电磁波的应用论文开题报告

从科学的角度来说，电磁波是能量的一种，凡是能够释出能量的物体，都会释出电磁波。

电与磁可以说是一体两面，变动的电会产生磁，变动的磁则会产生电。电磁的变动就如同微风轻拂水面产生的水波一般，因此被称为电磁波，而其每秒钟变动的次数便是频率。当电磁波频率低时，主要藉由有形的导电体才能传递；当频率渐提高时，电磁波就会外溢到导体之外，不需要介质也能向外传递能量，这就是一种辐射。

举例来说，太阳与地球之间的距离非常遥远，但在户外时，我们仍然能感受到太阳的光与热，这就好比是“电磁辐射藉由辐射现象传递能量”的原理一样。

1820年，Hans Oerstad 发现，电流流经导线时，会使导线附近的磁针发生偏转。发现了电流流经导线时，导线周围存在磁场效应与变化。

1865年电磁波理论提出。

1899年，马可尼用他的仪器证明了电磁波确实可以远距离传输——在英吉利海峡的彼岸接收到了他发射的电磁波信号！

1901年，马可尼再次将无线电信息成功地穿越大西洋（从英国到加拿大），1910年从爱尔兰传到了阿根廷。

时间到了1969年，在这一年的7月人类首次成功在月球表面登陆，在整个登月过程中，阿波罗11号飞行器全程使用无线电磁波与地面基地进行通信。

十年后的1979年日本NTT部署了全球第一个通信标准的网络（1G网络），1G网络把人说话的声音叠加在无线电载波上，这种信号被称为模拟信号。模拟信号只能传输一些小数据量的简单信息。

1991年进入2G时代，模拟信号被0和1组成的数字信号取代。回顾 历史 我们发现电磁波通信技术在人类 社会 进程中起着巨大的推动作用。

无线电信号数字化后，使传输信息量出现明显的提升，在商用市场中出现了空前的应用需求与产品缺口。

正是在这种市场需求的背景下，泽耀推出了覆盖多频段，多功率等级的无线数传模块与电台。

其中频段包含了169MHz、230 MHz、315 MHz、433 MHz、470 MHz、490 MHz、868 MHz、915 MHz以及频段。其中功率等级有1 mW、5 mW、10 mW、20 mW、50 mW、100 mW、200 mW、500 mW、1000 mW、2000 mW、5000 mW。

应用于无人机遥感、化工业数据检测，自动化工业生产、智慧农业灌溉、智慧交通、智能家电、智慧消防、数控机床遥遥感、水利检测感等各行各业，源源不断的为国家的经济建设提供动力输出。

注释：以上所有对应发射功率都为该频段该型号模块默认最大发射功率，每个模块都可以实现不同程度的功率回调。

不同频段与不同发射功率等级的数传模块都存在着不同的特性。

低频段电波绕射能力较强，高频段电波穿透能力较强 ，频率越高它的信号衰落越大，频率越高波长越短穿透作用越强。（波粒二象性：波长越短，能量越大，穿透能力越强） 对于电磁波，高频电波波长短绕射能力弱传输距离近。

无线电技术的原理在于， 导体中电流强弱的改变会产生无线电波 。

利用这一现象，通过调制可将信息加载于无线电波之上。当电波通过空间传播到达收信端，电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。 通过解调将信息从电流变化中提取出来，就达到了信息传递的目的。频率越高波长越短饶射（衍射效果）能力越弱，但穿透能力（不变方向）越强，信号穿透会损失很大能量，所以传输距离就可能越近，频率越高在传播过程的损耗越大。 但高频信号本身携带的能量很高，具有很强的穿透能力，比如当无线电波频率很高时，它会穿透电离层，不会在电离层形成反射。频率高带宽就宽，带宽变宽速率就快，速率快传送的信息量就大， 频率高的波适合直线传播穿透能力比较强 。

