波长频率小知识

朋友,你了解电磁波吗?完全没听说过的人大概不多,几乎人人都知道现在的通信主要是用电磁波实现的,不过,对电磁波通信的原理有深入了解的就很少了。

我的朋友、著名科普作家@老和山下的小学僧写过一篇文章《无线通信:从1G到5G | 老和山下的小学僧》,里面对电磁波通信从原理上进行了风趣而深入的介绍:

要说5G,不懂点电磁波是不行的。提问:仙人掌能防电脑辐射吗?知道答案的大盆友直接看后半篇,下面这段写给小盆友。

日常生活中,除了原子电子之外,剩下的几乎全是电磁波,红外线、紫外线、太阳光、电灯光、wifi信号、手机信号、电脑辐射、核辐射,等等。只要是波,就逃不过三个参数:波速、波长、振幅。电磁波的速度是恒定的光速,因此只需考虑:波长(或频率)、振幅(不考虑方向),其中频率对于电磁波来说,尤为重要。

频率越高,对应着电磁波的波长越短,能量越高,衰减越快,穿透性越差,散射越少,对人体伤害越大。就着这个原则,咱从头到尾捋一遍。

长的电磁波波长能到1亿米,频率3Hz,1秒钟三个波,如果用来通信的话,等你一句话说完,就可以过年了。
稍微正常点的电磁波,波长几万米,用这通信,就一个字:稳!江河大山都挡不住,甚至能穿透几十米深的海水(海水导电,是电磁波的克星)。不过就这点频率,只能勉强携带点信息,发一个hello,大概需要半小时,也就比写信稍微强点。因为超长波实在是稳,一般用在岸台向潜艇单向发送命令。
再短点,几十米波长的电磁波,频率就到了百万赫兹MHz级别,能携带的信息就很可观了,一句话至少能说利索了。而且照样还能跑很远,几百公里不在话下,所以收音机广播、电报、业余无线电一般用这个频段。
说点有用的,假如你困在荒岛上,有个飞机路过,赶紧用121.5MHz呼救,这是民用紧急通信频率,还有个军用紧急通信频率243MHz,这些都是不加密的公共频率。上次解放军和台军战机对峙,双方用这个频率对话,结果被无线电爱好者录下来放网上了,吃瓜群众喜闻乐见之余,又担心我军通信太容易被破解,真是阿弥陀佛了。
波长再短点,到了1米~1厘米,就有意思了。一方面,虽然衰减已经很明显了,但一口气还能跑个百十公里,够用;另一方面,频率到了GHz级别,能携带足够多的信息,不但话能说利索了,还有多余功夫让你加个密什么的。所以这个波段是通信的焦点,什么1G2G3G4G,什么卫星通信雷达通信,全在这,统称微波通信。
到了毫米级,电磁波就跑不了多远了,虽然毫米波不太发散,但很容易被周边物质吸收或反射,几乎没啥穿透性,用来通信很鸡肋,不过用在导弹导引雷达或微波炉上棒棒的。但,毕竟频率超过了30GHz,携带的信息量实在太馋人,要不还是试试吧!于是,5G来了。
5G同志先等等,继续往下数,来到微米级。毫无疑问,能携带的信息量继续倍增,但波长0.7微米的电磁波就已经是可见光了。可见光都见过吧,别说穿墙了,一张纸都够呛,想接着按照7G8G9G的套路肯定走不通啊。然后,就有了激光通信,发射端和接收端必须瞄得准准的,中间还不能有阻挡,这优缺点自个儿体会体会。
波长到了0.3微米,也就是300纳米,先别管频率的事了,这玩意儿就是我们熟知的紫外线,终于对人体有害了。太阳光里的紫外线大约占了4%,如果你一天能晒上半小时太阳的话,那么前面提到的那些电磁波辐射基本可以无视了(不要钻电磁共振的牛角尖,咱只说普遍情况)。
波长200纳米的紫外线,在太阳光中几乎是没有的,所以在阳光太强时,紫外线通信就成了激光通信很好的补充,不但隐蔽性更好,还不用对得那么准,在几公里的距离上非常好用,是近些年军事通信的研究热点。
接下来就和通信无关了,波长到了纳米级就成了X光,就是在医院见到的那种,这么说的话,X光其实也能叫纳米技术(这是玩笑)。
最后,波长短到了0.01纳米以下,这就是闻之色变的伽马射线,来自核辐射,全宇宙最强的能量形式之一!若是要毁灭一个星系,伽马射线是不二之选。实际上,科学家一直怀疑,超新星爆炸产生的伽马射线爆已经毁灭了绝大部分的宇宙文明,好在太阳系处于比较角落的地带,周边恒星不多。
终于说完了波长频率,那振幅呢?连仙人掌能不能防辐射都不知道,也就没必要了解振幅的含义了,直接跳过!
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