频率、波长、传输距离、传输速率之间的关系总结

本文探讨了波长与穿透力、贯穿力之间的关系,并解释了波长如何影响信号的传播特性。文中详细介绍了不同波长的电磁波在实际应用中的特点,包括绕射能力和能量传递效果。

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一、波长越长穿透能力越强?波长越短贯穿能力越强?

是的,要区分穿透贯穿这两个概念。

波长越长,绕射的能力越强,例如无限电波可以绕过高楼大厦传播、红灯的灯光比绿光和黄光更能穿透雾霭传播到远处以提醒司机;

波长越短,波的能量越大,贯穿能力越强,例如X光可贯穿皮肤、骨骼,紫外线能杀死细菌、强的紫外线能引起皮肤癌、穿越电离层等

根据:波速=波长*频率(频率和波长成反比例关系),则,

f=230MHz,  波长越长,绕射能力越强,穿透能力越强,信号损失衰减越小,传输距离越远,实现信号广覆盖。

f=1800MHz,波长越短,直射能力越强,贯穿能力越强,信号损失衰减越大,传输距离越短,杀伤力越强,实现信号局域覆盖。

注意:(波粒二象性:波长越短,能量越大,穿透能力越强)

基础知识:


1.波的频率和波长满足关系式:波速=波长×频率,所以频率不同的电磁波在真空中具有不同的波长。

2.电磁波在空间是向各个方向传播的,所有这些电磁波仅在波长(或频率)上有所差别,而在本质上完全相同,且波长不同的电磁波在真空中的传播速度都是电磁波的传播速度,即等于光速,是3x10e8米/秒。在空气中和在真空中近似。

3.不同频率(或不同波长)的电磁波的传播速度都相同,电磁波的频率愈高,相应的波长就越短。所以频率较大的电磁波,波长较短。无线电波的波长最长(频率最低),而射线的波长最短(频率最高)。

4.无线电频谱:通常无线电波所指的是从极低频10KHz到极超高频的顶点30GHz(Giga Hertz),因为超出这个范围以外的无线电频谱,其特性便有很大不同了,例如光线、X射线等,而在上述10KHz到30GHz,通常划分成七个区域,参看下表,其中高频3~30MHz就是我们通常所说的短波。

无线电频谱的划分:
极低频 VLF Very Low Frequency频率范围 10KHz - 30KHz
低频 LF(俗称长波LW)Low Frequency 频率范围 30KHz - 300KHz
中频 MF (俗称中波MW)Medium Frequency 频率范围 30KHz - 3000KHz
高频 HF (俗称短波SW)High Frequency 频率范围 3MHz - 30MHz
极高频 VHF(俗称超短波,而频率在88-108MHZ范围的民用广播则俗称为调频电台FM)Very High Frequency 频率范围 30MHz - 300MHz
超高频 UHF Ultra High Frequency 频率范围 300MHz - 3000MHz
极超高频 SHF Super High Frequency 频率范围 3000MHz - 30000MHz

5. 关于穿透性,波长越长,频率越低,穿透性越好(衍射,入和出不是同一个微波粒子)。

7.频率越高,波长越短,能量越大,穿刺能力越强(同物体内部穿过,入和出是同一个微波粒子,如X射线Y射线)。且频率高带宽大,传输速率高,传播距离近(衍射能力弱,能量在穿刺工程中消耗)。

备注:

       由于微波频率很高,所以在不大的相对带宽下,其可用的频带很宽(时域中时间相对越短,频域中相对越宽),可达数百甚至上千兆赫兹。这是低频无线电波无法比拟的。这意味着微波的信息容量大,所以现代多路通信系统,包括卫星通信系统,几乎无例外都是工作在微波波段。另外,微波信号还可以提供相位信息,极化信息,多普勒频率信息。这在目标检测,遥感目标特征分析等应用中十分重要
       微波的频率范围分为:
米波:波长10m→1m。频率30MHz→300MHz。
分米波:波长10dm→1dm。频率300MHz→3000MHz。
厘米波:波长10cm→1cm。频率3000MHz→30000MHz。
毫米波:波长10mm→1mm。频率3ooooMHz→300000MHz。

       沿地面传播的无线电波叫地波,又叫表面波。
电波的波长越短,越容易被地面吸收,因此只有长波和中波能在地面传播。地波不受气候影响,传播比较稳定可靠。但在传播过程中,能量被大地不断吸收,因而传播距离不远。所以地波适宜在较小范围里的通信和广播业务使用
在无线信道通信中,频率较低的电磁波趋于沿弯曲的地球表面传播,有一定的绕射能力。这种传播方式成为地波传输。在低频和甚低频段,地波能够传播超过数百千米或数千千米
        沿地面传播的无线电波叫地波。当天线架设较低,且其沿地面方向为最大辐射方向时,主要是地波传播。地波传播的特点是信号比较稳定,基本上不受天气的影响,但随着电波频率的升高,传输损耗迅速增大。因此,这种方式更加适合长波的低频传输。

### 短波通信中带宽传输距离关系及影响因素 短波通信的带宽传输距离密切相关,这种关系受到多种物理特性和环境条件的影响。以下是关于短波通信中带宽传输距离的关键分析: #### 1. 带宽的概念及其作用 带宽是指通信信道能够承载的频率范围,单位通常是赫兹 (Hz) 或千赫兹 (kHz)[^1]。对于短波通信而言,较高的带宽可以支持更多的信息量传递,例如语音、数据和图像等复杂业务。然而,增加带宽并不一定意味着更远的传输距离。 #### 2. 频率波长传输距离的作用 短波通信的工作频率范围为1.5 MHz到30 MHz[^1],对应的波长为10 m到100 m。较低频率(较长波长)的地波传播具有较强的地面穿透能力,适合较近距离的稳定通信;较高频率(较短波长)则更适合利用天波反射实现远程通信。因此,在设计短波通信系统时,需综合考虑目标距离所需带宽的选择。 #### 3. 影响传输距离的主要因素 - **电离层反射**:短波通信依赖于电离层的反射来扩展覆盖范围。不同时间、季节和地区会影响电离层的状态,从而改变最佳工作频率。 - **发射功率**:更高的发射功率有助于克服路径损耗并延长有效通信距离。例如,军用自主选频短波电台以125 W的大功率运行,能够在恶劣环境下保持可靠的连接[^3]。 - **天线设计**:高效的天线能显著提升信号强度和方向性,进而优化传输效果。超短波电台常配备高度定向化的天线结构以减少能量损失[^2]。 #### 4. 实际案例中的权衡考量 尽管增大带宽有利于提高数据速率,但在实际操作过程中还需兼顾其他约束条件。比如,当追求极高的传输速度时可能会牺牲一定的可靠性或者缩短最大可达距离。反之亦然——为了获得更好的稳定性可能需要降低数据吞吐量设置较为保守的操作参数组合。 ```python # 计算给定频率下的理论最远通讯距离简化模型示例代码 import math def max_distance(frequency_mhz, power_watt): c = 3e8 # 光速(m/s) lambda_meter = c / frequency_mhz * 1e6 distance_km = ((power_watt)**0.5)*(lambda_meter/4/math.pi)*1e-3 return round(distance_km) print(max_distance(7, 125)) # 输出约为90公里作为粗略估计值仅作参考用途 ``` 上述函数展示了如何基于理想状况下估算特定频率输出功率对应的最大直线可视范围内潜在联系长度的一个简单方法论框架。需要注意的是真实世界里存在诸多变量使得最终结果会有所偏差。 ---
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