淺析電子信息工程中的物理學原理

王冬 咸陽師范學院物理與電子信息工程學院電信班1601

電子信息工程是一個非常寬泛的概念，因為其中分類不同，很多大學對開設科目的側重點就有所不同，但是根據人才的培養目標可以看出，該專業需要學生具備良好的網絡技術知識儲備，明白和理解電子系統設計相關知識，并對計算機技術、工程技術和外語能力有一定的要求。電子信息工程需要人才的寬口徑、高素質和創新能力，需要具備扎實的電子信息工程相關基礎，對動手能力和實踐能力都需要很高的要求。

1 電子信息工程與物理學的必然聯系

很多院校都開設了電子信息工程專業，學生需要學習大學物理和數學兩大門學科，倘若要向集成電路方向發展，因為很多SOC和NOC都牽扯到數學建模和相關算法，因此對數學素質要求很高，在軟件層面上需要對計算機編程很熟悉，物理的關系主要在電路方面。而根據就業前景來看，學生如果想要從軟件方向相關的電子信息工程工作，那么對物理的掌握水平就不用太高，但是終歸出于物理學科的重要性，電子信息工程專業中物理學仍是一門必修課。電子信息工程的就業方向眾多，主要有硬件方向和軟件方向。以下將分別說明：

1.1 硬件方向

電子信息工程中的基帶和射頻相關工作，需要掌握電路理論，熟悉掌握模擬電路和數字電路課程，以手機中的tranceiver和PA研究為例，射頻是影響手機信號的重要因素，因為需要分析高頻的干擾特性，濾波和傳輸線阻抗炸設計的時候需要匹配，因此專業性和學習難度非常明顯，從事電子信息工程硬件方向工作，就應當學習物理學中的微波理論、通信原理、高頻和數字信號處理等相關知識。

1.2 軟件方向

電子信息工程軟件方向可以是driver的底層驅動開發和應用層的控制、MMI協議，應用層指令通過發動指令給驅動層，進而控制驅動層的程序執行。其主要是通過ioctl和switch函數實現，因此軟件方面電子信息工程與物理學的關系并不是很明顯，但因為底層的驅動設計也是需要掌握一定的物理學知識，因此即使想從事軟件方向工作也必須物理學作為支撐。

2 電子信息工程中物理學原理的應用

物理學是很多學科的基礎，其電學和電磁學相關知識被廣泛應用于電子信息工程。電子信息工程中物理學原理的應用也非常廣泛。

2.1 磁懸浮列車

當今中國已經投入了磁懸浮列車的商業化運營，磁懸浮列車就是通過電磁力實現低空懸浮，克服地球地心引力帶給傳統列車與鐵軌不可避免的摩擦，從而實現更快的運行速度。中國第一條磁懸浮專線的速度可以達到8分鐘走完30多公里。其使用的常導磁吸型磁懸浮列車，是采用同名磁極相互排斥的物理學原理設計而成，列車兩側轉化架上的電磁鐵與軌道上的磁鐵，通過磁場力的作用相斥令列車懸浮低空，從而實現克服摩擦力以達到更快的運行速度。磁懸浮列車的系統分為三部分，懸浮系統、推進系統和導向系統，懸浮系統分為電磁懸浮和電力懸浮，分別采用電磁場相斥實現無接觸導向、電流斥力實現無接觸導向。推進系統則使用同步直線電動機原理，推動列車做直線運動，實現非接觸的牽引和制動。導向系統也是采用了懸浮系統相類似的物理學原理，“同性相斥，異性相吸”從而保證磁懸浮列車能按照導軌規定的方向運動。

2.2 移動通信信號傳輸

移動通信的概念非常寬泛，大到汽車火車，小到日常使用的手機，甚至于人體都可以看做是移動通信單位，以下介紹的主要是無線通信，其采用的物理學原理是無線電波信號。實現手機信號傳輸的實際上是電磁波，本質上看，其與天線電視的電磁波是相同的，但是波段上的不同導致傳輸效果不同。手機是一個傳輸內容的轉換器，通過將人的聲音、圖像和視頻等媒體轉化成一定編碼的電磁波，向外界擴散，手機既是一個接受信號的機器也是發送信號的集齊，以接受信號為例，手機將天線接受的射頻信號，經過U400進入接收回路，通過天線開關的射頻帶通濾波器接收并方法，進入數字信號處理器進行信號的加工處理。本質上講傳輸信號的過程也是大致相同的，手機的信號發射范圍有限，因此需要電信運營商的接力設備支持，以無線電波的形式進行手機間的信號傳輸。

2.3 電子和通信器件開發

電子信息工程中很重要的一方面就是電子和通信器件的開發，以半導體開發為例，其主要應用的是電子學，固態電子學理論中的微電子學，是研究微型器件和電路系統的電子學分支。半導體微電子學中物理知識的應用和研究領域主要是半導體物理、半導體器件物理、集成電路相關。半導體領域中的等比例縮小定論，其指導思想是恒定電場（CE）規律，其延伸出來的規律是恒定電壓等比例縮小（CV）規律和準恒定電場等比例縮小（QCE）規律，會影響到電子器件的尺寸、負載電容、功耗、集成密度等諸多方面。影響電子器件尺寸的因素中，材質也非常重要，例如高K介質、SOI介質都是典型代表，但是其中不僅僅包含了物理學知識，還有相應的化學原理。

3 電子信息工程中物理學原理的應用前景

物理學在電子信息工程中的應用廣泛，并且其基本理論為電子信息工程的發展提供理論基礎，在通信方向、多媒體方向、射頻、微波電路、微電子方向、數字電子線路等方向都有非常廣泛的應用。

通信方向可以進行工程設計、基站機房的調試工作，也可以進行路由器、交換器和軟件的開發，需要要求技術人員懂7號指令并且了解相關的通信協議，也要學習ARM、Linux等開發平臺；多媒體方向可以進行音頻和視頻的編碼；射頻和微波電路是通信系統的核心組成，高頻模擬電路的設計也需要物理學知識為支撐。微電子技術中物理學應用的發展，主要是其集成電路將逐漸發展為系統SOC芯片，因為硅微電子技術對集成度的影響較大，因此晶圓尺寸增大也會影響芯片的產量和性價比。在微電子技術與其他領域相互穿插雜糅以后會生成新的產業，其中比較典型的是MEMS和DNA芯片。數字電子線路方向可以從事單片機、微機接口的開發，是很多電子信息工程專業的主要從事方向。

因為電子信息工程相關的很多就業方向都涉及到底層開發，需要掌握開發平臺的應用，例如C語言、ARM、Linux等等都需要根據自己的研究方向不同進行涉及。這也就意味著在學習和培訓中電子信息工程技術人員不僅要掌握本專業知識，還要對物理學、計算機、化學等基本原理進行廣泛涉獵，扎實掌握。但正是因為對人才的要求更高，電子信息工程專業人才非常稀缺，其就業前景和發展前景非常廣闊。

4 結語

總而言之，物理是一門非常重要的學科，經典物理中包含電磁學理論是學習電子信息工程的基礎。因為電磁學在電子信息工程中的使用非常廣泛，因此也意味著工作人員和相關專業學生要將物理學掌握扎實、認真理解，真正掌握其中的內涵。電子信息工程師一門理科學科，大學學習該專業就需要針對實驗、學術不斷研究，以提升知識技能和分析解決問題的基本素養，這就需要肯吃苦的鉆研精神和創新進取的科研精神，以保證未來學習和工作的穩步推進。