相反低频在应用时带宽较窄，带宽变窄速率就慢，速率慢传送信息量就小。 低频波适合用于远距离传播，衍射能力比较强 。

抗干扰能力与频段的高低没有直接关系，任何频段都可以出现不同程度的同频或者临频干扰。

在大量的测试和实际应用中我们总结出500Mhz以下频段能更好地适用于远距离传输和障碍物之间的传输。而高频段如因为它的高带宽特性，在应对较大信息量传输时有着相对的优势。在相同频点上我们需要增加传输距离与稳定性，最简单直接的方法就是增加发射机的功率或者接收机的接收灵敏度。

对地球磁场起源的探索，早在公元1600年前后就已经开始了，其主要假说有永磁体说、电流说、压电效应说、温差电效应说、发电机理论等，其中永磁体说被实验否定，电流说由于电阻问题而被人们放弃，压电效应说由于现实中的压电效应本身没有涉及温度的影响，其实验值都是在常温下获得的，据此推出的磁场强度微不足道而被人们抛弃，发电机理论由于不能说明南北磁极翻转而受到质疑。那么，地球的磁场是如何产生的呢？ 只有存在运动电荷或电流才能产生磁场，因此，地球磁场应该与地球内部的带电结构有关。但是，地球磁场的南北磁极还存在着一种小范围的低速运动，这种运动表明地球磁场不仅仅是地球内部的带电部分作旋转运动产生的，在地球内部还应该存在着一个相对稳定的内部电流。那么，地球内部为什么会长期稳定地带电、并存在一个相对稳定的内部电流呢？ 据分析，地球内部地幔的半径约为2900公里，温度大约在1500～3000℃之间，压力为50万～150万个大气压，地核的半径约为3500公里，温度在5540℃左右，压力大约为350万个大气压。在通常情况下，构成宏观物体的每个原子所带的正电量和负电量是等值的，这样，经中和后的宏观物体就不带电了。但由于地核及地幔下部物质受到的压力作用较大，温度也较高，笔者认为，一个在常温低压状态下被公认的常识，宏观物体不能自发地稳定带电的观点将不再成立，即在天体内部的高压状态下，物质都是带电量不等的离子体，高温等离子体、低温等离子体的“相等”是不可能的。 磁流体发电的实验表明，在上千度以上的温度状态下，物质中少量原子中的电子可以克服原子核引力的束缚而变成自由电子，同时原子则因失去电子变成带正电的离子，这种状态称之为低温等离子状态。地核的温度在5540℃左右，如此高的温度势必会使地核中少量原子的电子克服原子核引力的束缚，变成自由电子，同时令构成地核的少量原子失去电子变成带正电的离子，在压力不是很高的状态下，失去电子的原子及克服原子核引力束缚的自由电子通常以等离子状态存在，原子核的引力作用及热运动使自由电子不能长期与失去电子的原子脱离开来。但是，当物质是在超高压作用下以密度极大的状态存在时，克服原子核引力束缚的电子，将在地核压力产生的巨大挤压力作用下，趋于飘浮到地核与地幔的交界处，造成克服原子核引力束缚的自由电子与失去电子的原子长期脱离开来，笔者将这种现象称之为热压电效应。由于地核内部的原子总量非常巨大，可以产生大量的被分离电荷。 原子最外层电子云的分布几率，会受到邻近原子中电子的静电排斥作用，由于地核中物质所受压力作用较高，物质密度较大，受到邻近原子中电子的静电排斥作用也相应较强，原子的最外层电子云会部分地失去围绕原子核运动的空间，使原子最外层电子的分布向原子外扩张。