電磁場(chǎng)在社會(huì)中的應(yīng)用解讀

電磁場(chǎng)在社會(huì)中的應(yīng)用麥克斯韋全面地總結(jié)了電磁學(xué)研究的全部成果，并在此基礎(chǔ)上提出了“感生電場(chǎng)”和“位移電流”的假說(shuō)，建立了完整的電磁場(chǎng)理論體系，不僅科學(xué)地預(yù)言了電磁波的存在，而且揭示了光、電、磁現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系及統(tǒng)一性，完成了物理學(xué)的又一次大綜合。他的理論成果為現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)電電子工業(yè)奠定了理論基礎(chǔ)。麥克斯韋方程組是麥克斯韋建立的描述電場(chǎng)與磁場(chǎng)的四個(gè)方程。方程組的微分形式，通常稱(chēng)為麥克斯韋方程。在麥克斯韋方程組中，電場(chǎng)和磁場(chǎng)已經(jīng)成為一個(gè)不可分割的整體。該方程組系統(tǒng)而完整地概括了電磁場(chǎng)的基本規(guī)律，并預(yù)言了電磁波的存在。麥克斯韋提出的渦旋電場(chǎng)和位移電流假說(shuō)的核心思想是：變化的磁場(chǎng)可以激發(fā)渦旋電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)可以激發(fā)渦旋磁場(chǎng)；電場(chǎng)和磁場(chǎng)不是彼此孤立的，它們相互聯(lián)系、相互激發(fā)組成一個(gè)統(tǒng)一的電磁場(chǎng)。麥克斯韋進(jìn)一步將電場(chǎng)和磁場(chǎng)的所有規(guī)律綜合起來(lái)，建立了完整的電磁場(chǎng)理論體系。這個(gè)電磁場(chǎng)理論體系的核心就是麥克斯韋方程組。麥克斯韋方程組在電磁學(xué)中的地位，如同牛頓運(yùn)動(dòng)定律在力學(xué)中的地位一樣。以麥克斯韋方程組為核心的電磁理論，是經(jīng)典物理學(xué)最引以自豪的成就之一。它所揭示出的電磁相互作用的完美統(tǒng)一，為物理學(xué)家樹(shù)立了這樣一種信念：物質(zhì)的各種相互作用在更高層次上應(yīng)該是統(tǒng)一的。另外，這個(gè)理論被廣泛地應(yīng)用到技術(shù)領(lǐng)域。麥克斯韋方程組的積分形式如下：(1)(2)(3)(4)上面四個(gè)方程可逐一說(shuō)明如下：在電磁場(chǎng)中任一點(diǎn)處（1）電位移的散度等于該點(diǎn)處自由電荷的體密度；（2）磁感強(qiáng)度的散度處處等于零。（3）電場(chǎng)強(qiáng)度的旋度等于該點(diǎn)處磁感強(qiáng)度變化率的負(fù)值；（4）磁場(chǎng)強(qiáng)度的旋度等于該點(diǎn)處傳導(dǎo)電流密度與位移電流密度的矢量和；在麥克斯韋方程組中，電場(chǎng)和磁場(chǎng)已經(jīng)成為一個(gè)不可分割的整體。該方程組系統(tǒng)而完整地概括了電磁場(chǎng)的基本規(guī)律，并預(yù)言了電磁波的存在。1CDMA技術(shù)CDMA，就是利用展頻的通訊技術(shù)，因而可以減少手機(jī)之間的干擾，并且可以增加用戶(hù)的容量，而且手機(jī)的功率還可以做的比較低，不但可以使使用時(shí)間更長(zhǎng)，更重要的是可以降低電磁波輻射對(duì)人的傷害。CDMA的帶寬可以擴(kuò)展較大，還可以傳輸影像呢，這是第三代手機(jī)為什么選用CDMA的原因。就安全性能而言，CDMA不但有良好的認(rèn)證體制，更因?yàn)槠鋫鬏數(shù)奶匦?，用碼來(lái)區(qū)分用戶(hù)，防止被人盜聽(tīng)的能力大大地增強(qiáng)。目前CDMA系統(tǒng)正快速發(fā)展中。WidebandCDMA(WCDMA)寬帶碼分多址傳輸技術(shù)，為IMT-2000的重要基礎(chǔ)技術(shù)，將是第三代數(shù)字無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)之一。1．1CDMA技術(shù)背景CDMA技術(shù)的出現(xiàn)源自于人類(lèi)對(duì)更高質(zhì)量無(wú)線(xiàn)通信的需求。第二次世界大戰(zhàn)期間因戰(zhàn)爭(zhēng)的需要而研究開(kāi)發(fā)出CDMA技術(shù)，其思想初衷是防止敵方對(duì)己方通訊的干擾，在戰(zhàn)爭(zhēng)期間廣泛應(yīng)用于軍事抗干擾通信，后來(lái)由美國(guó)高通公司更新成為商用蜂窩電信技術(shù)。1995年，第一個(gè)CDMA商用系統(tǒng)（被稱(chēng)為IS-95）運(yùn)行之后，CDMA技術(shù)理論上的諸多優(yōu)勢(shì)在實(shí)踐中得到了檢驗(yàn)，從而在北美、南美和亞洲等地得到了迅速推廣和應(yīng)用。全球許多國(guó)家和地區(qū)，包括中國(guó)大陸、中國(guó)香港、韓國(guó)、日本、美國(guó)都已建有CDMA商用網(wǎng)絡(luò)。在美國(guó)和日本，CDMA成為國(guó)內(nèi)的主要移動(dòng)通信技術(shù)。在美國(guó)，10個(gè)移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)公司中有7家選用CDMA。到2006年4月，韓國(guó)有60%的人口成為CDMA用戶(hù)。在澳大利亞主辦的第27屆奧運(yùn)會(huì)中，CDMA技術(shù)更是發(fā)揮了重要作用。中國(guó)聯(lián)通于2002年1月8日正式開(kāi)通了CDMA網(wǎng)絡(luò)并投入商用，2008年10月1日后轉(zhuǎn)由中國(guó)電信經(jīng)營(yíng)，手機(jī)號(hào)段為133、153、189及尚未放號(hào)的180號(hào)段CDMA技術(shù)的發(fā)展及優(yōu)勢(shì)CDMA是Code-DivisionMultipleAccess的縮寫(xiě)，全稱(chēng)碼分多址，是近年來(lái)被應(yīng)用于商業(yè)的一種數(shù)字接口技術(shù)，它擁有頻率利用率高、手機(jī)功耗低等優(yōu)點(diǎn)。CDMA手機(jī)是指基于網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)通信終端，現(xiàn)在中國(guó)大陸的CDMA通信運(yùn)營(yíng)商為中國(guó)電信。1．2.1CDMA技術(shù)的發(fā)展與手機(jī)相比，CDMA手機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：一、CDMA手機(jī)是名副其實(shí)的綠色手機(jī)，它發(fā)射功率極小(2mw)，只是我們現(xiàn)在使用的GSM手機(jī)(功率為125mw)的1／60，甚至低于電視屏幕產(chǎn)生的輻射功率；二、CDMA手機(jī)采用了先進(jìn)的切換技術(shù)——軟切換技術(shù)(即切換是先接續(xù)好后再中斷)，使得CDMA手機(jī)的通話(huà)可以與固定電話(huà)媲美，而且沒(méi)有GSM手機(jī)的掉線(xiàn)現(xiàn)象；三、使用CDMA網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)營(yíng)商的投資相對(duì)減少，這就為CDMA手機(jī)資費(fèi)的下調(diào)預(yù)留了空間；四、因采用以拓頻通信為基礎(chǔ)的一種調(diào)制和多址通信方式，其容量比模擬技術(shù)高10倍，超過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)約4倍；五、更為重要的是，基于寬帶技術(shù)的CDMA使得移動(dòng)通信中視頻應(yīng)用成為可能，從而使手機(jī)從只能打電話(huà)和發(fā)送短信息等狹窄的服務(wù)中走向?qū)拵Ф嗝襟w應(yīng)用。移動(dòng)通信系統(tǒng)有多種分類(lèi)方法。例如按信號(hào)性質(zhì)分：可分為模擬、數(shù)字；按調(diào)制方式分：可分為調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅；按多址連接方式分：可分為頻分多址(FDMA)、時(shí)分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)。目前中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)移動(dòng)所使用的GSM移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)采用的便是FDMA和TDMA兩種方式的結(jié)合。GSM比模擬移動(dòng)電話(huà)有很大的優(yōu)勢(shì)，但是，在頻譜效率上是模擬系統(tǒng)的3倍，容量有限；在話(huà)音質(zhì)量上也很難達(dá)到有線(xiàn)電話(huà)水平；TDMA終端接入速率最高也只能達(dá)到9.6kbit/s；TDMA系統(tǒng)無(wú)軟切換功能，因而容易掉話(huà)，影響服務(wù)質(zhì)量。