电磁波的应用综述,电磁波的应用举例

('电磁波的应用晴日仰望，是一望无际的天空。不过，人们用“空”来描述“天”，实在是一种误会，因为天并不空。在我们生存的空间，无处不隐匿着形形色色的电磁波：激雷闪电的云层在发射电磁波；无数的地外星体也辐射着电磁波；世界各地的广播电台和通信、导航设备发出的信号在乘着电磁波飞驰；更不用说还有人们有意和无意制造出来的各种干扰电磁波……这些电磁波熙熙攘攘充满空间，实在是热闹非凡。如果说人们是生活在电磁波的海洋之中，那是毫不夸张的。在既往的几千年中，人们一直都没能“看见”电磁波。麦克斯韦写了电磁波历史的第一页。（1）无线电时代的产生19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在分析和总结前人对电磁现象研究成果的基础土，建立了经典电磁理论。麦克斯韦预言:不均匀变化着的电场将产生变化的磁场，不均匀变化的磁场产生变化的电场，这种变化的电场和变化的磁场总是交替产生，由近及远地传播，从而形成电磁波。任何电磁波在真空中的传播速度都等于真空中的光速。1887年，德国物理学家赫兹，用实验方法首次获得电磁波，证实了麦克斯韦的这一预言。人类从此进入了无线电时代。（2）无线电通信发展简史。1895年，马可尼发明了用电磁波远距离传送信号的方法:1899年，美国柯林斯达造出了第一个无线电话系统;1906年，费森登在美国建立了第一个无线电话发射台;1919年，英国建立第一座播送语言和音乐节目的无线电台z1921年，人类首先实现短波跨洋传播；1925年，英国贝尔德发明第一台实用电视机；1930年，实现了微波通信……现在，人类可以将文字、声音、数据、图像等信息，通过电磁波传向四面八方。（3）手机是如何实现通信的。手机既是个电磁波的接收器，同时也是个电磁波发射器。可见，手机实际上是一部可移动的无线电通信设备。移动的手机与不移动的基地台之间构成了一个可移动的无线通信系统。其工作过程(图14-28)大体是:移动的发话人对手机讲话，手机把声波经变换器转变为电信号，经天线发射出去，载有语言信息的电磁波被基地台接收，经变换器转变为电信号发射给另一移动手机，接收方手机接收电磁波信号，经转换器和发声器转变为声音，为收话人所听到。（4）在何种场合不宜使用手机?①坐飞机时:因为手机的高频信号会干扰飞机的控制系统，可能引发飞行事故。所以乘客上机后，乘务员会一再关照大家:"请把您的手机关掉!"。②在汽车加油站时:因为加油站的计数器是由电子控制的，手机的高频信号会影响设备运作的精确度。③在医院内:现代医院中有诸多先进的电子医疗设备，如:核磁共振、超声诊断仪、CT、心电图等等，它们对手机发出的高频信号十分敏感，受到干扰后，会导致错误动作，以致造成误诊。④危险地带:如爆破工地、有潜在爆炸危险的地区等，手机高频信号可能会触发爆炸。⑤雷雨天:雷雨的闪电会干扰手机信号，使手机工作频率不稳定。也容易引发雷击，损坏手机造成事故。1、世界首辆载人高温超导磁悬浮试验车2001年1月3日，世界第一辆载人高温超导磁悬浮试验车在成都西南交通大学研制成功。该车采用国产高温超导块材，底部3毫米厚的车载薄底液氮低温容器连续工作时间大于6小时。电磁悬浮技术（electromagneticlevitation）简称EML技术。它的主要原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属球的悬浮。将一个金属样品放置在通有高频电流的线圈上时，高频电磁场会在金属材料表面产生一高频涡流，这一高频涡流与外磁场相互作用，使金属样品受到一个洛沦兹力的作用。在合适的空间配制下，可使洛沦兹力的方向与重力方向相反，通过改变高频源的功率使电磁力与重力相等，即可实现电磁悬浮。一般通过线圈的交变电流频率为104—105Hz。目前世界上有三种类型的磁悬浮。一是以德国为代表的常导电式磁悬浮，二是以日本为代表的超导电动磁悬浮，这两种磁悬浮都需要用电力来产生磁悬浮动力。而第三种，就是我国的永磁悬浮，它利用特殊的永磁材料，不需要任何其他动力支持。2006年8月17日，“中华01号”永磁悬浮路车模型在大连举行的2006中国国际专利技术与产品交易会上亮相。磁悬浮列车轨道技术在中国，磁悬浮列车技术仍在德国，引进产品是引进不来技术的。上海磁悬浮列车是世界第一条磁悬浮列车示范运营线，建成后，从浦东龙阳路站到浦东国际机场，三十多公里只需6～7分钟。上海磁悬浮列车是“常导磁吸型”（简称“常导型”）磁悬浮列车。是利用“异性相吸”原理设计，是一种吸力悬浮系统，利用安装在列车两侧转向架上的悬浮电磁铁，和铺设在轨道上的磁铁，在磁场作用下产生的吸力是车辆浮起来。列车底部及两侧转向架的顶部安装电磁铁，在“工”字轨的上方和上臂部分的下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流使电磁铁和轨道间保持1厘米的间隙，让转向架和列车间的吸引力与列车重力相互平衡，利用磁铁吸引力将列车浮起1厘米左右，使列车悬浮在轨道上运行。这必须精确控制电磁铁的电流。悬浮列车的驱动和同步直线电动机原理一模一样。通俗说，在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变成电磁体，由于它于列车上的电磁体的相互作用，使列车开动。上海磁悬浮列车时速430公里，一个供电区内只能允许一辆列车运行，轨道两侧25米处有隔离网，上下两侧也有防护设备。转弯处半径达8000米，肉眼观察几乎是一条直线；最小的半径也达1300米。乘客不会有不适感。轨道全线两边50米范围内装有目前国际上最先进的隔离装置。（6）隐形战斗机为什么会"隐形"?隐形战机所谓的"隐形"，并不是变得无影无踪，而是要避开对手的各种电磁波探测手段(图14-31)o如雷达、红外线和激光等，其中主要是雷达。因此，战斗机的隐形设计主要针对雷达进行的，其中包括:采用平滑的气动外形、能够吸收雷达电磁波的材料和涂料等。使战斗机的雷达反射面积能降低到0.2m2以下。(同样大小的战斗机如不采用隐形设计，雷达波反射面积会达到5m2以上。)为了对付红外线和光学探测，战斗机设计中还要大幅度减少喷气式发动机喷口的红外辐射，并采用可见光反射量低的表面涂料等。由于其气动外形的限制，隐形飞机的飞行速度很少超过音速。平面电磁波的反射定律的应用平面电磁波在介质或导体的表面一般会发生反射和折射现象，这是电波传播科学中的一个重要问题。