1.2 电磁场理论与现代电子信息技术

自从1862年麦克斯韦创立了麦克斯韦方程组——电磁场理论以来，特别是进入20世纪以来，电力工业、无线通信、雷达，以及遥控、遥感、遥测、射电天文等，如雨后春笋般地相继出现，给整个世界的面貌带来了巨大变化。

1.2.1 无线通信系统

近十年来，随着技术的进步和市场的推动，促进了移动通信系统（如GSM和CDMA）、无线局域网（Wireless Local Area Networks, WLAN）、本地多点分配业务（Local Multi-point Distribution Services, LMDS）等网络的飞速发展，极大地改变了人们的生活状况。

图1.1所示为典型的数字无线通信系统无线接口的基本结构方框图。由于无线通信系统要求能够提供各种综合业务，因此这里的信源也就包含了语音、数据、图形和活动图像等。通过编码器将这些信源转换成数字信息，然后通过信号处理部分将数字信息进行编码以抵抗各种信道衰落的影响与更多的用户共享所给定的频谱。接着调制功能通过调制器、混频器、滤波器、射频放大器等将基带信号转换成能够经由发射机天线发送的射频波形。而另一方面，在接收端，接收机天线接收射频波形。首先，从射频（RF）信号通过低噪声放大器、混频器、带通滤波器、放大器及检波器等解调为基带信号。然后，在信号处理部分将不同的用户从共享的特殊频谱中分离开来，并且解码功能将试图修正无线信道所引入的误差。最后，解码功能将基带信号信息转换为原来的信源信号。

图1.1 无线通信系统的基本结构

其中，混频器、射频放大器、发射天线、电磁波在空间的传播路径、接收天线、低噪声放大器、混频器和滤波器等都涉及电磁场理论的内容。

1.2.2 雷达系统

目前，雷达已经广泛应用于探测地面、海面、空中太空甚至是地下的目标。雷达的应用范围主要在以下几个方面：军事应用、遥感、遥测、航空交通控制、法律强制执行和高速公路安全、空中交通安全和导航、石油和天然气的探测、轮船安全、太空探测，以及速度和距离的非接触性探测等。

脉冲雷达操作原理的方框图如图1.2所示。发射机既可以是速调管、行波管或晶体管放大器等功率放大器，也可以是磁控管那样的功率振荡器。发射机的输出通过波导管或其他类型的传输线传送到天线然后发射到空中；天线是能够机械扫描的抛物面天线，或平面天线阵列，或电子扫描的相控阵天线。双工器允许发射机和接收机同时共享同一个天线。接收机的射频（RF）端首先是低噪声放大器，接着由混频器和本振（LO）转换为中频（IF）信号，然后由中频（IF）放大器进一步放大，紧跟着是一个通常被称为第二检波器或解调器的晶体二极管，其目的是从载频中提取调制信号。在接收机的输出端进行判决，以确定是否有目标的存在。

图1.2 一个超外差式常规脉冲雷达系统的结构图

其中，从功率放大器、发射天线、双工器、电磁波在空间的传播路径、接收天线、低噪声放大器、混频器及滤波器等都涉及电磁场与电磁波理论的知识。

1.2.3 军事应用

信息化社会的到来以及IP技术的兴起，正深刻地改变着整个世界的面貌、未来信息作战的形态，以及未来军事来技术的走向。如今世界各主要国家都在以互联网络、多媒体和移动通信为代表的信息高速公路上抢占“制高点”。由此开创的信息战所涉及范围之广，可以说是无所不包，一切与信息有关的事物都可能被纳入信息战的范畴。广义的信息战既存在于、危机时期和战争时期，也存在于和平时期；既可以公开地进行，也可以秘密地进行。和平时期的信息战表现为政治、军事、经济和科学等多方位的为争夺信息优势进行的对抗。危机和战争时期的信息战则是和平时期信息战的延续和能量的爆发。

同其他战争模式一样，信息战也包括进攻和防御两个方面。进攻性信息战是为己方自由地利用信息和防止敌方自由地利用信息进行的心理战、战术欺骗、电子战、直接攻击等行动。防御性信息战是保护己方的信息系统不受敌方的攻击，以顺利地获取和传递信息。信息战的三种重要形式是电子战、网络中心战和心理战。

电子战是近年来快速发展的一种作战形式，尤其是1991年海湾战争以来，电子战技术日益受到重视。电子战（Electronic Warfare, EW）是一个控制电磁（Electromagntic, EM）频谱的军事行动。为了达到这个目标，需要主动性的电子攻击（Electronic Attack, EA）和防御性的电子防护（Electronic Protection, EP）两个方面。另外，电子支援（Electronic Warfare Support, ES）也是必需的，以便为执行电子攻击和电子防护任务时提供情报和识别威胁。在现代战争中，摩擦不再是主要形式，而用精确打击或者军事指挥员远程指挥作战来代替。作为电子作战（EW）中的一个重要的功能是指挥控制战（C2W）。战场的态势感知是正在逐步受到重视的电子作战的另一个功能，即为军事部队提供完整的战场信息主要由进行电子支援的接收机来完成。另外，利用电磁能量制造的新型武器将得到广泛应用，其中包括定向辐射武器、隐形武器、智能武器、无人武器、信息战武器、电子伪装和空间战武器等。

网络中心战是指将军队的所有侦察探测系统、通信联络系统、指挥控制系统和各种武器系统组成一个以计算机为中心的网络体系，各级部队与人员利用该网络体系了解战场态势、交流作战信息、指挥与实施作战行动的作战样式。通过战场各作战单元的网络化，能把信息优势变为作战行动的作战行动优势，使个分散配置的部队共同感知战场态势，从而协调行动，发挥最大的作战效能。网络中心战理论强调：作战行动将主要围绕计算机网络进行，网络是信息实时流动的渠道；信息既是战斗力，也是战斗力的倍增器；作战单元的网络化可“产出高效的协同”，即“自我协调”，可使指挥官以更多的方式指挥作战，增强作战的灵活性和适应性。网络中心战是信息战的核心部分。

信息战武器是网络系统的“克星”。为适应21世纪信息时代的需要，许多国家都在研究新概念信息战武器。电磁脉冲武器可由核爆炸或特殊的波束发生器产生极强的电磁脉冲。电磁脉冲的作用时间极短，电场强度高达数十千伏，以光速从爆心向周围传播，频率可覆盖从极低频到特高频的广阔范围，可对通信线路、电子设备、计算机系统产生干扰和破坏作用。高功率微波武器可产生峰值功率高达100MW的电磁波，破坏武器系统的电子线路、计算机控制系统。海湾战争中美军曾用“战斧”巡航导弹试验，在战斗部内安装微波发生器，干扰、破坏伊军C3I（指挥、控制、通信、情报）系统。美国在科索沃战争中曾用石墨炸弹将大量碳纤维丝投撒到发电厂上空，破坏供电网输电功能。在计算机病毒武器中，迄今已有近万种计算机病毒。近来出现的比特武器可破译密码后进入网络，干扰作战指挥、武器控制系统，或直接摧毁计算机硬件，导致整个网络系统彻底瘫痪。

由此可见，在信息战的领域里，电磁场与电磁波的理论知识将发挥重要的作用。