章文勋 (东南大学)
[摘要] 根据当代各类电子应用系统的发展，阐明电磁波应用基础研究的重要性，并列举在不同应用领域中面临的主要研究课题，以促进共识。
关键词：无线电波传播 电磁波传输 电磁散射 电磁逆散射 电磁环境 电磁兼容性 电磁现象的基本规律是电场和磁场随空间、时间、以及它们各自的取向变化而变化的定量关系，因不同的应用场合而表现为各相异趣的工程课题。电磁场由于其物理量具有矢量性质、无孔不入地连续分布于无界空间、与媒质之间存在相互作用、以及不便于直接测量等原因，常使初涉者视为畏途、从业者尽量回避。然而，当代电子技术的发展愈来愈在工程应用的背景中透现其电磁场的本质，也愈来愈依赖各种电磁场问题的解决。电磁波的各类信息应用，如：通信和雷达、遥感和勘探、计算机和集成电路等；以及各类非信息应用，如：功率传输和武器、加热和催化、和生态环境等，都对电磁波研究提出大量挑战性的课题。
本文择要介绍当前高频电磁波工程应用的研究方向，以促进对电磁波应用基础研究的重要性形成共识。
1 无线电波传播和传输
当前，随着信息高速公路技术的开发，作为其重要环节的地面和卫星移动通信对无线电波传播提出了新的课题:
(1)城市移动通信的传播模型———在城市复杂环境中，计及电磁波多径反射、透射、绕射、散射、吸收、衰落等效应后场强和信号失真的分析。
低压成型机(2)隧道和坑道的传播模型———在有耗壁过模波导管中计及运载车具影响的传播衰减和场强分布。
(3)穿透电离层传播的精确模型———在地面-卫星传播途径中，电离层散、吸收、消极化、衰落、非线性效应等动态的实时测定和快速计算。南方少儿频道
电磁波不仅被成功地用作传输信息的载体，还有希望被用作传输能量的载体。由此产生了一系列新的技术问题:
(1)微波能量无线传输的工程性论证———大气变化使微波传输发生折射、散射，由此引起的传输效率和安全性问题；超大型高效率超低副瓣发射天线的实现。
(2)微波波束武器的机理性论证———电磁导弹的慢衰减传输机理；高功率脉冲的产生和辐射；瞬变电磁波的散射和检测。
传输线以其分布参数的特点区别于集总参数的电路，其界限是电路尺寸已达到工作频率所对应的波长量级。传统的传输线导波特性以及由传输线元件所构成电路的功能，已在电磁场分析的基础上趋于工程实用化。但这方面出现了新的研究动向:
(1)超高速集成电路的互连与封装———由于超高速数字信号的频谱已进入毫米波范畴，纵然在微型化集成电路中的连线已作为分布参数考虑，高集成度还导致线间的互耦以及受封装的影响。因此，对互连和封装的精确电磁场分析，涉及多层介质中多根导体之间的三维结构的全局分析，已成为电路设计的重要依据。
(2)非线性光纤中的孤立波传输———孤立波是一种存在于非线性媒质中的、具有明显粒子性的波，孤立波按正比于其波幅的速度稳定地行进，不同速度的孤立波发生碰撞后保持各自的形态和速度。在非线性光纤中，无失真地传输孤立波可明显扩大其信息传载量，并适合
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于实施脉码调制。对此需要研究孤立波在非线性光纤中传输时附生的极化偏转、量子阱饱和吸收、环形镜等效应对放大增益的控制机理。
近年来，借鉴旋光材料的特性所制成的人造旋波媒质(chiral)以及更一般化的双各向同性(bi2isotropic)
和双各向异性(bianisotropic)媒质都具有电、磁交叉感应的特征，即_D和_B都同时依从于_E和_H。由此，在填充于波导时所发生的极化旋转和模式转换效应，在涂敷于散射体时所具有的散射偏折和吸收效应，预示着良好的应用前景。于是提出了电磁理论的新课题：复杂媒质中的电磁波———从Maxwell方程组出发，求解电磁波传输、散射、辐射等过程在复杂(双各同异性)媒质条件下的重新建立和解释；此复杂媒质电磁参量的人造材料的组份微结构机理有待精确分析和综合设计。
目标的电磁散射是雷达探测、遥感观测、地质勘测等的信息来源，散射特性的定量分析是这些应用系统设计和运行的主要依据。电磁隐身技术借缩减目标的雷达散射截面作为电子对抗手段，而对隐身目标的探测要求又深化了对目标散射特性的精细分析。对散射分析的研究课题包括:
(1)复杂/复合形体目标的散射———外形整合设计和局部涂敷吸波材料的隐身目标的散射；飞行器进气道和涡轮旋片、驾驶舱、直升机旋翼的散射；坦克和舰艇的炮塔等复杂形体单元的散射。
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(2)电大尺寸整体目标的散射———适于计算电大尺寸边值问题的数值技术和混合技术；可视化散射分析软件；雷达目标特性数据库。
(3)雷达遥感目标的散射———随机分布聚目标的散射模型；随机界面分层媒质的散射模型；主动(雷达)遥感与被动(辐射计)遥感频谱特性的比较研究。
(4)地下结构的近场散射———分层介质中异常结构的散射分析；测井技术中的频域散射；测地雷达的时域散射；测井和测地用导电媒质中(或界面上)天线的研究。
散射问题是分析已知目标的散射场；逆散射问题则是根据散射场测量值重构目标的几何和/或媒质参数，乃至对目标成像显示。目标重构的研究课题有:
(1)目标电磁特征的识别———固有谐振频率的提取；散射截面的频谱分布(激冲响应)；角闪烁的统计参数；散射中心的提取；散射极化特性的利用。
