西电电磁场大作业电磁波和电磁场的应用文档格式.docx
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另外，这个理论被广泛地应用到技术领域。
麦克斯韦方程组的积分形式如下：
（1）
（2）
（3）（4）
上面四个方程可逐一说明如下：
在电磁场中任一点处
（1）电位移的散度等于该点处自由电荷的体密度。
（2）磁感强度的散度处处等于零。
（3）电场强度的旋度等于该点处磁感强度变化率的负值。
（4）磁场强度的旋度等于该点处传导电流密度与位移电流密度的矢量和。
一、CDMA技术
CDMA，就是利用展频的通讯技术，因而可以减少手机之间的干扰，并且可以增加用户的容量，而且手机的功率还可以做的比较低，不但可以使使用时间更长，更重要的是可以降低电磁波辐射对人的伤害。
CDMA的带宽可以扩展较大，还可以传输影像呢，这是第三代手机为什么选用CDMA的原因。
就安全性能而言，CDMA不但有良好的认证体制，更因为其传输的特性，用码来区分用户，防止被人盗听的能力大大地增强。
目前CDMA系统正快速发展中。
WidebandCDMA（WCDMA）宽带码分多址传输技术，为IMT-2000的重要基础技术，将是第三代数字无线通信系统的标准之一。
1．1CDMA技术背景
CDMA技术的出现源自于人类对更高质量无线通信的需求。
第二次世界大战期间因战争的需要而研究开发出CDMA技术，其思想初衷是防止敌方对己方通讯的干扰，在战争期间广泛应用于军事抗干扰通信，后来由美国高通公司更新成为商用蜂窝电信技术。
1995年，第一个CDMA商用系统（被称为IS-95）运行之后，CDMA技术理论上的诸多优势在实践中得到了检验，从而在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。
全球许多国家和地区，包括中国大陆、中国香港、韩国、日本、美国都已建有CDMA商用网络。
在美国和日本，CDMA成为国内的主要移动通信技术。
在美国，10个移动通信运营公司中有7家选用CDMA。
到2006年4月，韩国有60%的人口成为CDMA用户。
在澳大利亚主办的第27届奥运会中，CDMA技术更是发挥了重要作用。
中国联通于2002年1月8日正式开通了CDMA网络并投入商用，2008年10月1日后转由中国电信经营，手机号段为133、153、189及尚未放号的180号段
1．2CDMA技术的发展及优势
CDMA是Code-DivisionMultipleAccess的缩写，全称码分多址，是近年来被应用于商业的一种数字接口技术，它拥有频率利用率高、手机功耗低等优点。
CDMA手机是指基于网络的移动通信终端，现在中国大陆的CDMA通信运营商为中国电信。
1．2.1CDMA技术的发展
与手机相比，CDMA手机具有以下优点：
1、CDMA手机是名副其实的绿色手机，它发射功率极小（2mw），只是我们现在使用的GSM手机（功率为125mw）的1／60，甚至低于电视屏幕产生的辐射功率。
2、CDMA手机采用了先进的切换技术——软切换技术（即切换是先接续好后再中断），使得CDMA手机的通话可以与固定电话媲美，而且没有GSM手机的掉线现象。
3、使用CDMA网络，运营商的投资相对减少，这就为CDMA手机资费的下调预留了空间。
4、因采用以拓频通信为基础的一种调制和多址通信方式，其容量比模拟技术高10倍，超过GSM网络约4倍。
5、更为重要的是，基于宽带技术的CDMA使得移动通信中视频应用成为可能，从而使手机从只能打电话和发送短信息等狭窄的服务中走向宽带多媒体应用。
移动通信系统有多种分类方法。
例如按信号性质分：
可分为模拟、数字；
按调制方式分：
可分为调频、调相、调幅；
按多址连接方式分：
可分为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）。
目前中国联通、中国移动所使用的GSM移动电话网采用的便是FDMA和TDMA两种方式的结合。
GSM比模拟移动电话有很大的优势，但是，在频谱效率上是模拟系统的3倍，容量有限；
在话音质量上也很难达到有线电话水平；
TDMA终端接入速率最高也只能达到9.6kbit/s；
TDMA系统无软切换功能，因而容易掉话，影响服务质量。
因此，TDMA并不是现代蜂窝移动通信的最佳无线接入，而CDMA多址技术完全适合现代移动通信网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换等，正受到越来越多的运营商和用户的青睐。
