電磁波的解說

1、Veutron EMC Safety Dept 電磁波的解說(一)The Electromagnetic Wave電波的組成要素：電波是由相互垂直的電場(Electric Field)與磁場(Magnetic Field)組成。兩者交互變化的強(qiáng)度取決於輸至天線的交流信號之大小而定。如下圖所示。電波的種類：若依傳播方向與電場或磁場的關(guān)係，我們可以把電波分成三大類：(一) TEM波：此波又稱為橫向電磁波 (Transverse Electromagnetic Wave)，亦即電波的傳播方向無電場及磁場成份，電場及磁場的變化方向是在與傳播方向垂直的平面上，故又稱為平面電磁波(Plane Wave)。

2、(二)TE波：此波又稱為橫向電波(Transverse Electric Wave)，亦即電波的傳播方向無電場成份，電場只在與傳播方向垂直的平面上變化，但是磁場卻存在傳播方向以及垂直傳播方向的平面上變化。這種電波的頻率通常很高，而且要高過某一個截止頻率(Cut-off Frequency)才會傳播，低於截止頻率則停止傳播。(三)TM波：此波又稱為橫向磁波(Transverse Magnetic Wave)，亦即電波的傳播力向無磁場成份，磁場只在與傳播方向垂直的平面上變化，但是電場卻存在傳播方向以及垂直傳播方向的平面上變化。這種電波的特性類似 TE波，也具有截止頻率的限制。若依發(fā)射天線與接收天線

3、之間的傳播路徑區(qū)別，電波又可分為 : 地面波、空間波、天波、衛(wèi)星通信電波.等四種。地面波又稱為地球表面?zhèn)鞑サ碾姴?。該電波的頻率是用於中、低頻波段，俗稱長波(Long Wave LW)，長波波長極長，因此具有迴繞，可彎曲的特性。傳播的距離遠(yuǎn)近常取決於地球表面物的粗糙光滑與否而定，例如沙漠或森林、沼澤極易吸收衰減它，使之不利於傳播;海洋湖泊不易吸收它，有利於長距離的傳播。軍用收發(fā)機(jī)常採用它，頻率 2 MHz以下的電波均屬於這個類別。優(yōu)點(diǎn)為直接接收的距離較遠(yuǎn);缺點(diǎn)為易受雜訊干優(yōu)?？臻g波又稱為直接波(Directive Wave)，或稱視距波(Video Distance Wave)。即發(fā)射天線與接收

4、天線之間直接經(jīng)由空氣傳播而不需任何反射而接收的電波。該電波是屬於極高頻波段，俗稱超短波(VHF)，其波長極短，因此容易受障礙物的阻擋影響，尤其受限於地球表面之圓弧狀的地形，常需在山頂上加裝中繼站(Repeater)以加大其視距及加強(qiáng)其訊號強(qiáng)度。例如 FM廣播、電規(guī)信號等均屬於這個類別。天波又稱為電離層反射波(Reflective Wave by Electrolytic Dissociation Air / ionosphere)。即自發(fā)射天線發(fā)射出再經(jīng)由電離層反射至接收天線接收的電波。此種電波是屬於高頻(HF)波段，俗稱短波(Short Wave SW)。由於電離層是由一層被游離的空氣分子變

5、成具有帶電性質(zhì)的空氣離子所組成(有關(guān)電離層詳細(xì)資料將在後來幾章內(nèi)再會詳細(xì)敘述)，對該電波而言，就好像是一面大鏡子一般，可以反射來自地球表面發(fā)射天線的電波到接收天線去。自發(fā)射天線發(fā)射經(jīng)由電離層反射到達(dá)地球表面點(diǎn)，兩者之間距稱為跳躍距離(Skipping Distance)，簡稱躍距。躍距的長短與電離層的反射角大小成正比，反射角又與發(fā)射天線的仰角成反比。衛(wèi)星通訊波既是衛(wèi)星通訊，電波必須具備可穿透電離層的能力，而這種波的頻率自然是比高頻波段還要高，雖然極高頻(VHF)也有此功能，但是VHF的能量極易被大氣層吸收衰減而無法到達(dá)外太空中地球軌道的衛(wèi)星，因?yàn)轭l率愈高，能量愈大，故唯有提高到超高頻(UHF)

