关于频率（波长）与穿透、绕射才能的干系，终于有人能分析白了

关于电磁波频率（波长）和信号掩盖才能之间的干系，很多人都存在疑问。

有人说，电磁波的频率越高，穿透力越弱，以是掩盖才能差。那么就有人问，X射线和γ射线频率高，不是用于医学摄片和金属装备探伤吗？

也有人问，频率越高，穿透才能越弱，为什么可见光的频率那么高，却可以穿透玻璃呢？

总而言之，众口纷纭，谁也说不清晰，毕竟频率和穿透才能之间是什么样的干系。

今天这篇文章，我们就具体表明一下这个成绩。

起首，我们要廓清一些基本看法。

什么是电磁波？各位约莫以为，电磁波不就是光波和电波么，扭来扭去的那种正弦图形，就是电磁波。

电磁波

严厉来说，电磁波是以动摇情势转达的电磁场。相反朝向且互相垂直的电场和磁场，在空间中转达的震荡粒子波，就是电磁波。

电磁波的转达，不依托于介质，就算在真空中，也可以转达。

太阳光，就是电磁波的一种可见的辐射外形。无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线，都是电磁波。它们的主要区别，就是频率不同。

各位牢记，水波、声波不是电磁波，而是机器波。它们是必要实体介质的，一个点上下活动，动员下一个点活动，构成了波。

机器波

以是，请不要把电磁波想象成真的有那么一个正弦曲线在空间中扭动！

电磁波的种别和用处很多，为了制止发散，我们先仅限于讨论挪动通讯中的电磁波转达。

也就是说，我们重点讨论：电磁波信号由天线发射之后，毕竟怎样才干转达更远的距离？

电磁波的转达，有以下几种机制：直射、反射和衍射（绕射）。

A点到B点，假如没有停滞物，那么就是直射。它们之间仅有氛围。

实际中的情况不会那么简便，周围总会有一些停滞物，于是，会有一些反射。它们之间，照旧氛围为主。

信号会产生叠加，产生快健康（瑞利衰落）

假如有停滞物，那么成绩显现了，信号该怎样已往呢？

除了借助情况物体举行反射之外，就只剩两个选择，一个是衍射（绕射），一个是直接穿透已往！

关于衍射，假如你的物理知识还没还给教师的话，应该记得“小孔成像”吧？

衍射，指的是波（如光波）碰到停滞物时偏离原本直线转达的物理征象。也就是说，电磁波具有“绕开”停滞物的才能。波长越长（大于停滞物尺寸），动摇性越分明，越容易产生衍射征象。

再来看破透。穿透这个比力贫苦。它包含了3个历程。

第一步，是停滞物外表。

电磁波从氛围到停滞物（也就是导体），必要用外表的电场和磁场以为出介质内里的电场和磁场。

基于经典电磁波实际，电磁波在不同介质的转达速率，取决于介质（停滞物）的介电特性和介磁特性。假如介质是抱负导体，导电功能特别好，那么，电场在该抱负导体内里永久为0，就不克不及产生电场。

以是，假如停滞物是抱负导体，一切的电磁波都市反射回去。

关于非抱负导体（大局部介质），电磁波在外表上分红折射和反射的两局部。两局部的比例跟波速、入射角有关，而波速又跟频率有关。以是，颠末介质外表时，电磁波信号就以前衰减掉一局部了。

好了，接下去是第二步，电磁曲折射的一局部终于进入介质内里。

介质分为匀称介质和不匀称介质。我们先说匀称介质。

大局部介质不是抱负导体或良导体，而是绝缘体大概有不同电阻率值的导体。

电磁波在绝缘体中的转达较为顺畅。像玻璃，就是一种十分典范的绝缘体。光源在玻璃中转达时，吸取率很低，以是玻璃看着就很纯透。

很多晶体，比如食盐晶体、冰糖晶体，另有单纯的水结成的冰，都和玻璃相似。

最典范的就是光纤。光在光纤中，可以传输几十公里。

光纤的纤芯

电磁波在有不同电阻率的导体中转达，可以使用麦克斯韦方程式举行盘算。具体怎样算，我就不表明了。

我们可以简便来了解：

电磁波是电场和磁场的转达，波峰和波谷是电场的两个极值。

当电磁波频率越高，则波长越短，波峰和波谷离得越近，介质某一点四周电场的差别就越大，相应电流就越大，以是斲丧在介质里的能量就越多。

以是，相反条件条件下，在有电阻率的导体中，频率越高的电磁波，衰减得就越快。

比力典范的例子就是深海中的潜艇。潜艇都是使用长波或超长波与岸上基地举行通讯的。由于无线信号的频率很低，在水中的衰减会更小。

关于不匀称介质，这个成绩就更繁复了。

电磁波在不匀称介质中转达，即是是在不同介质之间反复地产生折射、反射、衍射。转达的途径愈加繁复，终极射出的朝向也十分繁复。过长的途径，也会带来更大的衰减（斲丧）。

典范的例子是墙面，不管是钢筋混凝土墙面，照旧砖砌墙面，都是不匀称介质，电磁波转达历程中，就有不同水平的衰减。

第三步，从介质到氛围，又是一曲折射和反射。

综上所述，各位应该明白，为什么频率越高的电磁波，穿透停滞物的才能越弱了吧？

我们家里使用的Wi-Fi，如今都有2.4GHz频段和5GHz频段。各位用过的话，应该都晓得，5GHz信号的穿墙才能分明弱于2.4GHz信号。

另有我们昨天文章所说的毫米波，也是一样的真理。相反条件下，毫米波信号穿透停滞物的衰减，分明会大于Sub-6GHz的信号。

值得一提的是，不匀称介质的信号衰减水平，和介质颗粒度也有干系。假如这个颗粒打得很碎，颗粒很小，那么，关于低频电磁波来说，由于波长宏大于颗粒尺寸，全体上电磁波的衰减会更小一些。

那么很多人会问，为什么高能射线比如X射线频率那么高，穿透力却很强呢？

这内里的缘故很繁复。简便来说，关于这些频率极高的电磁波，经典的电动力学不克不及完全建立。

这是什么鬼来由？

这么说吧，X射线除了频率高之外，另有一个特性，那就是能量极强。

X射线照在介质上时，仅一小局部被介质的原子“挡住”，大局部颠末原子之间的漏洞“穿过”，从而体现出很强的穿透才能。

那么，为什么像铅块如此的重金属可以好效拦截X射线呢？由于铅块的原子序数较高，密度大，原子布局更严密，不容易“穿透”。

好啦，文章写到这里，就要完毕了。关于电磁波的波长频率与穿透才能的干系，各位都搞明白了吗？

参考文献：1、
https://www.zhihu.com/question/51073615/answer/124484551知乎，灵剑2、
https://www.zhihu.com/question/330291086/answer/725442889 知乎，一头大考拉3、《X射线穿透才能为什么这么强？》，无损检测站