因此，TDMA并不是現(xiàn)代蜂窩移動(dòng)通信的最佳無(wú)線(xiàn)接入，而CDMA多址技術(shù)完全適合現(xiàn)代移動(dòng)通信網(wǎng)所要求的大容量、高質(zhì)量、綜合業(yè)務(wù)、軟切換等，正受到越來(lái)越多的運(yùn)營(yíng)商和用戶(hù)的青睞。目前，中國(guó)聯(lián)通擁有了CDMA業(yè)務(wù)。但是從2008年十月一日開(kāi)始聯(lián)通的CDMA業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)由中國(guó)電信經(jīng)營(yíng)。1．2.2CDMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)CDMA技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)歷了幾個(gè)階段。IS-95是cdmaONE系列標(biāo)準(zhǔn)中最先發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，真正在全球得到廣泛應(yīng)用的第一個(gè)CDMA標(biāo)準(zhǔn)是IS-95A，這一標(biāo)準(zhǔn)支持8K編碼話(huà)音服務(wù)。其后又分別出版了13K話(huà)音編碼器的TSB74標(biāo)準(zhǔn)，支持1.9GHz的CDMAPCS系統(tǒng)的STD-008標(biāo)準(zhǔn)，其中13K編碼話(huà)音服務(wù)質(zhì)量已非常接近有線(xiàn)電話(huà)的話(huà)音質(zhì)量。隨著移動(dòng)通信對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的增長(zhǎng)，1998年2月，美國(guó)高通公司宣布將IS-95B標(biāo)準(zhǔn)用于CDMA基礎(chǔ)平臺(tái)上。IS-95B可提供CDMA系統(tǒng)性能，并增加用戶(hù)移動(dòng)通信設(shè)備的數(shù)據(jù)流量，提供對(duì)64kbps數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持。其后，cdma2000成為窄帶CDMA系統(tǒng)向第三代系統(tǒng)過(guò)渡的標(biāo)準(zhǔn)。cdma2000在標(biāo)準(zhǔn)研究的前期，提出了1X和3X的發(fā)展策略，但隨后的研究表明，1X和1X增強(qiáng)型技術(shù)代表了未來(lái)發(fā)展方向。CDMA技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，推進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)在世界范圍的應(yīng)用。目前，在美國(guó)、韓國(guó)、日本等國(guó)家，CDMA技術(shù)已獲得了較大規(guī)模的應(yīng)用。在一些歐洲國(guó)家，一些運(yùn)營(yíng)商也建起了CDMA網(wǎng)絡(luò)。據(jù)CDG(世界CDMA發(fā)展集團(tuán))統(tǒng)計(jì)，1996年底CDMA用戶(hù)僅為100萬(wàn)；到1998年3月已迅速增長(zhǎng)到1000萬(wàn)；截至1999年9月，用戶(hù)數(shù)量已超過(guò)4000萬(wàn)。2000年初全球CDMA移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)的總數(shù)已突破5000萬(wàn)，在一年內(nèi)用戶(hù)數(shù)量增長(zhǎng)率達(dá)到118%。CDG表示，目前亞洲已經(jīng)成為CDMA市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿?，亞洲地區(qū)CDMA用戶(hù)數(shù)量比一年前增長(zhǎng)88%，達(dá)到2800萬(wàn)。美國(guó)地區(qū)的增長(zhǎng)率更是高達(dá)143%，達(dá)到1650萬(wàn)，但用戶(hù)絕對(duì)數(shù)量要低于亞洲，在亞太地區(qū)，中國(guó)香港、日本、韓國(guó)、澳大利亞、泰國(guó)、印度、菲律賓、新西蘭、孟加拉國(guó)等許多國(guó)家和地區(qū)都已建有CDMA商用網(wǎng)絡(luò)，用戶(hù)數(shù)量已超過(guò)2100萬(wàn)戶(hù)。增長(zhǎng)率位于第三的是中美洲和南美洲，CDMA用戶(hù)數(shù)量達(dá)到500萬(wàn)。CDG還表示，今后全球CDMA市場(chǎng)中，中國(guó)大陸地區(qū)的增長(zhǎng)潛力最大。CDMA是移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展方向。在2G階段，CDMA增強(qiáng)型IS95A與GSM在技術(shù)體制上處于同一代產(chǎn)品，提供大致相同的業(yè)務(wù)。但CDMA技術(shù)有其獨(dú)到之處，在通話(huà)質(zhì)量好、掉話(huà)少、低輻射、健康環(huán)保等方面具有顯著特色。在2.5G階段，CDMA20001XRTT與GPRS在技術(shù)上已有明顯不同，在傳輸速率上1XRTT高于GPRS，在新業(yè)務(wù)承載上1XRTT比GPRS成熟，可提供更多的中高速率的新業(yè)務(wù)。從2.5G向3G技術(shù)體制過(guò)渡上，CDMA20001X向CDMA20001XEV-DO過(guò)渡比GPRS向WCDMA過(guò)渡更為平滑。1．2.3CDMA所具優(yōu)勢(shì)(1)系統(tǒng)容量大理論上，在使用相同頻率資源的情況下，CDMA移動(dòng)網(wǎng)比模擬網(wǎng)容量大20倍，實(shí)際使用中比模擬網(wǎng)大10倍，比GSM要大4-5倍。(2)系統(tǒng)容量的配置靈活在CDMA系統(tǒng)中，用戶(hù)數(shù)的增加相當(dāng)于背景噪聲的增加，造成話(huà)音質(zhì)量的下降。但對(duì)用戶(hù)數(shù)并無(wú)限制，操作者可在容量和話(huà)音質(zhì)量之間折衷考慮。另外，多小區(qū)之間可根據(jù)話(huà)務(wù)量和干擾情況自動(dòng)均衡。這一特點(diǎn)與CDMA的機(jī)理有關(guān)。CDMA是一個(gè)自擾系統(tǒng)，所有移動(dòng)用戶(hù)都占用相同帶寬和頻率，打個(gè)比方，將帶寬想像成一個(gè)大房子，所有的人將進(jìn)入惟一的大房子。如果他們使用完全不同的語(yǔ)言，他們就可以清楚地聽(tīng)到同伴的聲音而只受到一些來(lái)自別人談話(huà)的干擾。在這里，屋里的空氣可以被想像成寬帶的載波，而不同的語(yǔ)言即被當(dāng)作編碼，我們可以不斷地增加用戶(hù)直到整個(gè)背景噪音限制住了我們。如果能控制住用戶(hù)的信號(hào)強(qiáng)度，在保持高質(zhì)量通話(huà)的同時(shí)，我們就可以容納更多的用戶(hù)。(3)通話(huà)質(zhì)量更佳TDMA的信道結(jié)構(gòu)最多只能支持4Kb的語(yǔ)音編碼器，它不能支持8Kb以上的語(yǔ)音編碼器。而CDMA的結(jié)構(gòu)可以支持13kb的語(yǔ)音編碼器。因此可以提供更好的通話(huà)質(zhì)量。CDMA系統(tǒng)的聲碼器可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率，并根據(jù)適當(dāng)?shù)拈T(mén)限值選擇不同的電平級(jí)發(fā)射。同時(shí)門(mén)限值根據(jù)背景噪聲的改變而變，這樣即使在背景噪聲較大的情況下，也可以得到較好的通話(huà)質(zhì)量。另外，TDMA采用一種硬移交的方式，用戶(hù)可以明顯地感覺(jué)到通話(huà)的間斷，在用戶(hù)密集、基站密集的城市中，這種間斷就尤為明顯，因?yàn)樵谶@樣的地區(qū)每分鐘會(huì)發(fā)生2至4次移交的情形。而CDMA系統(tǒng)“掉話(huà)”的現(xiàn)象明顯減少，CDMA系統(tǒng)采用軟切換技術(shù)，“先連接再斷開(kāi)”，這樣完全克服了硬切換容易掉話(huà)的缺點(diǎn)。(4)頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單用戶(hù)按不同的序列碼區(qū)分，所以不相同CDMA載波可在相鄰的小區(qū)內(nèi)使用，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃靈活，擴(kuò)展簡(jiǎn)單。雖然CDMA系統(tǒng)頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單，但CDMA系統(tǒng)存在著PN短碼的規(guī)劃，并且PN短碼的規(guī)劃相較頻率規(guī)劃并不一定更簡(jiǎn)單?？