电磁波分布范围研究
来源: 上海杜纳斯机电设备有限公司   发布时间: 2013-04-02 09:55   6162 次浏览   大小:  16px  14px  12px
电磁波分布范围研究及应用
  

电磁波分布范围

一、广义的电磁波

 范围  波 长(cm)         频 率 (Hz)

 无线电波 >30           <10^9

 微波  300.1          1×10^93×10^11

 远红外 0.15×10^-3       3×10^116×10^12

 中红外 6×10^-32.5×10^-4   6×10^121.2×10^14

 近红外 2.5×10^-47.8×10^-5  1.2×10^143.8×10^14

 可见光 7.8×10^-53.8×10^-5  3.8×10^147.9×10^14

 近紫外线 3.8×10^-52×10^-5  7.9×10^141.5×10^15

 远紫外 2×10^-510^-6      1.5×10^153×10^16

 χ射线 10^-610^-8        3×10^173×10^19

 γ射线 <10^-8          >3×10^19

二、可见光通常指波长范围为:390nm - 780nm 的电磁波。

紫外线的波段频率范围大致在8×10^143×10^17赫兹之间。

紫外光被划分为

UVA:波长范围400-315nm

UVB:波长范围315-280nm

UVC:波长范围280-190nm

红外线为波长大于780nm的光波。

从频率划分:可见光的波段频率范围大致是39×10^1477×10^14赫兹,紫外线的波段频率范围大致是8×10^143×10^17赫兹之间,而红外线波长的范围大致是3×10^11到约4×10^14赫兹之间

三、电磁波与机械波

电磁波与声波,水波是两类不同性质的波

声波,水波:属于振动波,靠声源的振动,带动介质的振动而传播振动能的.形成的是一个疏密相间的波状态.波在单位时间内振动的次数,称之为频率,波状态中介质疏密相间的距离,称之为;波长, 声波按照频率分为次声波、声波和超声波。能够引起听觉的是声波,频率比声波高的叫超声波,没有声波高的叫次声波。这里的频率是发声物体每秒内振动的次数。

电磁波:不是靠波源的振动而形成的振动波,电磁波是一种发射波,是靠发射出的粒子(自由电子,光子或能量子)而形成的一种波.单位时间内发射出的粒子数量,称之为;频率.发射过程中每个或每股粒子之间的距离,称之为;波长.从而电磁波与声波,水波一样也形成了一个疏密相间的波状态,电磁波是电场和磁场交替在空间传播而产生的,按照频率或波长(频率等于光速除以波长)分为无线电波、红外线、可见光波、紫外线、x射线、伽马射线。其中的无线电波按照波长分为长波、中波、短波、超短波、微波。

声波,水波的传播需要介质,电磁波的传播不需要介质,因为,电磁波发射的是具有物质性质的粒子,所以,电磁波传播的既是物质又是(粒子的快速运动所带出的)能量.电磁波在空气中的传播是一种反射形的传播过程,就像光在镜子之间的反射传播那样.空气中的每一个分子就像一个个"小镜子".电磁波就是在这些"小镜子"之间反射传播并改变着传播的方向.

声波,水波在传播中,其能量会逐渐衰减.电磁波在真空状态的传播中是不会衰减的.电磁波在空气中传播是会遭到吸收和反射的.所谓"吸收"是指电磁波粒子被空气中的原子或分子(实际是原子核)"俘获",转化成为俘获者的绕核电子(绕核电子也可以在某种条件下转化为电磁波粒子.另外,关于空气分子容易吸收某个波段的电磁波粒子,这于不同的原子核结构有关.这两个问题如果谁有兴趣的话,我们可以继续讨论).所谓反射是指;电磁波粒子根据牛顿力学中作用与反作用的原理,与空气分子发生作用而改变方向的一种过程.我们可以从电视台接收到电磁波信号或雷达可以从远处探测到飞机的信号,就是利用电磁波粒子反射过来的原因.另外,电磁波在太空中的传播是定向的,在空气中,电磁波既定向又不定向性就是空气分子对电磁波粒子的反射作用的原因,并且,这样使我们可以在一定范围内也可以接收到电磁波信号.

