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电波也称电磁波。指在空间传播的周期性变化的电磁场 。无线电波和光线、X射线、γ射线等都是波长不同的电磁波。电波受媒质和媒质交界面的作用,产生反射、散射、折射、绕射和吸收等现象,使电波的特性参量如幅度、相位、极化、传播方向等发生变化。

电磁波是电磁场的一种运动形态。电与磁可说是一体两面,变动的电会产生磁,变动的磁则会产生电。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场,这就是电磁场,而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波,电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般,因此被称为电磁波,也常称为电波。

电磁波为横波。电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。振幅沿传播方向的垂直方向作周期性交变,其强度与距离的平方成反比,波本身带动能量,任何位置之能量功率与振幅的平方成正比。

其速度等于光速c(每秒3×10的8次方米)。在空间传播的电磁波,距离最近的电场(磁场)强度方向相同,其量值最大两点之间的距离,就是电磁波的波长λ,电磁每秒钟变动的次数便是频率f。三者之间的关系可通过公式c=λf。

通过不同介质时,会发生折射、反射、绕射、散射及吸收等等。电磁波的传播有沿地面传播的地面波,还有从空中传播的空中波以及天波。波长越长其衰减也越少,电磁波的波长越长也越容易绕过障碍物继续传播。

电磁波的计算

公式:c=λf

c:波速(这是一个常量,c约等于3*10^8m/s),单位:m/s;λ:波长;单位:m;f:频率;单位:Hz。

电波传播

radio wave propagation

电波传播研究无线电波与媒质间的这种相互作用,阐明其物理机理,计算传播过程中的各种特性参量,为各种电子系统工程的方案论证、最佳工作条件选择和传播误差修正等提供数据和资料。根据电波传播原理,用无线电波来进行探测,是研究电离层、磁层等的有效手段。电波传播为大气物理和高层大气物理等的研究提供探测方法,积累大批资料,提供数据分析的理论基础。

电磁波频谱的范围极其宽广,是一种巨大的资源和电波传播的研究对象。主要研究几赫(有时远小于1赫)到 3000GHz的无线电波(极长波到毫米波),同时也研究3000GHz到384THz的红外线、384THz到770THz的光波的传播问题。 电波传播所涉及的媒质有地球(地下、水下和地球表面等)、地球大气(对流层、电离层和磁层等)、日地空间以及星际空间等。这些媒质多数是自然界存在的,但也有人工产生的媒质,如火箭喷焰等离子体和飞行器再入大气层时产生的等离子体等。它们也是电波传播的研究对象。主要研究地下电波传播地波传播、对流层电波传播、电离层电波传播和磁层电磁波等。这些媒质的结构千差万别,电气特性各异。但就其在传播过程中的作用可以分为3种类型:① 连续的(均匀的或不均匀的)传播媒质。如对流层和电离层等。②媒质间的交界面(粗糙的或光滑的)。如海面和地面等。③离散的散射体。如雨滴、雪、飞机、导弹等,它可以是单个的,也可以是成群的。由于这些媒质的特性多数随时间和空间而随机地变化,所以与它相互作用的波的幅度和相位也随时间和空间而随机变化。因此,媒质和传播波的特性需要用统计方法来描述。

主要特性

与声波和水波相似,电磁波具有波的性质。可以发生折射等现象。它的速度,波长,频率之间满足关系式:速度=波长*频率。

传播方式

一、HF(短波)的传送方式

受到F层反射的短波,白天时通过E层的损失跟夜晚相较下,行程较短。经由电离层反射下来,再从地面反射到上空的电波只有短波。短波可以经无数次折返,发射到任何遥远的地方,甚至可以环绕地球数周,并可以听到清晰的回波。反之,位于地表波和反射波之间的地区,是电波无法传送到的地带,又叫死区。短波主要以电离层的反射为传送方式,电离层的变动将会影响电波的传播,信号容易产生衰落是其特点。

二、电波的传送方式

由发射台的天线所发射的电波分成三部分:

⒈直射波(直接射向接收台)。

⒉大地反射波(经由地面再反射给接收台)。

⒊空间波(经由上空再折射给接收台)。如上所述,1和2合并时统称"地表波"。地表波产生时,频率越高损失就越大。另外,由一部分频率的电波经由上空再折射回地面上,传给接收台的称为空间波。

三、VHF(超短波)的传送方式

超短波是电离层无法反射的,大部分在地表波行程内通信的电波。在频率高时,地 表波的损失较大。但减短波长可以使用高性能天线。超短波的异常传播将有下列情况,使电波可传送到更远:

⒈散射E层——多发生在夏季的白天,在电离层E层下面,超短波的电波会反射下来。

⒉散射传播——超短波碰到大气层的乱流时,电波会散射开来,一部分反射到地面。

⒊其它——山地回折,山地反射和无线电波道等也会散射超短波。

四、UHF以上的传送方式

UHF频段以上的电波传送方式与“光”相似。受到大气层的影响不大,遇雨时的损失较大

电磁波谱

按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来,就是电磁波谱。如果把每个波段的频率由低至高依次排列的话,它们是工频电磁波、无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线。以无线电的波长最长,宇宙射线的波长最短。

无线电波3000米~0.3毫米。

红外线0.3毫米~0.75微米。

可见光0.7微米~0.4微米。

紫外线0.4微米~10毫微米

X射线10毫微米~0.1毫微米

γ射线0.1毫微米~0.001毫微米

高能射线小于0.001毫微米

传真(电视)用的波长是3~6米;雷达用的波长更短,3米到几毫米。

发现历史

1864年,英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上,建立了完整的电磁波理论。他断定电磁波的存在,推导出电磁波与光具有同样的传播速度。1887年德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在。之后,人们又进行了许多实验,不仅证明光是一种电磁波,而且发现了更多形式的电磁波,它们的本质完全相同,只是波长和频率有很大的差别。

应用介绍

电磁波为横波,可用于探测、定位、通信等等。电磁波谱是无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线(X射线)、伽玛射线等。

◆无线电波用于通信等

◆微波用于微波炉

◆红外线用于遥控、热成像仪、红外制导导弹等

◆可见光是所有生物用来观察事物的基础

◆紫外线用于医用消毒,验证假钞,测量距离,工程上的探伤等

◆X射线用于CT照相

◆伽玛射线用于治疗,使原子发生跃迁从而产生新的射线等.

◆无线电波。无线电广播与电视都是利用电磁波来进行的。在无线电广播中,人们先将声音信号转变为电信号,然后将这些信号由高频振荡的电磁波带着向周围空间传播。而在另一地点,人们利用接收机接收到这些电磁波后,又将其中的电信号还原成声音信号,这就是无线广播的大致过程。而在电视中,除了要像无线广播中那样处理声音信号外,还要将图像的光信号转变为电信号,然后也将这两种信号一起由高频振荡的电磁波带着向周围空间传播,而电视接收机接收到这些电磁波后又将其中的电信号还原成声音信号和光信号,从而显示出电视的画面和喇叭里的声音。

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