电磁辐射基础知识交流

微波电磁辐射技术及应用随着科技的不断进步和人类对自然界的认识日益深入，微波电磁辐射技术逐渐成为了一个备受关注的话题。

微波电磁辐射技术是指利用电磁波在空气或传输介质中传播的特性，向外发射一定频率的电磁波的一种技术。

它广泛应用于通讯、导航、雷达等领域。

本文将从微波电磁辐射技术的基础知识、应用及可能带来的影响来探讨这一话题。

一、微波电磁辐射技术的基础知识微波电磁辐射技术是一种由一定频率的电磁波向外发射的技术，其频率一般范围在300兆赫兹至300吉赫兹之间。

这种技术的发源地可以是任何电子设备，如导航仪、电视机、无线通讯基站等，通过电磁波的传输介质（空气或其他媒介），向外辐射一定频率的波形。

这种波形的形状可以是单向或多向的，其扩散范围和强度取决于电子设备的功率和所处的环境。

微波电磁辐射技术是一种低频的电磁波辐射技术，相对于高频电磁波辐射来说，其影响范围和强度都更小。

然而，长时间接触微波电磁辐射仍然会对人体造成一定的影响，其具体效应需要进一步的研究和探讨。

二、微波电磁辐射技术的应用微波电磁辐射技术的广泛应用主要集中在通讯、雷达、导航和测量等领域。

以下是微波电磁辐射技术的一些主要应用。

1. 通讯微波电磁辐射技术在通讯领域有着广泛的应用。

在现代的移动通讯系统中，微波技术主要用于信号的传输和放大。

此外，在卫星通讯、全球定位系统等领域中，微波技术也占据着重要的地位。

2. 雷达雷达是利用微波电磁辐射技术进行目标探测和成像的一种技术。

雷达系统可以通过分析反射回来的电磁波信号，来确定目标的位置、速度和大小等信息。

在军事和民用领域都有广泛应用，如天气预报、航空导航和火箭发射等领域。

3. 导航微波电磁辐射技术在导航领域也有着广泛的应用。

全球定位系统（GPS）是一种利用微波技术进行精准导航的技术。

通过将多个卫星发射到轨道上，并向地面广播精确的定位信息，可以在全球范围内进行精准的定位和导航。

4. 测量微波电磁辐射技术在测量领域也有着重要的应用，如电磁波测距、电磁波光谱分析等。

电磁的基本概念电磁场(electromagnetic field) 是物质的一种形式。

为了说明电磁的基本概念，现对一些常用名词、术语等做一简略介绍[1]。

一、交流电1．交流电(alternating current)交流电是交替地即周期性地改变流动方向和数值的电流。

如果我们将电源的两个极，即正极与负极迅速而有规律地变换位置，那么电子就会随着这种变换的节奏而改变自己的流动方向。

开始时电子向一个方向流动，以后又改向与开始流动方向相反的方向流动，如此交替地依次重复进行，这种电流就是交流电。

在交流电中，电子在导线内不断地振动，从电子开始向一个方向运动起，然后又回到原点的平行位置时，这一运动过程，称为电流的一次完全振动，发生一次完全振动所需要的时间称为一个周期。

