当钢管与传输线圈接触时产生短路，中断启动电流。

随着爆炸冲击波持续前进，这种持续前进的短路将不断压缩线圈电磁场，并且让线圈内电流狂升，直到整个FCG崩溃。

按照过去公开试验表明，无需采用高技术控制，此发生器可以提供峰值达数千万焦耳能量，持续时间最长为数百微秒。

但是，FCG1GHZ以下的脉冲信号。而且受启动电流影响，功率较低。

于是有人提出采用微波发生器方式提供能量。

VIRCATOR OSCILLATOR，我们把它成为虚阴极振荡器。工作原理如下：

采用高电压，把电子发射出去打击阳极电网，通过阳极电网后的电子会在阳极后方形成一团自由电荷团，称为虚阴极。如果电流足够高，那么这团自由电荷将会把后来的电子反射回去，于是这些电子就在阴极与虚阴极之间高速振荡，从而产生微波。利用改变外部磁场变化可以控制其电子束密度，从而控制微波波长的变化。当然，由于能量过于强大,阳极往往在微秒内汽化。

由过去发表的试验报告可以看出，这种发生装置可以拥有在1-40GHZ间产生170KW到40KW的电磁脉冲。

按照过去的试验结果看，E-BOMB的电磁场是非常强大的。现在的技术可以造成民用设备以及缺少电磁屏蔽的军用设备损坏。比如，电话线,电力线路等缺乏保护的装备。但是它依然对集团目标有实用限制，主要就是受穿透效率影响。通俗点说，就是能量无法进入拥有保护装置的电子设备。

按照理论上来说，足够强大的微波能量可以更容易通过那些拥有电磁屏蔽设备的保护装置，甚至可以烧穿其保护装置，对于导电材料甚至可以出现热损坏效应。

那么对于E-BOMB来说，应该采取那些措施提高杀伤率呢？

按照效果分析，要采用以下两点：

1.  要尽量得到最大的峰值能量输出、尽可能长的输出时间。

2．  让更多的能量进入目标内部。

对于第一点，除了更精确控制发生器产生能量外。采用FCC与VICATOR结合方式可以更好的利用双方特点。由爆炸产生高能量输出的FCC，提供VICATO所要的高电流。而VICATOR可以依靠更精确的磁场控制提供单向性好、频带宽、能量大的微波照射区域。

对于第二点，采用精确轰炸是提高攻击效率的好办法。按照E-BOMB的照射范围，精确控制最好爆炸点，可以覆盖更多目标区域。足够近的条件下，E-BOMB的辐射强度甚至可以超过核电磁脉冲造成的破坏。

对于缺少电子屏蔽的装备，如雷达、线电通讯装置、磁屏蔽不完全的地下设施，如地下设施的非光纤通讯设备，处于临战状态下的指挥所等设备会造成严重影响。

E-BOMB由于采用常规炸弹，其原理技术是拥有40年代技术就可以生产。着近年来命中率大幅度上升影响，E-BOMB在常规战争中开始具有实际使用价值。特别是它的非核化，可以采取大规模高精确度轰炸发生突击对方缺少电磁防护装备，这对以后的战争将产生重大影响。E-BOMB也将作为硬打击手段的辅助手段。

但是目前为止，受E-BOMB发生装置功率影响，轨道机动能力限制，以及太空设备均特别注重防护外太空粒子冲击设计，使得非核能E-BOMB在太空中运用仍然没有达到实用化地步。

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隐形飞机决不是指飞机将自己的形体隐藏起来，让我们看不见它，而是说它可以使雷达“看不到”它。
我们知道雷达会发出高频电磁波射到物体上。物体把这个电磁波向各个方向反射，当然也有一部分反射回发射点（雷达），在雷达处再设一个接收装置就可接收到回波。我们就是根据回波发现物体的。飞机达到隐形效果的关键，在于采用隐形材料和隐形设计，尽量把雷达波束吸收掉，或者向偏离原雷达的方向反射。这样飞机就不容易被雷达探测到，但是并不是说这种飞机对于雷达就是不可见的。如果把飞机的外表面制成由一些平面组成，则这些平面反射电磁波就不是四面八方的了，而是像平面镜反射光线一样只朝着有限的几个方向反射，这样就不见得有反射波被雷达接收到，从而达到了不被雷达发现的目的。

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例如美国非常先进的Ｆ－117Ａ隐形飞机的表面涂覆了一层能够吸收雷达波的材料，机身带有棱角，有助于把雷达波束向各方向反射开去。飞机的发动机进气管位于机翼上方，进气口处覆以雷达波吸收网，使雷达波难以接触到发动机旋转的叶片。机身尾部的废气喷管上装有红外过滤器，废气通过细长的切口排出，使其能同机外的冷空气混合，减少飞机释放出的红外线。这些设计使飞机规避雷达和红外探测的能力较强。但军事专家说，目前还没有任何战斗机是绝对不能够被探测到的，Ｆ－117Ａ也不例外，隐形技术只是使其难于被发现而已。因为，Ｆ－117Ａ在进行低空飞行时有可能反射雷达波束，暴露自己的位置；打开武器舱门投掷炸弹时，舱门也会反射雷达波束。尤其是投弹时，炸弹本身会在雷达屏幕上显示出来，便于雷达跟踪