傮w來(lái)說(shuō)CDMA的規(guī)劃并不簡(jiǎn)單。相反，較之GSM系統(tǒng)要更為復(fù)雜。(5)建網(wǎng)成本低CDMA系統(tǒng)有著容量大、工作頻點(diǎn)較GSM低，因此，在CDMA規(guī)劃中，CDMA的站間距一般較GSM稀疏。因此可以更好的節(jié)約建網(wǎng)成本。(6)網(wǎng)絡(luò)綠色環(huán)保技術(shù)體制平均發(fā)射功率最大發(fā)射功率GSM125毫瓦2瓦CDMA2毫瓦200毫瓦從以上數(shù)據(jù)可以看到CDMA手機(jī)是GSM手機(jī)平均發(fā)射功率的2/125CDMA手機(jī)更加綠色環(huán)保。(7)低功率譜密度由于CDMA的關(guān)鍵技術(shù)為擴(kuò)頻技術(shù)，所以它的功率譜被擴(kuò)展的很寬，從而功率很低，好處有二：防止其它信道的干擾；防止干擾其它信道。1．2.4CDMA技術(shù)持點(diǎn)（1）CDMA是擴(kuò)頻通信的一種，他具有擴(kuò)頻通信的以下特點(diǎn)：①抗干擾能力強(qiáng)。這是擴(kuò)頻通信的基本特點(diǎn)，是所有通信方式無(wú)法比擬的。②寬帶傳輸，抗衰落能力強(qiáng)。③由于采用寬帶傳輸，在信道中傳輸?shù)挠杏眯盘?hào)的功率比干擾信號(hào)的功率低得多，因此信號(hào)好像隱蔽在噪聲中；即功率話(huà)密度比較低，有利于信號(hào)隱蔽。④利用擴(kuò)頻碼的相關(guān)性來(lái)獲取用戶(hù)的信息，抗截獲的能力強(qiáng)。⑤多個(gè)用戶(hù)同時(shí)接收,同時(shí)發(fā)送.（2）在擴(kuò)頻CDMA通信系統(tǒng)中，由于采用了新的關(guān)鍵技術(shù)而具有一些新的特點(diǎn)：①采用了多種分集方式。除了傳統(tǒng)的空間分集外。由于是寬帶傳輸起到了頻率分集的作用，同時(shí)在基站和移動(dòng)臺(tái)采用了RAKE接收機(jī)技術(shù)，相當(dāng)于時(shí)間分集的作用。②采用了話(huà)音激活技術(shù)和扇區(qū)化技術(shù)。因?yàn)镃DMA系統(tǒng)的容量直接與所受的干擾有關(guān)，采用話(huà)音激活和扇區(qū)化技術(shù)可以減少干擾，可以使整個(gè)系統(tǒng)的容量增大。③采用了移動(dòng)臺(tái)輔助的軟切換。通過(guò)它可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換，保證了通話(huà)的連續(xù)性，減少了掉話(huà)的可能性。處于切換區(qū)域的移動(dòng)臺(tái)通過(guò)分集接收多個(gè)基站的信號(hào)，可以減低自身的發(fā)射功率，從而減少了對(duì)周?chē)镜母蓴_，這樣有利于提高反向聯(lián)路的容量和覆蓋范圍。④采用了功率控制技術(shù)，這樣降低了平準(zhǔn)發(fā)射功率。⑤具有軟容量特性?？梢栽谠?huà)務(wù)量高峰期通過(guò)提高誤幀率來(lái)增加可以用的信道數(shù)。當(dāng)相鄰小區(qū)的負(fù)荷一輕一重時(shí)，負(fù)荷重的小區(qū)可以通過(guò)減少導(dǎo)頻的發(fā)射功率，使本小區(qū)的邊緣用戶(hù)由于導(dǎo)頻強(qiáng)度的不足而切換到相臨小區(qū)，使負(fù)擔(dān)分擔(dān)。⑥兼容性好。由于CDMA的帶寬很大，功率分布在廣闊的頻譜上，功率話(huà)密度低，對(duì)窄帶模擬系統(tǒng)的干擾小，因此兩者可以共存。即兼容性好。⑦CDMA的頻率利用率高，不需頻率規(guī)劃，這也是CDMA的特點(diǎn)之一。⑧CDMA高效率的QCELP話(huà)音編碼。話(huà)音編碼技術(shù)是數(shù)字通信中的一個(gè)重要課題。QCELP是利用碼表矢量量化差值的信號(hào)，并根據(jù)語(yǔ)音激活的程度產(chǎn)生一個(gè)輸出速率可變的信號(hào)。這種編五馬方式被認(rèn)為是目前效率最高的編碼技術(shù)，在保證有較好話(huà)音質(zhì)量的前提下，大大提高了系統(tǒng)的容量。這種聲碼器具有8kbit/s和13kbit/s兩種速率的序列。8kbit/s序列從1.2kbit/s到9.6kbit/s可變，13kbit/S序列則從1.8kbt/s到14.4kbt/s可變。最近，又有一種8kbit/sEVRC型編碼器問(wèn)世，也具有8kbit/s聲碼器容量大的特點(diǎn)，話(huà)音質(zhì)量也有了明顯的提高。1．3CDMA多址技術(shù)目前的數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)的主要多址方式是TDMA、TDMA系統(tǒng)(GSM，DAMPS)在頻譜效率上約是模擬系統(tǒng)的3倍，容量有限；在話(huà)音質(zhì)量上13kbit/s編碼也很難達(dá)到有線(xiàn)電話(huà)水平；TDMA系統(tǒng)的業(yè)務(wù)綜合能力較高，能進(jìn)行數(shù)據(jù)和話(huà)音的綜合，但終端接入速率有限(最高9.6kbit/s)；TDMA系統(tǒng)無(wú)軟切換功能，因而容易掉話(huà)，影響服務(wù)質(zhì)量；TDMA系統(tǒng)的國(guó)際漫游協(xié)議還有待進(jìn)一步的完善和開(kāi)發(fā)。因而TDMA并不是現(xiàn)代蜂窩移動(dòng)通信的最佳無(wú)線(xiàn)接人，而CDMA多址技術(shù)完全適合現(xiàn)代移動(dòng)通信網(wǎng)所要求的大容量、高質(zhì)量、綜合業(yè)務(wù)、軟切換、國(guó)際漫游等。CDMA多址技術(shù)的原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端由使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。1．3.1CDMA蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)的特點(diǎn)與FDMA和TDMA相比，CDMA具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，其中一部分是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)所固有的，另一部分則是由軟切換和功率控制等技術(shù)所帶來(lái)的。CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)是由擴(kuò)頻、多址接入、蜂窩組網(wǎng)和頻率再用等幾種技術(shù)結(jié)合而成，含有頻域、時(shí)域和碼域三維信號(hào)處理的一種協(xié)作，因此它具有抗干擾性好，抗多徑衰落，保密安全性高，同頻率可在多個(gè)小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用，所要求的載干比(C／I)小于l，容量和質(zhì)量之間可做權(quán)衡取舍等屬性。這些屬性使CDMA比其它系統(tǒng)有非常重要的優(yōu)勢(shì)。(1)系統(tǒng)容量大理論上CDMA移動(dòng)網(wǎng)比模擬網(wǎng)大20倍。(2)系統(tǒng)容量的靈活配置在CDMA系統(tǒng)中，用戶(hù)數(shù)的增加相當(dāng)于背景噪聲的增加，造成話(huà)音質(zhì)量的下降。但對(duì)用戶(hù)數(shù)并無(wú)限制，操作者可在容量和話(huà)音質(zhì)量之間折衷考慮。另外，多小區(qū)之間可根據(jù)話(huà)務(wù)量和干擾情況自動(dòng)均衡。(3)系統(tǒng)性能質(zhì)量更佳這里指的是CDMA系統(tǒng)具有較高的話(huà)音質(zhì)量，聲碼器可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率，并根據(jù)適當(dāng)?shù)拈T(mén)限值選擇不同的電平級(jí)發(fā)射。同時(shí)門(mén)限值根據(jù)背景噪聲的改變而變，這樣即使在背景噪聲較大的情況下，也可以得到較好的通話(huà)質(zhì)量。另外，CDMA系統(tǒng)“掉話(huà)”的現(xiàn)象明顯減少，CDMA系統(tǒng)采用軟切換技術(shù)，“先連接再斷開(kāi)”，這樣完全克服了硬切換容易掉話(huà)的缺點(diǎn)。(4)頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單用戶(hù)按不同的序列碼區(qū)分，所以不相同CDMA載波可在相鄰的小區(qū)內(nèi)使用，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃靈活，擴(kuò)展簡(jiǎn)單。(5)延長(zhǎng)手機(jī)電池壽命采用功率控制和可變速率聲碼器，手機(jī)電池使用壽命延長(zhǎng)。(6)建網(wǎng)成本下降。1．