電子學/頻譜
此頁面涵蓋電磁波譜。
- 波是一種振動，如果在平面上使用笛卡爾座標系表示，看起來像正弦波，x 軸是時間，y 軸是振幅。振幅是波在一個給定週期內的變化，峰值是波的最高點。兩個峰值之間的距離是波長。週期是波長經過空間中一點所花費的時間。頻率是一秒鐘內經過的波的個數。
- 黑體 - 一個吸收所有輻射並在特定頻率下發射輻射的空腔。
- 諧振腔 - 一個允許特定頻率的駐波存在的空腔。
當兩個物體相互碰撞時，就會發出聲音。聲波是縱波。聲波受溫度和大氣壓力的影響。
在水中，由於粒子更加壓縮，所以聲波傳播得更快。在空氣中，聲波壓力會形成稀疏和壓縮的空氣柱。
DB 刻度用於測量聲音的壓力。
- 0 dB 表示正常無聲音。
- 20 dB 表示正常無聲音放大。
- 40 dB 表示正常雙倍聲音放大。
| dB | 聲音 |
|---|---|
| 30 | 耳語 |
| 120 | 噴氣發動機 |
低於 20 Hz 的聲音被稱為次聲波，人類耳朵無法聽到。
聲音在地球上傳播，因此可以用來探測核爆炸，並使鯨魚能夠在 10,000 英里外進行交流（聲波通道）。
強度可能大於 120 dB，但人無法聽到。與雪崩、地震、火山、流星、地球呻吟、搖滾音樂會和管風琴有關。增強情緒。
次聲波對社會產生了一些非常扭曲的影響。
在地球上傳播的聲音
強度通常大於 120 dB。
如果能聽到，就像噴氣發動機或槍聲一樣，是一個巨大的隆隆聲。
在搖滾音樂會上，他們播放次聲波。這增強了情緒。這可能是人們播放大聲音樂的一個原因。
對管風琴的吸引力。
此外，地球也呻吟。有人知道地球哭喊的神話意義嗎？
鯨魚利用它來交流，因為波浪可以傳播 10,000 英里。
次聲波似乎會增強情緒，使人感到緊張，因此與鬧鬼的房子等超自然現象有關。由於人們對死者有感情，會去他們死的地方，當你把它和次聲波結合在一起，次聲波與寒意有關，這是否是對鬼魂的解釋？
次聲波的奇怪用途之一是將一個產生次聲波的古老房間與改變思維的藥物結合起來，以誘發幻覺和離體體驗。
可聽聲是人耳可以感知的聲音。可聽聲是指頻率在 20-20,000 Hz 範圍內的聲音。
人聲
- 人聲 (20-100)-20,000 Hz
- 老年人聽力 20-15,000 Hz
計算機聲音格式
- MP3 最高 16 kHz
- Ogg, AAC 最高 20 kHz
動物聲音
- 聲納 50 kHz, 192-200 kHz
- 海豚 1-164 kHz
- 蝙蝠 20 - 115 kHz
- 鯨魚 30-8000 Hz
音樂
- 音樂 20 Hz - 20000 Hz
電話
- 電話 200-2000 Hz
高於 20 kHz 的聲音被稱為超聲波。人聽不見，但狗和海豚可以聽到。
光子由黑體發射。談談光子的能量以及它們能穿透多遠。
受國際電信聯盟的管理。在美國，這些頻段的分配由聯邦標準 1037C 和 MIL-STD-188 管理。
VLA 望遠鏡陣列可以解析 8,xxx Hz 的 λ。
強度單位
- 美國海軍使用 ELF 與潛艇進行通訊。海水的極高電導率使潛艇免受大多數電磁通訊的影響。然而，ELF 頻率範圍內的訊號可以穿透得更深。大多數 ELF 通訊的低傳輸速率限制了它們作為通訊通道的使用；通常，ELF 訊號用於請求潛艇浮出水面並啟動其他形式的聯絡。
- 在 ELF 頻率範圍內廣播時遇到的一個困難是天線尺寸。為了使用 ELF 頻率進行國際廣播，需要一個非常大的天線。美國在威斯康星州和密歇根州設有兩個站點。這兩個站點都使用長電力線作為天線，多股線長 14 到 28 英里。ELF 會產生和發射大量的能量，並且人們對這種訊號可能產生的生態影響有一些擔憂。
- 另見：TACAMO，HAARP，首字母縮略詞列表。
- 從 7.8 Hz 開始，是舒曼共振，這是由於地球表面和電離層之間的空間造成的。它充當一個由閃電產生的能量驅動的諧振腔。Serial Experiments Lain 的想法是，舒曼共振可以作為集體意識的載體。
- 語音訊段。用於傳輸語音。分配給電話。語音訊率範圍為 300-3400 Hz。單個語音訊率分配 4 kHz，包括保護頻帶。
- 極低頻或 VLF 指的是 3 - 30 kHz 範圍內的無線電頻率 (RF)。由於這個頻段的頻譜空間不多，所以只使用最簡單的訊號，比如無線電導航。在這個頻段可以聽到許多自然無線電發射，比如哨聲。
- 由於超長波可以穿透水深達 20 米，因此它們被用來與潛艇通訊。
- 閃電會產生被稱為“哨聲”的低頻無線電波。從木星接收到的哨聲表明那裡存在閃電。
- 黎明合唱是一種無法解釋的電磁現象，通常發生在日出時或日出後不久，它（使用合適的無線電裝置）聽起來像一大群鳥在鳴叫。據認為，這是由被困在地球磁層範艾倫輻射帶中的高能電子造成的，它們以可聽見的無線電波的形式落到地球表面。黎明合唱在磁暴期間出現的頻率更高。
- 這種現象也發生在極光期間，被稱為極光合唱。
- 低頻或 LF（有時稱為長波）是指 30-300 kHz 範圍內的無線電頻率 (RF)。在歐洲，LF 頻譜的一部分用於 AM 廣播服務。在西半球，它的主要用途是用於飛機信標、導航、資訊和氣象系統。
