电磁场与电磁波在电子通信技术中的实践初探

电磁场与电磁波在电子通信技术中的实践初探

翁寅

（广州朗豪自动化科技有限公司；广东广州510000）

摘要：随着科学技术的发展，当前电子通信技术已经在各行各业中得到应用，其中互联网构建、移动电话、微信连接都需要电子通信技术支持，并且电子通信产品的类型日益丰富，电子通信技术的发展与电磁场与电磁波有关，这两种传递介质让信息传播的速度与效率显著提升。本文先概述电磁场与电磁波的概念，讨论电磁场与电磁波之间的联系，阐述电磁场和电磁波在电子通信技术中的作用，最后提出电子通信技术中对电磁场与电磁波的应用，以供参考。

关键词：电磁场；电磁波；电子通信技术；实践

电磁现象受到电磁场的影响，电磁场的概念被提出后，对其研究逐渐深入，实验发现将导棒放入导体中会产生很强的电流，而带电物体产生也会电磁场，所以电磁波的产生电场和电磁场，二者移动时物体将产生和释放电磁波。尽管电磁场与电磁波看似无形，不过在信息传递下开始对人们的生活产生影响，而广播、导航、雷达等电子产品也需要电磁波与电磁场，以下进行相关分析。

一、电磁场与电磁波概述

（一）电磁场

英国人最早提出世界上存在电磁场，不过当时的实验设备难以支持这一论断。在16世纪后期，吉伯特开始研究电磁场，发现电磁场是一种由带电体产生的物理场，并且在电磁场中带电体能够感应电磁场的作用力。进入19世纪20年代，奥斯特发现电流磁效应，而迈克尔·法拉第在大量实验后发现感应电流和电磁场强度的变化量有着密切关系，并且电磁场强度变化影响了感应电流的产生。此外，麦克斯韦在法拉第在前人研究基础上提出了位移电流等概念，对后续的电磁场理论研究打下了坚实基础[1]。

（二）电磁波

麦克斯韦于19世纪60年代正式提出电磁波，而赫兹经大量的实验证明了电磁波真实存在。电磁波是相互垂直的电场与磁场，以波的形式在空间移动，再以波动的形式传播的电磁场，并且电磁波的传播方向和电场及磁场相互垂直。电磁波最显著的特性是频率，按照频率的顺序排列这些电磁波就是电磁波谱，包括无线电波、微波、红外线、紫外线、X射线及γ射线。电磁波在传播过程中无需任何介质，相同频率的电磁波在不同的介质中传播速度不同，只有处于同种介质才能实现直线传播。

二、电磁场与电磁波之间的联系

在电磁场的内部电场和磁场相互统一，在时间作用下二者相互转化，是互为因果的关系，进而形成电磁场。电磁场是带电粒子变速运动以及电流强弱变化而产生，其具有动量以及能量。电磁波是电磁场的一种运动形态，处于高频电磁振荡环境下通过辐射的方式传播内部能量，之后形成的电波和磁波统称为电磁波。可以从以下两个方面进行分析：其一是电振荡处于低频的状态。这一条件下磁场与电场相互变化趋势缓慢，这一过程中几乎不存在向外界的传输，能量基本返回到原电路；其二是电振荡处于高频的状态。这一条件下磁场和电场的变化增强，一部分能量返回到磁场，另一部分能量电磁波的形式传播到空间。基于能量的角度，电磁波为电磁场的运动形式，不断变化的电磁场围绕某一点进行中心传播并形成电磁波，包括低频和高频。其中低频电振荡中的磁电变化缓慢，可以较少地进行能量传输，而高频电磁波因磁性电流变化较快，振荡电路无法恢复能量[2]。

三、电磁场和电磁波在电子通信技术中的作用

（一）在卫星通信中的作用

电磁场和电磁波最开始被应用于军事通信，尤其是二战后期技术人员利用电磁场技术研制了军事雷达，当前被各个国家广泛使用。当前和电磁场与电磁波相关的通信系统不断发展，我国在该领域的研究也取得诸多成绩，其中使用电磁场与电磁波过程中提升了卫星通信的强度，并且根据现阶段的数据建立包含地表、海洋、空气等卫星通信模式，居民应用的民用卫星也具有同步性，对促进电磁场与电磁波的发展有积极意义。