在军事上，典型的应用是隐形飞机利用这种反射规律避免雷达的跟踪。人们都知道，雷达是靠反射的回波来发现和识别目标的，如果目标的表面与到达的电磁波方向垂直，反向回波就能够回到雷达站而被发现。如果目标的表面相对于电磁波的到达方向具有较大的倾角，也就是入射角很大，那么雷达回波会被反射到前方，雷达站无法接收到回波。众所周知，为了减少空气对飞行的阻力，飞行体的外壳应设计为圆滑的流线型。但是这种圆滑形的外壳，其表面的大部分区域与雷达波的入射方向垂直，因此很容易被雷达发现。作为民用飞机，具有这样的特点是好事。但是对于隐形飞行器而言，这是十分不利的，因此隐形飞机为了避免被雷达发现，机身的下部呈平板形状，例如美国空军的F117隐形战斗机的底部都是这样设计的。当雷达波到达底部时，将被反射到前方。因此，为了能够收到这种回波，雷达站的收发设备必须分开布设，这就形成了所谓的双站雷达，双站雷达是有效的反隐身技术之一，但是设置这种双站雷达必须拥有境外的军事基地。（5）微波热效应的发现。产生大功率的微波元件叫磁控管，它是1940年英国伯明翰大学的教授发明的。1945年，正在工作的斯潘塞发现口袋里的巧克力莫名其妙地被融化了。这个在旁人可能毫不经意的事实，却被富于创新意识的斯潘塞抓住了。他排除了巧克力是被体温所融化的可能，意识到使巧克力融化的能量可能来自磁控管发出的大功率微波。也就是说，微波对物体具有加热能力。在当年10月，他以"处理食品的一种方法"为名申请了专利。当食品放在一个封闭的空间内，并有足够的时间对食品施加微波能量的话，就能对食品进行加工一一烹饪，可达到预定的要求。现在，微波炉在我国已有很高的普及率，其安全、节能、方便、卫生等优点很快获得大众认可，从而逐渐普及到千家万户。微波炉的微波也是很强的电磁波，有人曾经做过实验，发现微波抑制了植物的生长！这个实验是将4盆绿豆苗分别放入微波炉中照射微波5秒、10秒、15秒、20秒后，移出置於空旷处。另外一盆完全不照射微波做为实验控制组。观察这5盆绿豆芽每天的生长进度，发现不受微波照射的实验控制组，绿豆苗生长正常。经微波照射过后的植物，只有照射5秒的一盆尚有存活力，其他一概陆续枯萎，可见微波对生物的杀伤力。虽然如此，微波过的食物仍可食入，绝不会吃进微波的！另外也有人做微波使鱼眼变白的实验，将鱼眼睛放入微波炉中，照射微波九秒后观察鱼眼睛的变化。发现微波使鱼眼睛煮熟了。而当人的眼晴暴露在微波中，人眼晴中的水晶体也会和鱼眼睛一样变白，於是再也看不见东西了，这就是所谓的白内障。3、光波的偏振特性光波也是一种电磁波，但是与一般电磁波不同的是，光波的极化方向是随机变化的，光学中将电磁波的极化特性称为偏振特性，一般的光波通常是无偏振特性的。为了获得偏振光，必须采取一些特殊的方法。最简单的方法是让无偏振光通过具有一定偏振特性的滤光片，只有偏振方向与偏振片的偏振方向一致的偏振光才能通过。光波的偏振特性同样也具有广泛的应用，立体电影就是利用了偏振光产生立体的效果。在拍摄立体电影时，使用两个相互垂直的偏振镜头从不同的角度取景，在放映时，观众需要佩带一副左右镜片偏振方向相互垂直的眼镜，就能够看到立体画面。具有一定偏振特性的偏振片在摄影中也获得了广泛的应用。由于太阳光经过大气散射后具有一定的偏振特性，调整加在照相机镜头前的偏振片，就可减弱蓝天的亮度，从而增加蓝天和白云的对比度，其效果比黄色滤光片更为显著。此外，由于光波通过雾气或着穿过玻璃后均会具有一定的偏振特性，因此使用偏振片进行摄影，可以消除雾气的散光及玻璃的反射光的影响，从而提高雾中景物和玻璃橱中物体的清晰度。偏振光在各向异性的介质中有很多特殊的性质，人体组织多数是各向异性的物质，在一些透明的组织中，这种各向异性的特点表现得更为明显。对于视网膜的偏振特性是研究最多的，视网膜的双折射主要来自于视网膜神经纤维层（RNFL），平行和垂直于RNFL的偏振反射光由于RNFL的双折射特性而具有相位差，也就是偏振光相位的延迟量，这一延迟量与RNFL的厚度成正比。偏振光的分析不同于其它常规的医学研究，需要应用大量工程、物理以及数学的方法和技术。最简单的分析工具是偏振片，通过两个偏振片（一个用来产生偏振光，一个用来检验偏振光）和一个功率计，就可以测量偏振面的旋转方向和角度。目前研究常用的分析工具不论是液晶图像偏振仪、穆勒矩阵图像偏光仪还是偏振地形图都是以这个模型为基础的。（7）E炸弹。E炸弹又叫电磁脉冲炸弹(图14-32)，它爆炸后会产生让你毫无感觉的电磁脉冲，使半径为数千米内的飞机、雷达、电脑、电视、电话、手机等几乎所有的电子设备都会遭到破坏，从而停止工作。可以设想，如果一座城市遭到E炸弹的袭击，所有电子设备都不能正常运转，城市夜间一片黑暗，人们相互间无法取得联系，军事指挥系统也将瘫痪·.....（8）电磁波谱。不同波长电磁波的产生机理和应用领域常常有很大区别。因此人们常把各类电磁波按波长大小依次排成一列,称为电磁波谱。若按其波长从小到大依次排列,有:y射线、X射线、紫外线、可见光(紫、能、蓝、绿、黄、橙、红)、红外线、无线电波(微波、超短波、短波、长波)等。由于它们的性质各不相同,因而也有许多不同的用途。①γ射线(γ-ray)它是放射性物质发出的电磁波,波长在2×10-10m以下。是一种能量很大的光子流。在医疗上用γ射线作为"手术刀"来切除肿瘤,叫做γ刀,有很好的治疗效果。②X射线(X-ray)它是由X射线管产生的电磁波，波长在10-15~10-7m，X射线对不同密度的物质有不同的穿透力。在医学上常用作医疗检查。在飞机场安全检查中，也常用X射线对行李进行透视查验(图14-35)。③紫外线(ultravioletray)当光电流通过两电极间的电离气体时，会产生紫外线。其波长在4×10-8~4×10-7m。太阳光中含有紫外线。紫外线能激发荧光，日光灯就是管内紫外线激发涂在灯管内壁上的荧光粉而发出的近似日光光谱的照明灯。紫外线也常用在医学上杀菌和防伪技术上。④可见光(visiblelight)它是能引起人的视觉感觉的电磁波，其波长范围是0.4×10-6~0.8×10-6m。太阳能发出可见光。可见光是由不同比例的七色光(红、橙、黄、绿、蓝、挠、紫)所混合组成。图14-36每一种颜色代表0.1℃的温度变化⑤红外线(infraredray)通常情况下由灼热物体发出的电磁波，其波长范围是0.8×10-6~1×10-3m。它们会导致物体温度的升高。