《電磁場與天線》PPT課件.pptVIP

Welcome to,Electromagnetic Field Theory and Antenna,電磁場理論與天線,主講：張文梅,Electromagnetic Field Theory and Antenna,物電學院通信研究室,電磁波譜 Electromagnetic Spectrum,緒 論,Introduction,按波長分：宇宙射線，射線，X射線，紫外線，可見光，紅外線（反射紅外，熱紅外，微波），無線電波和長波， 不僅無線電波是電磁波，光、X射線、射線也都是電磁波。,可見光: visible light 無線電波: radio waves 微波: microwaves 紅外: infrared light 紫外: ultraviolet light X-射線: X-rays -射線: -rays,電磁波是一個大家族,無線電波是振蕩電路中自由電子的運動產(chǎn)生的； 紅外線、可見光和紫外線是原子的外層受到激發(fā)后產(chǎn)生的； X射線是原子內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的； 射線是原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的。,各種電磁波的產(chǎn)生機理不同,在不同的電磁波段，可以使用不同的波長單位，如埃( )、納米（nm）、微米（m）、毫米（mm）、米（m）等。有時還使用另外兩個與波長相關(guān)的計量單位：波數(shù) (單位為cm-1)和頻率V（單位為赫茲）。,表示,光波的頻率比無線電波的頻率要高很多，光波的波長比無線電波的波長短很多；而X射線和射線的頻率則更高，波長則更短。,不同頻率的電磁波在傳輸過程中具有不同的特性 波長越長，繞射能力越強，穿透能力越強,它們的區(qū)別在于頻率或波長有很大差別,一、課程的性質(zhì)和任務(wù),“電磁場與電磁波”是高等學校電子信息類及電氣信息類專業(yè)本科生必修的一門技術(shù)基礎(chǔ)課; 課程涵蓋的內(nèi)容:是合格的電子、通信、電氣、遙測遙感、信息類專業(yè)本科學生所應(yīng)具備的知識結(jié)構(gòu)的重要組成部分。 電磁場與電磁波基本理論又是一些交叉學科的生長點和新興邊緣學科發(fā)展的基礎(chǔ)， 而且對完善自身素質(zhì)，增強適應(yīng)能力和創(chuàng)造能力長遠地發(fā)揮作用。,本課程將在“大學物理（電磁學）”的基礎(chǔ)上，進一步研究宏觀電磁現(xiàn)象和電磁過程的基本規(guī)律及其分析計算方法。 通過課程的學習，掌握基本的宏觀電磁理論，具備分析和解決基本的電磁場工程問題的能力。,二、電磁場理論發(fā)展歷史,定性觀察電現(xiàn)象、磁現(xiàn)象,電磁場理論發(fā)展中的重大事件：,庫侖定律（電荷相互作用力規(guī)律）,1820：電流磁效應(yīng)（奧斯特） 安培力定律（安培）,1831：電磁感應(yīng)（法拉第）,1864：位移電流假說，麥克斯韋方程組 （麥克斯韋方程）,1888：試驗證明電磁波存在（赫茲）,三、電磁波的傳播過程,當今世界，電子信息系統(tǒng)，不論是通信、雷達、廣播、電視，還是導航、遙控遙測，都是通過電磁波傳遞信息來進行工作的。因此以宏觀電磁理論為基礎(chǔ)，電磁信息的傳輸和轉(zhuǎn)換為核心的電磁場與電磁波工程技術(shù)將充分發(fā)揮其重要作用。下面以無線電通信系統(tǒng)為例來說明。