二.电磁波波谱分布

实验证明,不仅无线电波是电磁波,光、X射线、γ射线也都是电磁波。它们的区别仅在于频率或波长有很大差别。光波的频率比无线电波的频率要高很多,光波的波长比无线电波的波长短很多;而X射线和γ射线的频率则更高,波长则更短。为了对各种电磁波有个全面的了解,人们按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来,这就是电磁波谱。

波长()=波速/频率=300000000/频率(HZ)=300/频率(MHZ)

交流电:

波长可达数千公里 (如果需要,还可以制造出波长更长的。总之理论上无上限)

由于辐射强度随频率的减小而急剧下降,因此波长为几百千米(105米)的低频电磁波强度很弱,通常不为人们注意。

无线电波:

长波(波长在几公里至几十公里);~100KHz

中波(波长约在3公里至约50米);100KHz6MHz

短波(波长约在50米至约10米);6MHz30MHz

微波(波长范围约10米至1毫米)。30MHz30GHz

无线电广播和通信使用中波和短波,电视、雷达、手机使用微波。

无线电波是指在自由空间(包括空气和真空)传播的(射频)频段的电磁波。

射频(RF)是Radio Frequency的缩写,表示可以辐射到空间的电磁频率,频率范围从300KHz30GHz之间。

红外线:30GHz40THz

波长约0.75微米至1毫米。(1毫米=1000微米)。6微米以上又称远红外,1.5微米以下又称近红外。近年来,一方面由于超短波无线电技术的发展,无线电波的范围不断朝波长更短的方向发展;另一方面由于红外技术的发展,红外线的范围不断朝波长更长的方向扩展。日前超短波和红外线的分界已不存在,其范围有一定的重叠。

可见光:40THz80THz

波长约 800 400 纳米(通常是780380纳米),人眼可见的光。1微米=1000纳米。可见光又细致划分为:

750~630纳米;

630~600纳米;

600~570纳米;

绿 570~490 纳米;

490~460纳米;

460~430纳米;

430~380纳米。

紫外线:80THz3200THz

可见紫色光以外的一段电磁辐射,波长约在 10 400 纳米范围。又可细致划分为:

真空紫外,10 -- 200 纳米;

短波紫外线,200--290纳米;

中波紫外,290--320 纳米;

长波紫外,320--400纳米。

这些波产生的原因和光波类似,常常在放电时发出。由于它的能量和一般化学反应所牵涉的能量大小相当,因此紫外光的化学效应最强。

X射线:

波长约在 0.01埃 至 10 纳米。(1纳米=10埃)。

伦琴射线(X射线)是电原子的内层电子由一个能态跳至另一个能态时或电子在原子核电场内减速时所发出的。随着X射线技术的发展,它的波长范围也不断朝着两个方向扩展。目前在长波段已与紫外线有所重叠,短波段已进入γ射线领域。

伽玛射线及宇宙射线:

通常波长更短,理论上可达无穷短。

这种不可见的电磁波是从原子核内发出来的,放射性物质或原子核反应中常有这种辐射伴随着发出。γ射线的穿透力很强,对生物的破坏力很大。

三.常用波段

(1)手机

手机采用的无线通信的方式,手机的频率也就是在空中传播的载频的频率。不同制式,不同运营商采用的载频是不一样的。制式指的是在空中传输时的编码方式,调制解调技术的不同。如目前2G网络中的GSMCDMA采用的就是不同制式。GSMTDMA,也就是时分多址。CDMA是码分多址的方式。

我国的GSM网络用的是双频,即900/1800MHz 1900MHz是美国用的,如果你需要出国漫游到美国,那么你的GSM手机必须支持1900MHz,否则手机在美国是不能用的。

依此类推,其它的频率也是在其它网络中用的。比如说,中国联通的CDMA网络用的是800MHz的频率,将来的3G网络用的将是2.1GHz

每个频率都有一定的带宽,也就是说容纳的用户数是有限的。当网络中用户数量增加后,原有的频点上的带宽就不够支持所有的用户通话了。在GSM短短几年的发展中,GSM900MHz成为全球数字网的主导标准,全球绝大部分的GSM运营商都选择了900MHz的频段。目前GSM900频率资源日益匮乏,已成为手机网络发展的一个瓶颈。1992年,ESTIMOV推荐了个人通信网(PCN)方案。这种起初称作DCS1800的系统因其技术与GSM900非常类似,后改称GSM1800GSM双频网实际上就是GSM两个频段数字移动通信系统网络的叠加。双频手机最大的优势是可在用户无察觉的状态下,在900MHz1800MHz两种网络间自动选择最佳最通畅的服务信道并自动切换,从而避免了掉话现象。即使在信号较弱,双频手机也能有较好的通话质量。这也就是中国移动采用1800MHz的原因。目前的原则是,尽量先使用900MHz的带宽,当900MHz占满后,手机将自动切换到1800MHz的频点上。