红外电磁波在特定的红外敏感胶片上能形成热成像，图14-36是人头部的热成像。⑥微波(microwave)常用于雷达设备上的波长很短的无线电波，其波长范围在1×10-3~1m。由于微波的定向性好，常用发射、反射波的时间来测算目标的位置。微波炉是一种用微波的热效应来烹调食品的装置。⑦无线电波(radiowave)它是在电磁场的作用下无线电天线中自由电子发生振荡而产生的电磁波。波长范围在0.75×10-3~1×104m。五、电磁波对人体的危害（一）电磁波对人体的危害随着电器使用率愈来愈普及，电磁波对人体影响也愈来愈大，家庭电器、行动电话、电脑设备及高压电线已成为电磁波四大滋生源，所产生的辐射对人体伤害最重，国人应该养成防的习惯，否则将成为身体健康上最不利的祸源。除了使用最普遍的手机电磁波之外，其实，家庭电器、电脑设备及高压电线的辐射对人体伤害也很重，举凡客厅中的电视、厨房中的电磁炉与微波炉，产生的辐射会使身体产生大量的氧游离基及酸化，长久下来会致癌；也易引发老年痴呆症、关节炎、心脏病、脑中风等疾病；另外电脑设备及高压电线会增加血癌、脑癌及乳癌的发生率二至叁倍。电磁波辐射能量较低，不会使物质发生游离现象，也不会直接破坏环境物质，但在到处充满电子讯用品器材的现代生活，其电磁干扰特性却不可掉以轻心，因为它随时可能使人面临危害的境地。电磁波的危害长时间使用电脑之後，会感到身体疲劳、眼睛疲倦、肩痛、头痛、想睡、不安，这些都是受了电磁波的影响。电磁波还会使人的免疫机能下降、人体中的钙质减少，并引致异常生产、流产、视觉障碍、阻碍细胞分裂如癌、白血病、脑肿瘤...等。此外，电磁波会散发出一种扰乱人体状态的正离子。经实验研究和调查观察结果表明，电磁辐射对健康的危害是多方面的，（二）防止电磁波为防电磁波对人体的危害，应掌握二原则：距离和时间，基本上距离越远、时间越短，伤害越小。建议大家少打手机。电磁波无所不在您不可不知在日新月异的工业社会里，我们的生活中已经少不了电器用品了，而家里的电风扇、吹风机、果汁机、微波炉等都会放出电磁波，且电磁波对人体有害！电磁波又是什麼东东呢？你理解吗？住家若靠近高压电线，会使我们得到癌症的机会增加吗？对於这些生活中无形的电磁波，我们该如何来预防呢?什麼是电磁波呢？大家应当记得在学校做磁铁实验时，会发现磁铁的磁场穿透力非常强，无论是薄木片、垫板、铁片、铝铂纸或手掌等，都无法阻隔磁力。电磁波中的磁场，也和磁铁的磁场一样，是无孔不入且具有很强的穿透力。电磁波由於其频率会变化，例如家中的交流电，其频率是每秒正、负极变动60次，也就是说磁场的方向是每秒南、北极变动60次，可使人体产生电流流动，因此容易引起人体的伤害。而一般使用的小磁铁，由於其南、北极方向是固定的，所以不至於对人体产生伤害，小朋友可以安心做实验。生活环境中充满了电磁波，只要是使用电的电器用品，都会放出电磁波。墙壁中看不见的电线，也会使电磁波检测笔哔哔叫。所以睡觉时不要太靠近装有电线的墙壁，以免因电磁波影响而无法好好睡一觉。而现代人人手一支大哥大，它的电磁波其实是很强的。在电脑前拨通大哥大，大家往往会发现电脑萤幕闪铄不已。又在打开的收音机前拨通大哥大，收音机也受到很大的干扰。因此当妈妈使用微波炉煮点心时，小朋友千万不要在微波炉的玻璃门外看著，以免视力会越来越差。电磁波这麼可怕，我们该怎麼预防呢？（一）拔掉插头可防止电磁波：电器用品不使用时，最好将插头拔掉，避免室内环境受到电磁波的侵害。（二）保持距离可减少电磁波：没错，距离越远，电磁波强度越弱。所以在使用电器用品像电脑、电视、电风扇、吹风机、微波炉、电磁炉时，都要远离这些电器用品，以策安全。电磁波的应用第一部分各波段电磁波的典型应用超长波和长波(频率为3-300kHz，波长为100-1km)该波段电磁波是开发最早的波段，沿地面的传播主要依靠地面波来实现，因而传播损耗小，日变化小，信号稳定，能够环绕地球。主要用于导航和授时等方面。导航的任务是在各种复杂的环境下，引导舰船和飞机沿着预定的路线航行，最著名长波导航系统是建于20世纪60年代末期的美国军用的罗兰-D系统。位于超长波范围的声纳还可以用于潜艇通信和捕鱼长波报时具有传输衰减小、干扰弱、信号稳定等优点。美国市场上出现的家用原子钟，售价仅为25美元左右，它是由位于美国中部的国家标准技术局利用60kHz的长波授时的，其服务半径可达3200km左右，能够覆盖北美全部地区。我国也生产出了功能类似的家用原子钟，国内称之为“电波钟”，它是由位于陕西的天文台授时的。中波(频率为300-3000kHz，波长为1000-100m)中波波段电磁波的传播方式，在视距以内靠空间波和地面波，在视距以外靠电离层反射波，所以传播损耗比较小，信号比较稳定，主要用于地方电台的语音调幅广播。中波白天沿地面波只能传播几百公里，因此相互间不会发生干扰，但在夜间，中波通过电离层的E层反射可以传播二千多公里，因此常常出现台站之间相互干扰的现象。电台的服务半径取决于发射功率和天线位置，通常地面波的服务半径可达数十公里，电离层反射波在夜间服务半径可达几百公里。但是在地面波和电离层波的强度处于同一数量级的地区，信号失真非常严重。短波(频率为3-30MHz，波长为100-10m)短波波段的电磁波其传播方式与中波相同，视距以内依靠空间波和地面波，视距以外依靠电离层反射波。由于短波的频率较高，需要电子密度较高的F2电离层才能实现反射。但是F2电离层的状态受太阳的照射影响很大，因此远距离短波传播信号的电平很不稳定，具有日变化、季变化、11年周期变化等特点，而且信号电平的衰落还具有随机性。短波远距离传播还具有“静区”现象。因为短波频率较高，所以其地面波的衰减较快，电离层反射波也存在最小距离，因此在某些地区可能既收不到地面波，也收不到电离层反射波，这个围绕电台的环形区域就称为“静区”。在卫星通信技术没有成熟之前，远距离的国际通信主要依靠短波来实现。短波通信的优点是设备简单、造价低廉、重量轻、体积小、机动性强，在第二次世界大战中曾大显身手。目前短波主要用于语音调幅广播。由于F2电离层的状态变化较大，为了保证播音质量，必须经常变更使用的频率。电离层的最高反射频率为30MHz，这就是短波波段的上限。因为短波广播不需要保密，可靠性的要求也不高，而且设备简单，需要的功率小，所以被广泛采用。目前全世界有数以千计的大功率广播电台，短波广播的波段已经显得十分拥挤。此外，短波还可以用于超视距探测。电波经电离层反射至前方几千公里远的地面，如果地面是粗糙不平的，则一部分电波会发生漫反射返回发射点。