电磁波导论
电磁波（Electromagnetic wave）是由振荡的电场和磁场相互垂直且同步传播的波动。电磁波可以在真空中传播，不需要物质介质。这类波动的一个显著特性是光速传播，在真空中的速度约为299,792,458米每秒（也就是通常所说的光速）。
电磁波的波长范围非常广，从极短的伽马射线到极长的无线电波。根据波长（或频率）的不同，电磁波被分为若干种类：
- 伽马射线（Gamma rays） ：波长最短，能量最高，通常由放射性衰变或核反应产生。
- X射线（X-rays） ：波长稍长于伽马射线，广泛用于医学成像。
- 紫外线（Ultraviolet, UV） ：波长介于X射线和可见光之间，可以引起皮肤晒伤。
- 可见光（Visible light） ：人眼可以感知的电磁波，波长从大约400纳米（紫光）到700纳米（红光）。
- 红外线（Infrared, IR） ：波长长于可见光，主要用于热成像和遥控设备。
- 微波（Microwaves） ：波长更长，广泛用于通信和微波炉加热食物。
- 无线电波（Radio waves） ：波长最长，频率最低，主要用于广播、电视和无线通信。
电磁波在不同的介质中传播速度不同，波长和频率的关系由公式 在真空中，电磁波的波速等于光速。
电磁波及其应用
电磁波谱
电磁频谱涵盖了我们日常生活中接触到的无线电波、可见光和微波等。不同频率的电磁波具有不同的特性，例如低频无线电波只能在地面上传播，而高频射线可以穿透大气层。无线通信技术的基础即是电磁波，频率从低到高都涵盖在电磁频谱内。
无线电波的信道
无线电波在我们生活中起着重要作用，主要频段为几千赫兹到300千兆赫。国际电信联盟负责制定无线电通信的固定频道标准，各种民用、商用和军用无线电通信服务填满了这些频道，导致频道变得越来越稀缺。这些专用频道涵盖了海事移动通信、广播、卫星通信等业务。
无线电的属性：频率、波长、振幅
无线电波的几个特性包括频率、振幅、波长和速度：
- 振幅 ：波的波动幅度，能量越大，振幅越高，信号强度也越高。
- 波长 ：波在一个振动周期内传播的距离。
- 频率 ：每秒通过的完整波长数，单位为赫兹。
- 速度 ：电磁波在真空中以光速传播，在空气介质中速度略慢但接近光速。
波长和频率详解
低频电磁波的波长可以达到几公里甚至超低频（VLF）。例如，3Hz电磁波的波长可以长达100,000公里。频率和波长直接相关，频率越高，波长越短。常见的电磁波应用包括：
- FM广播和AM广播 ：频率为3000Hz到100MHz。
- 4G蜂窝网络无线电广播 。
- WiFi无线电波 ：2.4GHz和5GHz。
- 5G蜂窝网络频段 ：厘米到毫米级别。
- 红外线、可见光 ：波长在360到780纳米之间。
- 紫外线、X射线和γ射线 ：波长非常短，小于十皮米。
波长和频率的基础知识
频率越高，无线电波带宽越大，携带的数据量也越大。例如，5GHz WiFi比2.4GHz WiFi更快，因为频率越高，每单位时间接收到的波长越多，携带数据的波长也越多，接收到的数据量也越大。频率越高，波长越短，穿透和传播距离越短。因此，5G移动网络需要建立更多的子基站来确保信号覆盖。
模拟信号的优缺点
模拟信号通过调整电磁波的幅度和频率来模拟声波信号，保留了信号的细节，但容易受到干扰。数字信号通过二进制的“0”和“1”传输数据，不受干扰影响，可以通过中继加强信号并主动消除干扰。数字信号解决了模拟信号的缺点，特别适用于长距离通信。
数字信号的优缺点
数字信号的三种主要形式包括：
- 幅度键控（ASK） 。
- 频率键控（FSK） 。
- 相位键控（PSK） 。
数字信号虽然容易丢失细节，但可以通过增加采样率来增加数据量和尽可能恢复。许多人仍然喜欢模拟信号，因为其高度的恢复度。