目前，中国联通拥有了CDMA业务。
但是从2008年十月一日开始联通的CDMA业务转由中国电信经营。
1．2.2CDMA技术标准
CDMA技术的标准化经历了几个阶段。
IS-95是cdmaONE系列标准中最先发布的标准，真正在全球得到广泛应用的第一个CDMA标准是IS-95A，这一标准支持8K编码话音服务。
其后又分别出版了13K话音编码器的TSB74标准，支持1.9GHz的CDMAPCS系统的STD-008标准，其中13K编码话音服务质量已非常接近有线电话的话音质量。
随着移动通信对数据业务需求的增长，1998年2月，美国高通公司宣布将IS-95B标准用于CDMA基础平台上。
IS-95B可提供CDMA系统性能，并增加用户移动通信设备的数据流量，提供对64kbps数据业务的支持。
其后，cdma2000成为窄带CDMA系统向第三代系统过渡的标准。
cdma2000在标准研究的前期，提出了1X和3X的发展策略，但随后的研究表明，1X和1X增强型技术代表了未来发展方向。
CDMA技术的标准化，推进了这项技术在世界范围的应用。
目前，在美国、韩国、日本等国家，CDMA技术已获得了较大规模的应用。
在一些欧洲国家，一些运营商也建起了CDMA网络。
据CDG（世界CDMA发展集团）统计，1996年底CDMA用户仅为100万；
到1998年3月已迅速增长到1000万；
截至1999年9月，用户数量已超过4000万。
2000年初全球CDMA移动电话用户的总数已突破5000万，在一年内用户数量增长率达到118%。
CDG表示，目前亚洲已经成为CDMA市场增长的主要动力，亚洲地区CDMA用户数量比一年前增长88%，达到2800万。
美国地区的增长率更是高达143%，达到1650万，但用户绝对数量要低于亚洲，在亚太地区，中国香港、日本、韩国、澳大利亚、泰国、印度、菲律宾、新西兰、孟加拉国等许多国家和地区都已建有CDMA商用网络，用户数量已超过2100万户。
增长率位于第三的是中美洲和南美洲，CDMA用户数量达到500万。
CDG还表示，今后全球CDMA市场中，中国大陆地区的增长潜力最大。
CDMA是移动通信技术的发展方向。
在2G阶段，CDMA增强型IS95A与GSM在技术体制上处于同一代产品，提供大致相同的业务。
但CDMA技术有其独到之处，在通话质量好、掉话少、低辐射、健康环保等方面具有显著特色。
在2.5G阶段，CDMA20001XRTT与GPRS在技术上已有明显不同，在传输速率上1XRTT高于GPRS，在新业务承载上1XRTT比GPRS成熟，可提供更多的中高速率的新业务。
从2.5G向3G技术体制过渡上，CDMA20001X向CDMA20001XEV-DO过渡比GPRS向WCDMA过渡更为平滑。
1．2.3CDMA所具优势
1、系统容量大
理论上，在使用相同频率资源的情况下，CDMA移动网比模拟网容量大20倍，实际使用中比模拟网大10倍，比GSM要大4-5倍。
2、系统容量的配置灵活
在CDMA系统中，用户数的增加相当于背景噪声的增加，造成话音质量的下降。
但对用户数并无限制，操作者可在容量和话音质量之间折衷考虑。
另外，多小区之间可根据话务量和干扰情况自动均衡。
这一特点与CDMA的机理有关。
CDMA是一个自扰系统，所有移动用户都占用相同带宽和频率，打个比方，将带宽想像成一个大房子，所有的人将进入惟一的大房子。
如果他们使用完全不同的语言，他们就可以清楚地听到同伴的声音而只受到一些来自别人谈话的干扰。
在这里，屋里的空气可以被想像成宽带的载波，而不同的语言即被当作编码，我们可以不断地增加用户直到整个背景噪音限制住了我们。
如果能控制住用户的信号强度，在保持高质量通话的同时，我们就可以容纳更多的用户。
3、通话质量更佳
TDMA的信道结构最多只能支持4Kb的语音编码器，它不能支持8Kb以上的语音编码器。
而CDMA的结构可以支持13kb的语音编码器。
因此可以提供更好的通话质量。
CDMA系统的声码器可以动态地调整数据传输速率，并根据适当的门限值选择不同的电平级发射。
同时门限值根据背景噪声的改变而变，这样即使在背景噪声较大的情况下，也可以得到较好的通话质量。
另外，TDMA采用一种硬移交的方式，用户可以明显地感觉到通话的间断，在用户密集、基站密集的城市中，这种间断就尤为明显，因为在这样的地区每分钟会发生2至4次移交的情形。