,發(fā)射機末級回路產(chǎn)生的高頻振蕩電流經(jīng)過饋線送到發(fā)射天線，通過發(fā)射天線將其轉(zhuǎn)換成電磁波輻射出去；到了接收端，電磁波在接收天線上感生高頻振蕩電流，再經(jīng)饋線將高頻振蕩電流送到接收機輸入回路，這就完成了信息的傳遞。在這個過程中，經(jīng)歷了電磁波的傳輸、發(fā)射、傳播、接收等過程。 傳輸導行電磁波 發(fā)射和接收天線 傳播入射、反射、透射、繞射,饋線,四、電磁波的應(yīng)用,THz電磁波產(chǎn)生與應(yīng)用 電磁波在醫(yī)療上的應(yīng)用 電磁高速公路 微帶線 RFID,微波爐 電磁爐 隱形飛機 電磁式生物芯片 無線通信,電磁兼容 隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，電子、電氣系統(tǒng)獲得越來越廣泛的應(yīng)用。運行中的電子、電氣設(shè)備大多伴隨著電磁能量的轉(zhuǎn)換，使得高密度、寬頻譜的電磁信息充滿整個人類的生存空間，構(gòu)成極其復雜的電磁環(huán)境，出現(xiàn)了電磁干擾和電磁污染。使電子系統(tǒng)受到嚴峻的挑戰(zhàn)，人類生存受到威脅。人們面臨的一個新問題就是如何提高電子系統(tǒng)在復雜電磁環(huán)境下正常運行的能力，如何改善人類生存環(huán)境。 在這樣的背景下提出了電磁兼容的概念，逐漸形成了一門新學科電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility,簡寫為EMC）。電子系統(tǒng)的電磁兼容性的分析、計算、試驗都要用到大量的電磁場理論知識，應(yīng)用到電路的基礎(chǔ)知識，甚至生物醫(yī)學知識?？梢哉f，電磁兼容學科是電磁場學科和其他相關(guān)學科相結(jié)合而形成的新學科。,五、本課程知識結(jié)構(gòu)體系,電磁場與 天線,靜態(tài)場,靜電場 （第三章）,恒定電流場,時變場,時變場基本性質(zhì) （第六章） 無界空間中的電磁波 （第六章） 有界空間中的電磁波 （第七章）,電磁波的產(chǎn)生基本理論天線 （第八章）,恒定電場,恒定磁場,靜態(tài)場邊值問題 （第五章）,電磁場的基本方程 （第二章）,(第四章),學 時 安 排,矢量分析：6 電磁場的基本方程 8 靜電場：7 恒定電流場：8,靜電場邊值問題：8 時變電磁場平面電磁波：12 電磁波的反射折射：8 電磁輻射：7,（總學時72：講授64，機動8）,考 核,平時成績( 30)期末考試成績（ 70） 平時成績:專題研究15到課率(5)作業(yè)(10),專題研究：提交一篇5000字以上的專題研究論文,研究專題,EM與日常生活 EM與現(xiàn)代科技 EM與前沿科技 EM與人，人與EM 電磁與環(huán)境,參 考書目,曹偉 ，徐立勤等，電磁場與電磁波理論 ，北京郵電大學出版社，2002。 謝處方,饒克謹. 電磁場與電磁波. 第三版. 北京: 高等教育出版社, 1999 倪光正. 工程電磁場原理. 北京: 高等教育出版社, 2002 Kraus J D, Fleisch D A. Electromagnetics with Applications. 5th. New York: McGraw-Hill, 1999 影印版: Kraus J D, Fleisch D A. Electromagnetics with Applications. 電磁學及其應(yīng)用. 北京：清華大學出版社. New York: McGraw-Hill, 2001 陳抗生. 