半个振动所需要的时间，称为二分之一周期或半周期。

2．频率(frequency) 频率是电流在导体内每秒钟所振动的次数。

交流电频率的单位为赫(Hz)。

例如我国的民用电频率为50Hz,意思是说民用电这种交流电，在一秒钟内振动50次。

美国等一些国家为60Hz。

二、电场与磁场所有的物体都是由大量的和分立的微小粒子所组成,这些粒子有的带正电,有的带负电,也有的不带电。

所有的粒子都在不断地运动, 并被它们以一定的速度传播的电磁场所包围着, 所以带电粒子及其电磁场，不是别的，而是物质的一种特殊形态。

1．电场(electric field)我们知道，物体相互作用的力一般分为两大类，一类是物体的．直接接触发生的力，叫接触力，例如碰撞力、摩擦力等均属于这一类。

另一类是不需要接触就可以发生的力，称为场力，例如电场力、磁场力、重力等。

电荷的周围存在着一种特殊的物质叫做电场。

两个电荷之间的相互作用并不是电荷之间的直接作用，而是一个电荷的电场对另一个电荷所发生的作用，也就是说在电荷周围的空间里，总是有电场力在作用着。

因此，我们将有电场力作用存在的空间称为电场。

电场是物质的一种特殊形态。

电磁辐射的基础知识和应用电磁辐射是指电场和磁场以波的形式在空间中传播的现象。

它广泛应用于通信、医疗、能源等各个领域。

本文将介绍电磁辐射的基本概念、特性以及其在不同领域的应用。

一、电磁辐射的基本概念电磁辐射是由电荷所激发的电磁波产生的一种能量传递方式。

它包括电磁波的传播和电磁场的相互作用两个方面。

根据电磁波的频率不同，可以将电磁辐射分为射频辐射、微波辐射、红外辐射、可见光辐射、紫外辐射、X射线辐射和γ射线辐射等。

二、电磁辐射的特性1. 频率和波长：电磁辐射的频率与波长呈反比关系，频率越高，波长越短。

2. 能量和功率：电磁辐射的能量与频率成正比，与波长成反比。

辐射功率是单位时间内通过单位面积的辐射能量。

3. 速度和传播：电磁辐射的传播速度为光速，约为3×10^8米/秒。

4. 穿透和衰减：不同波长和频率的电磁辐射对物质的穿透和衰减能力不同。

5. 散射和反射：电磁辐射在与物体相遇时会发生散射和反射，从而改变传播方向。

6. 吸收和辐射：物质能够吸收电磁辐射的能量，吸收的能量会以其他形式辐射出来。

三、电磁辐射在通信领域的应用电磁辐射在通信领域起到至关重要的作用。

通过调控辐射波长和频率，实现了无线电、电视、卫星通信、移动通信等各种通信方式的发展。

其中，微波辐射被广泛用于无线通信，射频辐射用于无线电与电视信号传输，可见光辐射则应用于光纤通信等。

四、电磁辐射在医疗领域的应用医疗领域是电磁辐射广泛应用的领域之一。

X射线辐射被用于影像学检查，如X线摄影、CT扫描等。

同样，γ射线辐射也用于放射治疗和核医学诊断。

此外，微波辐射还应用于物理疗法，如微波治疗仪。

五、电磁辐射在能源领域的应用在能源领域，电磁辐射的利用主要是通过光伏效应将太阳光转化为电能。

太阳能电池板可以将太阳光辐射转化为直流电能，用于供电或储存。

六、电磁辐射的影响和防护电磁辐射对人体和环境都有一定的影响，长期暴露在高强度电磁辐射下可能导致细胞DNA损伤、免疫功能下降等。

我们在接触新鲜事物的时候，通常习惯用自己熟悉的知识去解释自己不熟悉的事物。

EMC知识更多的涉及到微波和射频，对于像我这种专注于信号完整性而对EMC知识知之甚少的菜鸟来说，最初也只能用SI的一些基础知识去撬开EMC设计的大门了。

在我的认知里，EMI关注的是电磁能量的辐射，包括外部电磁环境对自身系统的干扰，以及自身辐射的电磁能量对外部系统的干扰。

这些干扰都不能超过一个限度，超过了这个限度就会引起问题，这些干扰归根结底还是影响了系统的信号完整性。

电路板上的电磁能量是怎么辐射出去的？说到这里，我就想起了下面这幅图，这也是我对电磁辐射最基本的印象。

图1 PCB的电磁辐射早期的PCB是单层板的，芯片之间是通过导线连接起来，电源线和信号线没啥区别，仅仅是连通的导线而已。

这又让我想到了自己的毕业设计，是一个单片机控制的LED显示屏，这个系统很简单，就几个IC以及色环电阻，电容都没几个，通过简单的焊接，电路就可以工作了。

根本就没有用到微带线，带状线，双绞线，同轴电缆这些东东。

学习高速设计之后，我明白了，随着频率的上升，信号跳变产生的电磁能量也在增加。

芯片之间再也不能这样简单的连接起来了，像图1这种连接方法，会使回路电感很大，回路电感很大，就会使得交流信号的感抗很大，信号根本不会老老实实沿导线传播，而是会辐射到空间中去。

