全球性的事业 早期的无线电通讯，只能限于短距离的符号通讯.发展受到限制。190年 英国工程师弗莱明(J.月eming,1849-195)发明了热电子真空三极管，可用 来检测无线电信号，有灵敏的检波整流作用。190日年美国德福雷斯特(L:de Forest,1873-1961)制成真空三极管，具有放大与控制作用，并可用于发生高网 振荡信号，从而代替了电火花发生器和高颜交流发电机，成为无线电技术中 基本，最关键的电真空器件，并为无线电技术由长波向短波发展提供了条件 1906年美国费森登(Fessenden,L866-1932)利用50kHz发电机作发射机，用 微音器直接串人天线实观调制，首次完成用无线电波从被士顺传送语言和音不 的实验，使大西洋航船上的报务员能够听到.创立了现代意义的无线电广播 极管的运用，大大促进了无线电波的发射和接收，第一次世界大战推动了通讯 技术的发展，随后各种信息的放大器和接收器相继研制成功，使无线电广插与 收音机迅速发展，1926年美国组成世界上第一个全国广播网，随后，加拿大 澳大利亚，丹麦、前苏联，法国英国、德国，意大利、日本以及墨西哥也都相继建 立了无线电台，到1930年已经形成全球性的无线电广播系统 实现了用无线电波传播听觉信号以后，人们又试图用来传插视觉信号，这 就需要更高的顿率，中短波广播频率一般为500kHz,而一般电视颗率要几 至儿百兆赫，而省达定位，自动限踪要求波长更短，光电管，阴极射线管和无线 电短波通讯等发明为电视，雷达技术准备了条件，1913年考恩(Cowen)第一次 用无线电通讯从柏林向巴黎传递了回面，但还只是无线电传直的静止图像到 1918年己研制成功波长为70~150m的发射接收设备，到1930年代以后无线 电通讯波长已进人10m,1923年兹沃雷金取得电子是像管专利，到1933年灵 研制城功光电摄像管，至此完成了电视摄像与显像的完全电子化过程，现代电 视系统基本成型。至1939年4月美国无线电公司的全电子电视首先播映，费 得巨大成功。 早期无线电通孤使用的都是长波，193】年马可尼开始研究更短波的传递 特性，结果于1932年在先蒂冈城利卡斯特尔的波普夏宫之间实现了世界上 第一次微波无线电话联系，1935年又在意大利对香达原理微了实际表演 20世纪40年代到50年代产生了传输频带较宽，性能较稳定的微波通信，成 为长距离大容量地面干线传输的主要手段，模拟调频传输容量高达几千路 也可同时传输高质量的彩色电视，而后逐步进人中容量乃至大容量数字微波传 输，80年代至90年代发展起来的一整套高速多状态的自适应编码调制解调技 术与信号处理及信号检测技术的迅速发展，使卫星通信、移动通信、全数宁 HDTV传输和GSM电话迅速发展。通讯技术发展至今，已经形成了以地球为 全球化的信息传输和导航GPS全球定位系统。这个系统是美国从20世纪7刊 年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成、具有在海
9 陆，空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统，目 前GPS已经开放给民间作为定位使用，我国研发的北斗卫星全球定位与通信 系统(BDS)在2012年12月27日起向亚太大部分地区正式提供连续无源定位、 导航，授时等服务 基于电酸科学发展起来的通讯系统，为人类社会带来了前所未有的巨大改 变，不仅改变了人类的联络方式，同时也改变了人类社会的经济、政治，军事和 文化等所有缅域 图0.4全球通讯网 0.4电磁科学与现代科学与技术 《后汉书》中如此记录蔡伦造纸的过程：“自古书契多编以竹简，其用嫌帛者 谓之为纸，嫌贵简重，并不便于人，伦乃造意，用树枝、麻头及散布、渔网以为纸 元兴元年奏上知，帝善其能，自是莫不从用焉，故天下咸称蔡侯纸”。中国古代 的四大发明之 一纸的发明，改变了人类信息记录的方式，而今天电磁技术 发展使信息记录方式发生了巨大的改变，利用现代磁记录方式，可以在一平方 英寸上存储20万部《红楼梦》. 远在公元前一千多年的商朝，中国就创造了十进制的记数方法到了周
