天华中威科技微波小课堂_电磁波传播的损耗能量去哪了

天华中威科技微波小课堂-电磁波传播的损耗能量去哪了

电磁波在真空中传播有能量损耗吗？在介质中传播损耗的能量去哪儿了？这是有关电磁波的科普问题之一。

电磁波衰减现象

生活中我们会遇到电磁波衰减现象，例如在使用手机时，会遇到一些信号弱的情况。雷达有探测距离的指标，如果目标超出范围，就无法发现目标。

电磁波的大气损耗

• 电磁波在介质中传播有能量损耗，损耗的能量通常转化为热能；
  

• 空气是一种介质，电磁波在空气中传播有损耗，空气中的分子以及其它颗粒物，使电磁波发生散射，并有一部分转化热能；
  

• 空气损耗和频率相关，空气中的氧分子和水分子在某些频率的损耗有峰值。

电磁波在真空(自由空间)的传播损耗

在自由空间环境下电磁波的传播没有损耗，如何理解电磁波在自由空间的衰减公式：

按照本公式，电磁波频率越高衰减越大，距离越远衰减越大。那么，这些损耗的能量去哪儿了？

解释：

• 以上公式是指发射天线的发射功率，与接收天线的接收功率之比；

• 公式中损耗（Loss）并不是说发射信号功率在自由空间传播过程中被损耗掉了，而是因为发射信号是在指向发射方向的切线球面扩散的（可以用强光手电照射距离越远光斑直径越大参照理解），接收天线的有效面积仅占这个扩散球面的很小一部分，有效面积以外的能量，就"损耗"了，距离越远扩散球面越大，"损耗"越大；

• 接收天线的有效面积越大损耗越小，有效面积与频率的平方成反比，所以频率越高"损耗"越大。

公式推导：

总结

• 电磁波在介质中传输有损耗；

• 电磁波在自由空间传播总能量没有损耗；

• 远端接收能量小于发射能量，是由于电磁波传输面积扩散大于有效接收面积造成的。