（二）在移动通信中的作用

随着社会的发展，各行各业的联系更加深入，而移动通信技术的研发是关键，当前我国对5G技术应用范围也在扩大。5G通信技术实现了网络与宽带的紧密结合，相比4G通信技术信号的传输速度与能力显著提升，也就是基于4G频率转化功能全面升级，为人们生活与工作中的数字通信和信息传输提供快捷的网络技术环境[3]。

（三）在微波通信中的作用

电力磁场产生的波长在传输时需要调节不同信号源头，在稳定环境下传送信号时，如果出现外来信息或者信号接收器，接收器内部结构可对特殊设定的电磁波波长筛选和过滤，需要过滤的波长范围根据电磁波长内部信号的特殊性加以区分，一旦确定设备进行范围就需要筛选波长信号，常见的微波内部信号浮动和波长较弱，肉眼无法观察，开始传输后自身频率极大，而微波通信设备也无法接收传输的大波长，所以信号传送后波长信号受到外界干扰，需要使用电子通信技术解决。

四、电子通信技术中对电磁场与电磁波的应用

（一）在微波通信中的应用

微波通信使用0.1毫米—1米的电磁波与微波进行通信，该波长段电磁波对应的频率范围在300兆赫3000吉赫。电磁波主要来自电磁场，电磁波也是微波通信中各类信息主要的载体，因此在微波通信中的电磁波与电磁场发挥着重要作用。在应用微波通信过程中由于在电磁波上加载各类信息，并且以光的速度迅速在空间传输。在实际传播的过程中受到接收信号的装置影响，可以获取信号，并且过滤电磁波。此外，微波受到波长限制在实际的传播期间也会受到物体的影响，导致通信的整体质量不高。为强化微波的传输效果，可采取接力传输的方法。由于外部环境影响会导致传播范围明显缩小，比如传播距离超过50千米需要通过中继站放大微波，确保可以继续传输，并且传输范围可以扩大到几千千米，通信质量也有保证

[4]。

为了布置好中继站要严格按照标准规范施工，当通信系统规模较大时需要增加中继站数量。微波传输过程中还需要设置终端站、分路站和枢纽站，并且不同类型的微波站有着自身的功能，需要匹配发信设备、天线馈线系统或者监控设备。此外，在微波传播过程中分段安装增强信号装置也可以减少信号传播消耗，进而增强信号传输质量。

（二）在卫星通讯当中的应用

当前各国广泛研究卫星通讯技术，实现了电磁场与电磁波在卫星通讯中的应用增多。在信号传输中卫星通讯将卫星作为主要的传播载体，转换各类传播的电磁信息。在信号传输过程中卫星通讯技术主要将人造地球卫星充当通讯中转站。当前，卫星通讯技术的信号传输方式主要如下：其一是海洋通讯站，其二是大气通讯站，其三是地面通讯站。卫星通信可以和微波的信息保持一致，因此卫星通信的中转站也可用于中转微波信息。根据不同的标准可以将通信卫星分为多个种类，比如根据通信转发器分成无源通信卫星、有源通信卫星；基于运行轨道可分为低轨道通信卫星、中轨道通信卫星、高轨道通信卫星。

卫星通信利用了电磁场、电磁波理论，需要在通信的过程中需要人造地球卫星，将其作为中继站发射并转发无线电波，也需要各个空间站的配合。早在1972年，我国建立了卫星通信地球站，后续发射了试验通信卫星，随后建立了公用网地球站，为央视节目的传输提供技术支持。当前同步卫星在诸多的领域得到利用，通过建设专用网解决了电力、交通、水利和天然气等行业的通信问题。此外，卫星通信传播期间可以完全通过卫星传播实现，进而满足信号传输需要。除上述情况，卫星通讯和微波通讯在传输信号的过程中必须借助中转站才能完成信号的实时传输。随着技术的创新、卫星电视广播业务、卫星移动通信业务的发展，新频段将继续得到开发，并且提升频谱利用率，公用干线通信网的宽带、速度都会提升。再如卫星通讯继续向小型化、智能化方向发展，出现全新的业务，其中多波束、星上交换、星上处理等技术将进一步提升卫星通信网络的安全性，让电磁信息的传递、转换更加迅速[5]。