电被学川 朝，发明了当时最先进的计算工具一一算盒。现代计算机只用“0”和“1”，每移 计算速度高达儿千万亿次 电磁学是物理学中最基础的课程，电磁学又是现代科学技术的主要基 之一，电磁学除了在物理学本身的各个基础研究领域中有着广泛的应用外 还在自然科学中的天文学，大气科学，海弹科学、地球物型学，地质学和生物 学等学科紧密相关，下面以天文学为例介绍电世学在自然科学学科研究中 的应用 天文学是研究字宙空间天体、宇布的结构和宇宙起源的学科，天文学中的 课题之一就是研究宇宙中星系的磁结构和感环境，倒太用的磁场起源和@ 场结构、宇宙空间的磁场和中子星的磁场等等，天文观测着要用到各种各样的 天文望远镜都与电磁学理论和技术紧密相关，各种电磁波波段的天文望远镜 开始广泛应用于天文观测，开启了除可见光外电险破普的一个新窗口，人类可 图0.5哈勃望远镜 以突破地球大气层的阻隔，观察到地球以外天体的紫外线、红外线，X射线，射 线等波段的辐射，在不同电磁波段看到的宇宙不同，含有不同的信息，天文学进 入了全电感波段发展的新时代。这些望远镜与空间天文卫星一道，积累了大量
11 的观测资料，发现了活跃星系核Y射线暴，X射线双星，重力透镜，暗物质与暗 能量等一大批宇宙中新的现象。例如著名的哈勃塑远镜就是在太空中拍摄电 磁波段的红外光谱而获得了宇宙中各种星系图像 1989年，美国航天航空局(NASA)发射了宇宙背景探测者卫星(COBE),并 在1990年测得的微波背录镊时余温为2.726K,这与大爆炸理论对微波背景辐 射所做的预言相符合，2003年初.威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)得 到了比COBE分排率更高的微波背景辐射图像，还证实了有一片“中微子海”弥 散于整个宇宙等等 图0.6美国NASA 的WMAP太空里远 镜拍摄到的宇宙微波 背景辑射图像 以电做学为基础发展起来的技术与方法在技术类学科中广泛应用，如与光 学工程.仪器科学与技术，材料科学与工程，冶金工程、动力工程及工程热物理 电气工程、电子科学与技术，信息与通信工程，控制科学与工程，计算机科学与 技术，测绘科学与技术、地质资源与地质工程，纺织科学与工程，轻工技术与工 程，交通运输工程、船舶与海洋工程，航空宇航科学与技术、兵器科学与技术、核 科学与技术，生物医学工程等工程技术类学科紧密相关。下面以电子科学技术 学科来简单介绍电蓝学在该学科中的应用。 电子科学技术就是直接在电磁学基础上发展起来的。电子科学技术是 一门以应用为主要目的的科学和技术，它主要研究电子的特性和行为、电了 器件、电路的设计与制造等实际问题的科学。该学科的发展密切关系到国家 微电子，光电子，智能信息、量子信息等前沿领域的发展。电子科学与技术包 括电磁场与微波技术、微电子学与固体电子学、电路与系统、物理电子学等 分支， (1)微电子与固体电子学主要研究电子在固体材料中的运动规律及其应 用，并利用它实现信号处理功能的科学，是研究在固体材料上构成的微型化电
电碳学 DIANCIXUE 路、电路及系统的电子学分支：它以实观电路的系统和集成为目的。微电子学 是研究并实现信息获取，传输、存储，处厘和输出的科学，是信息领域的重要基 础学科。 图0.7集成电路芯片的设 是微电子学科的主要研究对 之 (2)量子电子学是研究利用物质内部情子系统的受激发射来放大或产生相 干电磁波的方法及其相应器件的性质和应用的学科量子电子学在这种放大 振荡机制中，量子跃迁过程起关健的作用、量子电于学的核心器件是微波激射 图0.8硅单电子晶体管示 意图