【科普】电磁波的基础知识

科普】电磁波的基础知识

，radar ）是指“发射电雷达（radio diction and ranging

磁波信号并接收在其作用范围内的被观测

物体（目标）的回

波的装置”。电磁波能量从雷达硬件输出到天线，再从天线辐

射出去，而后从一个或多个物体返回的回波通过先前辐射能量的天线接收，最后传输回雷达的硬件设备。在雷达术语中最为关键的一词为——电磁波。那么，电磁波是什么呢？早在1865 年James Clerk Maxwell 提出了电磁基本方程（麦克斯韦方程）预测了电磁波的存在，并指出电磁波是由波动的电场和磁场构成，传播速度可通过自由空间的基本电磁属性来计算。我们常见的可见光就是电磁波的一种，其波长范围为380-780nm 。通常情况下温度高于绝对零度的物质或粒子都有电磁辐射，温度越高辐射量越大，但大多不能被肉眼观察到。

后来，Hertiz 证明了不可见的电磁波的存在，我们称之为无

线电波。现在，我们知道了电磁波有一个连续的波谱，包括通常“雷达”术语是指利用无线电波的系统。电磁场包含电场与磁场两个方面，分别用电场强度E 或电位移D 及磁通密度

无线电波、红外线、可见光、紫外线、射线、Y射线。

B （或磁场强度H）表示其特性；E和H在空间上都是正弦

变化的。在相位上，电场和磁场相互垂直，并且都垂直于传

播方向。每秒通过某特定位置的波峰的个数成为频率（f），

可用每秒的周期数来量度（赫兹Hz）。在雷达系统中，频率通常指载波的频率。两个相邻波峰之间的距离成为波长

波长与频率的关系：入=c/f=2 n /入=2n f/c。瞬时的能量通量密

度（w/m2 ）为|S|=E X H,S为波印亭矢量。我们常说的真空

中的光速，也就是电磁波的真空速度c=299792458m/s ，利用光速人们定义了米这个长度单位。光速的近似值为

3T0A8m/s，除少数特殊情况外，工程上一般使用近似值。

电与磁可说是一体两面，电流会产生磁场，变动的磁场则会产生电流。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，电磁的变动

就如同微风轻拂水面产生水波一般，因此被称为电磁波，也常称为电波。产生机理无线电波是可以人工制造的，是振荡电路中自由电子的周期性的运动产生

的。红外线、可见光、紫外线；伦琴射线；Y 射线分别是原子的外层电子、内层电子和原子核受激发后产生的。电磁波为横波。电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。

振幅沿传播方向的垂直方向作周期性交变，其强度与距离的平方成反比，波本身带动能量，任何位置之能量功率与振幅的平方成正比。电磁波频率低时，主要借由有形的导电体才能传递；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。特征参量自然界中各类辐射源的电磁波谱是相当丰富、相当宽阔的，与光电子成像技术直接有关的是其中的X 线，紫外线，可见光线，红外线和微波等电磁波谱，它们的特征参量是波长入频率f和光子能量E。

三者的关系是f=c/入，E=hf=hc/秫E=1.24/入，式中，E和入的单位分别是eV (电子伏)和卩m, h为普朗克常数

(6.6260755X10^(- 34)J - S)“辐射”本质本质是原子中电子

的能级跃迁并交换能量的结果，低能级电子受到某种外界能量激发，可跃迁至高能级，当这些处于不稳定状态的受激电子落入较低能级时，就会以辐射的形式，向外传播能量。上述E=1.24/入，正好将辐射的波长入与其能量E联系起来。

例如，E高-E低=1.24eV时，辐射的波长入=1卩m。频段划分

称频率范围波长范围主要应用甚低频VLF[ 超长波]3?

30kHz100?10km 导航，声纳低频LF[长波，LW]30 300kHz10?1km 导航，授时中频MF[中波，MW]300 3000kHz1km ?100m 调幅广播高频HF[短波，SW]3 30MHz100~10m 调幅广播，通信甚高频VHF[ 超短波]30 300MHZ10?1 m 调频广播，广播电视，移动通信特高频

UHF[微波]300?3000MHz100~10cm 广播电视，移动通信，卫星定位导航，无线局域网超高频SHF[ 微波]3

30GHz10~1cm 卫星广播，卫星电视，通信，雷达，无线局域网极高频EHF[ 微波]30?300GHZ10?1mm 通信，雷达，射电天文光频[光波]1?50THZ300?0.006 ^m光纤通信