同是电磁波，为何射频与光选择不同的传输介质？
发布时间：2012-9-19 16:21
发布者：绝对好文
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凤舞天 大家都知道，射频波与光都属于电磁波范畴，但射频波一般在同轴线，微带线中传输，不能在光纤中传输，而光一般在光纤中传输，却不能在同轴线，微带线中传播。 很多人可能对电磁波并不了解，本质上电磁波就是靠电场和磁场相互作用，相生相克，尤其是其电场和磁场的能量，同时最大，同时最小，就同轴线来说，外层与内层之间径向是电场，切向是磁场，所以能量集中在内外层之间的介质中，这个叫TEM波。光复杂一些，可以不用依赖介质，电场不需要金属，自我形成一个闭环。 既然理论基础是一样的，可以说只是频率的不同，那么为什么会出现这种情况。 一般的讲，大家第一反应是器件尺寸与波长的关系，高频及微波，波长一般大于传输线，微带线的尺寸（指截面），而光的波长远远小于器件尺寸，跟器件都发生不了关系了，自然谈不上传输，这确实是一个理由。但即使器件尺寸小到小于光的波长，是否可以传输光呢，答案是否定的。 器件尺寸只能决定电磁场传输的一个模式，就好象有一条马路，理论上可以通车，但能否实际可以通车，就看这条路堵不堵，平不平，而实际上，金属相对于光来说，损耗过大，无法通行。 金属导电，是靠自由电子，在低频下，自由电子随着电场变化而移动，没有损耗。高频微波下，能量集中在表面，金属的表面自由电子随电场变化而移动，有一定的损耗，这个损耗取决于频率，因为频率变化太快，自由电子质量太大，跟不上电场变化，就导致损耗，这个如同高音频率信号去驱动低音喇叭，只会发热，输不出声音。用力快速推拉门，胳膊会很累。 到了光之后，频率更高了，这么高的频率电场作用于自由电子，就只有损耗了，还有一种，可能自由电子就根本不动，根本响应不上来，这个取决于频率了。比如X光，就可以穿透薄金属。 所以要想光在某种介质中传输，这种介质首先能响应光的电场，这个就是介电常数要高，其次还要这个影响是无损耗的，刚性特强，不然传输不了，那么符合这个特征的，光纤就是一种。 光纤是由SiO2材料组成的，内部没有自由电子，但有稳定的电子云，能够受电场影响，所以有较高的介电常数，同时因为没有碰撞等，刚性特强，无损耗，但电子云偏移是非常小的，所以这个不适合高频微波这类传输，但可以传输光，因为能量传输的能力跟频率的平方成正比，大家看音箱里面的高音喇叭，一般都用铝箔做的很小的高音喇叭，却能发出足够强的能量，这个跟光纤概念是一样的。 这个只是博主的一家之言，有些地方不尽完善，只是表达自己对电磁场的理解，欢迎高人指正。 |
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