而CDMA系统“掉话”的现象明显减少，CDMA系统采用软切换技术，“先连接再断开”，这样完全克服了硬切换容易掉话的缺点。
4、频率规划简单
用户按不同的序列码区分，所以不相同CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。
虽然CDMA系统频率规划简单，但CDMA系统存在着PN短码的规划，并且PN短码的规划相较频率规划并不一定更简单。
总体来说CDMA的规划并不简单。
相反，较之GSM系统要更为复杂。
5、建网成本低
CDMA系统有着容量大、工作频点较GSM低，因此，在CDMA规划中，CDMA的站间距一般较GSM稀疏。
因此可以更好的节约建网成本。
6、网络绿色环保
技术体制平均发射功率最大发射功率
GSM125毫瓦2瓦
CDMA2毫瓦200毫瓦
从以上数据可以看到CDMA手机是GSM手机平均发射功率的2/125
CDMA手机更加绿色环保。
7、低功率谱密度
由于CDMA的关键技术为扩频技术，所以它的功率谱被扩展的很宽，从而功率很低，好处有二：
防止其它信道的干扰；
防止干扰其它信道。
1．2.4CDMA技术持点
1、CDMA是扩频通信的一种，他具有扩频通信的以下特点：
①抗干扰能力强。
这是扩频通信的基本特点，是所有通信方式无法比拟的。
②宽带传输，抗衰落能力强。
③由于采用宽带传输，在信道中传输的有用信号的功率比干扰信号的功率低得多，因此信号好像隐蔽在噪声中；
即功率话密度比较低，有利于信号隐蔽。
④利用扩频码的相关性来获取用户的信息，抗截获的能力强。
⑤多个用户同时接收,同时发送.
2、在扩频CDMA通信系统中，由于采用了新的关键技术而具有一些新的特点：
①采用了多种分集方式。
除了传统的空间分集外。
由于是宽带传输起到了频率分集的作用，同时在基站和移动台采用了RAKE接收机技术，相当于时间分集的作用。
②采用了话音激活技术和扇区化技术。
因为CDMA系统的容量直接与所受的干扰有关，采用话音激活和扇区化技术可以减少干扰，可以使整个系统的容量增大。
③采用了移动台辅助的软切换。
通过它可以实现无缝切换，保证了通话的连续性，减少了掉话的可能性。
处于切换区域的移动台通过分集接收多个基站的信号，可以减低自身的发射功率，从而减少了对周围基站的干扰，这样有利于提高反向联路的容量和覆盖范围。
④采用了功率控制技术，这样降低了平准发射功率。
⑤具有软容量特性。
可以在话务量高峰期通过提高误帧率来增加可以用的信道数。
当相邻小区的负荷一轻一重时，负荷重的小区可以通过减少导频的发射功率，使本小区的边缘用户由于导频强度的不足而切换到相临小区，使负担分担。
⑥兼容性好。
由于CDMA的带宽很大，功率分布在广阔的频谱上，功率话密度低，对窄带模拟系统的干扰小，因此两者可以共存。
即兼容性好。
⑦CDMA的频率利用率高，不需频率规划，这也是CDMA的特点之一。
⑧CDMA高效率的QCELP话音编码。
话音编码技术是数字通信中的一个重要课题。
QCELP是利用码表矢量量化差值的信号，并根据语音激活的程度产生一个输出速率可变的信号。
这种编五马方式被认为是目前效率最高的编码技术，在保证有较好话音质量的前提下，大大提高了系统的容量。
这种声码器具有8kbit/s和13kbit/s两种速率的序列。
8kbit/s序列从1.2kbit/s到9.6kbit/s可变，13kbit/S序列则从1.8kbt/s到14.4kbt/s可变。
最近，又有一种8kbit/sEVRC型编码器问世，也具有8kbit/s声码器容量大的特点，话音质量也有了明显的提高。
1．3CDMA多址技术
目前的数字移动通信网的主要多址方式是TDMA、TDMA系统（GSM，DAMPS）在频谱效率上约是模拟系统的3倍，容量有限；
在话音质量上13kbit/s编码也很难达到有线电话水平；
TDMA系统的业务综合能力较高，能进行数据和话音的综合，但终端接入速率有限（最高9.6kbit/s）；
TDMA系统无软切换功能，因而容易掉话，影响服务质量；
TDMA系统的国际漫游协议还有待进一步的完善和开发。
因而TDMA并不是现代蜂窝移动通信的最佳无线接人，而CDMA多址技术完全适合现代移动通信网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换、国际漫游等。
CDMA多址技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。
接收端由使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。