这部分电波受地面或海面起伏不平的影响，信号中含有反射点的信息，所以可以用来探测几千公里之外的海情、舰船或飞机。超短波(频率为30-300MHz，波长为10-1m)超短波以上电磁波，波长只有几米，大部分情况下电离层已经不能反射，其传播方式主要依靠直接波和地面反射波所组成的空间波，因此它只能在视距范围以内传播。超视距的远距离传播必须采用接力或称为中继的方式进行。通常的调频广播(FM88-108MHz)以及13频道以下的广播电视应用位于这个波段。早期的无绳电话所使用的波长为6m左右，这个波段还可以用于近距离的移动通信。超短波的频率较高，足以传输频率带宽为几兆赫兹的电视信号。能够把各种图像和声音信息传递给用户，是人们学习、娱乐、认识世界的重要工具。在车间、工段和主要生产部门装上电视摄像机，管理人员可以随时通过电视观察各处的生产情况，并及时的指挥，特别适应于高温、粉尘、辐射和噪声等环境下的工作。水下、地下和机器内部等人们难以达到的场合，更是电视摄像机的用武之地。微光电视能够在月光之下拍摄出清晰的图像，可以广泛的用于宇宙飞船、深水探测和国防侦察等领域。医生也可以用红外线电视检查人体上微小的温差来诊断疾病。特高频(频率为300-3000MHz，波长为100-10cm)可以用于广播电视、蜂窝移动通信、卫星导航以及无线局域网等方面。广播电视所用的频段为470-870MHz，蜂窝移动通信所用的频段为800MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz和2000MHz等。全球卫星定位系统(GPS)所用的频率为1227.60MHz和1575.42MHz，最近又准备开发位于1176.45MHz左右的新的频率点。Wi-Fi无线局域网和蓝牙技术所使用的频段为2.5GHz。微波炉的频率为2450MHz，是因为这个频率点的电磁波能够产生最强的热效应。超高频(频率为3-30GHz，波长为10-1cm)超高频波段可以用于卫星电视、卫星广播、通信和雷达等方面。卫星通信是当前远距离通信及国际通信中一种先进的通信手段。国际上使用的通信卫星多数是同步卫星，也叫做静止卫星。利用这种卫星作为中继站来转发无线电信号，可以实现地面上的远距离通信，所以通信卫星实际上就是设在太空中的无人值守的微波中继站。它具有传输距离远、传递迅速、使用灵活、可靠性高等特点。它的主要弱点是卫星本身和发射火箭的造价较高，电源和器件的使用寿命有限，一般只能使用7至8年，同时，卫星地面站的设备庞大，技术也复杂。多数国家的卫星电视和卫星广播使用Ku波段，即从地面到卫星的上行频率为14GHz，而从卫星到地面的下行频率则为12GHz。我国卫星电视主要使用的是C波段，即上行频率为6GHz，而下行频率为4GHz。近年来我国部分卫星电视使用了Ku波段。我国地面微波中继通信使用的是C波段。Ku波段的数字卫星电视容量大，画面及声音质量可以达到DVD水平，美国已有60％的家庭安装了数字卫星电视，可以接收100个电台，有线电视已逐渐被淘汰。Ku波段的数字卫星广播能够遍及全球，这是仅局限于城市范围内的FM调频广播所不能相比的。目前Ku波段的数字卫星广播可以接收100个电台，但必须付费。已知的ISM波段被分为三段：902-928MHz，2.4-2.4835GHz和5.725-5.850GHz，可见ISM跨越了特高频和超高频两个波段。极高频(频率为30-300GHz，波长为10-1mm)该波段能够用于通信、雷达和射电天文等方面。毫米波适用于一点到多点的宽频带通信。毫米波雷达精度高、天线尺寸小，但目前发射功率不大，因而作用距离较短。毫米波通信受到大气吸收的限制，必须利用损耗较小的大气窗口频率进行传播，这些频率是38，94，140和220GHz。光波(频率为1-50THz，波长为300-0.06um)在电磁波谱中，光波的频率比微波高几万倍，人们称它是最大和最后的电磁波资源。光波可以利用光纤进行信号传输，用于远距离通信和宽带信息网。光波也可穿过大气直接传播，中国古代的烽火台，就是最原始的光通信设备，但是大气传输光波受气候的影响很大，在雨雪天气会产生很大的损耗。当前直接穿过大气的光波应用主要包括近距遥控、测量和数据传输，例如激光测距等。激光在医学和军事上的应用很多，如伽玛刀手术、激光制导武器等。已经十分普及的光盘播放机和刻录机更是激光技术对于人类文明的巨大贡献，价廉物美的光盘不仅体积小、质量轻，而且容量大、寿命长。从电子学的角度上讲，最让人们感兴趣的就是激光的高频特性和相干特性。激光的出现是相干电磁波谱向高频段发展的必然结果，它不仅是光学领域的一项重大成就，也使电子学的发展开创了崭新的空间。利用激光的相干性可以进行特大容量的光纤通信、空间通信和水下通信。利用相干性、单色性和波长可调的激光雷达，能够进行资源勘察、公害监控和大地测量。借助光-电转换还可以完成传统的电子学的其它功能，例如测距、导航、制导等等。它们比同类的仪器具有更高的准确性。第二部分电磁波基本特性在特定领域中的应用平面电磁波的反射定律的应用平面电磁波在介质或导体的表面一般会发生反射和折射现象，这是电波传播科学中的一个重要问题。在军事上，典型的应用是隐形飞机利用这种反射规律避免雷达的跟踪。人们都知道，雷达是靠反射的回波来发现和识别目标的，如果目标的表面与到达的电磁波方向垂直，反向回波就能够回到雷达站而被发现。如果目标的表面相对于电磁波的到达方向具有较大的倾角，也就是入射角很大，那么雷达回波会被反射到前方，雷达站无法接收到回波。众所周知，为了减少空气对飞行的阻力，飞行体的外壳应设计为圆滑的流线型。但是这种圆滑形的外壳，其表面的大部分区域与雷达波的入射方向垂直，因此很容易被雷达发现。作为民用飞机，具有这样的特点是好事。但是对于隐形飞行器而言，这是十分不利的，因此隐形飞机为了避免被雷达发现，机身的下部呈平板形状，例如美国空军的F117隐形战斗机的底部都是这样设计的。当雷达波到达底部时，将被反射到前方。因此，为了能够收到这种回波，雷达站的收发设备必须分开布设，这就形成了所谓的双站雷达，双站雷达是有效的反隐身技术之一，但是设置这种双站雷达必须拥有境外的军事基地。电磁辐射的应用1、半波天线电流元在技术上是很难实现的，实际应用中使用的都是对称天线或单极天线(俗称鞭状天线)。位于地面上的铅垂单极天线，与其地面的镜像又构成一副对称天线。单极天线一般用于长波和中波波段。