与常压状态下金属中可自由运动的自由电子不同，在超高压压力作用下失去围绕原子核运动空间的电子，也不能在地核中其它邻近原子之间自由运动。由于整个地核的压力都较高，因此，地核中少量原子最外层电子云的分布几率将一直延伸到压力较低的地核与地幔交界处甚至地幔中上部。地核中部分以自由电子状态存在的电子在压力作用下，趋于朝压力较低的地核与地幔交界面附近甚至地幔中上部分布，使宏观的地核处于带正电状态，地核与地幔的交界面附近以及地幔中上部处于带负电状态，即发生热压电效应。 原子的基态通常处于较深的负能级状态，较弱的压力作用不能将其激发或电离，但较强的压力作用会以一种令原子最外层电子云运动空间减少的形式，改变原子最外层电子云的分布几率。由于更低的能态已经被其它电子占据，原子最外层电子云只能朝外扩张，使原子最外层电子云的分布几率可以延伸到地核与地幔的交界处甚至地幔中上部，并在地核与地幔的交界处外部形成一个电子壳层。 天体内部的热压电效应主要是将与原子分离的电子挤压出天体内部的高压区，如果电子没有与原子分离，则很难被大量地挤压出天体内部的高压区。 将地核视为一个巨大的带正电荷的原子核，将地核与地幔的交界处外部覆盖整个地核的带负电荷的电子壳层视为一个巨大的带负电荷的电子气海洋，地核所带的正电量和地核周围电子壳层所带的负电量是等值的，这样，经中和后的宏观地球外表就不带电了。电子气的比重极小，在超高压与高温共同作用产生的强大浮力作用下，地核中以离子状态存在的电子克服原子核的库仑作用，趋于飘浮到地核外部，并在浮力作用与地核中所有失去电子的原子的库仑作用相平衡的位置，也即在地核与地幔的交界面附近，形成一个覆盖地核的电子壳层。将地核与电子壳层视为一个巨大的“原子”，地球磁场的产生就与这个巨大 “原子”的存在有关。 必须强调，由于电子具有波动性，每个飘浮到地核外部的电子的分布位置并不是固定不变的，而是有一定的范围，其飘浮的范围甚至有可能一直延伸到地球表面上来，也就是说地球的表面有可能带有负电荷，在我们的周围也应该存在一个可以测量到的电势梯度，但不知为何没有被测量到。 由于电子气海洋的存在，产生了地核与地幔的交界面层。美国的科学家通过实验观察发现，地核的自转与地壳和地幔并不同步。地核与地幔之间接触面积非常巨大，按照“常识”，充满液态岩浆的地核与地幔之间接触面上产生的摩擦力应非常巨大，足以使质量巨大的地核与地幔之间的相对运动在几小时或几分钟的“瞬间”趋于同步，并将其相对运动所具有的动能转化为热能和冲击波，同时在地球内部产生巨大的震动，由于地壳的厚度只有微不足道的几十公里，地核与地幔所具有的动能足以冲破地壳，产生直冲大气层的岩浆巨浪，可地核的旋转运动竟然能在上亿年的时间里与地幔不同步，这是为什么呢？ 众所周知，当原子相互作用形成离子或分子时，有获得特殊稳定构型的倾向，其中最重要的是惰性气体结构。在通常情况下，非惰性气体结构的元素只能以原子结合成分子来形成惰性气体结构，但在大量电子以自由状态存在的电子壳层中，原子会趋于直接与电子结合成具有惰性气体结构的带电粒子，以使系统处于相对较低能量状态。原子直接与以自由状态存在的电子结合成具有惰性气体结构的带电粒子，造成电子壳层中大量原子处于特殊稳定构型的负离子状态。