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『美好，一直在身边』关于频率（波长）与穿透、绕射能力的关系，终于有人能说明白了( 二 )


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电磁波从空气到障碍物（也就是导体） ， 需要用外面的电场和磁场感应出介质里面的电场和磁场 。
基于经典电磁波理论 ， 电磁波在不同介质的传播速度 ， 取决于介质（障碍物）的介电特性和介磁特性 。 如果介质是理想导体 ， 导电性能特别好 ， 那么 ， 电场在该理想导体内部永远为0 ， 就不能产生电场 。
所以 ， 如果障碍物是理想导体 ， 所有的电磁波都会反射回去 。
对于非理想导体（大部分介质） ， 电磁波在表面上分成折射和反射的两部分 。 两部分的比例跟波速、入射角有关 ， 而波速又跟频率有关 。 所以 ， 经过介质表面时 ， 电磁波信号就已经衰减掉一部分了 。
好了 ， 接下来是第二步 ， 电磁波折射的一部分终于进入介质内部 。
介质分为均匀介质和不均匀介质 。 我们先说均匀介质 。
大部分介质不是理想导体或良导体 ， 而是绝缘体或者有不同电阻率值的导体 。
电磁波在绝缘体中的传播较为顺畅 。 像玻璃 ， 就是一种非常典型的绝缘体 。 光线在玻璃中传播时 ， 吸收率很低 ， 所以玻璃看着就很透明 。
很多晶体 ， 例如食盐晶体、冰糖晶体 ， 还有纯净的水结成的冰 ， 都和玻璃类似 。
最典型的就是光纤 。 光在光纤中 ， 可以传输几十公里 。
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光纤的纤芯
电磁波在有不同电阻率的导体中传播 ， 可以使用麦克斯韦方程式进行计算 。 具体怎么算 ， 我就不解释了 。
我们可以简单来理解：
电磁波是电场和磁场的传播 ， 波峰和波谷是电场的两个极值 。
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当电磁波频率越高 ， 则波长越短 ， 波峰和波谷离得越近 ， 介质某一点附近电场的差异就越大 ， 相应电流就越大 ， 所以损耗在介质里的能量就越多 。
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所以 ， 相同前提条件下 ， 在有电阻率的导体中 ， 频率越高的电磁波 ， 衰减得就越快 。
比较典型的例子就是深海中的潜艇 。 潜艇都是使用长波或超长波与岸上基地进行通信的 。 因为无线信号的频率很低 ， 在水中的衰减会更小 。
对于不均匀介质 ， 这个问题就更复杂了 。
电磁波在不均匀介质中传播 ， 等于是在不同介质之间反复地发生折射、反射、衍射 。 传播的路径更加复杂 ， 最终射出的方向也非常复杂 。 过长的路径 ， 也会带来更大的衰减（损耗） 。
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典型的例子是墙面 ， 不管是钢筋混凝土墙面 ， 还是砖砌墙面 ， 都是不均匀介质 ， 电磁波传播过程中 ， 就有不同程度的衰减 。
第三步 ， 从介质到空气 ， 又是一波折射和反射 。
综上所述 ， 大家应该明白 ， 为什么频率越高的电磁波 ， 穿透障碍物的能力越弱了吧？
我们家里使用的Wi-Fi ， 现在都有2.4GHz频段和5GHz频段 。 大家用过的话 ， 应该都知道 ， 5GHz信号的穿墙能力明显弱于2.4GHz信号 。
还有我们昨天文章所说的毫米波 ， 也是一样的道理 。 相同条件下 ， 毫米波信号穿透障碍物的衰减 ， 明显会大于Sub-6GHz的信号 。
值得一提的是 ， 不均匀介质的信号衰减程度 ， 和介质颗粒度也有关系 。 如果这个颗粒打得很碎 ， 颗粒很小 ， 那么 ， 对于低频电磁波来说 ， 由于波长远大于颗粒尺寸 ， 整体上电磁波的衰减会更小一些 。


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