中波广播电台的发射天线就是一种单极天线，它是一根悬挂的垂直导线或是自立式铁塔，其高度小于四分之一波长。为了提高功率辐射的能力，通常在其顶部连接一根水平导线。虽然这根水平导线的辐射被其地面的镜像所抵消，但是它可增加垂直导线上的电流振幅，因而提高辐射的场强。这种垂直接地的广播天线，在水平面内没有方向性，以便电台周围的所有听众均能收到信号。此外，在天线附近的地面上还铺设导线网（称为地网），以增加地面的电导率。由于单极天线实现简单，价格价廉，常用于移动通信的终端，例如手机和车载用户。半波天线是最常用的对称天线，可以广泛地用于各个波段。在短波通信中，水平架高的半波天线能够形成一个指向天空的集中波束，以便依靠电离层反射进行远距离短波通信。半波天线的工作频带主要取决于阻抗的频率特性。分析表明，半波天线的直径越大，阻抗随频率的变化就越慢。所以实际上见到的高悬在空中的半波天线是由数根导线构成的直径很粗的鼠笼形状，以获得较宽的频带。由两位日本工程师八木和宇田所发明的八木天线，其中的有源振子就是半波天线。通常在其有源振子的前方再平行放置几根长度小于半波长的无源振子作为引向器，在其后方平行放置一根长度大于半波长的无源振子，作为反射器，从而形成单向的方向性。这种八木天线可以广泛地用于超短波波段，作为雷达天线或远距离电视接收天线。微波波段通常使用半波天线作为其它天线的激励器（称为馈源）。已知半波天线的方向性系数为1.64，在天线测量中通常使用半波天线作为标准天线，采用比较的方法可以很容易地测出其它天线的方向性系数。2、天线阵天线阵的应用十分广泛。为了改善天线的方向性，可以将几个、几十个甚至几千个单元天线组成天线阵。电视台发射天线就是一种垂直排列的直线式天线阵，地面调频广播天线是由四个垂直半波天线组成的水平环形阵，当前蜂窝移动通信系统的基站所使用的天线与调频广播天线十分类似，远程警戒雷达天线通常是由多个抛物面天线组成的天线阵，在射电天文观测系统中所使用的大型抛物面天线阵甚至可以跨国境范围构成。电视台的发射天线通常分为三层，每层由两个相互正交的水平半波天线所构成。为了展宽频带，每个半波天线是一种形似蝴蝶翅膀的有源振子，所以这种天线又被称为蝶形天线。两个相互正交的水平半波天线，在水平方向内几乎没有方向性。三层垂直重叠放置的蝶形天线形成同相阵，在垂直平面内形成一定宽度的波束，以便电磁辐射沿着水平方向发送。调频广播天线或是蜂窝通信系统的基站天线是由半波天线组成的环状同相天线阵，在水平方向内没有方向性。如果变更单元天线的数目、间距或者电流相位，可以改变天线阵的方向性。相控天线阵就是通过改变单元天线的相位，变更主幅射方向，实现自动快速扫描，跟踪目标。3、抛物面天线抛物面天线可以广泛地用于微波通信、卫星通信以及射电天文等场合。无线电天文望远镜实际上就是一个巨大的抛物面天线。美国早期建成的柱形抛物面天线的直径有200m左右，依靠地球的自转跟踪天体目标。我国在新疆和上海的天文台也安装了无线电天文望远镜，其直径为25m，安装精度达到了毫米级，依靠机械旋转和地球自转来跟踪天体目标。目前卫星地面站使用的抛物面天线，其直径一般为30m左右。原始的抛物面天线，其反射面呈标准的抛物面，且馈源位于前方。现在的抛物面天线，其反射面已经变形，可以具有一个或者两个反射面，分别称为单反射面天线和双反射面天线。双反射面天线的馈源通常位于主反射面的顶部。由馈源发出的电磁波，先经过位于前方的第一个反射面反射后，再到达主反射面。两个反射面的形状决定于所要求实现的方向性。通常先根据要求实现的方向性，设计主反射面的口径场分布，然后再根据馈源的方向性及主反射面的口径场分布，决定两个反射面的形状。单反射面天线的反射面的形状也取决于所需实现的方向性，设计方法与双反射面天线类似。4、无线通信系统自从1896年意大利的马可尼建成世界上第一条长达3km的无线通信线路以来，无线通信获得了飞速的发展。人们通过无线信息高速公路能够在任何地点、任何时间同任何人取得联系，发送和接收所需的文本、语音或图像信息。无线通信可分为固定和移动两种方式。固定方式的无线通信主要用于点到点之间的通信，使用短波、微波和光波波段的电磁波。移动无线通信可以实现一点到多点，或是多点到多点之间的通信，目前主要使用超短波和微波波段的电磁波。移动无线通信系统包括无绳电话、无线寻呼、蜂窝电话、移动卫星通信以及专用无线通信系统等。早期的无绳电话使用的频段为49MHz，现在已发展为具有900MHz和2.4GHz两个频段，无线寻呼应用的频段为400MHz，当前大部分蜂窝电话所采用的频段为800MHz或900MHz，一部分还能够同时使用1.8GHz或1.9GHz频段，第三代蜂窝电话则使用2GHz频段。目前大城市中流行的“小灵通”移动通信系统实际上是微小区蜂窝移动通信的实现，使用的频段是1.9GHz，小区半径为300m左右。5、无线局域网无线局域网可以依托现有的移动通信系统来实现，或者使用独立的频道。无线局域网通常作为有线局域网的延伸，也可以在一定的场合构成独立的通信网。类似于高保真音响系统名称Hi-Fi而命名的Wi-Fi(WirelessFidelity)的无线网，使用的频率为2.5GHz，上网速度达到11Mb，但是系统基站的服务半径仅有300m左右。所谓蓝牙技术也是一种无线局域网，使用频率为2.4-2.4835GHz，但是服务区域仅限于办公室10m范围之内。目前无线局域网使用的波段包括5GHz、ISM波段、18-19GHz及红外线。ISM代表三个英文单词：Industrial、Scientific和Medical，即工业、科学和医用，是国际上无须申请而可以自由使用的波段，共分为三段：902-928MHz，2.4-2.4835GHz和5.725-5.850GHz；红外线局域网主要用于固定终端。尽管无线局域网的技术目前尚有很多不足之处，但是其应用前景十分可观。无线局域网的最大优势是设备之间不用连线，办公楼、医院、商场、机场及码头均可以建立灵活机动的无线局域网，以实时地传递语音、图像和数据。6、全球卫星定位系统全球卫星定位系统简称为GPS(GlobalPositioningSystem)。全系统由位于地球上空大约19200km高度的24颗中轨道移动卫星及其地面监视系统所组成，其中有3颗卫星是备用的。每颗卫星每天围绕地球两周，向世界各地实时地发布时间及其所在的位置信息。地球上的用户使用GPS接收机，只要能够收到其中4颗卫星的信息，即可以获悉用户所在的地理位置，即经度、纬度和高程(海拔高度)的三维地点信息。