这篇文章简单介绍一下电磁波的基本知识。
- 何谓电磁波?
电磁波是电场强度矢量E和磁场强度矢量H的振动产生的交变电磁场在空间的传播。在电磁波中,每一点的电场强度矢量E和磁场强度矢量H的方向总是互相垂直,且二者还与那里的电磁波传播方向垂直,即电磁波传播的方向跟电场和磁场构成的平面垂直,如图1所示。人们常用频率f、波长λ和波速c来描述电磁波的性质。电磁波在真空(或在空气)中的传播速度c0=3×10^8m/s,电磁波在一个周期内传播的距离叫做波长,记作λ。频率f就是单位时间内电场强度矢量E(或磁场强度矢量H)进行完全振荡的次数,数值上等于周期的倒数,即f=1/T。波长等于电磁波传播速度除以频率,或波速等于波长乘以频率,即c=fλ。
图1 电磁波在介质中传播
电磁波的另一个重要性质是它具有能量。电磁波向空间传播时,它的能量也一起向四面八方传送。因此,振荡电路产生电磁波的过程,同时也是向外辐射能量的过程。在传播的过程中,电磁波所具有的能量要逐渐衰减,不过它在绝缘介质(如空气)中衰减得很慢,因而能传播到很远的地方。
- 电磁波的频段划分
图2 电磁波的划分
在国际单位制中,波速的单位是m/s(米/秒),波长的单位是m(米),频率的单位是Hz(赫兹)。在电磁波频谱中,按波长由长到短,排列了若干种电磁波类型,波长最长的是无线电波,再短一些是红外线,再后面是可见光,再是紫外线,X射线和伽玛射线。通常把频率在300GHz(1GHz= 10^9Hz)以下或波长在1mm以上的波称为无线电波,而微波吸收里的微波指的是频率范围在300KHz-300GHz的电磁波,属于无线电波的范畴(有的分类将微波和无线电波划为两类)。主要用于广播、电视、卫星或其他通信。
在无线电波中,又根据波长的不同,分为不同波段,如甚高频段 (VHF)频率为30~300MHz,特高频段(UHF)频率为300-3000MHz,超高频段(SHF)频率为3-30GHz。
为了划分得更细,将频率为1-2GHz称为L波段;频率为2-4GHz称为 S波段;频率为4-8GHz称为C波段;频率为8-12GHz称为X波段;频率为12-18GHz称为Ku波段。不同的微波频段具有不同的用途,例如,针对卫星通信的Ku频段(12–18GHz),针对军用雷达的X频段(8–12 GHz),C频段(4–8 GHz) 针对手机信号。