微波與光波導技術(shù)教程. 杭州: 浙江大學出版社, 2000,電磁爐 Electromagnetic Oven,電磁爐是采用磁場感應(yīng)渦流加熱原理，利用電流通過線圈產(chǎn)生磁場 當磁場內(nèi)之磁力線通過金屬器皿的底部時即會產(chǎn)生無數(shù)小渦流，使器皿本身自行高速發(fā)熱 再加熱于器皿內(nèi)的食物。 其神奇之處就在于爐面的陶瓷表面不會發(fā)熱，而鍋具自行發(fā)熱，并煮食鍋內(nèi)食物。其最高溫度高達240度。,基本原理,電磁爐的熱效率極高，煮食時安全、潔凈、無火、無煙、無廢氣、不怕風吹、不會爆炸或引致氣體中毒。 當磁場內(nèi)的磁力線通過非金屬物休，不會產(chǎn)生渦流，故不會產(chǎn)生熱力。爐面和人都是非金屬物體，本身不會發(fā)熱，因此沒有被電磁爐燒傷的危險，安全可靠。,特點,藍牙技術(shù) Blue-tooth Technology,藍牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，它以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動設(shè)備通信環(huán)境建立一個特別連接。其程序?qū)懺谝粋€9 x 9 mm的微芯片中。 例如，如果把藍牙技術(shù)引入到移動電話和膝上型電腦中，就可以去掉移動電話與膝上型電腦之間的令人討厭的連接電纜而而通過無線使其建立通信。打印機、PDA、桌上型電腦、傳真機、鍵盤、游戲操縱桿以及所有其它的數(shù)字設(shè)備都可以成為藍牙系統(tǒng)的一部分。除此之外，藍牙無線技術(shù)還為已存在的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和外設(shè)提供通用接口以組建一個遠離固定網(wǎng)絡(luò)的個人特別連接設(shè)備群。,藍牙技術(shù),藍牙工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工業(yè)、科學、醫(yī)學）頻 段。 藍牙的數(shù)據(jù)速率為1Mb/s。 時分雙工傳輸方案被用來實現(xiàn)全 雙工傳輸。 編碼：ISM頻帶是對所有無線電系統(tǒng)都開放的頻帶，因此 使用其中的某個頻段都會遇到不可預測的干擾源。 例如某些家電、無繩電話、汽車房開門器、微波爐等等，都可 能是干擾。為此，藍牙特別設(shè)計了快速確認和跳頻方案以確保 鏈路穩(wěn)定。跳頻技術(shù)是把頻帶分成若干個跳頻信道（hop channel），在一次連接中，無線電收發(fā)器按一定的碼序列 （即一定的規(guī)律，技術(shù)上叫做“偽隨機碼”，就是“假”的隨機碼）,藍牙技術(shù),不斷地從一個信道“跳“到另一個信道，只有收發(fā)雙方是按這個規(guī)律進行通信的，而其他的干擾不可能按同樣的規(guī)律進行干擾；跳頻的瞬時帶寬是很窄的，但通過擴展頻譜技術(shù)使這個窄帶寬成百倍地擴展成寬頻帶，使干擾可能的影響變成很小。 與其它工作在相同頻段的系統(tǒng)相比，藍牙跳頻更快，數(shù)據(jù)包更短，這使藍牙比其它系統(tǒng)都更穩(wěn)定。,電磁波在醫(yī)療上的應(yīng)用,電磁輻射的分類： 一類是天然電磁輻射，如雷電、火山噴發(fā)、地震和太陽黑子活動引起的磁暴等，除對電氣設(shè)備、飛機、建筑物等可能造成直接破壞外，還會在廣大地區(qū)產(chǎn)生嚴重電磁干擾。 