电磁波是如何传递信息的?

电磁波传递信息的过程,可以类比成“用海浪送信”。

1. 电磁波的本质——无形的“海浪”

电磁波就像大海里的波浪,但它不需要水,而是由电场和磁场交替变化形成的(想象两根弹簧互相推着振动)。

关键特性:

频率:1秒内振动的次数(比如蓝牙用24亿次/秒的“快浪”)。

振幅:波浪的高度(代表信号强度)。

波形:波浪的形状(可人为改变来编码信息)。

2. 信息如何“绑”在电磁波上?——3种调制术

电磁波本身只是载体(就像空白的纸),需要通过以下方式“写上”信息:

① 调幅(AM) —— 控制浪高

原理:用声音信号控制电磁波的振幅。

例子:传统广播电台。

缺点:容易被雷雨干扰(杂波也会改变振幅)。

信息: "Hi" → 高浪=H,低浪=i

波: ~~~‾‾‾~~~‾‾‾

② 调频(FM) —— 控制浪的快慢

原理:用声音信号改变电磁波的频率。

例子:FM收音机、蓝牙音频。

优点:抗干扰更强(噪声难改频率)。

信息: "Hi" → 快浪=H,慢浪=i

波: ~~~~‾‾‾‾~~~~‾‾‾‾

③ 调相(PM) —— 控制浪的起跳时机

原理:通过突然改变波的起始位置传递信息。

例子:Wi-Fi、5G等高速传输。

优势:能塞进更多数据。

信息: "Hi" → 正常起跳=0,延迟起跳=1

波: →/‾‾‾\ →/‾‾‾\(相位突变)

3. 电磁波传信息的全流程

以蓝牙耳机听歌为例:

编码:手机把音乐转换成二进制(比如01101011)。

调制:用GFSK(类似调频+调相)把数字信号“刻”到2.4GHz电磁波上。

发射:天线把电磁波像泼水一样“泼”向空中。

传播:电磁波以光速穿过空气(遇到墙会衰减或反射)。

接收:耳机天线“接住”电磁波,反向解调出01101011。

解码:把二进制变回音乐电流,推动喇叭发声。

4. 为什么电磁波能“隔空”传信息?

不依赖空气:电磁波本质是电场和磁场的振动,真空中也能传播(太阳光就是电磁波,能穿越太空)。

穿透性:不同频率穿透能力不同:

2.4GHz(蓝牙/Wi-Fi):能穿墙但会被水吸收(所以微波炉用这频段加热食物)。

5GHz(Wi-Fi):速度更快但穿墙差。

FM收音机(100MHz):能绕射建筑物,传播距离远。

类比总结:

电磁波通信现实世界类比电磁波大海里的浪调制(AM/FM/PM)用浪高、浪速、浪的起跳时间写信天线发射你用手拍打水面制造波浪天线接收朋友观察波浪猜你写了什么干扰旁边有人同时拍水造成乱浪跳频/加密你们约定每隔几秒换一种浪语

附加知识:电磁波谱

不同频率的电磁波用途完全不同:

低频(<3kHz):潜艇通信(穿透海水)。

中频(300kHz-3MHz):AM广播。

高频(3MHz-300MHz):FM广播、对讲机。

超高频(300MHz-3GHz):手机、蓝牙、Wi-Fi。

光频(400THz-790THz):可见光(未来可能用LiFi光通信)。

蓝牙/Wi-Fi/手机选择高频段,是因为:

① 能承载更多数据(浪抖得快,信息塞得多)。

② 天线可以做得很小(频率越高,天线越短)。

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