離開無線，就無所謂射頻。我們今天所說的Radio Frequency RF就是指電磁波中這段能夠用于無線通信的電磁波頻譜。無線信號能夠以電磁波為載體進行傳輸，就像光線一樣，脫離實物載體，實現無線傳輸，唯一不同的是頻率和波長。

那么，我們今天就重新來認識一下電磁波。

什么是電磁波？

現在的人們對電磁波已經不再陌生，但是在150年前，電磁波這個詞還沒有發明，但是電磁波確實真真實實的存在著。麥克斯韋（鏈接）通過總結前人的實驗結果，推導出了麥克斯韋方程，進而在數學上預言了電磁波的存在，而且光也是一種電磁波。直到了120多年前，赫茲的實驗證明了電磁波的存在。

至此人類才知道真的有這玩意存在，而且傳播速度和光速一樣。馬可尼把電報信號加載到電磁波上，實現了無線電報跨大西洋通信。誰能想到，電磁波已經融入到我們生活的方方面面，Wifi，5G，無人機，無人駕駛，衛星通信，等等，都離不開電磁波這個載體。

那么什么是電磁波呢？電磁波也就是電磁輻射，電場能量和磁場能量這對好兄弟互不分離，互相垂直，以光速前進，如下圖所示。而且有趣的是，電磁波傳輸的最佳載體是真空，哪怕空氣都會對它造成影響，遇金屬則反射，遇介質則衰減。堪稱最為理想的信號載體，可在自由空間傳輸，無拘無束；亦可在金屬傳輸線中傳輸，控制自如。無線世界也由此而來。

電磁波的三個特征量：波長，頻率和波速。這三個特征量是相互依存的，波長等于波速除以頻率。

也就是說，波長定了，頻率也就定了；頻率定了，波長也知道了。但是要注意這個是自由空間的波長和波速。介質中的又不一樣了。

電磁波的波速 ： 自由空間的電磁波的波速就是光速。在一般的計算中，光速通常被認為是每秒300 000 000 米，但是更精確的值是每秒 299 792 500 米。確實夠快，已經是人類能夠制造的最快速度，但是它仍然需要一定的時間來傳輸給定的距離，使用現代無線電技術，需要考慮信號在特定距離上傳播的時間。例如，雷達利用信號需要一定時間傳播的事實來確定目標的距離。其他應用（例如移動電話）也需要考慮信號傳播所用的時間，以確保系統中的關鍵時序不會被打亂且信號不會重疊。

電磁波的波長： 這是一個周期的給定點與下一個周期的同一點之間的距離，如圖所示。最容易選擇的點是峰，因為它們最容易定位。在無線電或無線的早期，波長用于確定信號在設備表盤上的位置。雖然它今天不用于此目的，但它仍然是任何無線電信號或任何電磁波的重要特征。無線電設備表盤上信號的位置或其在無線電頻譜內的位置現在由其頻率確定，因為這提供了一種更準確、更方便的方法來確定信號的特性。

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電磁波的頻率

這是波上特定點在給定時間內（通常為一秒）上下移動的次數。頻率單位是赫茲Hz，等于每秒一個周期。這個單位以發現無線電波的德國科學家赫茲的名字命名。無線電中使用的頻率通常非常高。因此，經常看到前綴k（kilo）、M（Mega ）和G（Giga）。 1 kHz 是 1000 Hz 1 MHz 是一百萬赫茲 1 GHz 是一億赫茲，即 1000 MHz。 最初沒有給頻率單位命名，而是使用每秒周期數 (c/s)。一些較舊的書籍可能會顯示這些單位及其前綴：kc/s；用于更高頻率的 Mc/s 等。

無線電頻譜

電磁波的頻率范圍很廣，從幾Hz的超長波到可見光，再到極短的各種射線都屬于電磁波。其實很奇怪，這么寬的電磁波頻譜內，只有可見光部分能夠被人們最早識別，人的視覺器官就是為這段電磁波而生的，那么有沒有人能夠看到可見光頻譜以外的電磁波？或者其他動物的視覺頻譜有沒有可能比人類更廣？



不同頻率的電磁波對應著不同的波長，而這個電磁波的波長才是人類感知的罪魁禍首，但是誰讓電磁波的頻率和波長都對應著一個常數C呢？所以我們既可以只說波長，也可以只說頻率。而人類目前應用的最佳無線電頻譜就是下面這一段，從頻率極低的VLF到EHF，對應的波長從超長波，到厘米波再到毫米波。但是太赫茲會不會被用到無線電上來呢？



電磁波的極化

電磁波的另一個重要特征是極化。那什么是極化呢？就是電磁波中電場最大值的變化路徑。電磁波的極化對電磁波的傳輸影響及其重要，不同極化方式的電磁波可用在不同的無線場景，比如衛星通信，更多的是采用圓極化波，而移動通信目前最常用的是±45°的線極化波。電磁波極化不僅對發射天線和接收天線很重要，對信號的傳輸也及其重要。

電磁波的極化類型

電磁波極化最常見的就是圓極化和線極化，但是橢圓極化才是普遍類型。



圓極化

是指電磁波電場最大值以圓的形式變化，也就是電磁波在傳輸中，電場轉著圈圈唱個歌往前跑，如下圖所示。

當然既然轉了，就有個正轉反轉的區別：電場方向符合右手定則的就是右旋圓極化，符合左手定則的就是左旋圓極化。

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圓極化波可以分解成兩個正交的線極化波，如下圖所示，這也是我們通常用來實現圓極化天線的一種方式：以兩個正交饋線對天線進行饋電。談到線極化波，也要有個方向，通常我們以水平面為參考，電場變化方向與水平面垂直的稱為垂直線極化，平行的稱為水平線極化。現在天線設計最為流行的±45°，也是以水平面為參考的。

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我們上文講到，橢圓極化才是電磁波最常見的極化方式，為什么呢？參考上面那幅圖圓極化波的合成圖，當兩個正交的線極化波等幅的時候，合成波才是圓極化，但凡有一點點不等幅，那合成波就是橢圓極化啦，相等很難，不等才是常態。



到這兒，你對電磁波是不是有了更清晰的認識？ 還有什么不清楚的地方呢？






審核編輯：劉清