电磁波的两位“亲儿子”，让你的通讯更快更通畅强势围观电磁波两个“亲儿子”的“夺嫡

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来源：“中国科普博览”微信公众号（ID：kepubolan）

作者：

苏涛

自古以来，光就理所当然地被视为这个宇宙最原始的事物之一。实际上，它也是我们一生中见得最多的东西，它在人们的心目中，永远代表着生命、活力和希望。

然而，这备受人们崇敬的“光”，居然只是“电磁波”王座下，一位普通的王子，这究竟是怎么回事儿？下面有请赫兹先生为我们解答。

电磁波存在？赫兹做出了证明

什么是电磁波？它一种虚无缥缈的东西，看不见摸不着，在赫兹实验之前，谁也没有见过或验证过它的存在。可是，赫兹坚信它存在，因为它是麦克斯韦（Maxwell）理论的一个预言。而麦克斯韦理论??哦，它在数学上完美得简直像一个奇迹！仿佛是上帝之手写下的诗篇。这样的理论，很难想象它是错误的。

为了证明自己的想法，赫兹设计了一个实验，系统由一个发生器电路和一个接收器电路组成，其装置图如下：

赫兹的装置图

通过这个实验，赫兹完美地证明了电磁波的存在，经典物理学的一个新高峰--

电磁理论被建立起来

。可以这么说，伟大的法拉第为它打下了地基，伟大的麦克斯韦建造了它的主体，最后，伟大的赫兹为这座大厦封了顶。

电磁波是如此的强大，它的疆土从微波到X射线，从紫外线到红外线，从γ射线到无线电波，即使为世人所歌颂、崇拜数万年的光（其实特指可见光），也只不过是它统治下的一个小小的国度罢了。

电磁波频谱（可见光不过是其中一小部分）

电磁波的两个“亲儿子”—微波技术和光纤通信技术

强大的电磁波，在通信领域有两个亲儿子级别的应用，即

微波技术和光纤通信技术

。它们貌合神离，都想独自继承电磁波在通信领域的疆土，于是上演了一场场精彩的“夺嫡大战”。

电磁波频谱图（蓝色微波，绿色通信光波）

首先出场的是我们“四爷”微波，微波是指，

波长在毫米到米的电磁波（频率为300Mhz~300Ghz）

。由上图可见，微波的势力范围还是非常宽的，从毫米到米都是它的地盘。

“四爷”的优势在于，

可实现任何方向的发射，可重构性较好，易于实现无线网络和移动设备的互联

。但是它会

受限于带宽，而且长距离传输高频信号时损耗较大，微波信号会被大气吸收

。

这就好比，如果把通信当作过年回家的旅程，那么微波就是本地一个快乐的“的哥“，市内想开去哪里就去哪里，自由散漫。但是请注意，微波这个”的哥“也是有些问题的，他只能在本市转悠（距离近），小车装不了几个人（带宽不大），满嘴跑火车还不太靠谱（易受电磁干扰）。

正所谓打虎亲兄弟，“四爷”微波可是有几个兄弟支持的，按波长排名，它们分别是“大爷”长波、“二爷”中波和“三爷”短波，这四位爷合称

无线电波

，在应用上，最常见的就是我们听的

收音机电台

。

无线电波用途分配表

前三位爷频率比微波低、传播损耗小、覆盖距离远、绕射能力也强，但是这三位不是嫡系皇子，先天不足。换成专业术语就是，

低频段的频率资源紧张，系统容量有限

，因此低频段的无线电波仅用于广播、电视、寻呼等系统。基于此无线电波系的兄弟几个里，大伙儿就让四爷“微波”上场，去争一争这皇位。

无线电通讯之父伽利尔摩·马可尼（拜一拜祖师爷）

另一位出场的则是我们的“八爷”光纤通信，它用的通信光波一般是指，

波长在近红外区

（800nm~1700nm）的电磁波

。光纤通信的

损耗较低、带宽大、速率高、抗电磁干扰、且可实现波分复用

。

我们还是把通信当作回家过年的旅程，光纤通信就可以被看成一位火车司机。他开的火车不耗油，速度贼快（速率高），车上能坐好几千人（带宽大），也不会堵车（抗电磁干扰）。最棒的是，如果有必要，他还能在后面再接几节车厢跑（波分复用）。但是，它必须沿着铁轨（光纤）走，我们貌似不太可能给你家门口修一条铁轨，所以要回家直接跟光纤通信先生走也不太合理。

通信光纤

而且光纤通信需要的轨道不是一般的东西，而是主要成分为二氧化硅的光导纤维。为什么它能够做到低损耗呢？这就是我们“八爷“手段高了，光纤材料（石英）是有损耗谱的，分别会在850nm、1310nm和1550nm处有三个低损耗窗口，光纤通信就利用这三个低损耗窗口做文章，赚得脑满肠肥，所谓跟“八爷”要发财就是这么来的。