电子壳层中大量电子的静电屏蔽作用，还能令电子壳层中原子之间失去相互作用，不能相互结合生成分子。 根据量子力学理论，存在于具有惰性气体结构原子轨道上的电子的排列不是任意的，电子将趋于由自旋平行且反向的自由电子双双组成电子对。具有惰性气体结构的金属阴离子物质在常温常压下是不存在的，但由于地核与地幔交界面上电子壳层的存在，令地核与地幔接触面上充满了具有惰性气体结构的铁、镍等负离子物质。带有电子的铁、镍等元素的性质非常特殊，由于元素之间没有相互作用，相对运动时产生的摩擦力作用极小，具有惰性气体结构的铁、镍等负离子物质就如同是具有超流动性的液氦。在地核与地幔的接触面上充满了具有超流动性润滑剂的状态下，地核的旋转运动即使与地幔不同步，地核与地幔在“接触面”上产生的摩擦力也是微不足道的。由于具有惰性气体结构的负离子物质具有超流动性，使电子壳层底部的物质不随地幔或地核作同步旋转运动。 有证据表明，地壳及地幔的旋转速度在多种因素影响下会发生变化，但影响地壳及地幔旋转速度的各种因素，有些对地核的旋转运动并不产生同样影响。此外，由于太阳和月亮的引力作用，以及地核内部的铁核、钴核中的稳定同质异能素在高温高压作用下发生同质异能素转化核反应时释放核能的不均匀性，造成覆盖地核表面的电子壳层不同区域存在较大温差，使电子壳层底部的负离子物质发生大规模定向运动，尽管巨大的负离子物质风暴的摩擦力对地核与地幔都微不足道，但由于电子气海洋中的铁、镍等金属负离子物质风暴，造成地核与地幔都不断地有大量物质与电子壳层底部中物质进行交换，并给地核与地幔的旋转运动带来不同影响，经过几十亿年的漫长岁月，就会造成地幔与地核之间的旋转运动不同步。因此，地幔与地核的旋转运动不同步，自然也就不奇怪了。 不难想象，太阳和月亮的引力作用，以及地核内部的铁核、钴核中的稳定同质异能素在高温高压作用下发生同质异能素转化核反应时释放核能的不均匀性，会造成电子壳层中具有超流动性物质的密度及分布发生巨大波动，由此产生的在地核与地幔之间的电子壳层底部中负离子物质大风暴会非常强烈，强烈的负离子物质大风暴又会产生强大的交变电磁场。 将电子壳层中的多余电子视为超自由电子，由于有大量超自由电子和自由电子的存在，按金属导电的经典电子说，电子壳层的电阻由于电子壳层中的原子与超自由电子之间不存在固有的库仑作用联结。当超自由电子和自由电子在外电场的作用下作定向运动时，超自由电子不会通过电磁相互作用将定向运动所具有的能量传递给电子壳层中的原子物质，构成电子壳层的原子物质的无规则热运动也不会影响到超自由电子在外电场的作用下的定向运动，因此，地球内部地核与地幔之间的电子壳层是一个没有电阻的高温超导地层。 根据量子力学理论，电子具有波动性，具有波动性的超自由电子在电子壳层中传播时，由于波长与电子壳层中物质自由电子相差极大，其波长要比电子壳层中物质自由电子大很多，传播时不会受到电子壳层中原子物质散射（或偏析），使超自由电子在电子壳层中的传播不会受到阻碍，因此，电子壳层中的“固有”电阻对波长与其自身的自由电子相差极大的超自由电子的影响是微不足道的。 