24颗星均匀分布在地球上空6条轨道上，在地平线上的运行时间为5小时左右。位于地平线上的卫星颗数随时间和地点的不同而异，最少可以见到4颗，最多可以见到11颗。每个卫星质量为774kg，直径为1.5m，设计寿命为7年，采用铯原子钟作为频率标准，其频率日稳定度到达(1-2)×10-13／天，精度很高，每7万年误差1s。GPS技术原先为美国军方所使用，其信息使用两种编码发送，高精度的P码仍为美军服务，但是低精度的C／A码已投入民用。应用差分技术可以将民用码的精度提高到10m左右。所谓差分GPS(简称DGPS)是在地理位置已知的参考站中放置一部GPS接收机，用来计算GPS卫星发射的位置数据中的误差，来获得一个校正信号。该参考站再将此校正信号发送至该地区的其它接收机。这样就能够大大的提高定位精度。DGPS的校正效果与用户离参考站的距离远近有关。显然，离参考站越近效果越好。为了消除差分校正误差受距离的影响，可以将各个差分站的校正信号送到中心枢纽进行再处理，获得一个综合的差分校正信号，统一播发。那么，在这些差分参考站所形成的差分网范围内的任何地方，可以获得相同的校正效果，这就是广域差分GPS技术。美国NCT公司所开发的全球广域差分GPS系统由位于全球30多个差分参考站组成，利用位于地球同步轨道上的三个同步卫星播发综合差分信号，位于世界上任何地方的动态目标，均可以获得相同的高精度。GPS的军事用途不言而喻，在所谓“零伤亡”的两次中东战争中，GPS的精确制导技术起了重要的作用。在民用方面，GPS的应用可分为定位与授时两大类。GPS定位又分为静态定位和动态定位两种。静态定位是指工程勘测、地质地理、测绘、考古、油气开发、水电气管理、自然资源管理等方面的定位，其精度可达厘米级和毫米级。动态定位是指车辆跟踪、航运、航海、航空、农田管理、野生动物管理、营救、娱乐等方面的应用，其精度可达米级和分米级。此外，由于GPS信号在传输中受到大气层的影响，尤其是电离层的影响，因此可以根据GPS信号的变化获悉电离层的状态。“精细农业”是21世纪农业技术革命的重要标志，其主要特点包括：按照土质情况，绘制详细的农田地图，然后利用精度达到1m以下的GPS技术指引农业机械运作，因地制宜地进行全天候播种、施肥和收割，以提高农作物的产量和质量。美国NCT公司所研发的STAR-FIRE全球差分GPS定位系统，能够对于时速低于1000km的动态目标，进行精度高达20cm的跟踪，该系统主要用于精细农业。7、电磁辐射特性用于研究煤岩体。基于受载煤岩体的电磁辐射特性及规律，人们研制了具有电磁信号接收、数据处理、数据存储、通讯和灾害预报等功能的煤岩动力灾害电磁辐射监测仪，开发了基于Windows系统的具有数据通讯、参数设置、数据处理及分析和动态预报等功能的软件。该监测仪器在预测煤与瓦斯突出时，能够发现有突出危险煤层的电磁辐射水平会远高于无突出危险煤层；在预测冲击地压时，能够发现在矿压大的地方，电磁辐射较强，有冲击危险的区域，电磁辐射异常，表现为电磁辐射水平明显增强或变化剧烈。实践表明，电磁辐射监测仪实现了非接触预测，省时省力，对生产影响较小，稳定性好，准确率较高。8、定向能电磁辐射武器和电磁炮定向能电磁辐射武器是利用高度定向、高能量的、从电磁波到光波的电磁辐射，使敌方的人员和电子武器等受到伤害。自由电子激光器和自由电子微波激射器便是其中的一类新的定向能辐射武器，其工作原理是：由电子束源产生的自由电子束进入电子加速器，在加速器中受到高电压的加速作用而具有很高的能量，这些高能自由电子束经过磁场作用可以改变其运动方向，并进入扭轨磁场(或称扭摆磁场)中。扭轨磁场是由一组磁场方向不断反向的永磁铁组成，它构成具有特定的强度和方向、一定分布规律和空间周期的磁场系统。高能自由电子在这扭轨磁场中受到这种磁场的作用而作扭摆式运动。同时由主振荡器产生的电磁波(光波或微波)通过共振腔与电子束作同向运动。在扭轨磁场的作用下，高能电子束向这电磁波输送能量，从而使电磁波受到放大作用而使电磁波能量增强。改变扭轨磁场的参量和其他相关参量，便可以改变自由电子激光器和微波激射器的波长和输出功率。这种自由电子激光器和微波激射器具有很高的功率、良好的相干性和超短的脉冲，因而可在高能量高定向电磁辐射(光波和微波)武器中得到应用。电磁炮利用强脉冲电磁能来发射炮弹，而一般的大炮是利用火药的化学能来发炮弹的。电磁炮在发射炮弹时，在炮弹中通过强脉冲电流，炮弹在发射架的强脉冲磁场的同时作用下受到强大的推动力而发射出去。此外，也可以利用相同的原理来发射电磁导弹，其费用低于一般火箭的发射。但电磁炮和电磁导弹的技术目前都还处于试验阶段。电磁波的生物效应已经证实微波辐射对暴露体产生的危害是由热效应产生的。人体吸收射频和微波能量，并将它变换成热能，如同在微波炉中那样，在低电平时这种热在身体中没有感觉。它对脑、眼睛、胃等组织的影响最大，过度照射可能引起白内障等生理疾病。因此，必须设定一个安全的辐射电平标准，使微波设备的用户不暴露在有害的功率电平下。一般用到的量值是功率密度（坡印亭矢量的幅值），测量单位是单位面积上的瓦特数。在晴天，太阳辐射的功率密度约为100mW/cm2，但是这种辐射的效果比相应电平的微波辐射的影响小得多，因为太阳的热作用在身体外部，很多热量被空气吸收，而微波功率所提供的热能则进入身体内部。美国和多数西欧国家所采用的最大辐射电平标准为10mW/cm2。前苏联推荐的最大辐射电平是1mW/cm2。在美国微波炉采用的隔离标准是：规定离炉体5cm远处，功率电平不得超过1mW/cm2。大部分专家感觉到上述限制保证了安全电平，具有一定安全余量。但是某些专家认为，长期暴露在微波辐射下，非热效应对身体也有很大的危害。平面电磁波极化特性的应用1、圆极化雷达圆极化雷达也被称为全天候雷达，在雨雾冰雪的恶劣气候中也能正常的工作。由于受到地球重力的影响，雨滴在下落过程中通常变为椭球形状。当线极化平面电磁波穿过雨区时，如果平面波的极化方向，即电场强度的方向与雨滴椭球的长轴一致时，在雨滴中将会产生感应电流，导致电磁能转变为热能，这种不可逆的能量转换会使电磁波受到强烈的衰减。所以线极化波雷达在雨季一般难以正常地工作。而圆极化电磁波的电场方向会不断地旋转，因此不可能总与雨滴椭球的长轴一致。当电场强度的方向垂直于雨滴椭球的长轴时，不会产生感应电流，此时电磁波不会受到衰减，因此圆极化波雷达穿过雨区是不会遭受到强烈吸收。