另一類是人工電磁輻射，主要是微波設(shè)備產(chǎn)生的輻射，微波輻射能使人體組織溫度升高，嚴重時造成植物神經(jīng)功能紊亂。 但是對電磁輻射，要正確認識，而且要科學防護。事實上，電磁波也如同大氣和水資源一樣，只有當人們規(guī)劃、使用不當時才會造成危害。一定量的輻射對人體是有益的，醫(yī)療上的烤電、理療等方法都是利用適量電磁波來達到治病健身的目的。,生物電磁場保健 激光治療 微波治療 電磁波消毒 電磁刀,生物電磁場保健,將人體置于姜氏場導艙內(nèi)接受載有青春信息的植物幼苗發(fā)射的生物電磁波。,？植物幼苗電磁波有助于紅細胞功能的發(fā)揮，促進機體新陳代謝，增加青春活力，提高性功能，增強免疫力， 從而對人體發(fā)揮返老還青和醫(yī)療保健作用。,人體紅細胞膜的滲透脆性降低，韌性增強； 甲狀腺素、 性激素分泌增加； 免疫功能提高； 腎上腺皮質(zhì)激素分泌無明顯變化。,激光治療,激光是60年代初出現(xiàn)的一種新光源。 已廣泛應(yīng)用于國防、農(nóng)業(yè)、衛(wèi)生醫(yī)療和科學研究，也是治療腫瘤的一種新方法。 用它既能切割組織，又能同時止血，能使腫瘤組織迅速氣化和霧化，從而使腫瘤在瞬間消失。 激光對組織具有熱、壓、光和電磁場效應(yīng)的作用。,1、熱效應(yīng)：激光能使腫瘤組織在幾秒種的短時間內(nèi)，局部溫度高達200-1000攝氏度，使其變性、凝固壞死，繼而氣化消失。 2、壓力效應(yīng)：激光本身的光壓和由高熱導致的組織膨脹引起的二次沖擊波，加深了腫瘤組織破壞。 3、光效應(yīng)：激光被腫瘤組織吸收后，可增強熱效應(yīng)，使腫瘤組織被破壞。 4、電磁場效應(yīng)：激光是一種電磁波。能產(chǎn)生電磁場，可使腫瘤組織離化、核分解而被破壞死亡，如有殘癌也可自行消退，這可能與免疫有關(guān)。激光制造成激光器、激光手術(shù)刀用于治療體表腫瘤，眼耳鼻咽喉腫瘤、神經(jīng)腫瘤等,激光的幾種效應(yīng),EMF系統(tǒng),EMF系統(tǒng)是由（株）日本MDM公司開發(fā)研究生產(chǎn)的新一代腦外科手術(shù)器械。根據(jù)其作用原理，我們俗稱之為“電磁刀”。 EMF系統(tǒng)利用高頻電磁能對機體組織進行汽化，切割和凝固。 特點 因該系統(tǒng)外周圍優(yōu)良組織的熱損傷小且不需要對極板，因此尤其使用于腦外等精密外科。對硬性及深部微小腦瘤的去除極為有效。,EMF系統(tǒng)與常規(guī)的電刀相比，在原理和設(shè)計上都有很大區(qū)別。 EMF系統(tǒng)用于汽化，切割和凝固的輸出功率很?。?9W以下），為一般電刀所不及。 不需要對極板這一特點使單極手術(shù)刀用于腦外手術(shù)成為可能。沒有燒傷感電和破壞神經(jīng)系統(tǒng)的危險，安全性高，使用方便。 與激光刀相比，不需要眼球保護鏡和其它保護附件，操作時對患者和醫(yī)生均無危害。手術(shù)時與患部直接接觸，醫(yī)生可以靈活掌握調(diào)節(jié)。 與超聲波刀相比，EMF系統(tǒng)對于硬化深部微小腫瘤的汽化治療效果尤為顯著。HandPiece非常輕便且呈彎曲狀，使視野不受影響，并有利于長時間手術(shù)。刀頭部分可以任意彎曲，適用于各種手術(shù)需要,特點,微波治療,微波是指波長在毫米至米范圍內(nèi)的非電離輻射高頻電磁波。年代后期微波技術(shù)在醫(yī)療上得到應(yīng)用。 