无线电波与电磁波的区别(电磁波的热效应)

电磁效应,对初中物理学还有印象的读者应该还记得电与磁的一些实验,例如切割磁感线产生电流 。电与磁是相生并可以互相转化的 。
第一个捕捉到电磁波的科学家赫兹,用下面这个装置做了一个实验,高压线圈产生的电磁场成功的使远处的线圈感应到了电磁场 。于是,打开了近代无线电发展的大门 。


无线电波与电磁波的区别(电磁波的热效应)

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了解了电磁波的原理,做一个电磁波的发射器就容易了 。这是一个简易的发射装置 。


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电路很简单主要元件是电感、晶振,有兴趣的可以搜索自制无线电波发射器 。从原理上看这套装置本身就有一个超短距的无线通讯模块,那就是电感,输入端的信息同样是由电磁效应传到不相连的线圈上,由另一边放大功率的输出端发射电波 。这是一个模拟电路,由于电感的性质,电路震荡频率过高会导致线圈阻抗上升,发热增加,使性能参数发生改变,甚至还会因过流而烧毁 。


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晶振是利用石英晶体(二氧化硅的结晶体)的压电效应制成的一种谐振器件,交变电压会使晶体产生机械震动,而机械震动也会引起电压变化,由这个过程来控制电路信号的传输 。由于晶体的物理性质比较稳定,因此广泛运用在电路中,但随着科技的发展机械震动的频率也逐渐无法满足人们的应用需求 。


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目前高频的振荡器不是直接用晶振,需要用VCO(压控振荡器)来产生 。VCO的工作原理简单地看就是一个输入控制电压对应一个输出频率 。


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有了输入信号,到振荡器转换出电磁信号,接下来需要将信号发送的尽可能远 。人们在使用无线电发射机的时候,发现了使用导线连接可以增强信号的收发 。


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天线的作用,一是以自身的电子运动发射更强的电磁信号,二是尽可能吸收空间中的电磁波转为电信号 。天线的发展方向也离不开材料与结构这2个基本框架 。


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在材料方面,常见导电性较好的材料有铁<铝<金<铜<银<石墨烯,但在长时间尺度来看,铜和银都容易被腐蚀,金的性质则很稳定,所以追求稳定性的电子设备会镀金,避免被氧化 。不过在快节奏的商业社会,电子设备的寿命往往是设计好的,比较少不计成本追求质量,在社会发展的过程中,由于质量太好而倒闭的公司也不少,所以铜作为成本与性能的较优选择而大量应用在电子设备上 。


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在结构方面,发展的过程就丰富很多了 。由早期拉金属导线接收长波的单极天线,到现在的5G毫米波阵列天线,随着波长与功耗的减少,为了能灵敏的接收信号,人们在优化天线物理形状的同时,也提升天线的数量级来堆叠出准确的信号 。


无线电波与电磁波的区别(电磁波的热效应)

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【无线电波与电磁波的区别(电磁波的热效应)】天线的发展历程,始终是围绕电子、波这2个基本物理性质展开,所谓万变不离其宗 。