根据量子力学理论，存在于具有惰性气体结构原子轨道上的电子的排列不是任意的，超自由电子将趋于由自旋平行且反向的电子双双组成电子对。将地核与电子壳层视为一个巨大的“原子”，电子壳层中大量的超自由电子会双双组成大量的电子对，这种电子对组态可使系统的能量降低，形成稳定的结合。于是，在电子壳层中大量的超自由电子将趋于形成电子对组态。由于电子对的惯性质量极小，其热运动不会与电子壳层中的原子产生热能交换，换句话说，超自由电子形成的电子对的热运动不受电子壳层中原子热运动的影响，故利用电子壳层中大量的超自由电子和/或超自由电子组成的超自由电子对来传输电磁场能量，则电子壳层的电阻率将与电子壳层中超自由电子组成的电子对的密度成反比。由于地核的体积极大，温度和压力又相对较高，热压电效应造成电子气海洋中超自由电子组成的超自由电子对的密度极大，电子壳层的导电率极高，堪称是高温超导地层，使得存在于其中的电流就如同存在于超导线圈中的电流那用，可以永不消失地在其中流动，也使得在地球上形成了一个磁场强度较稳定的南北磁极。如上所述，太阳和月亮的引力作用，以及地核内部释放核能的不均匀性，会造成电子壳层中具有超流动性物质的密度及分布发生巨大波动，由此产生的在地核与地幔之间的负离子物质大风暴会非常强烈，强烈的负离子物质大风暴又会产生强大的交变电磁场，使得存在于电子壳层的电流分布发生变化，造成地球磁场的南北磁极发生一种低速运动，这种低速运动在历史上曾经多次造成地球的南北磁极翻转。 天文观测表明，太阳和木星具有很强的磁场，其中木星的磁场强度大约是地球磁场的20---40倍。太阳和木星上的元素主要是氢和少量的氦、氧等这类较轻的元素，其内部并没有大量的铁磁质元素，而地球上则含有大量的铁、钴、镍等铁磁质元素，那么，太阳和木星的磁场为何比地球还强呢？ 众所周知，地核的半径约为3500公里，温度在5540℃左右，压力大约为350万个大气压。而木星内部的温度约为30000℃左右，压力也比地球内部高的多，太阳内部的压力、温度还要更高。热压电效应可在太阳和木星内部产生更加广阔的电子壳层，太阳和木星内部电子壳层的带电量也比地球内部电子壳层的带电量大的多，再加上木星的自转速度较快，其自转一周的时间为9小时56分30秒，木星内部电子壳层的运动的线速度也远高于地球内部的电子壳层，其磁场强度自然也要比地球高的多。 事实上，如果天体的内部温度超过铁、钴、镍的居里点，则天体的磁场强度与其内部是否含有铁、钴、镍等铁磁质元素无关，因为在居里点温度以上，它们的铁磁质性质会发生突变，这时它们已经转化为顺磁质元素了。 正是由于太阳、木星内部的压力、温度远高于地球，因此，太阳、木星上的磁场要比地球磁场强的多。而火星、水星的磁场比地球磁场弱，则说明火星、水星内部的压力、温度远低于地球。 此外，由于中微子具有磁矩，天体的磁场还可能与其引力作用俘获的冷中微子数量的多少有关。众所周知，在宇宙中存在着大量的中微子，其中部分中微子的运动速度相对较低，有可能被天体的万有引力作用俘获，堆积在天体的内部。对于引力较强的天体，其内部被俘获的冷中微子数量会较多，如果冷中微子在弱相互作用下，在天体的内部组合成结构较稳定的暗物质，因其不受“明”物质热运动的影响，其可在天体的内部按照一定顺序方向排列，则也会产生一定强度的磁场。

