1831年，法拉第通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電和磁之間存在關(guān)系，1865年，麥克斯韋給出了電場和磁場能夠相互轉(zhuǎn)換的完整理論證明。麥克斯韋告訴我們，變化的電場能激發(fā)出磁場，而變化的磁場又會激發(fā)出來變化的電場，電場和磁場相互激勵就能產(chǎn)生電磁波。順著這條線索，物理學(xué)家赫茲經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，只要變化的電流通過線圈就能產(chǎn)生電磁波，而如果想把電磁波發(fā)射出去，只需要把這些帶有變化電流的線圈對準(zhǔn)一個方向，電磁波就會朝著這個特定的方向發(fā)射出去了，至此，人造可控電磁波正式進(jìn)入人類歷史。

為了紀(jì)念赫茲發(fā)現(xiàn)電磁波的巨大貢獻(xiàn)，電磁波的頻率單位就以赫茲（Hz）來命名了。

紀(jì)念赫茲的郵票

電磁波的定義

電磁波是由同相位且互相垂直的電場與磁場在空間中衍生發(fā)射的震蕩粒子波，是以波動的形式傳播的電磁場，具有波粒二象性。由同向振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動，其傳播方向垂直于電場與磁場構(gòu)成的平面。電磁波在真空中速率固定，速度為光速。

從上面定義我們提取幾個關(guān)鍵信息點(diǎn)來認(rèn)識電磁波。

電場與磁場：

電磁波包括電場和磁場，電場和磁場是相互振蕩相互激勵的，簡單示例如下圖：

波粒二象性：

波粒二象性指的是同時具備波動性和粒子性，電磁波的波動性和粒子性可以類比去看那些飄在水里的物體，把一個皮球扔在水里，能看到這個皮球會隨著波浪的起伏浮沉而且有時候還能隨著水流繞開一些障礙物，當(dāng)這個皮球隨著波浪起伏時，可以認(rèn)為皮球在發(fā)揮它的波動性，但如果這個皮球繞不過去障礙物被反彈回來了呢？可以認(rèn)為皮球的粒子性在發(fā)揮作用。

電磁波電場極化：

電磁波電場強(qiáng)度方向和大小的變化規(guī)律可稱為場強(qiáng)的極化方式。電磁波有三種規(guī)律的極化方式，分別是線極化，圓極化和橢圓極化。

要區(qū)分這三種極化方式也不難，只要順著電磁波的傳播方向看過去，把表示電場方向和大小的矢量末端投影在與傳播方向垂直的平面上，就可以知道是什么極化了。如上面第一個圖中線極化沿著z軸看過去，把電場矢量末端投影在x-y平面上，投影結(jié)果是一條直線，因此是線極化方式。而上圖的第二個圖形沿著z看過去，把電場矢量末端投影在x-y平面上，投影結(jié)果是一個圓，因此是圓極化。如果圓的運(yùn)動方向順時針，則是右旋極化，如果圓的運(yùn)動方向是逆時針則是左旋極化。最后一個橢圓極化同理。橢圓極化電磁波是最常見的電磁波，但是通信里用的最多的是線極化電磁波，例如常說的水平極化或者垂直極化電磁波就是線極化電磁波。如下圖：

通常為了在收發(fā)天線之間實(shí)現(xiàn)最大的功率傳輸，會采用極化性質(zhì)相同的發(fā)射天線和接收天線，這種配置條件稱為極化匹配。當(dāng)然，如果想避免對某種極化波的感應(yīng)，可采用極化性質(zhì)與之正交的天線，如垂直極化天線與水平極化波正交；右旋圓極化天線與左旋圓極化波正交。這種配置條件稱為極化隔離。通信上常用的板狀天線就是用了±45°極化天線來人為制造極化隔離，從而取得收發(fā)增益或者多徑效應(yīng)。

現(xiàn)代通信中，一般采用半波振子來產(chǎn)生電磁波。

當(dāng)交流電通過導(dǎo)線回路時就會產(chǎn)生電磁波對外輻射，對外輻射電磁波的強(qiáng)度跟導(dǎo)線的長度和形狀有關(guān)。如果兩根導(dǎo)線面對面的情況下，電場將被束縛在兩根導(dǎo)體之間的狹小空間里，基本不對外輻射能量。如果兩根導(dǎo)線之間的夾角逐漸增大，那么導(dǎo)線對外的輻射強(qiáng)度也會逐步加強(qiáng)。最后當(dāng)兩根導(dǎo)線完全張開的時候，導(dǎo)線對外輻射的電磁波最強(qiáng)，如下圖所示：

電磁波輻射強(qiáng)度與導(dǎo)體位置

此外，電磁波強(qiáng)度跟導(dǎo)體的長度也有關(guān)，當(dāng)導(dǎo)體的長度為電磁波的1/2波長時，輻射出來的電磁波最強(qiáng)。用二分之一波長導(dǎo)體作為發(fā)射振子的天線我們稱之為半波振子天線，如下圖所示：

半波振子原理圖

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