2、无线通信中的极化问题在无线通信应用中，为了实现最佳的接收状态，接收天线的极化特性必须和被接收的电磁波的极化特性完全一致，否则不能接收或者只能接收部分能量。接收天线的极化特性与被接收的电磁波的极化特性完全一致的状态称为极化匹配，极化匹配对于无线通信链路是非常重要的。当然，如果为了避免信号之间产生串扰，应该使用不同的极化特性。例如在微波中继通信的链路中，由于后继的微波站均位于前方，为了避免发生站间串扰，通信频率及电磁波的极化特性均应逐站变更。由于垂直极化电磁波沿着地面传播时，其衰减系数小于水平极化电磁波，而来自地面的远处工业电磁干扰的主要成分是垂直极化波，所以电视、广播台应该发射水平极化的电磁波，接收者使用水平的接收天线，来提高信噪比。当电视台发出的电磁波传输到室内时，经过多次反射后，其极化方向很难确定，所以在室内接收电视信号时，需要不断地旋转线状天线，以使导线的方向尽可能与到达的电磁波的极化方向一致，产生较强的感应电流，提高接收效果。在卫星通信和卫星导航系统中，由于卫星姿态常常发生变化，收发天线均应该采用圆极化波天线，以保证通信链路在任何时刻均能够保持畅通。在移动通信和微波通信应用中，通常信号很衰弱，而且信号的电平会随机起伏变化。通过实验人们发现，信号电平随机变化的统计特性与电磁波的极化特性有关，两种极化方向相互正交的电磁波，其信号电平随机变化的统计特性不相关。根据这个原理，可以发射两种极化方向相互正交的电磁波，它们携带着同一信号，由于其信号电平随机变化的统计特性不相关，它们在接收点会相互补偿，从而保证接收电平持续稳定，这就是“极化分集”技术。3、光波的偏振特性光波也是一种电磁波，但是与一般电磁波不同的是，光波的极化方向是随机变化的，光学中将电磁波的极化特性称为偏振特性，一般的光波通常是无偏振特性的。为了获得偏振光，必须采取一些特殊的方法。最简单的方法是让无偏振光通过具有一定偏振特性的滤光片，只有偏振方向与偏振片的偏振方向一致的偏振光才能通过。光波的偏振特性同样也具有广泛的应用，立体电影就是利用了偏振光产生立体的效果。在拍摄立体电影时，使用两个相互垂直的偏振镜头从不同的角度取景，在放映时，观众需要佩带一副左右镜片偏振方向相互垂直的眼镜，就能够看到立体画面。具有一定偏振特性的偏振片在摄影中也获得了广泛的应用。由于太阳光经过大气散射后具有一定的偏振特性，调整加在照相机镜头前的偏振片，就可减弱蓝天的亮度，从而增加蓝天和白云的对比度，其效果比黄色滤光片更为显著。此外，由于光波通过雾气或着穿过玻璃后均会具有一定的偏振特性，因此使用偏振片进行摄影，可以消除雾气的散光及玻璃的反射光的影响，从而提高雾中景物和玻璃橱中物体的清晰度。偏振光在各向异性的介质中有很多特殊的性质，人体组织多数是各向异性的物质，在一些透明的组织中，这种各向异性的特点表现得更为明显。对于视网膜的偏振特性是研究最多的，视网膜的双折射主要来自于视网膜神经纤维层（RNFL），平行和垂直于RNFL的偏振反射光由于RNFL的双折射特性而具有相位差，也就是偏振光相位的延迟量，这一延迟量与RNFL的厚度成正比。偏振光的分析不同于其它常规的医学研究，需要应用大量工程、物理以及数学的方法和技术。最简单的分析工具是偏振片，通过两个偏振片（一个用来产生偏振光，一个用来检验偏振光）和一个功率计，就可以测量偏振面的旋转方向和角度。目前研究常用的分析工具不论是液晶图像偏振仪、穆勒矩阵图像偏光仪还是偏振地形图都是以这个模型为基础的。电磁兼容的应用当今世界处于高度的电子化和电气化，电磁场与电磁波发挥了重要作用，但是由此所带来的电磁污染也日益严重。电磁频谱资源渐渐紧张，各种电子和电气设备所产生的电磁辐射常常相互干扰，尤其是在一些空间狭窄的飞行器及舰船上情况更为严重。一架飞机通常需要十多副天线，一艘舰船会安装二十多副天线，这些天线占用了很宽的电磁波波段。各种频率的电磁波遍布于空间中，无孔不入。因此人们要能够适应在电磁环境中生存，而电子和电气设备也应能够在复杂的电磁环境中正常地运行。所谓“电磁兼容”是指电子和电气设备在一定的电磁环境下，能够正常工作的能力，与此同时，各种电子和电气设备自身所产生的电磁辐射不允许超过一定的限度，以免对外界产生影响。这就是所谓的电子和电气设备的“电磁抗扰”和“电磁干扰”的性能。电磁兼容问题已经形成了一门新兴的学科，吸引了很多学者对其进行研究和探讨。各国政府部门也为此成立了专门的机构，对电磁波的频谱资源，以及电子和电气设备加强管理，规定了各个波段电磁波的应用范围，各种电子电气设备的电磁兼容指标。中国无线电管理委员会专门负责频谱资源的管理和利用，而中国国家技术监督局负责制定电磁兼容标准。电磁兼容涉及到的问题很多，研究的领域可以大致分为两个方面：电磁干扰的来源和电磁干扰的防护。根据电磁干扰的传播途径，电磁干扰可以分为传导干扰和辐射干扰。前者是沿着导体传播的，后者是通过空间的电磁场耦合的。按照干扰的来源可以分为自然干扰和人为干扰。地球磁场、大气电场、大气雷电、宇宙射线以及太阳黑子所产生的电磁干扰都属于自然干扰，人为干扰则是指一切电子和电气设备以及核实验产生的电磁干扰。电磁干扰广泛存在，因此对于电磁干扰的防护十分重要，“切断”和“隔离”是防护电磁干扰的有力措施，例如良好的接地和电磁屏蔽是有效的电磁防护手段。但是对于传导干扰有时是很难切断的，例如通过电源线传播的电磁干扰是很难消除的。情报部门正是利用这条途径，从计算机的电源线中窃取电脑中存储的信息。电磁辐射与生物体之间的相互作用又形成了另一门学科——生物电磁学。这门学科研究电磁辐射对于人体、动物以及植物的影响，这种影响有利也有弊。人类在“电磁真空”的环境中将会出现异常，但是过强的电磁场对人体更是十分有害，尤其是大脑、眼球及睾丸等球状器官受损最重。微波波段的电磁波可能会引起神经系统、心血管系统及生殖系统发生功能性的变化。手机的电磁辐射对于人体的影响引起了世界各国关注，至今尚无定论。电磁兼容技术应用渗透于武器装备各个方面随着信息化武器装备的飞速发展，电磁兼容技术及其应用已渗透到武器装备建设及应用的各个方面。目前，电磁兼容技术在以下方面的发展趋势值得关注：电磁兼容性预测仿真技术。积极主动地预防电磁干扰和电磁兼容的设计方法，是现阶段电磁兼容研究的重要方法，是电磁兼容未来发展的主要方向。电磁兼容数字仿真是指以计算机技术为基础进行数学建模和仿真计算。20世纪80年代后期，已研制开发了多种电磁设计工具，用于分析处理总体设计中的电磁干扰问题。