三频手机中的三频就是指包含3个工作频率,这三个工作频率就是GSM900MhzDCS1800Mhz以及PCS1900Mhz,那么依此类推,所谓的三频手机就是指手机可以同时接收GSM900MDCS1800Mhz以及PCS1900Mhz这三个频率段的信号,从中做出选择,谁的信号强,就用哪一个基站的信号,如果一方接不通,可以自由转到别一个频段的信号上。它实际上就是扩大了手机的接通率而已。在一些手机用户比较集中的地区,尤其合适使用三频手机,因为三频手机能够灵活地在GSM900DCS1800PCS1900之间进行切换,能始终保持通话不断。而PCS1900兆网,是北美地区(美国、加拿大)通信网络领域普遍使用的网段。

(2)调频范围

87.5MHz-108.0MHz为民用广播频率

70MHz-87.5MHz是校园广播频率

108-160MHz是业余无线电通讯频率

160MHz以上是对讲机和电视伴音通信频率

(3)对讲机

2001126日起,我国开放民用对讲机市场,使用400--410MHz,发射功率小于0.5瓦的民用对讲机,无需办理任何手续。

对讲机的工作频段也就多集中在了400-470MHz136-174MHz。通话距离上150MHz400MHz的对讲机在城区里的话400MHz的对讲机通话距离要远一点,因为天线增益较150MHz的机器高。在山区的话150MHz的对讲机通话距离较远,因为有电波绕射的存在性。功能上讲的话两种对讲机都差不多的。

(4)无绳电话

国家规定的无绳电话功率不得大于20毫瓦,即0.02W,空旷通话距离在300米左右,并且选用45兆到48兆之间的低频率给无绳电话使用。

对比后不难看出无绳电话的辐射对人体是没有伤害的。

GSM手机发射功率是0.8-2W

CDMA手机是0.2-1W

对讲机0.5W

无绳电话0.02W

目前中国的无绳电话机用户大都使用的是模拟无绳电话,模拟无绳电话的工作频段为4548MHz,共10对通信频道,该频段存在较多干扰源,当信号在主机和子机之间传递时,由于信道数量少,干扰信号将严重影响通话质量。这就是我们使用模拟无绳时常感觉到滋滋等噪声的原因。数字电话在无线传输上采用数字编码方式以2.4G 载波传输, 抗干扰性和保密性都得到加强 , 被盗打的机率为零。

(5)电视伴音

频道 视频MHz 音频MHz

(6)卫星电视

1979年国际电信联盟为卫星电视广播划分了六个频道,L(0.7GHz),S(2.5 GHz),Ku(12 GHz),Ka(23GHz)Q(42GHz),V(85GHz)频段,各个频段的带宽分别为170,190,2150,500,2000,2000MHz ,其中与广播电视直接有关的是Ku频段.我国所在的第三区在Ku频段中的频率范围为11.7—12.2 GHz,500 MHz ,可以划分为24个频道,单个频道的宽度为27 MHz.C频段(3.7—4.2 GHz),原本属于通信频段,主要用于地面通信,中继通信和微波通信.但是目前我国和亚洲大多数国家仍使作C波段来进行卫星电视广播,因为C频段主要用于通信,卫星转发器功率相对较小,地面接收站的天线口径较大,运输安装,调试和维护的难度较大.Ku频段的卫星转发器功率比较大,地面场强较强,C频段相比,可以大大减小接收天线的口径,便于运输,安装,调试和维护.但是在电磁波的空间传输特性上,C频段又优于Ku频段,因为C频段的传输受天气的影响较小,Ku则受降水的影响较大,遇到大暴雨时甚至能导致传输中断.

(7)雷达波段

事实上有两种雷达波段的划分系统。老版本的划分规则是根据波长来划分,在二战时制定的。它的规则是这样的:

l 最初的搜索雷达使用23厘米的波长。他就是人们常听说的 L-波段 (英文Long的缩写).    1.3GHz;当更短一些的波长雷达出现时(10cm), 这种雷达通常被人们叫做S-波段, S 是比标准的L波段短的意思(Short),3GHz

l 当火控雷达雷达出现时 (3cm波长),它被人们叫做 X-波段雷达,因为生活中X通常用来指定和标示地点,10GHz

l 人们对于搜索雷达和火控雷达的折衷波长的雷达叫做C-波段 (C 是英文单词 Compromise折衷的意思).

l 德国人发展了更短波长的雷达,它的波长是1.5厘米.德国人叫它K-波段雷达 (K Kurtz, 德语中短的意思). 20GHz,但不幸的是,由于德国人特有的日尔曼式的严谨,他们选择雷达频率是完全通过水蒸气试验方式求得的,致使K-波段雷达在雨天和雾天时无法使用. 战后人们选定频率略大于 K 波段 的波段为Ka波段(Ka K-above大于K的意思)和频率略小于K 波段的波段为Ku波段 (Ku K-under小于K的意思)

l 最后,最早的使用米波长的雷达人们叫它P-波段雷达 (P代表英文单词 Previous原先的意思)