1．3.1CDMA蜂窝移动通信网的特点
与FDMA和TDMA相比，CDMA具有许多独特的优点，其中一部分是扩频通信系统所固有的，另一部分则是由软切换和功率控制等技术所带来的。
CDMA移动通信网是由扩频、多址接入、蜂窝组网和频率再用等几种技术结合而成，含有频域、时域和码域三维信号处理的一种协作，因此它具有抗干扰性好，抗多径衰落，保密安全性高，同频率可在多个小区内重复使用，所要求的载干比（C／I）小于l，容量和质量之间可做权衡取舍等属性。
这些属性使CDMA比其它系统有非常重要的优势。
1、系统容量大理论上CDMA移动网比模拟网大20倍。
2、系统容量的灵活配置在CDMA系统中，用户数的增加相当于背景噪声的增加，造成话音质量的下降。
3、系统性能质量更佳这里指的是CDMA系统具有较高的话音质量，声码器可以动态地调整数据传输速率，并根据适当的门限值选择不同的电平级发射。
另外，CDMA系统“掉话”的现象明显减少，CDMA系统采用软切换技术，“先连接再断开”，这样完全克服了硬切换容易掉话的缺点。
4、频率规划简单用户按不同的序列码区分，所以不相同CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。
5、延长手机电池寿命采用功率控制和可变速率声码器，手机电池使用寿命延长。
6、建网成本下降。
1．3.2CDMA移动通信网的关键技术
1、功率控制技术
功率控制技术是CDMA系统的核心技术。
CDMA系统是一个自扰系统，所有移动用户都占用相同带宽和频率，“远近效用”问题特别突出。
CDMA功率控制的目的就是克服“远近效用”，使系统既能维护高质量通信，又不对其他用户产生干扰。
功率控制分为前向功率控制和反向功率控制，反向功率控制又可分为仅由移动台参与的开环功率控制和移动台、基站同时参与的闭环功率控制。
①反向开环功率控制。
它是移动台根据在小区中接受功率的变化，调节移动台发射功率以达到所有移动台发出的信号在基站时都有相同的功率。
它主要是为了补偿阴影、拐弯等效应，所以它有一个很大的动态范围，根据IS-95标准，它至少应该达到正负32dB的动态范围。
②反向闭环功率控制。
闭环功率控制的设计目标是使基站对移动台的开环功率估计迅速做出纠正，以使移动台保持最理想的发射功率。
③前向功率控制。
在前向功率控制中，基站根据测量结果调整每个移动台的发射功率，其目的是对路径衰落小的移动台分派较小的前向链路功率，而对那些远离基站的和误码率高的移动台分派较大的前向链路功率。
2、PN码技术PN码的选择直接影响到CDMA系统的容量、抗干扰能力、接入和切换速度等性能。
CDMA信道的区分是靠PN码来进行的，因而要求PN码自相关性要好，互相关性要弱，实现和编码方案简单等。
目前的CDMA系统就是采用一种基本的PN序列至m序列作为地址码，利用它的不同相位来区分不同用户。
3、RAKE接收技术
移动通信信道是一种多径衰落信道，RAKE接收技术就是分别接收每一路的信号进行解调，然后叠加输出达到增强接收效果的目的，这里多径信号不仅不是一个不利因素，而且在CDMA系统变成一个可供利用的有利因素。
4、软切换技术
先连接，再断开称之为软切换。
CDMA系统工作在相同的频率和带宽上，因而软切换技术实现起来比TDMA系统要方便容易得多。
5、话音编码技术
目前CDMA系统的话音编码主要有两种，即码激励线性预测编码（CELP）8kbit/s和13bit/s。
8kbit/s的话音编码达到GSM系统的13bit/s的话音水平甚至更好。
13bit/s的话音编码已达到有线长途话音水平。
CELP采用与脉冲激励线性预测编码相同的原理，只是将脉冲位置和幅度用一个矢量码表代替。
6、声码器速率的自适应阈值技术
CDMA系统使用了确定声码器速率的自适应阈值，自适应阈值可以根据背景声学噪音电平的变化改变声码器的数据速率。
这些阈值的使用压制了背景声学噪声，因而在噪声环境下也能提供清晰的话音。
二、电磁场的更多应用
2．1电磁起重机
利用电磁原理搬运钢铁物品的机器。
电磁起重机的主要部分是磁铁。
接通电流，电磁铁便把钢铁物品牢牢吸住，吊运到指定的地方。
切断电流，磁性消失，钢铁物品就放下来了。
电磁起重机使用十分方便，但必须有电流才可以使用，可以应用在废钢铁回收部门和炼钢车间等。
利用电磁铁来搬运钢铁材料的装置叫做电磁起重机。