- 穿過電離層
- 可以穿透海洋達 200 米
- 長波在歐洲、非洲和亞洲是 144 - 351 kHz。在美洲，這個頻段是為航空導航保留的。
- 長波無線電頻率低於 500 kHz，對應于波長大於 600 米的無線電波。它們具有跟隨地球曲率傳播的特性，使其成為洲際持續通訊的理想選擇。與短波無線電不同，長波訊號不會使用電離層反射或折射，因此相位引起的衰落較少。
- 在歐洲、北非和亞洲，153 到 281 kHz 之間的長波無線電頻率用於國內和國際廣播。在美洲，200 到 430 kHz 之間的頻率用於非定向無線電信標。
- 60 kHz 的頻率被美國、德國、英國和日本等幾個國家用於極其精確的時間和頻率訊號。自 2000 年左右以來銷售的許多商用電器都配備了 VLF 接收器，能夠接收這些訊號，這些訊號比中波或短波訊號更有效地穿透室內。
- 低於 50 kHz 的無線電訊號能夠穿透海洋深度約 200 米。美國、俄羅斯、英國、瑞典和印度海軍在這個頻率範圍內與潛艇進行通訊。
- 長波發射天線佔用大量空間，由於人們擔心靠近高功率無線電波，因此在美國和歐洲引起了爭議。
- (AM) 調幅無線電是 530 - 1,700 kHz。也稱為中波。在 1900 年代到 1960 年代很流行。
- AM 無線電技術比其他型別的無線電（如 FM 無線電和 DAB）更簡單。AM 接收機檢測無線電波的功率，並放大功率測量值的變化以驅動揚聲器或耳機。最早的電晶體無線電接收機就採用了這種原理。
- 在第一次世界大戰之前，AM 無線電被用於小規模的語音和音樂廣播。在接下來的十年中，AM 無線電的使用量大幅增加。1920 年代，第一批商業無線電服務開始在 AM 頻段上進行廣播。在“無線電黃金時代”，無線電節目蓬勃發展。戲劇、喜劇和所有其他形式的娛樂節目都被製作出來，以及新聞和音樂的廣播。
- 中波是目前商業廣播中最常用的頻段；這就是大多數人所熟悉的“AM 無線電”。
- 對於長波和中波頻段，波長足夠長，以至於無線電波可以透過地面波傳播繞過地球的曲線，從而使 AM 無線電，特別是長波和中波在夜間具有很長的傳輸距離。
- 短波用於旨在被遠離發射臺很遠的地方收聽到的無線電服務；短波廣播的遠距離傳輸是以較低的音訊保真度為代價的。短波的傳播方式不同，請參見高頻。AM 主要用於廣播用途 - 其他短波使用者可能會使用 AM 的修改版本，例如 SSB 或 AM 相容的 SSB 版本，例如帶有載波恢復的 SSB。
- 廣播頻段之間的頻率用於其他形式的無線電通訊，例如嬰兒監視器、對講機、無繩電話、無線電遙控、業餘無線電等。
- 高頻 (HF) 無線電頻率介於 3 到 30 MHz 之間。這個範圍通常被稱為短波。
- 短波是 1,700 - 30,000 kHz，分為 14/15 個“廣播頻段”。
- 由於電離層通常能很好地反射 HF 無線電波，因此該範圍被廣泛用於中遠端陸地無線電通訊。然而，該頻譜部分的適用性因多種因素的複雜組合而有很大差異。
* Sunlight/darkness at site of transmission and reception * Transmitter/receiver proximity to terminator * Season * Sunspot cycle * Solar activity * Polar aurora * Maximum usable frequency * Lowest usable frequency * Frequency of operation within the HF range
- HF 通常用於連續波莫爾斯電碼傳輸。
- 另見：VHF、AM 無線電、無線電傳播
- 短波無線電工作在 3000 kHz 到 30 MHz（30,000 kHz）的頻率之間，在無線電早期被稱為短波，因為與該頻率範圍相關的波長比當時常用的波長更短。另一個名稱是 HF，即高頻。
- 短波長與高頻相關，因為頻率和波長之間存在反比關係。
- 短波頻率能夠透過反射電離層訊號到達地球的另一端。選擇用於到達目標區域的頻率取決於幾個因素。
* The distance from the transmitter to the target receiver * Time of day. During the day, higher shortwave frequencies (> 10 MHz) can travel longer distances than lower; at night, this : property is reversed. * Season of the year. * Solar conditions, including the number of sunspots, solar flares, and overall solar activity. Solar flares can prevent the : ionosphere from reflecting or refracting radio waves.