●怎么解决电路板的电磁辐射问题？在SI工程师眼中，使用微带线或者带状线是为了给信号提供一个低阻抗的传输路径。

这在EMC工程师眼中也是电磁屏蔽的需要。

在使用了微带线或者带状线之后，电磁能量就被控制在了导体之间的介质中了。

为什么在使用了微带线和带状线后，电磁能量大部分会被束缚在介质中呢？主要原因是信号路径与回流路径靠的更近，这样整个回路的电感就减小了。

不信我们来使用软件计算一下回流路径靠的近回流路径靠的远由上图可知，参考平面对传输线的单位长度有效电感的影响是很大的。

可以想象，在高频条件下，如果信号拥有很好的回流路径，那么它所感受到的回路电感就会很小，信号就会按照人们的意愿从发射端传输到接收端，如果信号感受到的回路电感很大就会产生辐射问题。

电磁辐射的传播与传递电磁辐射是我们日常生活中常见的现象之一。

无论是我们使用的手机、使用的电视、还是家里的微波炉，都会产生电磁辐射。

然而，电磁辐射如何传播和传递呢？接下来，我们将探讨一些关于电磁辐射的基本知识和原理。

首先，电磁辐射是由电磁场的变化引发的一种能量传播方式。

电磁场是由带电粒子的运动产生的，当这些带电粒子加速或者减速时，就会发出电磁辐射。

这些电磁辐射的传播方式可以分为两种：辐射传播和传导传播。

辐射传播是指电磁辐射以波的形式传播。

电磁波具有电场和磁场的振荡，它们垂直于传播方向并相互垂直。

根据电磁辐射的频率不同，可以将电磁波分为不同的类型，包括射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波等等。

