Что такое электромагнитные волны?
Привет всем, я Роуз. Сегодня я познакомлю вас с электромагнитными волнами. Электромагнитные волны являются разновидностью электромагнитной энергии. Их можно считать наиболее совершенным носителем сигнала, поскольку их можно без ограничений переносить в открытом пространстве, а также по металлическим линиям передачи и свободно контролировать.
Темы, затронутые в этой статье: |
Ⅰ. Что такое электромагнитные волны? |
Ⅱ. Радиоспектр |
Ⅲ. Поляризация электромагнитных волн |
Ⅰ. Что такое электромагнитные волны?
Сегодня люди знакомы с электромагнитными волнами, однако термин «электромагнитная волна» был придуман только 150 лет назад, несмотря на то, что электромагнитные волны действительно существуют. Максвелл (ссылка) разрабатывает уравнения Максвелла, объединяя результаты более ранних экспериментов и теоретически предсказывая существование электромагнитных волн, одной из которых является свет. Эксперимент Герца продемонстрировал существование электромагнитных волн более 120 лет назад. Только тогда человечество осознало, что это явление существует и что скорость его распространения равна скорости света. Маркони создал беспроводную телеграфную связь через Атлантику, загрузив телеграфный сигнал в электромагнитные волны. Кто бы мог подумать, что электромагнитные волны проникли во все сферы нашей жизни? Wi-Fi, 5G, дроны, беспилотные транспортные средства, спутниковая связь и другие формы передачи электромагнитных волн зависят от носителя электромагнитных волн.
Итак, что такое электромагнитные волны и как они работают? Электромагнитные волны — это разновидность электромагнитной энергии. Как показано на схеме ниже, добрые братья энергии электрического и магнитного поля не отделены друг от друга, перпендикулярны друг другу и движутся со скоростью света. Еще более интригующим является тот факт, что вакуум является лучшим носителем электромагнитных волн. Даже воздух будет иметь влияние. При контакте с металлом он отражает, а при контакте со средой – затухает. Его можно считать самым совершенным носителем сигнала, поскольку его можно без ограничений переносить в открытом пространстве, а также по металлическим линиям передачи и свободно управлять. В результате этого возник беспроводной мир.
Электромагнитные волны имеют три различные характеристики: длину волны, частоту и скорость волны. Длина волны равна скорости волны, деленной на частоту, и эти три характеристики взаимосвязаны.
Другими словами, когда известна длина волны, известна и частота; когда известна частота, известна и длина волны. Однако имейте в виду, что это представляет длину волны и скорость волны в открытом космосе. Среда снова изменилась.
Скорость электромагнитных волн: Электромагнитные волны распространяются со скоростью света в открытом космосе. В общих расчетах скорость света обычно принимается равной 300 000 000 метров в секунду, однако более точное число составляет 299 792 500 метров в секунду. Он достаточно быстр, и это самая высокая скорость, которую могут достичь люди, но все равно требуется время, чтобы преодолеть определенное расстояние. При использовании современных радиотехнологий необходимо учитывать время, необходимое сигналу для прохождения определенного расстояния. Например, для измерения расстояния до цели радар учитывает тот факт, что сигналу требуется определенное время для распространения. Другие приложения (например, мобильные телефоны) должны учитывать время, необходимое для распространения сигнала, чтобы гарантировать, что синхронизация ключей системы не будет нарушена и сигналы не перекроются.
Длина волны электромагнитной волны:
Как указано на схеме, это расстояние между определенной позицией в одном цикле и той же точкой в следующем цикле. Пики — это самые простые места для выбора, потому что их легче всего найти. Длина волны использовалась для определения положения сигнала на циферблате устройства на заре радио или беспроводной связи. Это по-прежнему жизненно важная характеристика любого радиосигнала или электромагнитной волны, хотя она больше не используется для этой функции. Поскольку частота дает более точный и удобный способ определения свойств сигнала, его положение на шкале радиооборудования или его положение в радиоспектре теперь определяется его частотой.
Частота электромагнитных волн
Это количество раз, когда определенное место на волне поднимается и опускается за определенный промежуток времени (обычно одну секунду). Единицей частоты является Гц, что соответствует одному циклу в секунду. Герц, немецкий физик, открывший радиоволны, удостоен этой единицы. Радиочастоты обычно чрезвычайно высоки. В результате часто используются префиксы килограмм, мега и гига.
