Published: 09 Mar 2019 › Updated: 09 Mar 2019
身边的电磁波•电磁波和无线通信
- 无线通信的时代始于两名欧洲的科学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦和海因里希·鲁道夫·赫兹的发现。
- 其中，麦克斯韦在洛伦兹，安培和高斯的研究上进一步发现了麦克斯韦方程组。实际上麦克斯韦方程组可以解决从低频道高频完整范围的各种各样的电磁现象。之所以说我们能够遇到各种各样的电磁现象，看起来，表观上可能不太一样，有时候是声学的，再到一般的无线电通信，微波，甚高频可以到光波，然后到红外紫外等等X射线。那么它们的差别是什么呢？差别的话实际上就是电磁波在传输过程中，它通过的载体不一样，它解决的问题不一样。本质上，归纳起来，他都可以用我们熟悉的麦克斯韦方程来解决。差别就是我们在解决问题的时候，介电常数，磁导率这些基本的物理参量做出修正。对于不同的传输系统，要做的事情就是处理不同的边界条件。比如处理金属波导的时候，反射面用的是全反射的金属表面。可以完全反射电磁波。当你处理光学问题的时候，你要解决的东西就是一个半透半反的，那么有可能部分能量能够渗透到包层外面的那样一个导行系统。那么它的形状跟我们金属波导也可能是不一样的。对于光纤来说，就是一个圆柱型导行系统。对于金属波导，通常是一个矩形的波导的系统。
- 最早的就是无线电发报机，很古老的，它能够通过你敲击这个小小的按键就可以断断续续的产生电火花，然后辐射出最原始的电磁波。
- 广播系统是大范围覆盖电磁信号的一个基本手段。我们现在经常用的中波，长波，短波这三个频段。当然，国内中波，短波用的比较多。国外，长波通信也是很多的。
- 电话机发展也非常迅速。最早的电话机，很古老的，很大的一个设备。现在来说也有用到点对点的无线通信是用的非常广泛的。这个链路不单指的是由我们现在寻常的运营商可以建立这种点对点的通信。同时现在还经常有这个网络，按照特殊需求，应急预案，自己进行组织建立网络。自组织网络，完成应急通信。
- 59年就有了卫星通信的概念。因为地球是圆形的，如果光用地表波和电离层的反射波来进行通信，必然是一个不太可靠的环境。因为地表波的行进，由于地表的吸收，传播距离是比较有限的。距离如果过远，就会收不到。如果依靠电离层的窗口反射来吸收电磁波，必然会受到电离层随着日照环境的改变造成信号的不稳定，而且对于高密集度的通信来说也不太可靠。因此，国外专家想到是不是可以发射同步卫星稳定的持久的作为一个电磁信号的中转站，实现地表的电磁信号的传输。现在来说，这个发展的已经很快了。同步卫星遍布我们地球表面。我们国家也有一个最大的北斗通信网络定位系统。
- 下面来看一下通话的具体情况。很早，作为一个绅士，能够抱着一个巨大的电话机，是非常非常神气的一件事情。随着小型化技术的发展，科技的发展，现在可以将电话机越做越小。现在利用一定小的屏幕甚至可以实现视频通话以及周围全部信息的记录以及它的处理。事件处理都可以用一定大小的屏幕的通信设备完成。
- 作为无线通信的载体，大家也用过蓝牙耳机，无线鼠标，应该说如果装上一定的接口部件也可以实现比如说打印机，其他的游戏控制手柄，不通电脑之间的互联，手机和电脑的互联都可以通过电磁波的通信。这个归与一个特定领域属于蓝牙通信系统。蓝牙实际上是一个特定电磁波支撑环境的一个频段。
- 为了实现中远距离的稳定通信，就必须建立一个中继站，因为无线信号传输的距离有限，如果没有一个稳定的中继站，它的信号传输也不是那么可靠。我们手机可以实现长距离通信本质上也是通过一系列基站中继完成的。手机通信基站种类很多，这是其中一个例子，在我们架设的高塔上面，可以看到一个天线的阵列，时时刻刻都在接收电磁波信号，利用阵列，这里有四个小柱子或者说六个小柱子甚至更多，圆形的阵列，放着三层。就可以完成我们的无线电的中继通信，中继站的类型很多，包括中继站的天线类型也非常多。
- 进入宿舍后，如果共享一个接入终端的话，最简单的一个方案就是采用无线路由。无线路由的支撑是一定频率的电磁波建立的一个网络。
- 现在全球卫星定位网络，不管是GPS也好，北斗系统也好，它建立的也是基于电磁波的通信和监控系统。通过捕捉各种数字信息，包括位置和它的地理高度，我们都可再现周围环境的各种风貌。然后通过和现有的地图数据的交互，最后，给出你的一个虚拟环境的信息。对于不同距离的电磁波的传输，它所需要支撑的平台也是不一样的，非常近的距离的话，无线通信可以采用红外或者一般电波。对于远距离，比如说，有缆通信，光纤是一个比较好的选择。现在也有遍布大洋海底的光缆系统可以完成电磁信号的传输。在近距离的最后一公里的接入方式上，常用的就是5类线，也可以采用cable TV同轴电缆的方式，进行电磁信号的传输。
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