3.2CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)(1)功率控制技術(shù)功率控制技術(shù)是CDMA系統(tǒng)的核心技術(shù)。CDMA系統(tǒng)是一個(gè)自擾系統(tǒng)，所有移動(dòng)用戶(hù)都占用相同帶寬和頻率，“遠(yuǎn)近效用”問(wèn)題特別突出。CDMA功率控制的目的就是克服“遠(yuǎn)近效用”，使系統(tǒng)既能維護(hù)高質(zhì)量通信，又不對(duì)其他用戶(hù)產(chǎn)生干擾。功率控制分為前向功率控制和反向功率控制，反向功率控制又可分為僅由移動(dòng)臺(tái)參與的開(kāi)環(huán)功率控制和移動(dòng)臺(tái)、基站同時(shí)參與的閉環(huán)功率控制。①反向開(kāi)環(huán)功率控制。它是移動(dòng)臺(tái)根據(jù)在小區(qū)中接受功率的變化，調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率以達(dá)到所有移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的信號(hào)在基站時(shí)都有相同的功率。它主要是為了補(bǔ)償陰影、拐彎等效應(yīng)，所以它有一個(gè)很大的動(dòng)態(tài)范圍，根據(jù)IS-95標(biāo)準(zhǔn)，它至少應(yīng)該達(dá)到正負(fù)32dB的動(dòng)態(tài)范圍。②反向閉環(huán)功率控制。閉環(huán)功率控制的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使基站對(duì)移動(dòng)臺(tái)的開(kāi)環(huán)功率估計(jì)迅速做出糾正，以使移動(dòng)臺(tái)保持最理想的發(fā)射功率。③前向功率控制。在前向功率控制中，基站根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率，其目的是對(duì)路徑衰落小的移動(dòng)臺(tái)分派較小的前向鏈路功率，而對(duì)那些遠(yuǎn)離基站的和誤碼率高的移動(dòng)臺(tái)分派較大的前向鏈路功率。(2)PN碼技術(shù)PN碼的選擇直接影響到CDMA系統(tǒng)的容量、抗干擾能力、接入和切換速度等性能。CDMA信道的區(qū)分是靠PN碼來(lái)進(jìn)行的，因而要求PN碼自相關(guān)性要好，互相關(guān)性要弱，實(shí)現(xiàn)和編碼方案簡(jiǎn)單等。目前的CDMA系統(tǒng)就是采用一種基本的PN序列至m序列作為地址碼，利用它的不同相位來(lái)區(qū)分不同用戶(hù)。(3)RAKE接收技術(shù)移動(dòng)通信信道是一種多徑衰落信道，RAKE接收技術(shù)就是分別接收每一路的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，然后疊加輸出達(dá)到增強(qiáng)接收效果的目的，這里多徑信號(hào)不僅不是一個(gè)不利因素，而且在CDMA系統(tǒng)變成一個(gè)可供利用的有利因素。(4)軟切換技術(shù)先連接，再斷開(kāi)稱(chēng)之為軟切換。CDMA系統(tǒng)工作在相同的頻率和帶寬上，因而軟切換技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來(lái)比TDMA系統(tǒng)要方便容易得多。(5)話(huà)音編碼技術(shù)目前CDMA系統(tǒng)的話(huà)音編碼主要有兩種，即碼激勵(lì)線(xiàn)性預(yù)測(cè)編碼(CELP)8kbit/s和13bit/s。8kbit/s的話(huà)音編碼達(dá)到GSM系統(tǒng)的13bit/s的話(huà)音水平甚至更好。13bit/s的話(huà)音編碼已達(dá)到有線(xiàn)長(zhǎng)途話(huà)音水平。CELP采用與脈沖激勵(lì)線(xiàn)性預(yù)測(cè)編碼相同的原理，只是將脈沖位置和幅度用一個(gè)矢量碼表代替。(6)聲碼器速率的自適應(yīng)閾值技術(shù)CDMA系統(tǒng)使用了確定聲碼器速率的自適應(yīng)閾值，自適應(yīng)閾值可以根據(jù)背景聲學(xué)噪音電平的變化改變聲碼器的數(shù)據(jù)速率。這些閾值的使用壓制了背景聲學(xué)噪聲，因而在噪聲環(huán)境下也能提供清晰的話(huà)音。2電磁場(chǎng)的更多應(yīng)用2．1電磁起重機(jī)利用電磁原理搬運(yùn)鋼鐵物品的機(jī)器。電磁起重機(jī)的主要部分是磁鐵。接通電流，電磁鐵便把鋼鐵物品牢牢吸住，吊運(yùn)到指定的地方。切斷電流，磁性消失，鋼鐵物品就放下來(lái)了。電磁起重機(jī)使用十分方便，但必須有電流才可以使用，可以應(yīng)用在廢鋼鐵回收部門(mén)和煉鋼車(chē)間等。利用電磁鐵來(lái)搬運(yùn)鋼鐵材料的裝置叫做電磁起重機(jī)。電磁起重機(jī)能產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)力，幾十噸重的鐵片、鐵絲、鐵釘、廢鐵和其他各種鐵料，不裝箱不打包也不用捆扎，就能很方便地收集和搬運(yùn)，不但操作省力，而且工作簡(jiǎn)化了。裝在木箱中的鋼鐵材料和機(jī)器可以同樣搬運(yùn)。起重機(jī)工作時(shí)，只要電磁鐵線(xiàn)圈里電流不停，被吸起的重物就不會(huì)落下，看不見(jiàn)的磁力比堅(jiān)固的鏈條更可靠。如果因某種原因斷了電，就會(huì)造成事故，因而有的電磁起重機(jī)上裝有鋼爪，待運(yùn)送的重物提起后，堅(jiān)固的鋼爪就自動(dòng)落下來(lái)緊緊地扣住它們。起重機(jī)不能搬運(yùn)灼熱的鐵塊，因?yàn)楦邷氐匿撹F不能磁化。大的電磁起重機(jī)，一下子能提起近百?lài)嵵匚?，圖中的電磁鐵直徑約1.5米2.2電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)俗稱(chēng)馬達(dá)，是一種將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，并可再使用機(jī)械能產(chǎn)生動(dòng)能，用來(lái)驅(qū)動(dòng)其他裝置的電氣設(shè)備。按運(yùn)動(dòng)方式分兩種類(lèi)型。一種是旋轉(zhuǎn)式器件,它主要包括一個(gè)用以產(chǎn)生磁場(chǎng)的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個(gè)旋轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子,其導(dǎo)線(xiàn)中有電流通過(guò)并受磁場(chǎng)的作用而使轉(zhuǎn)動(dòng),這些機(jī)器中有些類(lèi)型可作電動(dòng)機(jī)用,也可作發(fā)電機(jī)用。[1]另一種是線(xiàn)性馬達(dá)。電動(dòng)機(jī)按使用電源不同分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，電力系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)大部分是交流電機(jī)，可以是同步電機(jī)或者是異步電機(jī)（電機(jī)定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速）。電動(dòng)機(jī)主要由定子與轉(zhuǎn)子組成。通電導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中受力運(yùn)動(dòng)的方向跟電流方向和磁感線(xiàn)（磁場(chǎng)方向）方向有關(guān)。電動(dòng)機(jī)工作原理是磁場(chǎng)對(duì)電流受力的作用，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。它是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種機(jī)器。通常電動(dòng)機(jī)的做功部分作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這種電動(dòng)機(jī)稱(chēng)為轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)；也有作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的，稱(chēng)為直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)能提供的功率范圍很大，從毫瓦級(jí)到萬(wàn)千瓦級(jí)。電動(dòng)機(jī)的使用和控制非常方便，具有自起動(dòng)、加速、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、掣住等能力，能滿(mǎn)足各種運(yùn)行要求；電動(dòng)機(jī)的工作效率較高，又沒(méi)有煙塵、氣味，不污染環(huán)境，噪聲也較小。