6、的範(fàn)圍，電波的穿透力才能在較低的發(fā)射功率下具有比VHF更能到達(dá)衛(wèi)星的效果。UHF是屬於微波波段(USW)。利用衛(wèi)星反射通訊的傳播距離(或躍距)遠(yuǎn)比前三種要來得遠(yuǎn)很多，而且頻率高便貝有不易受雜訊干擾的特性，同時(shí)，其頻道數(shù)也增多，載送信號的容量自然多，更是其優(yōu)點(diǎn)之一。衛(wèi)星通訊甚至也可運(yùn)用光波作傳播，這是近代通訊技術(shù)中的一大突破。近年來，火腿族更是利用月球來反射電波，成功地達(dá)到遠(yuǎn)距離通信的目的。但是每天只有很少的時(shí)間能從地球望向月球，因此，利用它當(dāng)作衛(wèi)星通訊，其工作時(shí)間甚短，而且月球表面崎嶇不平，影響反射波的方向，故角度的計(jì)算更不容忽視，但也不失為利用天然衛(wèi)星的一個很好的構(gòu)想。電波的傳播特性：只要在

7、宇宙射線(或稱伽瑪射線)範(fàn)圍下的電波(包括可見光波)其入射任何介電物質(zhì)時(shí)均具有反射、透射、折射等功能。當(dāng)介電質(zhì)是金屬時(shí)，可見光以下的電波遇到它，無論是採用任何角度入射，均會產(chǎn)生反射，而沒有透射，此稱為全反射。但是介電質(zhì)若是金屬以外的物質(zhì)，則電波除了產(chǎn)生部分反射外，另有部分會穿透該物質(zhì)而透射出。如圖一及下面圖二所示。（ 電波垂直涉入介電質(zhì)時(shí)的狀況 ）雖然電波垂直入射介電物質(zhì)時(shí)會產(chǎn)生反射、折射、透射現(xiàn)象，而且，電波若以一個角度逐漸增大到某一個特定角度時(shí)，會使得入射的電波產(chǎn)生全反射，而無透射波，如下面圖三，所示此種角度稱為臨界角(Critical Angle)。電波的入射角與反射角的依據(jù)是以垂直於電

8、介質(zhì)界面的法線(normal)為基準(zhǔn)，入射波與法線的夾角謂之入射角;反射波與法線的夾角謂之反射角;同理透射波與法線的夾角稱為透射角。當(dāng)發(fā)射天線(以偶極天線為準(zhǔn))與地面平行時(shí)所發(fā)射出的電波稱為水平極化波(Horizontal Polarized Wave);當(dāng)發(fā)射天線與地面垂直時(shí)所發(fā)射出的電波稱為垂直極化波(Vertical Polarized Wave)。另外，當(dāng)一串雜亂不齊的電波以一個水平的普理斯特角(polarized angle)入射某電介質(zhì)時(shí)，只有水平方向整齊變化的電波會透射出，而垂直部分則被反射，此種情形謂之電波被水平極化。同理，若雜亂的電波以一個垂直的布理斯特角入射某電介質(zhì)時(shí)，只有

9、垂直方向整齊極化。這種有普理斯特角便統(tǒng)稱為極化角(Polarizing Angle)。一些石英窗門利用極化角的改變來調(diào)節(jié)光的透射波便是利用這種原理製成的。電離層的功能電離層對電波而言猶如一面大鏡子一般，具有反射電波的功能。顧名思義，電離層是由地球大氣層最外層的空氣分子受太陽光照射後形成帶電的空氣離子所組成，由於游離程度的深淺不同而有三層之分，由最內(nèi)層到最外層分別依次序命名為D層、E層、F層。D層：這一層電離層受太陽光游離的程度最弱，因此，在白天時(shí)存在，當(dāng)傍晚黃昏來臨時(shí)，被游離的空氣正負(fù)離子又逐漸結(jié)合而消失，而變回為原來的空氣分子。所以說白天它存在，但傍晚之後它即消失，能反射的電波頻率在 l0M

10、Hz以下，但只限於白天罷了!E層：此層受陽光游離的程度比D層嚴(yán)重但比F層輕微，到了黃昏，空氣離子也開始結(jié)合，但是要到午夜子時(shí)才能結(jié)合完畢而消失掉，又重回空氣分子狀態(tài)。這一層電離層所能反射的電波頻率在20MHz以下。F層：F層由於被游離的情形最為嚴(yán)重，雖經(jīng)過整個晚上的結(jié)合，仍究無法結(jié)合完畢，到了第二日太陽又開始照射時(shí)，它又被嚴(yán)重的游離，因此始終存在，是三層中最不易消失的電離層。其反射的電彼頻率也提升為30MHz以下。在 D、E、F 層所組成的電離層當(dāng)中以D層的躍距 (Skiping Distance)最小，E層次之，F(xiàn)層最大。所謂躍距是指電波的跳躍距離，亦即電波自發(fā)射天線出發(fā)，遇到電離層反射到地表面所跨躍的距離。（電離層的構(gòu)造與反射情況）：由以上敘述可知，並非所有的電波都會被電離層反射，當(dāng)電波的頻率高達(dá)高頻