诠释通信文化的发展历史，首先要明晰"大通信"和"小通信"的概念。"大通信"为广义的通信概念，它包括自然通信、文字通信、模拟通信、数字通信、全息通信和物质通信等内容。"小通信"为狭义的通信概念，它包括光纤通信、数据通信、移动通信、智能网技术等内容。通信发展历史主要经历了三个阶段：初级通信阶段（以1838年电报发明为标志）；近代通信阶段（以1948年香农提出的信息论为标志）；现代通信阶段（以20世纪80年代以后出现的光纤通信应用、综合业务数据网崛起为标志）。 一、"大通信"视角与通信文化 在通信文化一节中，我们探讨了"通信"的概念，从字源的角度看，通信实际上与传播、沟通、交往的概念是同一的，即凡属信息传递的所有内容和形式都可以看做广义的通信概念，我们不妨称之为"大通信"。站在"大通信"的角度，从通信文化的视角出发，我们认为，人类的通信文化包括自然通信文化、文字通信文化、模拟通信文化、数字通信文化、全息通信文化和物质通信文化阶段。 熵：熵是表征系统无序程度的量度。香农将这一概念引入信息论，作为信息论的一个基本量，用以描写不确定性的大小，熵愈大，不确定性也愈大。 1．自然通信文化阶段 自然通信文化阶段的主要信息载体是建立在人的感观、火、皮鼓、号角等自然物的基础之上的。信息作用的范围以人的感观所能达到的自然范围为边界，受人的官能和所使用自然信息介质的物理化学性能约束。由于自然通信主要在人的感观所及的范围内进行信息交流，所借助的信息工具和传递的信息内容往往非常简单，这就使得其信息传递的效率相当高，即信息的熵值是很低的。自然通信阶段对产业的影响极其有限，只是产生了原始状态的"通信产业"，譬如制鼓业、号角制作业。当然，从严格意义上讲，这种原始的手工业还不能称之为一种"产业"，充其量只能称之为一种"萌芽"。这时候的通信文化可称之为自然通信文化。 2．文字通信文化阶段 文字通信文化阶段通过文字符号来传递信息，主要信息载体是书籍、报刊、信函等。信息传递的时空受文字载体理化属性的约束，在文字载体的理化时空范围内传播，与通信行业分工体系息息相关。文字作为信息的载体是人类通信技术发展的飞跃，但是，不可否认的是，文字具有严重的信息模糊性。比如，我们称赞一个人"好"，我们似乎是明白其意了，其实我们并没有真正明白，我们所理解的"好"仅仅是一种非常轮廓性的信息。因此，文字一方面带来信息传递时空范围的极大突破，但也造成了信息熵值增大的问题。围绕文字通信技术，沿着历史的线索，产生了骨书业、书简业、邮政业、造纸业、传媒出版业等庞大的产业体系。这个阶段的通信文化可称为文字通信文化。 3．模拟通信文化阶段 模拟通信文化阶段的典型特征是用电磁波作为介质进行信息传播，相对于文字通信而言，这又是一次质的飞跃。模拟通信阶段的主要载体是电报、电话、模拟电视、模拟广播等。借助电磁波瞬时的、能突破广泛时空传递的物理特性，人类传递信息的范围空前扩大，效率空前提高。但是，由于模拟通信技术投资浩大，因此，从一出现就被政府和财团所掌握，因此深受政治、经济和社会因素的影响，从而导致信息扭曲现象严重。传播学的批判学派对此问题进行了长期的批判。大量的人为因素往往造成模拟信息在传递的过程中熵值增大。围绕模拟通信技术，产生了模拟电话业、电报业、广播电视业等庞大的产业体系，对人类社会生活产生了巨大的影响。模拟通信文化由此形成。 4．数字通信文化阶段 数字通信文化阶段是以"0"和"1"的排列组合，即以"比特"来传递信息的数字通信技术的崭新发展阶段。数字通信阶段的主要载体是移动通信网络、互联网、数字电视网、数字电力网及其专用终端，凭借数字通信技术多媒体、即时海量和全球通信网络优势，数字通信不但进一步扩大了人类信息交流的广度，更在层次上增加了通信的深度。遗憾的是，与模拟通信同样的原因，数字通信核心技术及其网络服务体系仍然牢牢地掌握在各种利益团体的手中，同时，数字通信技术的发展还使得个体传递信息的渠道空前畅通，各种信息蜂涌而上，导致信息高速公路上信息拥塞严重。这两个非技术的情况也日益造成信息效率的低下。数字通信技术的发展趋势是把人类所有的信息活动数字化，造就一个崭新的数字地球。数字通信技术正在人类所有的产业领域造成巨大的影响，从技术的角度看，目前代表性的数字通信产业包括计算机业、互联网业、移动通信业、数字电视业、数字电力网业、数字终端业等几大产业群。数字通信文化在这个阶段形成。 5．全息通信文化阶段 数字通信的大趋势是带宽更高，不同性质的通信网络融为一体，信息终端丰富多彩，信息内容更加深入全面。最终的走向是全球通信网络以宽带为基础结成一体，人与人之间轻松地传递所需的全部信息，全息通信时代到来。全息通信文化时代，限制人们之间交流的最大障碍仅仅是人类活动的三维时空，此时，通信技术将达到数字通信技术的时代高点，通信技术将逐渐从大众的视野中隐去，通信文化将一举颠覆目前的亚文化地位，成为真正的时代性主流文化。全息通信文化时代由于信息传递的全面性，将会大大降低冗余信息的不良影响，大大降低通信过程中的信息熵值，促使人类回归到"部落化"通信时代，完成人类历史的一次更高级轮回。全息通信将会把所有的人、所有的产业、所有的人类关心的信息深深地纳入到一个无所不能的信息网络中，将造就通信文化产业真正的繁荣。这个阶段的通信文化可称为全息通信文化。