由于它的一系列優(yōu)點(diǎn)，所以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電器設(shè)備等各方面廣泛應(yīng)用。各種電動(dòng)機(jī)中應(yīng)用最廣的是交流異步電動(dòng)機(jī)（又稱(chēng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)）。它使用方便、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)牢固，但功率因數(shù)較低，調(diào)速也較困難。大容量低轉(zhuǎn)速的動(dòng)力機(jī)常用同步電動(dòng)機(jī)（見(jiàn)同步電機(jī)）。同步電動(dòng)機(jī)不但功率因數(shù)高，而且其轉(zhuǎn)速與負(fù)載大小無(wú)關(guān)，只決定于電網(wǎng)頻率。工作較穩(wěn)定。在要求寬范圍調(diào)速的場(chǎng)合多用直流電動(dòng)機(jī)。但它有換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，維護(hù)困難，不適于惡劣環(huán)境。20世紀(jì)70年代以后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)漸趨成熟，設(shè)備價(jià)格日益降低，已開(kāi)始得到應(yīng)用。電動(dòng)機(jī)在規(guī)定工作制式（連續(xù)式、短時(shí)運(yùn)行制、斷續(xù)周期運(yùn)行制）下所能承擔(dān)而不至引起電機(jī)過(guò)熱的最大輸出機(jī)械功率稱(chēng)為它的額定功率，使用時(shí)需注意銘牌上的規(guī)定。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)需注意使其負(fù)載的特性與電機(jī)的特性相匹配，避免出現(xiàn)飛車(chē)或停轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法很多，能適應(yīng)不同生產(chǎn)機(jī)械速度變化的要求。一般電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)其輸出功率會(huì)隨轉(zhuǎn)速而變化。從能量消耗的角度看，調(diào)速大致可分兩種：①保持輸入功率不變。通過(guò)改變調(diào)速裝置的能量消耗，調(diào)節(jié)輸出功率以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。②控制電動(dòng)機(jī)輸入功率以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。三相異步電機(jī)工作原理異步電機(jī)的工作原理如下:當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)內(nèi)切割磁力線(xiàn)時(shí)，在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，“感應(yīng)電機(jī)”的名稱(chēng)由此而來(lái)。感應(yīng)電流和磁場(chǎng)的聯(lián)合作用向電機(jī)轉(zhuǎn)子施加驅(qū)動(dòng)力。三組繞組問(wèn)彼此相差120度，每一組繞組都由三相交流電源中的一相供電。電動(dòng)機(jī)使用了電流的磁效應(yīng)原理，發(fā)現(xiàn)這一原理的的是丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特。電動(dòng)機(jī)的發(fā)展1831年，美國(guó)物理學(xué)家亨利設(shè)計(jì)出最初的電子式電動(dòng)機(jī)。受到亨利的啟發(fā)，一位名叫威廉·里奇的人設(shè)計(jì)并造出了一臺(tái)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。里奇的這架電動(dòng)機(jī)類(lèi)似于我們今天在實(shí)驗(yàn)室里組裝的直流電動(dòng)機(jī)模型。到了19世紀(jì)40年代，俄國(guó)科學(xué)家雅科比使電動(dòng)機(jī)變得更為實(shí)用了。他用電磁鐵替代永久磁鐵進(jìn)行工作。這種新型電動(dòng)機(jī)當(dāng)時(shí)被裝在一艘游艇上，載著幾名乘客駛過(guò)了涅瓦河。此事引起了極大的轟動(dòng)。此后，出生于克羅地亞的美國(guó)人特斯拉于1888年，制造出了第一臺(tái)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，他在各種電動(dòng)機(jī)中，算是被應(yīng)用最廣的一種。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)會(huì)將交流電快速輸入一組稱(chēng)為“定子”的外線(xiàn)圈，繼而產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)軸內(nèi)的一組線(xiàn)圈則稱(chēng)為“轉(zhuǎn)子”，它會(huì)被定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)出電流，然后轉(zhuǎn)子會(huì)因電流變化而轉(zhuǎn)變成電磁鐵。美國(guó)物理學(xué)家亨利于法拉第同時(shí)作出電磁感應(yīng)的偉大發(fā)現(xiàn)，1830年8月，亨利在實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)觀(guān)察到了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，這比法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象早一年。但是當(dāng)時(shí)亨利正在集中精力制作更大的電磁鐵，沒(méi)有及時(shí)發(fā)表這一實(shí)驗(yàn)成果，也沒(méi)有及時(shí)的去申請(qǐng)專(zhuān)利，失去了發(fā)明權(quán)。可是亨利從不計(jì)較個(gè)人名利，他認(rèn)為知識(shí)應(yīng)該為全世界人類(lèi)所共享，從未與法拉第爭(zhēng)過(guò)發(fā)現(xiàn)權(quán)，仍然專(zhuān)心致志地獻(xiàn)身于科學(xué)事業(yè)。亨利的高尚品德受到世人的稱(chēng)贊。所以最后，人們還是將電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)歸于法拉第。特別值得一提的是，亨利實(shí)驗(yàn)裝置比法拉弟感應(yīng)線(xiàn)圈更接近于現(xiàn)代通用的變壓器。單相交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理單相交流電動(dòng)機(jī)只有一個(gè)繞組，轉(zhuǎn)子是鼠籠式的。單相電不能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng).要使單相電動(dòng)機(jī)能自動(dòng)旋轉(zhuǎn)起來(lái)，我們可在定子中加上一個(gè)起動(dòng)繞組，起動(dòng)繞組與主繞組在空間上相差90度，起動(dòng)繞組要串接一個(gè)合適的電容，使得與主繞組的電流在相位上近似相差90度，即所謂的分相原理。這樣兩個(gè)在時(shí)間上相差90度的電流通入兩個(gè)在空間上相差90度的繞組，將會(huì)在空間上產(chǎn)生（兩相）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，轉(zhuǎn)子就能自動(dòng)起動(dòng)。2.2.1電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)(1)按工作電源分類(lèi)根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。其中交流電動(dòng)機(jī)還分為單相電動(dòng)機(jī)和三相電動(dòng)機(jī)。(2)按結(jié)構(gòu)及工作原理分類(lèi)電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為直流電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)還可分為永磁同步電動(dòng)機(jī)、磁阻同步電動(dòng)機(jī)和磁滯同步電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)可分為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和交流換向器電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又分為三相異步電動(dòng)機(jī)、單相異步電動(dòng)機(jī)和罩極異步電動(dòng)機(jī)等。