20世纪90年代，着重于电磁工程设计中的计算机图形技术、三维显像技术和电磁计算方法研究。电磁兼容性设计和控制技术。从单设备、单任务转向系统综合的考虑电磁兼容性设计，不断优化改进。电磁干扰控制技术也出现了一些新进展，提供了硬件解决办法。采用的干扰抑制装置包括时间和频率匿隐器、陷波器、干扰消除器等。另外一项重要技术，是使用雷达吸波材料以减少电磁干扰的影响雷达吸波材料具有接收射频能量的独特能力，使它特别适用于对邻近电磁系统的去耦和减少从结构物反射的电磁能量。当前还急需在电磁干扰的屏蔽滤波新材料、新工艺上获得突破。电磁兼容性试验和评估技术。电磁兼容技术发展离不开试验技术。电磁场对人员、武器装备、燃油的危害效应和抗核电磁脉冲效应试验等方面尤其令人关注。由于新型测量仪表、仪器设备的开发研制和新技术在电磁兼容标准中的应用，试验设备和设施体现出宽频带、高场强的特点。电磁兼容性试验技术逐渐向高速自动化、集成化、便携式方向发展。当前，军用装备尤其是电子设备其工作频段不断拓宽，为满足军用装备发展的需求，必须建立和推广相应的检测手段。电磁辐射危害及其防护技术。电磁辐射对人员、军械和燃油的危害，在武器系统中有其独特性。美国国防部尤其是海军在20世纪60年代就开始对这方面进行全面的研究，目前已形成一系列标准规范、设计准则、作业规程等。由于无线电技术的发展和电磁波的广泛应用，电磁波辐射对生物特别是对人体的影响，也成为社会公众关注的热点。近年来，在这一领域的研究获得了很大进展，形成了电磁辐照的标准。但目前电磁波对人员危害的场强限值、军械抗电磁辐射的安全系统评定方法、燃油安全距离等技术问题还有待于突破。电磁脉冲效应及其防护技术。雷电及核爆炸都会产生很强的电磁脉冲，尤其高空核爆炸产生的电磁能量可严重损坏敌方的指挥、控制、通信、情报系统，在军事上有着很大的价值，各国都在大力加强核电磁脉冲的研究，以提高武器系统在电磁武器、高空核爆炸打击下的生存能力。总之,高技术战争是处在复杂多变的电磁环境之中的，电磁兼容性是直接影响武器装备作战效能的重要因素，也是制约装备作战力发挥的关键技术。因此，开展战场电磁环境效应研究，加强武器装备电磁危害的防护，提高武器装备在未来战场的生命力，是至关重要的。导行波的应用根据材料和加工方式的不同，导波系统具有多种组成方式，分别用于不同的波段。双导线应用频率一般低于100MHz。根据镜像原理，可以认为通常的输电线与其对大地产生的镜像会组成双导线传输系统。同轴线的最大优点是频带宽，而且没有下限，还能够传输直流。但是同轴线的加工制造工艺较复杂，要保证内外导体严格处于同一轴线是很难的。当内外导体不在同一轴线时，会引起能量损耗的增加。同轴线通常分为硬、半硬以及软的三种类型。后两者一般又称为同轴电缆。软的同轴电缆通常用于远距离信息传输，例如有线电视及长途电话的远距离传送就是通过同轴电缆来实现的。微带传输线广泛地用于厘米和毫米波段的微波设备中。这样的微带电路称为微波集成电路，由它构成的器件通常分为无源和有源两种类型。例如微带滤波器和微带功率分离器就是无源器件，而微带放大器和微带混频器就是有源器件。金属波导的优点主要有损耗小，电磁屏蔽性能好，因此适用于远距离的微波传输设备中。矩形波导的应用范围较广，圆波导常用于微波仪表设备中，其损耗较小，此外，极化面不易旋转的椭圆波导也适用于微波远距离传输，例如微波中继站及卫星地面站的天线到机房之间通常采用椭圆波导。光纤具有最宽的传输频带，而且损耗小、质量轻、易弯曲，能够节约大量的金属材料。由于光纤不具有电磁屏蔽能力，因此必须封装在光缆中。光纤的使用频率是由损耗的大小决定的，位于长波段的低损耗窗口是1.33μm和1.55μm，位于短波段的低损耗窗口为0.85μm，目前常用的波长为1.55μm。早期光纤的损耗较大，现在已经降到0.2dB／km以下，最小的损耗已达0.02dB／km。远距离的光缆传输目前已经十分普及，能够用于传输大数据量的语音、图像及数据。雷达系统的原理和应用现代雷达大多数是微波雷达，利用微波工作的雷达可以使用尺寸较小的天线获得很窄的波束宽度，以获得关于被测目标性质的更多的信息。雷达不仅用于军事，也用于民用方面，如导航、气象探测、大地测量、工业检测和交通管制等。雷达检测和定位，是微波技术最有优势的应用。在运行中，发射机发出一个信号，信号的一部分被遥远的目标反射，然后被一个灵敏的接收机检测到。如果使用的是一个窄波束天线，则目标的方向就可由天线的位置准确地测出；目标的距离，由信号传到目标和被目标反射回来所使用的时间来决定，目标的径向速度也与返回信号的多普勒频移有关。雷达系统经常应用在如下的场合中：（1）公众应用：机场监视，海上导航，气象雷达，测量学，飞机着陆，夜间防盗，速度测量（警戒雷达），测绘等。（2）军事应用：空间和海事导航，飞机、导弹、空间飞行器的检测和跟踪，导弹的精确制导导弹和火炮的点火控制，武器保险、侦察等。（3）科学应用：天文学，绘图和成像，精密距离测量，自然资源遥感等。微波炉的原理和应用就一般消费者而言，术语“微波”就意味着使微波炉，很多家庭用它加热食品；工业和医药应用中也常使用微波加热。如图所示，微波炉是一种相当简单的系统，由高功率源、波导馈线和炉腔所成。源一般是工作在2.45GHz的磁控管，它的输出功率通常在500-1500W之间。炉腔具有金属壁，其电气尺寸相对较大，为了减小由于炉子内存在驻波所引起的不均匀加热，用一种“模扰动器”扰乱腔内场分布，这种“模扰动器”是一种金属风扇叶片，食品放在随电机旋转的大浅盘上。微波加热时，食品的内部先得到热量。出现这种现象的原因在于水分子的谐振和具有大损耗正切材料的损耗。一种有趣的事实是很多食物的损耗正切，随着温度的增加而下降，以使微波加热在某种程度上具有自我调节功能。与通常的烹调比较，微波烹调会给出极快并更均匀的食品加热。微波炉的效率定义为食品中热量的功率对微波炉功率的比值，一般小于50%；但是，这个数值通常大于普通炉子的烹调效率。设计微波炉时最要紧的是安全问题。由于使用很高微波功率源，泄漏的电平必须很小，以避免用户暴露在有害的辐射中。因此，磁控管、馈给波导和炉腔，都必须仔细地屏蔽，并要特别注意微波炉门的要求；除了要求实现精密仪器的机械公差外，门周围的联接通常使用RF吸收材料和一个扼流法兰盘，以使微波的泄漏降低到可允许的电平。参考文献：1、网络资源2、时振栋，《电磁波的应用》……3、杨儒贵，《电磁场与电磁波学习指导书》……',)