微波治療有種： 一是大劑量高熱治療腫瘤，能抑制腫瘤細胞的蛋白質(zhì)合成，降低腫瘤細胞分裂速度，增強化療、放療效果； 二是用于局部生物體組織的凝固治療，具有不炭化、不產(chǎn)生煙霧的特點； 三是小劑量的溫熱治療，可以解痙、止痛、消炎并促進傷口恢復等。,電磁波消毒,利用電磁波的場效應(yīng)和熱效應(yīng)，在5l0分鐘內(nèi)能迅速達到國家衛(wèi)生部規(guī)定的消毒要求，對成捆、成扎的紙幣、成疊的毛巾、醫(yī)療器械具有穿透力強，無殘留藥毒性的消毒特點，是當今消毒領(lǐng)域的新突破,電磁式生物芯片,作為最近幾年在生命科學研究領(lǐng)域嶄露頭角的一項新技術(shù)，生物芯片技術(shù)是隨著人類基因組研究的深入在年代初期應(yīng)運而生的。近年來，這一技術(shù)顯示出強勁的發(fā)展勢頭。 生物芯片技術(shù)通過像集成電路制作過程中半導體光刻加工那樣的縮微技術(shù)，將現(xiàn)在生命科學研究中許多不連續(xù)的、離散的分析過程，如樣品制備、化學反應(yīng)和定性、定量檢測等手段集成于指甲蓋大小的硅芯片或玻璃芯片上，使這些分析過程連續(xù)化和微型化。也就是說，將現(xiàn)在需要幾間實驗室、檢驗室完成的技術(shù)，制作成具有不同用途的便攜式生化分析儀，使生物學分析過程全自動化、分析速度成千上萬倍地提高，所需樣品及化學試劑則成千上萬倍地減少。 生物芯片可以用于基因測序、藥物篩選、基因突變檢測和基因表達等。 生物芯片的分析對象可以是核酸、蛋白質(zhì)、細胞、組織等。,電磁式生物芯片,生物芯片技術(shù)將給世紀生命科學和醫(yī)學研究帶來一場革命。 用它制作的“微機”必將代替人類進行復雜的檢驗工作。在不遠的將來，用生物芯片制作的微縮分析儀將廣泛地應(yīng)用于分子生物學、醫(yī)學基礎(chǔ)研究、臨床診斷治療、新藥開發(fā)、司法鑒定、食品衛(wèi)生監(jiān)督、生物武器戰(zhàn)爭等領(lǐng)域。 這些儀器的出現(xiàn)，將會給分子生物學、疾病診斷和治療、新藥開發(fā)、生物武器戰(zhàn)爭、司法鑒定、食品衛(wèi)生監(jiān)督等領(lǐng)域帶來一場革命。 電磁式生物芯片有效地將電場和磁場的作用結(jié)合在一起，通過計算機可控制芯片上任意一點發(fā)生的生化反應(yīng)，這些生物芯片將來可能被安裝到有關(guān)檢測儀器上，或者像光盤一樣被放入計算機，數(shù)分鐘之內(nèi)，就可以對一個人進行早期診斷。,微波爐,原理：極性分子接受微波輻射的能量后，通過分子偶極的每秒數(shù)十億次的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生熱效應(yīng)，這種加熱方式稱為內(nèi)加熱（相對地，把普通熱傳導和熱對流的加熱過程稱為外加熱）。 特點：與外加熱方式相比，內(nèi)加熱具有加熱速度快、受熱體系溫度均勻等特點。近年研究發(fā)現(xiàn)，在萃取加工和有機化學反應(yīng)等方面，微波輻射技術(shù)均顯示出其無與倫比的優(yōu)越性。 由于微波的頻率與分子轉(zhuǎn)動的頻率相關(guān)連，所以微波能是一種由離子遷移和偶極子轉(zhuǎn)動 引起分子運動的非離子化輻射能。當它作用于分子上時，促進了分子的轉(zhuǎn)動運動，分子若此時 具有一定的極性，便在微波電磁場作用下產(chǎn)生瞬時極化，并以.億次的速度做極性 變換運動，從而產(chǎn)生鍵的振動、撕裂和粒子之間的相互摩擦、碰撞，促進分子活性部分（極性 部分）更好地接觸和反應(yīng)，同時迅速生成大量的熱能。