交流換向器電動(dòng)機(jī)又分為單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、交直流兩用電動(dòng)機(jī)和推斥電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)。有刷直流電動(dòng)機(jī)可分為永磁直流電動(dòng)機(jī)和電磁直流電動(dòng)機(jī)。電磁直流電動(dòng)機(jī)又分為串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。永磁直流電動(dòng)機(jī)又分為稀土永磁直流電動(dòng)機(jī)、鐵氧體永磁直流電動(dòng)機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動(dòng)機(jī)。(3)按起動(dòng)與運(yùn)行方式分類(lèi)電動(dòng)機(jī)按起動(dòng)與運(yùn)行方式可分為電容起動(dòng)式單相異步電動(dòng)機(jī)、電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)、電容起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)和分相式單相異步電動(dòng)機(jī)。(4)按用途分類(lèi)電動(dòng)機(jī)按用途可分為驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和控制用電動(dòng)機(jī)。驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)又分為電動(dòng)工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開(kāi)槽、切割、擴(kuò)孔等工具）用電動(dòng)機(jī)、家電（包括洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、吸塵器、照相機(jī)、電吹風(fēng)、電動(dòng)剃須刀等）用電動(dòng)機(jī)及其它通用小型機(jī)械設(shè)備（包括各種小型機(jī)床、小型機(jī)械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動(dòng)機(jī)?？刂朴秒妱?dòng)機(jī)又分為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)等。(5)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類(lèi)電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)為鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)）和繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)為繞線(xiàn)型異步電動(dòng)機(jī)）。(6)按運(yùn)轉(zhuǎn)速度分類(lèi)電動(dòng)機(jī)按運(yùn)轉(zhuǎn)速度可分為高速電動(dòng)機(jī)、低速電動(dòng)機(jī)、恒速電動(dòng)機(jī)、調(diào)速電動(dòng)機(jī)。低速電動(dòng)機(jī)又分為齒輪減速電動(dòng)機(jī)、電磁減速電動(dòng)機(jī)、力矩電動(dòng)機(jī)和爪極同步電動(dòng)機(jī)等。調(diào)速電動(dòng)機(jī)除可分為有級(jí)恒速電動(dòng)機(jī)、無(wú)級(jí)恒速電動(dòng)機(jī)、有級(jí)變速電動(dòng)機(jī)和無(wú)極變速電動(dòng)機(jī)外，還可分為電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)、直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)、PWM變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)。伺服電動(dòng)機(jī)用作自動(dòng)控制裝置中執(zhí)行元件的微特電機(jī)。又稱(chēng)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。其功能是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度。伺服電動(dòng)機(jī)可分交流、直流兩類(lèi)。交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相同。在定子上有兩個(gè)相空間位移90°電角度的勵(lì)磁繞組Wf和控制繞組WcoWf接一恒定交流電壓，利用施加到Wc上的交流電壓或相位的變化，達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的目的。交流伺服電動(dòng)機(jī)具有運(yùn)行穩(wěn)定、可控性好、響應(yīng)快速、靈敏度高以及機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的非線(xiàn)性度指標(biāo)嚴(yán)格要求分別小于10％～15％和小于15％～25％等特點(diǎn)。直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與一般直流電動(dòng)機(jī)相同。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n為：n＝E/K1j＝（Ua－IaRa）/K1j，式中E為電樞反電動(dòng)勢(shì)；K為常數(shù)；j為每極磁通；Ua，Ia為電樞電壓和電樞電流；Ra為電樞電阻。改變Ua或改變?chǔ)?，均可控制直流伺服電?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，但一般采用控制電樞電壓的方法。在永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)中，勵(lì)磁繞組被永久磁鐵所取代，磁通φ恒定。直流伺服電動(dòng)機(jī)具有良好的線(xiàn)性調(diào)節(jié)特性及快速的時(shí)間響應(yīng)。伺服：一詞源于希臘語(yǔ)“奴隸”的意思。人們想把“伺服機(jī)構(gòu)”當(dāng)個(gè)得心應(yīng)手的馴服工具，服從控制信號(hào)的要求而動(dòng)作。在訊號(hào)來(lái)到之前，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)；訊號(hào)來(lái)到之后，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)訊號(hào)消失，轉(zhuǎn)子能即時(shí)自行停轉(zhuǎn)。由于它的“伺服”性能，因此而得名。伺服電動(dòng)機(jī)一般分為直流伺服馬達(dá)和交流伺服馬達(dá)。①直流伺服馬達(dá)，優(yōu)點(diǎn):精確的速度控制,轉(zhuǎn)矩速度特性很硬,原理簡(jiǎn)單，使用方便,價(jià)格優(yōu)勢(shì)。缺點(diǎn):電刷換向,速度限制,附加阻力,產(chǎn)生磨損微粒(對(duì)于無(wú)塵室)。②交流伺服馬達(dá)，優(yōu)點(diǎn):良好的速度控制特性，在整個(gè)速度區(qū)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)平滑控制，幾乎無(wú)振蕩，高效率（90%以上），不發(fā)熱，高速控制，高精確位置控制（取決于何種編碼器），額定運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，實(shí)現(xiàn)恒力矩，低噪音，沒(méi)有電刷的磨損，免維護(hù)，不產(chǎn)生磨損顆粒、沒(méi)有火花，適用于無(wú)塵間、易暴環(huán)境、慣量低。缺點(diǎn):控制較復(fù)雜,驅(qū)動(dòng)器參數(shù)需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整PID參數(shù)整定,需要更多的連線(xiàn)。直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用直流伺服電機(jī)的特性較交流伺服電機(jī)硬。通常應(yīng)用于功率稍大的系統(tǒng)中，如隨動(dòng)系統(tǒng)中的位置控制等。