但是这个系统十分复杂和繁琐,很难使用. 因此它被合理的系统替代了。新的系统就是按波长的长--短从A排到K

老的 P-波段 = 新的 A/B 波段

老的 L-波段 = 新的 C/D-波段

老的 S-波段 = 新的 E/F 波段

老的 C-波段 = 新的 G/H 波段

老的 X-波段 = 新的 I/J 波段

老的 K-波段 = 新的 K 波段

现在的雷达波段如下:

D,波长0.3-0.15   1GHz2GHz

E,波长0.15-0.1   2GHz3GHz

F0.1-0.075    3GHz4GHz

G0.075-0.05    4GHz6GHz

H0.05-0.0375   6HGz8GHz

I0.0375-0.03   8Ghz10GHz

J0.03-0.015   10GHz20GHz

K0.015-0.0075   20GHz40GHz

(8)无线网络

802.11a/b/g是无线网络的网络协议,A协议适用频率为5.8GBG协议适用频率为2.4G。至于带宽,AG协议理论值为54MB协议理论值为11M

最开始推出的是802.11b,它的传输速度为11MBs,因为它的连接速度比较低,随后推出了802.11a标准,它的连接速度可达54MBs。但由于两者不互相兼容,致使一些早已购买802.11b标准的无线网络设备在新的802.11a网络中不能用,所以IEEE又正式推出了完全兼容802.11b标准且与802.11a速率上兼容的802.11g标准,这样通过802.11g,原有的802.11b802.11a两种标准的设备就可以在同一网络中使用。

(9)蓝牙、红外

蓝牙是一种支持设备短距离通信(一般是10m之内)的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙的标准是IEEE802.15,工作在2.4GHz 频带,带宽为1Mb/s。蓝牙的技术性能参数:有效传输距离为10cm~10m,增加发射功率可达到100米,甚至更远。收发器工作频率为2.45GHz ,覆盖范围是相隔1MHz79个通道(从2.402GHz2.480GHz )。

红外线是波长在750nm1mm之间的电磁波,它的频率高于微波而低于可见光,是一种人的眼睛看不到的光线。由于红外线的波长较短,对障碍物的衍射能力差,所以更适合应用在需要短距离无线通讯的场合,进行点对点的直线数据传输。

红外数据协会(IRDA)将红外数据通讯所采用的光波波长的范围限定在850nm900nm之内(33.3THz35.3THz)。

1、赫兹  (hertz)  频率的标准单位,以德国物理学家Heinrich Hertz命名。赫兹数表示每秒周期数或每秒从一个基本状态开始以至恢复的变化循环数。在音频范围,基本状态是指没有声音时的空气压强或它的电学等效值(常电平DC信号)。赫兹值越大,表示音调越高。  2、千赫  千赫,缩写是kHZKHZ*,它是交流电(AC)或电磁波(EM)频率的单位,等于1000赫兹(1000Hz)。这个单位也用于信号带宽的度量和描述。  1kHZ频率的AC信号在人类的听觉范围之内。如果此频率的信号加在耳机或扬声器上,那么出来的音调将会有一个斜度,它会降到所谓的“audio midrange”。频率为1kHZEM信号的波长为300千米,大约是190英里。标准调幅(AM)广播带宽在535kHZ1605kHZ的范围内。某些EM的传输在百万kHZ。  千赫兹是频率的一个相对小的单位,更普遍一些的单位是MHz,等于1000000Hz1000kHz,还有GHz,它等于1000000000Hz1000000kHz。  千赫常常用来描述数字信号以及模拟信号的带宽。数字信号的带宽指的是比特每秒的数据速度。一般来说,数据速度越快,带宽越大。但是,数据速度和带宽并不是一回事。速度为28800bps的调制解调器,从某种意义上来说,它表面上频率为28.8kHz。但它的带宽通常要小很多,因为带宽是取决于某个时刻数据字符的变化量,而非单位时间内的数据比特数。  HzHertz,赫兹,一般为波形每秒钟变化或振动的次数,在计算机中不同硬件对Hz的定义各不相同。如CPU的运行速度以每秒计算多少次(Hz)来衡量,由于该单位比较小,所有还有下面几种。  KHzkiloHertz,千赫兹,1KHz=1000Hz,如声音的采样频率有44KHz等。  MHzMega Hertz:兆赫兹,1MHz相当于1000KHz。如CPU的运行频率早已达到几百兆赫兹(MHz)以上。

                                      

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