無線局域網基礎知識:赫茲與微波

在微波通信中,電磁波的單位是赫茲(Hz)。德國物理學家赫茲關于電磁波的實驗,爲微波技術的發展開拓了新的道路,構成了現代文明的骨架,後人爲了紀念他,把頻率的單位定爲赫茲。讓我們從下面的故事中來了解一下這位偉大的物理學家。

赫茲是一個短命的物理學家。他于1894年逝世時,年僅37歲,這無疑是物理學界的巨大損失。他從21歲考人柏林大學直到不幸去世,進行科學研究不足15年,然而卻建立了永垂青史的功績。

赫茲以前,由法拉第發現、麥克斯韋完成的電磁理論,因爲未經一系列的科學實驗證實,始終處于“預想”階段。把天才的預想變成世人公認的真理,是赫茲的功勞。赫茲在人類曆史上首先捕捉到電磁波,使假說變成了現實。

要獲得電磁波,就必須建立一個輻射電磁波源,這個電磁波輻射源還應當有足夠的功率。名師出高徒,赫茲的恩師赫爾姆霍茨是一位理論和實驗俱佳的卓越物理學家。在他的指導和幫助下,赫茲很快制成了電磁波輻射源,當時它被稱作赫茲振蕩器。

當實驗設備基本備齊以後,赫茲投入了實驗過程。這時,他作爲卡爾斯魯厄大學的年輕教授,每周需承擔20幾節課的教學任務,這使他只能從課余擠時間進行實驗。

這一天,赫茲正在上課。“今天的課就講到這裏,再見,先生們!”赫茲教授說完,急忙將幾頁記得密密麻麻的記錄紙預備好,焦慮地等待最後一個學生離開教室。到下一節課還有三個小時,這段時間應該好好的利用,再作一次實驗。

“卡爾,我們開始吧!”他呼喚一直等候他的技師。二人很快把教室講台當成實驗台。這裏是赫茲作試驗的唯一場所,因爲卡爾斯魯厄大學給他的地方實在是太小了。

赫茲習慣性地首先檢查諧振器,將諧振器放到高振蕩器有一定距離的地方,使諧振器的平面與振蕩器上放電器的軸相吻合。實驗開始,赫茲和技師卡爾馬上忙碌起來,過了一個多小時,火花還是沒有迸發出來。當把各種可能發生的情況,都進行檢查後仍然毫無結果,他們疲憊不堪地坐在桌旁。

赫茲已經記不得這是第幾次失敗了。從一開始實驗,他就像與成功無緣似的,麥克斯韋預言過,電磁振蕩波一樣可以折射、反射,具有波的一切屬性。

在這個房間,他借助振蕩器和諧振器已經證實了從電磁輻射源發出的電磁場,就是電磁波。可是,現在他想證實電磁波具有像光一樣的反射性能,他打算把反射的電磁波記錄下來,然而卻一直沒有成功。

冥思苦想,新的思路終于誕生了。經過調諧電磁輻射源的內部要素,加大每秒鍾振蕩的次數,赫茲終于證實了電磁波具有光一樣的反射性能。在以後的工作中,赫茲悉心研究了電磁波的折射、幹涉、偏振和衍射等現象,並且證實了它們的傳播速度等于光速,這樣,赫茲第一個證實了光從其本質上說也是一種電磁波的問題。

1898年,赫茲在應邀擔任波恩大學物理學教授的赴任途中,欣聞自己的著作《論電力射線》已經出版,感到無限欣慰。

發現電磁波産生的巨大影響,連赫茲本人也沒料到。在他發現電磁波的第二年,有人問他,電磁波是否可以用作無線電通訊,赫茲不敢肯定。赫茲研究電磁波無意中丟下的種子,卻很快在異地開花結果了。

在發現電磁波不到6年,意大利的馬可尼、俄國的波波夫分別實現了無線電傳播,並很快投入實際使用。其他利用電磁波的技術,也像雨後春筍般相繼問世。無線電報(1894年)、無線電廣播(1906年)、無線電導航(1911年)、無線電話(1916年)、短波通訊(1921年)、無線電傳真(1923年)、電視(1929年)、微波通訊(1933年)、雷達(1935年),以及遙控、遙感、衛星通訊、射電天文學……它們使整個世界面貌發生了深刻的變化。

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