交流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用交流伺服電機(jī)的輸出功率一般為0.1-100W，電源頻率分50Hz、400Hz等多種。它的應(yīng)用很廣泛，如用在各種自動(dòng)控制、自動(dòng)記錄等系統(tǒng)中2.2.2電動(dòng)機(jī)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FJ567-1987紡織用FO系列三相異步電動(dòng)機(jī)FZ/T99001-1991FYD型和FYDZ型電錠電動(dòng)機(jī)FZ/T99002-1991FTW型外轉(zhuǎn)子三相永磁式同步電動(dòng)機(jī)GB/T2818-2002井用潛水異步電動(dòng)機(jī)JB/T1009-2007YS系列三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件JB/T1010-2007YU系列電阻起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件JB/T10104-1999YZ系列起重及冶金用三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件JB/T1011-2007YC系列電容起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件JB/T10391-2002Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)JB/T1377.1-1999SZ系列微型直流伺服電動(dòng)機(jī)JB/T3698-2008單相離合器電動(dòng)機(jī)JB/T6222-2007三相盤(pán)式制動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)JB/T6741-1993YSD系列變極雙速三相異步電動(dòng)機(jī)JB/T8163-1999軋機(jī)輔傳動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)JB/T8658-1997外轉(zhuǎn)子低噪音三相異步電動(dòng)機(jī)3電磁波對(duì)人類(lèi)的影響及屏蔽我們一直生活在一個(gè)充滿(mǎn)輻射的世界里——大氣熱輻射、太陽(yáng)光輻射、放射性元素輻射、電磁輻射……地球本身就是一個(gè)大磁場(chǎng)，其表面的熱輻射和雷電都可產(chǎn)生電磁輻射。此外太陽(yáng)及其它星球也在外層空間源源不斷地產(chǎn)生電磁輻射。但科學(xué)研究表明，天然產(chǎn)生的電磁輻射對(duì)人體的影響很小，基本沒(méi)損害。對(duì)人體構(gòu)成威脅、對(duì)環(huán)境造成污染的是人工產(chǎn)生的電磁輻射。根據(jù)麥克斯韋理論，任何加速的電荷都能發(fā)射電磁輻射，在有電流通過(guò)的地方，均會(huì)產(chǎn)生電磁波。手機(jī)、微波爐等會(huì)產(chǎn)生較高頻的突波（脈動(dòng)波）及不均勻的電磁輻射波，如防護(hù)不當(dāng)，會(huì)對(duì)人體有一定的傷害。但大部分電器產(chǎn)生的低頻電磁輻射為均勻穩(wěn)定的交流電磁輻射波，對(duì)人體尚無(wú)明顯傷害。長(zhǎng)時(shí)間的低頻脈動(dòng)電磁場(chǎng)對(duì)生物體的作用尚無(wú)定論，但發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)此開(kāi)始采取防范措施。瑞典、美國(guó)的學(xué)者、專(zhuān)家的有關(guān)專(zhuān)題報(bào)告中曾指出：低頻脈動(dòng)電磁場(chǎng)所發(fā)出的輻射，同樣能引起人體某些病變。因此，目前關(guān)于輻射方面的很多問(wèn)題尚待研究。近年來(lái)，隨著科技的發(fā)展，電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)、微波爐，手機(jī)、計(jì)算機(jī)等各種各樣的電子產(chǎn)品走進(jìn)了人們的工作、學(xué)習(xí)、生產(chǎn)、生活中，給人們帶來(lái)了便利。然而，幾乎所有的電子產(chǎn)品都會(huì)釋放電磁波，即使是電線(xiàn)，也會(huì)釋放電磁波。在您看電視的時(shí)候，您也許不會(huì)料到比高壓電纜所產(chǎn)生的電磁波還要強(qiáng)的電磁輻射正籠罩著您；在您用移動(dòng)電話(huà)談妥一宗生意的時(shí)候，您不會(huì)想到手機(jī)天線(xiàn)集中釋放的電磁波已經(jīng)進(jìn)入了您的體內(nèi)……生活中的電子產(chǎn)品種類(lèi)十分眾多，與我們的生活、工作關(guān)系非常密切，我們與它們接觸的時(shí)間又比較長(zhǎng)，因此，這些電子產(chǎn)品所產(chǎn)生的電磁輻射對(duì)人體健康的影響問(wèn)題已經(jīng)越來(lái)越受到人們的重視。3．1環(huán)境電磁學(xué)環(huán)境電磁學(xué)是環(huán)境物理學(xué)中新形成的一個(gè)分支學(xué)科，它主要研究各種電磁污染的來(lái)源及其對(duì)人類(lèi)生活環(huán)境的影響。電磁污染是指天然的和人為的各種電磁波干擾和有害的電磁輻射。環(huán)境電磁學(xué)是以電磁學(xué)各分支學(xué)科為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的。它的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容是研究和提高電子儀器和電氣設(shè)備在強(qiáng)烈電磁波干擾的環(huán)境中工作的穩(wěn)定性和可靠性。1943年成立的國(guó)際無(wú)線(xiàn)電干擾特別委員會(huì)，早就在測(cè)定方法、干擾標(biāo)準(zhǔn)和抑制技術(shù)等方面開(kāi)展了研究工作。此后，隨著電工、無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的飛躍發(fā)展，抗干擾的研究不斷取得成果。目前人們從環(huán)境科學(xué)的角度對(duì)這一問(wèn)題也有了新的認(rèn)識(shí)。環(huán)境電磁學(xué)的另一重要研究?jī)?nèi)容是高強(qiáng)度電磁輻射的物理、化學(xué)和生物效應(yīng)，特別是它對(duì)人體的作用和危害。由于無(wú)線(xiàn)電廣播、電視以及微波技術(shù)等事業(yè)迅速普及，射頻設(shè)備的功率成倍提高，地面上的電磁輻射大幅度增加，目前已達(dá)到可以直接威脅人身健康的程度。通常射頻電磁輻射按頻率劃分為不同的頻段。在50年代美國(guó)、日本、蘇聯(lián)等國(guó)開(kāi)始研究射頻電磁輻射對(duì)機(jī)體的作用機(jī)理、危害程度和防護(hù)技術(shù)。60年代以來(lái)已有十多個(gè)國(guó)家先后制定了電磁輻射安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。近年來(lái)就靜磁場(chǎng)以及一般電磁場(chǎng)對(duì)人體的作用等問(wèn)題做了進(jìn)一步的研究。影響人類(lèi)生活環(huán)境的電磁污染源可分天然的和人為的兩大類(lèi)。天然的電磁污染是某些自然現(xiàn)象引起的。最常見(jiàn)的是雷電，除了可能對(duì)電氣設(shè)備、飛機(jī)、建筑物等直接造成危害外，而且會(huì)在廣大地區(qū)從幾千赫到幾百兆赫以上的極寬頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重電磁干擾?；鹕絿姲l(fā)、地震和太陽(yáng)黑子活動(dòng)引起的磁暴等都會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。天然的電磁污染對(duì)短波通信的干擾特別嚴(yán)重。人為的電磁污染主要有：脈沖放電，例如切斷大電流電路時(shí)產(chǎn)生的火花放電，其瞬時(shí)電流變率很大，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾。它在本質(zhì)上與雷電相同，只是影響區(qū)域較??；工頻交變電磁場(chǎng)，例如在大功率電機(jī)、變壓器以及輸電線(xiàn)等附近的電磁場(chǎng)，它并不以電磁波形式向外輻射，但在近場(chǎng)區(qū)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重電磁干擾；射頻電磁輻射，例如無(wú)線(xiàn)電廣播、電視、微波通信等各種射頻設(shè)備的輻射，頻率范圍寬廣，影響區(qū)域也較大，能危害近場(chǎng)區(qū)的工作人員。目前，射頻電磁輻射已經(jīng)成為電磁污染環(huán)境的主要因素。電磁污染傳遞途徑有二：一是通過(guò)空間直接輻射；二是借助電磁耦合由線(xiàn)路傳導(dǎo)。