,隱形飛機,隱形飛機決不是指飛機將自己的形體隱藏起來，讓我們看不見它，而是說它可以使雷達“看不到”它。 原理：我們知道雷達會發(fā)出高頻電磁波射到物體上。物體把這個電磁波向各個方向反射，當然也有一部分反射回發(fā)射點（雷達），在雷達處再設(shè)一個接收裝置就可接收到回波。我們就是根據(jù)回波發(fā)現(xiàn)物體的。 飛機達到隱形效果的關(guān)鍵，在于采用隱形材料和隱形設(shè)計，盡量把雷達波束吸收掉，或者向偏離原雷達的方向反射。這樣飛機就不容易被雷達探測到，但是并不是說這種飛機對于雷達就是不可見的。如果把飛機的外表面制成由一些平面組成，則這些平面反射電磁波就不是四面八方的了，而是像平面鏡反射光線一樣只朝著有限的幾個方向反射，這樣就不見得有反射波被雷達接收到，從而達到了不被雷達發(fā)現(xiàn)的目的。,微帶線,一般的傳輸線由兩個或兩個以上的導體組成，用來傳橫電磁波（TEM波），常見的傳輸線有雙線、同軸線、帶狀線和微帶線等。其中，微帶線是最普遍使用的平面?zhèn)鬏斁€之一，微帶線可以用光刻工藝制作，并且易于與其它無源和有源器件集成，因此被廣泛應(yīng)用于印刷電路板中。,THz電磁波產(chǎn)生與應(yīng)用,產(chǎn)生：用超短激光脈沖觸發(fā)光電導開關(guān)可產(chǎn)生頻帶寬度達1012Hz的電磁輻射，也被稱為THz射線。 應(yīng)用：THz超寬帶電磁脈沖的獨特性能給通信、雷達、電子對抗、電磁武器、天文學、醫(yī)學成像、無損檢測、安全檢查等領(lǐng)域帶來了深遠影響。 研究涉及超短脈沖激光技術(shù)、微電子技術(shù)、光學工程、光電材料、超高速電子學、信號傳輸與處理等學科領(lǐng)域。,核心：高功率THz超寬頻帶光電導開關(guān)微波源作為核心部件幾乎涉及信息產(chǎn)業(yè)的所有應(yīng)用領(lǐng)域。 研究內(nèi)容： (1)產(chǎn)生：用光導電方法產(chǎn)生THz電磁波； (2)發(fā)射：用光電導偶極天線、一體化寬帶天線發(fā)射THz電磁波； (3)監(jiān)測：用電光取樣方法檢測THz電磁波的瞬間電場和時間波形。 THz技術(shù)的應(yīng)用仍然在不斷的開發(fā)研究中，其廣袤的科學前景為世界公認,THz成像技術(shù)： 利用THz時域光譜技術(shù)可以直接測量THz電磁脈沖所產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁場，可以直接測得樣品的介電常數(shù)。 而且由于THz電磁波的強透射能力和低輻射能量（對人體完全無害），THz成像技術(shù)可以用來檢驗食品新鮮度，替代醫(yī)療X射線透視儀、CT，以及用于機場安全檢查和炭疽均等生化武器檢查等等。,生物化學技術(shù)領(lǐng)域：,許多生物大分子的轉(zhuǎn)動吸收譜處于THz頻段,利用對生化反應(yīng)THz吸收譜的研究可以得到反應(yīng)中的分子運動狀況信息。對于進一步研究生化反應(yīng)提供了有力的手段。,天文學：,炭、水、一氧化碳、氮、氧等等大量的分子可以在THz頻段進行探測。 而這些物質(zhì)在應(yīng)用THz技術(shù)以前一部分根本無法探測而另一部分只能在海拔很高或者月球表面才可以探測到。,在宇宙中，大量的物質(zhì)在發(fā)出THz電磁波,通信技術(shù)： THz用于通信可以獲得10GB/s的無線傳輸速度，這比當前的超寬帶技術(shù)快幾百至一千多倍， 極高的帶寬進行高保密衛(wèi)星通信；與可見光和紅外線相比，它同時具有極高的方向性以及較強的云霧穿透能力。 