通信领域的信号科普

1.电磁波的介绍
(1)从科学的角度来说,电磁波是能量的一种,凡是高于绝对零度的物体,都会释出电磁波。且温度越高,放出的电磁波波长就越短。正像人们一直生活在空气中而眼睛却看不见空气一样,除光波外,人们也看不见无处不在的电磁波。电磁波就是这样一位人类素未谋面的“朋友”。

  • (2)电磁波是如何产生的

简要的说:交变磁场激发交变电场激发交变磁场激发交变电场…
电磁波是电磁场的一种运动形态。电与磁可说是一体两面,变化的电场会产生磁场(即电流会产生磁场),变化的磁场则会产生电场。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场,这就是电磁场,而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波,也常称为电波。

  • (3)电磁波的特性

    1)电磁波频率低时,主要借由有形的导电体才能传递。原因是在低频的电振荡中,磁电之间的相互变化比较缓慢,其能量几乎全部返回原电路而没有能量辐射出去;电磁波频率高时即可以在自由空间内传递,也可以束缚在有形的导电体内传递。

    2)自由空间内传递的原因是在高频率的电振荡中,磁电互变甚快,能量不可能全部返回原振荡电路,于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去,不需要介质也能向外传递能量,这就是一种辐射。举例来说,太阳与地球之间的距离非常遥远,但在户外时,我们仍然能感受到和煦阳光的光与热,这就好比是“电磁辐射借由辐射现象传递能量”的原理一样。
    3)机械波与电磁波都能发生折射、反射、衍射、干涉,因为所有的波都具有波动性。衍射、折射、反射、干涉都属于波动性。
    电磁场是物质的特殊形式,它具有一般物质的主要属性,如质量、能量、动量等.
    4)人体的器官和组织都存在微弱的电磁场,它们是稳定和有序的,一旦受到外界某些频率电磁波的干扰,处于平衡状态的微弱电磁场可能遭到破坏,从而对人体的机能产生影响。

  • (4)电磁波的公式

    其速度约等于光速c(3×10^8m/s),其量值最大两点之间的距离,就是电磁波的波长λ,电磁每秒钟变动的次数便是频率f三者之间的关系可通过公式c=λf。
    c=λf
    c:波速(光速是一个常量,真空中约等于3×108m/s) 单位:m/s
    f:频率(单位:Hz,1MHz=1000kHz=1×106Hz)
    为了纪念德国物理学家赫兹的贡献,人们把频率的单位命名为赫兹,简称“赫”,符号为Hz。每个物体都有由它本身性质决定的与振幅无关的频率,叫做固有频率。
    λ:波长(单位:m)
    真空中电磁波的波速为c,是宇宙间物质运动的最快速度。c是物理学中一个十分重要的常数,目前公认的数值是:
    c=299792.458km/s≈3×108m/s它等于波长λ和频率f的乘积
    而电磁波的波速往往是固定的,波速不变,波长和频率成反比

  • (5)电磁波谱

按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来,就是电磁波谱。如果把每个波段的频率由低至高依次排列的话,它们是工频电磁波、无线电波(分为长波、中波、短波、微波)、红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线。以无线电的波长最长,宇宙射线(x射线、γ射线和波长更短的射线)的波长最短。
无线电波用于通信等,微波用于微波炉,
红外线用于遥控,热成像仪,红外制导导弹等,
可见光是大部分生物用来观察事物的基础,
紫外线用于医用消毒,验证假钞,测量距离,工程上的探伤等,
X射线用于CT照相,
伽玛射线用于治疗,使原子发生跃迁从而产生新的射线等。
2.信号的描述
信号一方面可用一时间函数来表示,另一方面又可以用频率函数来表示。前者称为信号的时域表示法,后者称为信号的频域表示法。无论是时域(时变函数),还是频域(频谱),都可以全面的描述一个信号。
经常需要把信号的表述从时域变换到频域,或者频域变换到时域,以及两者之间的关系。这种转换关系可以通过傅立叶级数和傅立叶变换实现

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