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電磁波的波長與頻率如何換算

冬至子 ? 來源:雷達(dá)通信愛好者 ? 作者:學(xué)習(xí)搞起來呀 ? 2023-05-24 11:09 ? 次閱讀
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對于一個(gè)電磁波來說,相位、頻率、幅度是其基本參數(shù),分別用φ、f、A來表示,其中,波長和頻率是有對于關(guān)系的。當(dāng)然,無線電應(yīng)用中的電磁波的參數(shù)要多得多,這個(gè)在以后的文章中進(jìn)行說明。現(xiàn)在讓我們先解決波長和頻率如何換算,特別是簡單快捷運(yùn)算的問題。

波長表示連續(xù)兩個(gè)相位相同點(diǎn)之間的長度(連續(xù)兩個(gè)波峰,就是兩個(gè)相位相同的點(diǎn)),它在圖上一般是在時(shí)間軸上,但是引入電磁波的速度是光速以后,這個(gè)時(shí)間就可以轉(zhuǎn)化為一個(gè)長度,也就是波長,因此波長用長度表示,而時(shí)間就是電磁波的周期(波的周期是個(gè)時(shí)間),而頻率的定義就是周期的倒數(shù),時(shí)間的倒數(shù),單位就成了赫茲(Hz)。

根據(jù)常識(shí),長度=速度×?xí)r間。對于電磁波來說,這個(gè)公式依然成立。

代入以上的量:波長=光速×周期=光速/頻率。

也就是:光速=波長×頻率。

光速約等于30萬km/s(299792458m/s),也就是公式變成這樣:

光速(30 0000km/s)=波長(m)×頻率(Hz)

對上式進(jìn)行單位變化:30×10^7^m/s=波長(m)×頻率(Hz),等式兩邊同時(shí)乘以10 ^-7^ 。等號(hào)左邊變成30m/s。等號(hào)右邊:10^-7^相當(dāng)于10 ^2^ ×10 ^-9^ ,將10^2^放入波長項(xiàng),相當(dāng)于大單位變成小單位,波長單位變成厘米;將10^-9^放入頻率項(xiàng),相當(dāng)于小單位變成大單位,頻率單位變成GHz。

進(jìn)一步整理得到:30(m/s)=波長(cm)×頻率(GHz)。

也就是說,波長以cm為單位,頻率以GHz為單位,他們倆的乘積是30!這樣,知道了波長和頻率中的任一個(gè),另一個(gè)就是已知的,所以,一般資料中只會(huì)明確波長和頻率中的一項(xiàng),而不會(huì)兩項(xiàng)都說出來。

有細(xì)心的小伙伴發(fā)現(xiàn)了:等式兩邊的單位不一致啊,左邊是m,右邊是cm,首先表揚(yáng)你觀察的仔細(xì),這是能夠?qū)W習(xí)進(jìn)步的源泉。解釋一下:等式兩邊的單位不一樣是沒有問題的,比如A米=B厘米,它的單位也不一樣,但是B是A的100倍,單位換算的那個(gè)“10的多少次方(也就是10的冪)”隱藏到數(shù)字中了。對“公式兩邊的單位”進(jìn)行觀察是非常正確的,但是需要注意的是:我們看等式兩邊時(shí),應(yīng)該看的是量綱,不是單位!對于上面的等式,左邊的量綱是長度和時(shí)間的商,右邊也是長度和時(shí)間的商(頻率是時(shí)間的倒數(shù)),等式兩邊是一致的,所以以上式子沒有問題。關(guān)于量綱和單位的關(guān)系,可以查看之前的文章《量綱與單位的稱呼和寫法》進(jìn)一步解讀。

如果你還持有懷疑,當(dāng)然也可以自行假設(shè)一個(gè)頻率,然后用原始公式(也就是簡化前的“距離等于速度乘時(shí)間”或者“波長等于光速除以頻率”的公式)進(jìn)行計(jì)算,來驗(yàn)證簡化公式是否正確。

再次強(qiáng)調(diào),注意看單位,推導(dǎo)過程有些繞,不了解過程,直接使用最后的結(jié)論也沒有問題。

最后,舉兩個(gè)例子,示范利用簡化公式進(jìn)行計(jì)算:

1.某雷達(dá)頻率3GHz,那它的波長就是30/3=10cm;

2.某藍(lán)牙的波長為0.125m,那它的頻率是30/12.5=2.4GHz。

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