这些波长不同的电磁波在空间中传播的速度相同，都是光速的速度，即300,000公里/秒。

辐射传播的方式有两种：自由空间传播和介质传播。

自由空间传播是指电磁波在没有遇到障碍物的情况下传播，比如我们常说的无线电波。

而介质传播是指电磁波在存在介质中传播，比如水、玻璃等。

不同的介质对于电磁波的传播会产生不同的影响，比如折射、反射和散射等。

另一种电磁辐射的传播方式是传导传播。

传导传播是指电磁辐射通过物质的导体传递。

当电磁辐射遇到导体，例如金属，会引起导体内部电子的运动。

这些运动的电子会导致导体内部产生电场和磁场的振荡，从而传导电磁辐射。

在传导传播中，电磁辐射的传播速度很快，几乎可以达到光速。

电磁辐射的传播方式和传递路径不仅在日常生活中有所应用，也在科学研究和技术应用中起着重要的作用。

例如，在通信领域中，无线电波的传播是实现无线通信的基础；在医学领域中，射线的传播被用于诊断和治疗疾病。

同时，了解电磁辐射的传播方式也对于合理使用和防护电磁辐射具有重要意义。

然而，电磁辐射也可能带来一定的健康风险。

长期暴露在强电磁辐射下可能会对人体健康产生不利影响。

一些研究表明，长时间使用手机或者长期暴露在电离辐射领域（如医疗射线）中，可能对健康造成潜在危害。

电磁辐射基础知识目录1. 1 电磁辐射概述 (3)1.1 电磁辐射的定义 (4)1.2 电磁辐射的分类 (4)1.3 电磁辐射的性质 (5)2. 2 电磁波的基本概念 (7)2.1 电磁波的产生 (8)2.2 电磁波的传播特性 (8)2.3 电磁波的能量与频率关系 (10)3. 3 电磁辐射源的类型及特点 (11)3.1 自然辐射源 (11)3.1.1 太阳辐射 (12)3.1.2 地球辐射 (14)3.1.3 空间辐射 (15)3.2 人工辐射源 (16)3.2.1 无线电波辐射 (18)3.2.2 微波辐射 (19)3.2.3 射频辐射 (20)3.2.4 直线加速器辐射 (21)3.2.5 X射线和γ射线辐射 (22)4. 4 电磁辐射对人体的影响 (24)4.1 电离辐射对人体的影响 (24)4.1.1 直接效应 (26)4.1.2 间接效应 (28)4.2 非电离辐射对人体的影响 (29)4.2.1 热效应 (30)4.2.2 生物效应 (31)4.3 防护措施与标准 (33)5. 5 电磁辐射监测与测量技术 (34)5.1 电磁辐射监测方法 (36)5.1.1 频域监测方法 (37)5.1.2 时域监测方法 (37)5.2 电磁辐射测量仪器 (39)5.2.1 频谱分析仪 (40)5.2.2 时域分析仪 (41)5.2.3 高能粒子探测器 (42)6. 6 电磁辐射应用领域 (44)6.1 通信领域 (45)6.1.1 移动通信 (46)6.1.2 卫星通信 (48)6.2 医疗领域 (50)6.2.1 X射线诊断技术 (51)6.2.2 CT扫描技术 (52)6.3 其他领域 (53)1. 1 电磁辐射概述电磁辐射是由变化的电场和磁场相互作用而产生的波动现象，这种辐射无需介质即可在真空中传播。

电磁波的传播不需要介质，它包括宇宙射线、宇宙背景辐射、射电天文信号、无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等。

电磁辐射与电磁波的知识点总结电磁辐射和电磁波是物理学中重要的概念，在日常生活中也有广泛的应用。

本文将就电磁辐射和电磁波的基本概念、特性、分类和应用进行总结。

一、电磁辐射和电磁波的基本概念电磁辐射是指电荷加速运动时产生的电磁波向周围空间传播的现象。

电磁波是电场和磁场以垂直于其传播方向的正交方式相互耦合，并具有波动性质的能量传递现象。

二、电磁辐射和电磁波的特性1. 波长和频率：电磁波的波长是波动的距离，频率则表示波动的次数。

它们之间的关系通过光速（299,792,458 m/s）计算，即：波速=波长 ×频率。

2. 能量和强度：电磁波的能量与其波幅（振幅）有关，波幅越大，能量越高。

电磁波的强度指的是单位面积上通过的电磁辐射能量，单位为瓦特/平方米。

3. 速度：所有电磁波在真空中的传播速度均为光速，即3.0 × 10^8m/s。

三、电磁辐射和电磁波的分类根据波长和频率的不同，电磁波可以分为以下几类：1. 射线：波长极短，频率极高，如X射线和γ射线。

它们具有很强的穿透能力，用于医学影像和材料检测等领域。

2. 紫外线：波长介于可见光和X射线之间，分为紫外A、紫外B和紫外C三类。

紫外线广泛应用于光敏材料、杀菌消毒和造纸等行业。

3. 可见光：波长介于0.4~0.76μm之间的电磁波，包括红、橙、黄、绿、青、蓝和紫七种颜色。

可见光是人眼能够感知的光波范围，广泛应用于照明和显示领域。

4. 红外线：波长介于可见光和微波之间，分为近红外、中红外和远红外三类。

红外线被广泛应用于红外测温、红外夜视和通信领域等。

5. 微波：波长介于1mm至1m之间，广泛应用于雷达、通信、热加工和烹饪等领域。

6. 无线电波：波长最长，频率最低，是无线电通信的基础，包括广播、电视、手机信号等。

四、电磁辐射和电磁波的应用1. 通信领域：无线电波和微波被广泛用于无线通信，包括无线电广播、电视广播、手机通信和卫星通信等。

2. 医疗领域：X射线、γ射线和紫外线被应用于医学影像、放射治疗和杀菌消毒等。