电磁波详解及用途

简介

• 电磁波是由相同且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波，是以波动的形式传播的电磁场，具有波粒二象性。频率是电磁波的重要特性。按照频率的顺序把这些电磁波排列起来，就是电磁波谱。电磁辐射由低频率到高频率主要分为：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。人眼可接收到的电磁波，称为可见光（波长380~780nm）。
  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。
  
• 波长和频率
  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
  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。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。
  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。
  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%
  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。
  波长到了纳米级就成了X光
  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！
• 不同波长的用途
  无线电波：比如收音机，无线电视机，对讲机等等。
  微波：广泛应用于各种通信业务，包括微波多路通信，微波中继通信，移动通信和卫星通信。现代雷达大多数是微波雷达，还有无线电辐射计，微波炉等等。
  红外线：红外在监视设备中用的较多，一般自带近红外光源，系统设计与可见光十分类似。远红外多用于军事。
  可见光：就是平常我们能见到的各种颜色的光，那用途太广泛了。
  紫外线：日光灯、各种荧光灯和农业上用来诱杀害虫的黑光灯都是用紫外线激发荧光物质发光的。
  x射线：医学上常用作透视检查，工业中用来探伤。X射线可激发荧光、使气体电离、使感光乳胶感光，故X射线可用电离计、闪烁计数器和感光乳胶片等检测。
  γ射线：γ射线有很强的穿透力，工业中可用来探伤或流水线的自动控制。 γ 射线对细胞有杀伤力，医疗上用来治疗肿瘤。
• 频率越高，携带的数据就越多
  电磁波表示0和1的方式
  第一种方法叫“调幅”，基本思路是调整电磁波的振幅，振幅大的表示1，振幅小的表示0，如下图。收音机的AM就是调幅，缺点颇多。
  
  第二种方法叫“调频”，基本思路是调整频率来表示1和0，比如，用密集的波形表示1，疏松的波形表示0。收音机的FM就是调频，优点多多的。
  
  很显然，在单位时间内，发出的波越多，能表示的1和0就越多，换句话说，频率越高能携带的信息就越多。这样算起来，频率800MHz意味着每秒产生800万个波，都用来表示1和0的话，1秒钟可以传输100M数据，这速度很快啊！为啥我们感觉不到呢？
  古语有云，重要的事情说三遍，通信也是如此。无线电拔山涉水，弄丢几个1,0太正常了，防止走丢的土办法就是抱团。比如，用一万个连续的1表示一个1，哪怕路上走丢了两千个1，最后咱还能认得这是1。
  军用就两码事了，为了防止被破解，要用很复杂的组合来表示1和0，中间说不定还有很多无效信息，各种跳频技术扩频技术，还不停变换组合，总之越花哨越好。所以同样一句话，军事通信要用掉更多的1,0，因此为了保证传输效率，军用频率就比民用高很多。就目前来说，顶级破解技术还干不过顶级加密技术，这里不包括尚未成熟的量子通信。军事对抗是无止境的，干不过也不能认怂！那怎办？既然弄不清楚你的1,0，那我就索性再送你一堆1,0，把你原有的组合搞乱，让你自己人都懵逼。这就是电子对抗的环节。
  振荡电路插个天线就可以产生电磁波，用特定方法改变电磁波的频率或振幅，变成各种复杂的组合，这个过程叫调制。对应的，竖个天线就能收到空中的电磁波，按预定方法变回1,0，这个过程叫解调。