从电磁场观点审视宽频带的无线通信

到一条太阳的带子在水面上。如果把我们的眼睛当作接收 天线（点源），我们除了接收到了太阳直射光线和镜像光线（射线跟踪法可以描述）外，还收到了水面表面波。

4 近场的波阻抗

天线在远场时，有明确的辐射场型；而在近场时，它的辐射场型随观察点到天线的距离变化而变化。因此，近场辐射场型是不确定的。利用精准全波电磁场论我们可计算在近场时，电磁波的传播方向由电场（Et）及磁场（Ht）决定, 所呈现的波阻抗特性。波的阻抗（Z0）由电场（Et）除以磁场（Ht）计算得出。由于电场与磁场均为向量，包含大小与相位。因此，波的阻抗为复数值，不仅 随距离变化，也随天线极化方向（或天线之摆设）、天线的性质、天线所处环境等等而有所不同，其特性类似于一般微小化天线的输入阻抗特性。由此，如需要设置 近场的天线，可借精密电磁估算出复数的波阻抗。由此，我们得以将天线电路系统优化。譬如采用共轭复数阻抗匹配来达到功率匹配目的，这和一般将天线输入端视 为某一正实数之阻抗匹配设计是截然不同的，也解释了为什么实际使用香农信道容量理论一直无法达到它应有的理论的上限值。

5 阵列天线的模型

无线通信理论工作者及工程师，往往视天线阵列（两支天线或更多）中的天线为标量辐射源，根据此假设推导出MIMO 使用状况的空间通道模型，而忽略了实际上电磁场的是运作在矢量场的状况。虽然大量的文献报导了天线（辐射源）与天线（辐射源）之间的藕合对通道的影响，但 是却忽略了它们是电磁信号源。无论何种形式，都是矢量信号源，必须考虑天线的极化现象，加上天线尺寸的大小和形状[2] 皆改变了电磁辐射场型。因此，只有准确地计算Maxwell 方程式所描述的物理状况才能让阵列天线信号处理变得有意义。阵列天线的近场模型，不仅具有单一天线时的复数波阻抗，同时其藕合天线阵列自身也产生所谓多模 的状态。而任意被激发出的阵列天线信号，即是这种多模天线状态的线性组合。电磁场是一个矢量场的基本物理事实，一方面让标量场假设所导出的信号处 理方式变得过度简化，另一方面也腾出一个大幅改进现今信号处理天线阵列的巨大空间，得以改善4G 无线移动通信，或进一步研发更有效率的无线移动通信的空间使用，但这都可源自精确掌握实际电磁场的电路效应。

6 结束语

文章简述了电磁波在无线电环境中如何扮演重要角色但又被忽略的情形。此现象若不予以适当改进, 则无法对信号处理进行最佳化设计。这是因为大幅度违背物理现象, 则不可能有最佳设计，因此无法让无线电通道传播更大量且更高速的数据。另一方面，用精确电磁计算得到的天线辐射模型，无论是近场或远场，都提供了最佳化微波通信系统电路的解决方向，从而可大幅提升信号与杂波的比值（S/N）。因此，无线电通道和天线系统间电磁物理现象的掌握，对4G、5G 等高速移动无线通信，会有重要的贡献。