(2)脉冲雷达的波形合成技术———抵消脉冲(kill2pulse)按目标的瞬态散射场响应最小化来合成其激励波形；熄灭脉冲(Extinction2 pulse)利用目标时域散射场的后期自由振荡响应中自然谐振频率的消除来合成其激励波形；单模提取脉冲(Single2mode extraction pulse)使响应波形等于目标的某一自然模式。
(3)散射成像技术———锐波束扫描成像；多站频域成像；窄脉冲波时域成像；合成孔径成像和超分辨率成像。
3 高频电磁波的环境和兼容
对电磁波环境的关注经历了从电子和电气设备的被动抗干扰措施到实行主动的电磁兼容设计的发展阶
段，并作为生态环境的组成部分，人们愈来愈关注电磁波对人体及其生命现象的影响。可列举其主要课题为:
(1)电子设备内电磁兼容———小型化电子设备内高密度电路结构和辐射源的耦合分析和设计对策。
(2)机/舰载系统间的电磁兼容———装载于同一金属壳体上的数以十副计的天线配置技术；在此配置环境下各副天线之间的耦合分析及其抑制措施。
(3)计算机的电磁泄漏———计算机的宽频带数字信号经连接导线、键盘、打印机等部位产生辐射泄漏的机理和抑制措施。
(4)雷达和通信的抗干扰———天线的低副瓣设计和自适应置零技术，借以抑制电视广播
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1997年第12期・专家论坛・
广，研究的内容更加深入，已从一般的金属和简单目标扩展到介质和涂层介质层目标，从点目标扩展到面目标(例如生长早期农作物的电磁散射)，从目标的单站(后向)散射扩展到双站散射，在几何建模方面从对目标外形由粗糙模拟发展到用平面片和NU RBS曲面精确模拟，并采用可视化图形电磁学计算方法。总之，电磁散射研究现在和将来都会继续受到更多的关注也会有更大的发展。
电磁场的计算方法方面仍是异彩纷呈, FD TD法、小波理论在电磁场计算中的应用已成为近年来的热点，从本次会议的论文中也反映了这一点，复杂媒质中的波传播总是受到人们的关注，例如有多篇论文涉及双各向异性(B I2anisotropic)媒质和手征(chiral)媒质中波的传播问题，瞬态或时域电磁场的研究仍然受到人们的关注。
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4 总结
本次会议展示了国内外天线与电磁理论的新进展，使国内学者了解了国际研究新动向，同时也看到了国内与国外在研究方面的差距，尤其是在理论成果转化为生产力方面应予以加强。与会代表大部分是年轻的学者，他们踊跃投稿，出席会议并作了有相当水平的报告，他们思想活跃，工作在科研、教学、生产第一线，是我国天线与电磁理论界的希望。
(中国电子学会天线分会)
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等强干扰源。
(5)电磁波对人体的影响———不同频谱、不同强度和不同剂量的电磁波对人体不同部位、不同器官和组织、乃至细胞和分子层次的物理、化学和生物效应，及生理和心理反应；无线通信手持机辐射对人
体头部的有害影响及对策；高功率微波武器的杀伤作用及其防护技术；在此基础上完善电磁环境辐射标准的修订。
综上所述，高频电磁波理论和应用研究是通信、雷达、遥感、计算机、集成电路等领域一个不可缺少的组成部分；而且对于输能、勘探、武器、生态环境等领域也至关重要。因此，在高校电子类专业的课程中，对电磁波的理论和应用基础应有足够的反映；在专业设置时应该有特殊的安排。与此同时，电磁波理论的教学方法需要有较大的变革，应充分利用多媒体可视化的技术手段，加强理论概念与工程应用的结合，对概念性阐述和数学演绎作适当的分流，以期提高学习兴趣、易于入门而循序渐进，使所培养的仕才能适应21世纪科技发展的要求。
注：章文勋，教授，中国电子学会会士、理事。
・科技简讯・
一种适合压阻式传感器的补偿处理器 美国MCA公司最近推出的MCA7707专用芯片，是一种以112μmCMOS工艺制成的高性能、单片数/模混合信号系统。最适用于硅压阻式(乃至其它电阻式)传感器的校正和补偿。它提供信号放大和误差校正功能，可校正和补偿压阻式传感器的常见误差：满量程输出、满量程温度系数、满量程温度非线性、零点、零点温度系数。零点温度非线性以及压力非线性。MCA7707由模拟信号通道和数字控制逻辑两部分组成。能一次性地自动完成传感器性能的预测试
、补偿以及最终测试。该处理器可对未补偿的温度信号(标准的)或对校正和补偿后的压力信号(可选的金属掩膜)做串行数字输出。MCA7707的主要性能指标如下：在-40℃～+ 125℃温度范围内精度为传感器可重复误差的±011%，可对校正和温度补偿后的压力信号做双向实际电压范围的输出(如电源电压为0～5V，输出可达011～419V)；提供011～210mA 范围内可编程的传感器激励恒流源，提供用于实现二线制4～20mA环路的电路；带宽大于2kHz；可接受的传感器输出为5～30mV/V；可与5V供电的微处理器系统直接接口。(对该产品感兴趣的读者可与编辑部联系)
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