雖然由于缺乏高效的THz發(fā)射天線和源，使其還無法在通信領(lǐng)域商業(yè)化，但這必將由新型的發(fā)射裝置和發(fā)射源所解決,電磁高速公路,高速公路是交通發(fā)展的重要途徑。但高速公路上的車禍仍在威脅著駕車人士的生命安全。有沒有一種既高速又安全、徹底杜絕車禍的公路呢? 利用智能管理系統(tǒng)，公路交通暢通無阻，沒有交通堵塞和車禍。據(jù)稱，該路段將與普通公路分開，車輛以1020輛為一組，分組分批行駛。,電磁高速公路采用的高精尖技術(shù),在柏油路面下每隔1.2米埋設(shè)專用磁鐵，負責行駛車輛與電腦系統(tǒng)之間的信息傳遞； 在車輛的前后保險杠上配置磁性傳感器，接收地面專用磁鐵的信息反饋； 車輛行駛由電腦和傳感器監(jiān)控，交通信息通過車輛和路面電腦系統(tǒng)交流； 沿路布設(shè)傳感器、電腦導航系統(tǒng)及攝像機； 用專用電腦控制汽車剎車、油門和轉(zhuǎn)向； 用雷達控制車距，最小距離可達3.95米； 在汽車駛進特定路口時，電腦導航系統(tǒng)會顯示清晰的道路圖，指示駕車者現(xiàn)時的位置，以及前往各方向的最佳路線。,無線通信的應(yīng)用領(lǐng)域,移動通信 微波通信 衛(wèi)星通信 固定無線接入 無線尋呼 無繩電話 無線光通信,無線通信的發(fā)展趨勢之一,移動通信從3G逐步邁向4G,移動通信經(jīng)歷了第一代和第二代，完成了從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的過渡，現(xiàn)正在向第三代（3G）過渡，并將走向更遠的第四代（4G）。在此進程中，移動通信正逐步從窄帶向?qū)拵н~進。,3G定位于多媒體IP業(yè)務(wù)，傳輸容量更大，靈活性更高，形成了世界標準，并將引入新的商業(yè)模式。2007年以后將進入發(fā)展階段，3G將逐步成為市場上的主導產(chǎn)品和真正的全球系統(tǒng)。,在3G大規(guī)模商用以后，多媒體服務(wù)與應(yīng)用將廣泛使用起來。隨之，3G在速率、服務(wù)質(zhì)量（QoS）、無縫傳輸?shù)确矫娴木窒扌砸矊⑷找骘@現(xiàn)，勢必需要帶寬更寬的無線系統(tǒng)。因此，移動通信的下一步必定是走向容量更大、速率更高的4G。4G將使用更高的頻帶，使傳輸容量再上一個臺階。在不同網(wǎng)絡(luò)間可提供無縫服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)可以自行組織，終端可以重新配置和隨身佩帶，是一個包括衛(wèi)星通信在內(nèi)的端到端IP系統(tǒng)，與其它技術(shù)共享一個IP核心網(wǎng),無線通信的發(fā)展趨勢之二,無線局域網(wǎng)發(fā)展勢頭正勁,無線局域網(wǎng)技術(shù)WLAN（WiFi），其技術(shù)標準為802.11，可實現(xiàn)十幾兆至幾十兆的無線接入。我國目前發(fā)展的主要是802.11b標準的WLAN網(wǎng)絡(luò)，支持11Mbps的無線接入。作為近年來的一項新技術(shù)，WLAN在歐美等國快速發(fā)展，在我國近兩年也得到了幾大運營商的追捧。,隨著技術(shù)的進一步成熟，WLAN技術(shù)將在特定的區(qū)域和范圍，特別是熱點區(qū)域和高速信息接入領(lǐng)域，發(fā)揮對移動通信網(wǎng)絡(luò)的重要補充作用。