電磁輻射的防護(hù)手段是在電磁場(chǎng)傳遞的途徑中安設(shè)電磁屏蔽裝置，使有害的電磁場(chǎng)強(qiáng)度降低至容許范圍以?xún)?nèi)。電磁屏蔽裝置一般為金屬材料制成的封閉殼體。當(dāng)交變的電磁場(chǎng)傳向金屬殼體時(shí)，一部分被金屬殼體表面所反射，一部分在殼體內(nèi)部被吸收，這樣透過(guò)殼體的電磁場(chǎng)強(qiáng)度便大幅度衰減。電磁屏蔽的效果與電磁波頻率、殼體厚度和屏蔽材料特性等有關(guān)。一般地說(shuō)，頻率越高，殼體越厚，材料導(dǎo)電性能越好，屏蔽效果也就越大。電磁屏蔽可分有源場(chǎng)屏蔽和無(wú)源場(chǎng)屏蔽兩類(lèi)。前者是把電磁污染源用良好接地的屏蔽殼體包圍起來(lái)，以防止它對(duì)殼體外部環(huán)境的影響；后者則是用屏蔽殼體包圍需要保護(hù)的區(qū)域，以防止外部的電磁污染源對(duì)殼體內(nèi)部環(huán)境產(chǎn)生干擾。對(duì)于不同的屏蔽對(duì)象和要求，應(yīng)采用不同的電磁屏蔽裝置或措施。主要有屏蔽罩、屏蔽室、屏蔽衣、屏蔽頭盔和屏蔽眼罩等。屏蔽衣和屏蔽頭盔內(nèi)夾有銅絲網(wǎng)或微波吸收材料。屏蔽眼罩通常為三層結(jié)構(gòu)，中間一層為銅絲網(wǎng)?？刂齐姶盼廴?，除采用上述電磁屏蔽措施外，還應(yīng)積極采取其他綜合性的防治對(duì)策。例如工業(yè)合理布局，使電磁污染源遠(yuǎn)離稠密居民區(qū)；改進(jìn)電氣設(shè)備，以減少對(duì)周?chē)h(huán)境的電磁污染；在近場(chǎng)區(qū)采用電磁輻射吸收材料或裝置；實(shí)行遙控和遙測(cè)，提高自動(dòng)化程度，以減少工作人員接觸高強(qiáng)度電磁輻射的機(jī)會(huì)等。3．2屏蔽抗干擾技術(shù)抗干擾接地處理的主要內(nèi)容：避開(kāi)地環(huán)電流的干擾；降低公共地線(xiàn)阻抗的耦合干擾。“一點(diǎn)接地”有效地避開(kāi)了地環(huán)電流，而在“一點(diǎn)接地”前提下，并聯(lián)接地則是降低公共地線(xiàn)阻抗的耦合干擾的有效措施，它們是工業(yè)控制系統(tǒng)采用的最基本的接地方法。工業(yè)控制系統(tǒng)接地的含義不一定就是接大地。例如直流接地只是定義電路或系統(tǒng)的基準(zhǔn)電位。它可以懸浮，但要求與大地嚴(yán)格絕緣。通常，其絕緣電阻要達(dá)到50MΩ以上。直流地懸浮隔離了交流地網(wǎng)的干擾，經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便，工程中經(jīng)常使用。直流地懸浮的缺點(diǎn)是機(jī)器容易帶靜電，如果該靜電電位過(guò)高，會(huì)損壞器件，擊傷操作人員等等；而且，如果這時(shí)直流地與大地的絕緣電阻減小，可能會(huì)產(chǎn)生很多原先沒(méi)有想到的干擾。直流地接大地，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，要埋設(shè)一個(gè)不大于４Ω的獨(dú)立接地體。但無(wú)論直流地懸浮或者接大地，直流地與大地之間的電位都存在著間接或者直接的關(guān)系。工業(yè)控制機(jī)所操作的各種輸入輸出信號(hào)之間接地是否合理，不只是形成相互耦合干擾的問(wèn)題，有時(shí)還危及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全。在實(shí)際的工業(yè)控制系統(tǒng)中，各種通道的信號(hào)頻率大多在１MHz內(nèi)，屬于低頻范圍。因此，談?wù)劦皖l范圍的接地。(1)串聯(lián)接地在串聯(lián)接地方式中，各電路各有一個(gè)電流i1、i2、i3等流向接地點(diǎn)。由于地線(xiàn)存在電阻，因此，每個(gè)串聯(lián)接點(diǎn)的電位不再是零，于是各個(gè)電路間相互發(fā)生干擾。尤其是強(qiáng)信號(hào)電路將嚴(yán)重干擾弱信號(hào)電路。如果必須要這樣使用，應(yīng)當(dāng)盡力減小公共地線(xiàn)的阻抗，使其能達(dá)到系統(tǒng)的抗干擾容限要求。串聯(lián)的次序是：最怕干擾的電路的地應(yīng)最接近公共地，而最不怕干擾的電路的地可以稍遠(yuǎn)離公共地。(2)并聯(lián)接地并聯(lián)接地方式：在工業(yè)控制機(jī)中的模擬通道和數(shù)字通道采用并聯(lián)接地。并聯(lián)接地中各個(gè)電路的地電位只與其自身的地線(xiàn)阻抗和地電流有關(guān)，互相之間不會(huì)造成耦合干擾。因此，有效地克服了公共地線(xiàn)阻抗的耦合干擾問(wèn)題，工業(yè)控制機(jī)應(yīng)當(dāng)盡量采用并聯(lián)接地方式。值得注意的是，雖然采用了并聯(lián)接地方式，但是地線(xiàn)仍然要粗一些，以使各個(gè)電路部件之間的地電位差盡量減小。這樣，當(dāng)各個(gè)部件之間有信號(hào)傳送時(shí)，地線(xiàn)環(huán)流干擾將減小。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的干擾來(lái)源是多渠道的，針對(duì)不同的項(xiàng)目和不同的現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)該有不同的處理方法。屏蔽和接地是由工控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者操作的一項(xiàng)技術(shù)內(nèi)容。能否正確設(shè)計(jì)和利用它們，不僅關(guān)系到系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行、良好地抑制干擾，而且是工控項(xiàng)目開(kāi)發(fā)者是否成熟的重要標(biāo)志。工控系統(tǒng)的屏蔽處理工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)力線(xiàn)路密布，設(shè)備啟停運(yùn)轉(zhuǎn)繁忙，因此存在嚴(yán)重的電場(chǎng)和磁場(chǎng)干擾。而工業(yè)控制系統(tǒng)又有幾十乃至幾百個(gè)甚至更多的輸入輸出通道分布在其中，導(dǎo)線(xiàn)之間形成相互耦合是通道干擾的主要原因之一。它們主要表現(xiàn)為電容性耦合、電感性耦合、電磁場(chǎng)輻射三種形式。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，由前兩種耦合造成的干擾是主要的，第三種是次要的。它們對(duì)電路主要造成共模形式的干擾。眾所周知，地球是一個(gè)靜電容量很大的導(dǎo)體，其電位非常恒定。如果把一個(gè)導(dǎo)體與大地緊密連接，那么該導(dǎo)體的電位也是恒定的。我們把它的電位叫作零電位，它是電位的參考點(diǎn)。然而，工程上不可能做到這種緊密連接，總是存在一定的接地電阻。當(dāng)有電流經(jīng)該導(dǎo)體入地時(shí)，它的電位就有波動(dòng)。于是，不同的接地點(diǎn)之間會(huì)有電位差。當(dāng)我們用一根導(dǎo)線(xiàn)連接不同的接地點(diǎn)時(shí)，在導(dǎo)線(xiàn)中就可能有電流流動(dòng)，這稱(chēng)為地環(huán)電流。接地抗干擾技術(shù)就是解決以地環(huán)電流為中心的一系列技術(shù)問(wèn)題。電場(chǎng)耦合的屏蔽和抑制技術(shù)克服電場(chǎng)耦合干擾最有效的方法是屏蔽。因?yàn)榉胖迷诳招膶?dǎo)體或者金屬網(wǎng)內(nèi)的物體不受外電場(chǎng)的影響。請(qǐng)注意，屏蔽電場(chǎng)耦合干擾時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)的屏蔽層最好不要兩端連接當(dāng)?shù)鼐€(xiàn)使用。因在有地環(huán)電流時(shí)，這將在屏蔽層形成磁場(chǎng)，干擾被屏蔽的導(dǎo)線(xiàn)。正確的作法是把屏蔽層單點(diǎn)接地，一般選擇它的任一端頭接地。造成電場(chǎng)耦合干擾的原因是兩根導(dǎo)線(xiàn)之間的分布電容產(chǎn)生的耦合。當(dāng)兩導(dǎo)線(xiàn)形成電場(chǎng)耦合干擾時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)１在導(dǎo)線(xiàn)２上產(chǎn)生的對(duì)地干擾電壓VN為：V1和ω是干擾源導(dǎo)線(xiàn)1的電壓和角頻率；R和C2G是被干擾導(dǎo)線(xiàn)2的對(duì)地負(fù)載電阻和總電容；C12是導(dǎo)線(xiàn)1和導(dǎo)線(xiàn)2之間的分布電容。在干擾源的角頻率ω不變時(shí)，要想降低導(dǎo)線(xiàn)2上的被干擾電壓VN，應(yīng)當(dāng)減小導(dǎo)線(xiàn)1的電壓V1，減小兩導(dǎo)線(xiàn)之間的分布