电磁起重机能产生强大的磁场力，几十吨重的铁片、铁丝、铁钉、废铁和其他各种铁料，不装箱不打包也不用捆扎，就能很方便地收集和搬运，不但操作省力，而且工作简化了。
装在木箱中的钢铁材料和机器可以同样搬运。
起重机工作时，只要电磁铁线圈里电流不停，被吸起的重物就不会落下，看不见的磁力比坚固的链条更可靠。
如果因某种原因断了电，就会造成事故，因而有的电磁起重机上装有钢爪，待运送的重物提起后，坚固的钢爪就自动落下来紧紧地扣住它们。
起重机不能搬运灼热的铁块，因为高温的钢铁不能磁化。
大的电磁起重机，一下子能提起近百吨重物，图中的电磁铁直径约1.5米，可提起16吨的物体。
2.2电动机
电动机俗称马达，是一种将电能转化成机械能，并可再使用机械能产生动能，用来驱动其他装置的电气设备。
按运动方式分两种类型。
一种是旋转式器件,它主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子,其导线中有电流通过并受磁场的作用而使转动,这些机器中有些类型可作电动机用,也可作发电机用。
[1]另一种是线性马达。
电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速）。
电动机主要由定子与转子组成。
通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线（磁场方向）方向有关。
电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。
它是将电能转变为机械能的一种机器。
通常电动机的做功部分作旋转运动，这种电动机称为转子电动机；
也有作直线运动的，称为直线电动机。
电动机能提供的功率范围很大，从毫瓦级到万千瓦级。
电动机的使用和控制非常方便，具有自起动、加速、制动、反转、掣住等能力，能满足各种运行要求；
电动机的工作效率较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪声也较小。
由于它的一系列优点，所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。
各种电动机中应用最广的是交流异步电动机（又称感应电动机）。
它使用方便、运行可靠、价格低廉、结构牢固，但功率因数较低，调速也较困难。
大容量低转速的动力机常用同步电动机（见同步电机）。
同步电动机不但功率因数高，而且其转速与负载大小无关，只决定于电网频率。
工作较稳定。
在要求宽范围调速的场合多用直流电动机。
但它有换向器，结构复杂，价格昂贵，维护困难，不适于恶劣环境。
20世纪70年代以后，随着电力电子技术的发展，交流电动机的调速技术渐趋成熟，设备价格日益降低，已开始得到应用。
电动机在规定工作制式（连续式、短时运行制、断续周期运行制）下所能承担而不至引起电机过热的最大输出机械功率称为它的额定功率，使用时需注意铭牌上的规定。
电动机运行时需注意使其负载的特性与电机的特性相匹配，避免出现飞车或停转。
电动机的调速方法很多，能适应不同生产机械速度变化的要求。
一般电动机调速时其输出功率会随转速而变化。
从能量消耗的角度看，调速大致可分两种：
①保持输入功率不变。
通过改变调速装置的能量消耗，调节输出功率以调节电动机的转速。
②控制电动机输入功率以调节电动机的转速。
三相异步电机工作原理：
异步电机的工作原理如下:
当导体在磁场内切割磁力线时，在导体内产生感应电流，“感应电机”的名称由此而来。
感应电流和磁场的联合作用向电机转子施加驱动力。
三组绕组问彼此相差120度，每一组绕组都由三相交流电源中的一相供电。
电动机使用了电流的磁效应原理，发现这一原理的的是丹麦物理学家奥斯特。
电动机的发展1831年，美国物理学家亨利设计出最初的电子式电动机。
受到亨利的启发，一位名叫威廉·
里奇的人设计并造出了一台可以转动的电动机。
里奇的这架电动机类似于我们今天在实验室里组装的直流电动机模型。
到了19世纪40年代，俄国科学家雅科比使电动机变得更为实用了。
他用电磁铁替代永久磁铁进行工作。
这种新型电动机当时被装在一艘游艇上，载着几名乘客驶过了涅瓦河。
此事引起了极大的轰动。
此后，出生于克罗地亚的美国人特斯拉于1888年，制造出了第一台感应电动机，他在各种电动机中，算是被应用最广的一种。
感应电动机会将交流电快速输入一组称为“定子”的外线圈，继而产生一个旋转磁场。
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