（三）在移动通讯当中的应用

当前人们实际生活中广泛应用移动通信进行沟通，而电磁波与电磁场的主要表现形式即移动通讯。国外在上世纪20年代就开始研究移动通讯技术，我国对这一技术的应用始于20世纪80年代，该期间信息传输主要利用模拟技术，后续我国开始对相关技术加强研究，陆续出现2G通讯、3G通讯和4G通讯技术，在现代信息技术的发展下5G时代已经来临，这一通信技术具有速率高、容量大、延时低等特征，满足大数据量的传输需求与物联网通信需求。5G用于物联网的使用中基于MIMO、OFDMA技术，支持不同的应用场景，5G的广泛应用为人们带来了更多便利，比如4G支持中低频，不过资源有限，5G不仅可以在中低频使用，还可以在高频段使用，进而实现容量提升。5G的应用领域覆盖工业领域、能源领域、医疗领域、自动驾驶，在电磁波谱范围中，通信期间选择小于光波的频谱，而5G处于厘米波到毫米波的范围。5G采用微基站，具有小巧、覆盖范围广、数量多的特点，并且实现了人与物、物与物的联通，促进了社会的网络化、数字化、智能化发展[6]。

五、电子通信中出现的干扰问题

电子通信的过程中会受到多种干扰和影响，在出现通信故障时需要对比分析硬件使用情况，常见的问题是传输媒介问题和设备故障，为此技术人员需要先分析故障范围，然后找出故障出现的原因。在通信系统中可采用WEP协议，并且对各个设备通信数据加密管理，避免窃取数据信息问题。不过在使用的过程中也会出现以下问题，比如网络发生故障时设备无法通过服务器获取IP地址，导致网络连接失败。而同一地区的设备不同，并且设备之间也会出现干扰问题，在干扰明显的情况下会影响网络稳定性。因此需要对干扰源发射信号频率加以控制，之后通过调频技术、扩频技术加以调节。针对干扰问题，可以结合不同干扰类型采用相关技术措施。处理信号干扰问题的过程中需要先掌握干扰因素，之后提升信号的穿透能力。5G通信针对电磁干扰问题的处理，主要是分析源头、耦合路径、易感设备，借助人工电磁超表面技术一方面可以保持天线罩的结构韧性，另一方面可以提升电磁特性，进而具有较好的抗干扰能力。电子通信干扰还可以用于防止网络窃取信息，比如俄马斯科姆公司研发的电子干扰系统可压制和干扰敌方通信波段，通过“阿巴特”系统可以串联7台大小相同的干扰装置，进而覆盖范围中全部无线通信波段。经测试，该系统采用不同配置，可阻断办公室、办公楼的全部通信网络[7]。

结束语：

综上所述，在电子通信技术中，电磁场与电磁波的应用改变了人们的生活方式，对人们的生产与生活带来重要影响，继续推进社会的发展。在信息化时代下，电磁场与电磁波的应用范围将会进一步扩大，实现我国科技的进步。

参考文献：

[1]李丹,李彬,谢瑜.电磁场与电磁波在电子通信技术中的应用研究[J].科技创新与应用,2022,12(5):194-196.

[2]李宗泽.电磁场理论和电磁波在电子通信技术中的应用探析[J].信息技术时代,2022，13(14):4-5.

[3]田震,张德智,李金龙.基于涡旋电磁波的大容量通信系统设计[J].计算机测量与控制,2023,31(7):156-162,221.

[4]付嘉.通信工程和电子通信技术发展现状和趋势研究[J].电脑爱好者（普及版）（电子刊）,2022，11(2):244-246.

[5]郭成军.基于大数据的电子通信技术发展探讨[J].电子元器件与信息技术,2021,5(11):3-4.

[6]高山山.电磁场与微波技术课程的教学改革研究[J].福建电脑,2021,37(4):62-64.

[7]张朝玮.电磁场与电磁波在电子通信技术中的应用探究[J].电子测试,2021,24(11):135-136,62.