1 кГц это 1000 Гц
1 МГц – это миллион герц
1 ГГц — это сто миллионов герц или 1000 МГц.
Единица частоты сначала не обозначалась, а вместо нее использовалось количество циклов в секунду (с/с). В некоторых старых текстах могут быть указаны эти единицы и их префиксы, например, kc/s для более низких частот и Mc/s для более высоких частот.
Ⅱ. Радиоспектр
Диапазон частот электромагнитных волн чрезвычайно широк: от сверхдлинных волн в несколько Гц до видимого света и невероятно коротких лучей (ссылка). На самом деле удивительно, что люди могут различать только видимый свет из такого большого спектра электромагнитных волн. Может ли кто-нибудь воспринимать электромагнитные волны за пределами видимого светового спектра, ведь для них создан орган зрения человека? Возможно ли, что другие животные имеют более широкий зрительный диапазон, чем человек?
Разные частоты электромагнитных волн соотносятся с разными длинами волн, и длина этой электромагнитной волны является источником человеческого сознания, но кто определяет, что частота и длина электромагнитных волн равны? В результате мы можем обсуждать только длину волны или частоту. Лучшим радиочастотным спектром, используемым в настоящее время людьми, является часть ниже, которая простирается от очень низких частот (ОНЧ) до чрезвычайно высоких частот (КВЧ), с длинами волн от сверхдлинных волн до сантиметровых и миллиметровых волн. С другой стороны, будет ли терагерцовый диапазон использоваться в радио?
Ⅲ. Поляризация электромагнитных волн
Поляризация — еще одна важная характеристика электромагнитных волн. Итак, что значит быть поляризованным? В электромагнитных волнах это путь изменения наибольшего электрического поля. На распространение электромагнитных волн большое влияние оказывает поляризация электромагнитных волн. Различные режимы поляризации электромагнитных волн могут использоваться в различных беспроводных приложениях, например в спутниковой связи. Волны с круговой поляризацией используются чаще. 45. ° линейно поляризованные волны наиболее широко используются в мобильной связи. Поляризация электромагнитных волн имеет решающее значение не только для передающих и приемных антенн, но и для передачи сигналов.
Электромагнитные волны с поляризацией
Круговая и линейная поляризация являются наиболее распространенными типами поляризации электромагнитных волн, а эллиптическая поляризация является наиболее распространенной.
Круговая поляризация означает, что максимальное значение электрического поля электромагнитной волны изменяется в форме круга, т. е. электрическое поле вращается по кругу и поет песню, передавая электромагнитную волну, как показано на диаграмме ниже. Конечно, поскольку он вращается, существует различие между прямой и обратной поляризацией: правая круговая поляризация — это правая круговая поляризация, а левая круговая поляризация — это левая круговая поляризация.
Как видно на диаграмме ниже, волну с круговой поляризацией можно разделить на две ортогональные волны с линейной поляризацией. Питание антенны двумя ортогональными фидерами также является распространенным подходом к созданию антенны с круговой поляризацией. Когда дело доходит до линейно поляризованных волн, должно быть какое-то направление. В качестве ориентира обычно используется горизонтальная плоскость. Вертикальная линейная поляризация определяется как изменение электрического поля, перпендикулярное горизонтальной плоскости, тогда как горизонтальная линейная поляризация определяется как изменение, параллельное горизонтальной плоскости. Горизонтальная плоскость также используется в самой популярной конструкции антенны с углом наклона 45°.
Как говорилось ранее, наиболее частым методом поляризации электромагнитных волн является эллиптическая поляризация. Почему? Обратитесь к составной диаграмме волны с круговой поляризацией на предыдущем изображении. Сложная волна является циркулярно поляризованной, когда две ортогональные линейно поляризованные волны имеют одинаковую амплитуду. Составная волна представляет собой эллиптический полюс, если амплитуды неравномерны. Равенства трудно достичь, а несоответствие является нормой.
Frequently Asked Questions
Related Articles
Новые технологии хранения данных: MRAM, RRAM и PCRAM.
Что такое проходной конденсатор?
Введение в корпус микросхем
Подробное объяснение двадцати видов конденсаторов
Что такое полипропиленовый конденсатор?
Какие датчики используются в промышленных роботах?
Что такое 3D XPoint?
Понимание датчика автономного вождения
Что такое ASIC-чип?
Активный электроакустический резонатор-бесшумный динамик
Что такое процессор базовой полосы?