3G網(wǎng)絡(luò)商用后，WLAN將成為彌補3G固定區(qū)域高速覆蓋的不足?？傮w來看，WLAN具有很強的生命力，但其在運營領(lǐng)域的發(fā)展速度估計會低于過去的預期。,無線通信的發(fā)展趨勢之三,-固定無線接入受到越來越多關(guān)注,固定無線接入（FWA）是接入網(wǎng)的解決方案之一，它具有建設(shè)速度快、維護簡單、相對成本較低等特點。從頻譜劃分來看，地面寬帶固定無線接入包括工作于高頻段的LMDS（本地多點分配業(yè)務(wù)）系統(tǒng)和低頻段的MMDS（多點多信道分配系統(tǒng)）,LMDS 以27.5GHz29.5GHz最為集中。MMDS系統(tǒng)相當于較低頻段上（包括3.5GHz、5.8GHz等）的LMDS，設(shè)備比較成熟，成本更低。,無線通信的發(fā)展趨勢之四,超寬帶無線接入技術(shù)UWB,UWB是一種時域通信技術(shù)，它采用超短周期脈沖進行調(diào)制，把信號直接按照0或1發(fā)送出去，而不使用載波，這與此前的無線通信截然不同。脈沖調(diào)制產(chǎn)生的信號為超寬帶信號，譜密度極低，信號的中心頻率在650MHz5GHz之間，平均功率為亞毫瓦量級，抗干擾和多徑的能力強，具有多個可利用信道。與CDMA系統(tǒng)相比，時域通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本相對較低。UWB技術(shù)具有高速率、低成本、低功耗的顯著特性。 UWB最引人注目的特點是具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，有公司預測，他們即將開發(fā)出的產(chǎn)品具有在10米內(nèi)傳輸約100Mbps的能力，Intel則把目標定在了500Mbps 。 UWB技術(shù)，以其獨特的速率鋒芒以及特殊的應(yīng)用范圍，也將在無線通信領(lǐng)域占據(jù)一席之地。由于其高速、窄覆蓋的特點，它很適合組建家庭的高速信息網(wǎng)絡(luò)。它對藍牙技術(shù)具有一定的沖擊，但對當前的移動技術(shù)、WLAN等技術(shù)的威脅不大，甚至可以成為其良好的能力補充。,無線通信的發(fā)展趨勢之五,自由空間光系統(tǒng)正步入實際應(yīng)用,特點： FSO系統(tǒng)設(shè)備比較小巧，采用了先進的激光器、放大器和接收器，它可以安置在普通住宅房頂上、辦公室的窗戶上，或是其他任何合適地點。 FSO透過自由空間便能安全有效地傳送話音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)，其可提供的帶寬高達1Gbit/s以上，可以在一些受地理環(huán)境或成本因素影響而不能鋪設(shè)光纖網(wǎng)的地區(qū)使用，如大城市的一些區(qū)域或校園等。,自由空間光系統(tǒng)（FSO）是光纖通信與無線通信的結(jié)合，它通過大氣而不是光纖傳送光信號。,與光纖線路相比，F(xiàn)SO系統(tǒng)不僅安裝時間少得多，成本也低得多，大約是光纖到大樓成本的1/10至1/3。,但像固定無線接入一樣，F(xiàn)SO易受霧衰等氣象因素的影響。此外，F(xiàn)SO還存在傳輸距離短、小鳥阻擋、大樓漂移等問題，但這些問題正在克服之中。,無線通信的發(fā)展趨勢之六,其他,寬帶衛(wèi)星通信和平流層通信系統(tǒng)在21世紀也必將占有一席之地。 未來一個時期，我們肯定會看到一個五