- 短波無線電頻段的一些主要使用者包括
* Domestic broadcasting in countries with a widely dispersed population with few longwave, mediumwave or FM stations serving them * International broadcasting to foreign audiences * Utility stations transmitting messages not intended for a general public, such as aircraft flying between continents, encoded or ciphered diplomatic messages, weather reporting, or ships at sea * Amateur radio operators * Time signal stations
- 亞太電信聯盟估計，2002 年大約有 6 億臺短波無線電接收機在使用。
- 世界無線電通訊大會 (WRC) 在國際電信聯盟的 auspices 下組織，每隔幾年舉行一次會議，為各種服務分配頻段。下一屆 WRC 預計將在 2007 年舉行。在 1997 年的世界無線電管理大會 (WARC) 上，以下頻段分配給了國際廣播公司
5,900-5,950 kHz 7,300-7,350 kHz (7,100-7,350 kHz outside of the Americas) 9,400-9,500 kHz 11,600-11,650 kHz 12,050-12,100 kHz 13,570-13,600 kHz 13,800-13,870 kHz 15,600-15,800 kHz 17,480-17,550 kHz 18,900-19,020 kHz
- 短波廣播頻道以 5 kHz 的間隔分配。然而，國際廣播公司可能會在 WARC 分配的正常頻段之外進行廣播，或者使用非頻道頻率來吸引擁擠頻段中的注意力。
- 短波發射機使用的功率範圍從一些實驗性傳輸的不到一瓦到洲際廣播的 500 千瓦甚至更高。短波發射中心通常使用專門的天線設計將無線電能量集中到目標區域的方向。
目錄 [顯示/隱藏] 1 國際廣播 2 業餘無線電 3 短波收聽 4 數字電臺
5 短波無線電：未來 1 短波廣播和音樂
國際廣播
有關向國外觀眾廣播的歷史和實踐的詳細資訊，請參見國際廣播。
業餘無線電
獲得用於非商業目的的短波無線電發射機的操作許可權，對獲得許可的業餘無線電愛好者開放。在美國，他們由聯邦通訊委員會 (FCC) 頒發許可證。美國公民不需要許可證即可擁有或操作短波接收機。最近，FCC 增加了一種業餘無線電許可證，該許可證不需要任何莫爾斯電碼知識，使初學者更容易參與進來；但是，在短波頻段上進行操作需要掌握莫爾斯電碼知識。
業餘無線電操作員在無線電領域取得了許多技術進步，並在正常通訊通道失效時提供緊急通訊。一些業餘無線電愛好者練習在沒有電網的情況下操作，以便為停電做好準備。
短波收聽
許多愛好者在沒有操作發射機的情況下收聽短波廣播。在許多情況下，目標是從儘可能多的國家獲得儘可能多的電臺（DXing）；另一些人收聽專門的短波公用事業或“ute”傳輸，例如海事、海軍、航空或軍事訊號。其他人則關注情報訊號。
短波收聽者或 SWL 可以從廣播公司或公用事業臺獲得“QSL”卡片作為這項愛好的戰利品。
數字電臺
數字電臺是來源不明的短波無線電臺，它們廣播數字、單詞或語音的流。雖然官方沒有表明它們的來源，但無線電愛好者已經確定，其中許多電臺被情報機構用作與其他國家特工的一對一通訊。
短波無線電：未來
衛星直接廣播的發展降低了對短波接收機的需求，但仍有大量的短波廣播公司。一項新的數字無線電技術，數字無線電蒙德，有望將短波音訊的質量從非常差提高到與 FM 廣播頻段相當的標準。短波無線電的未來受到電力線通訊 (PLC) 興起的威脅，電力線通訊是指在無遮蔽電力線上傳輸資料流。由於使用的頻率與短波頻段重疊，嚴重的失真使得在電力線附近收聽短波無線電變得困難或不可能。
短波廣播和音樂
一些音樂家被短波無線電獨特的聽覺特性所吸引。約翰·凱奇在一些作品中使用短波無線電作為現場樂器，其他音樂家則對廣播進行取樣，使用廣播磁帶迴圈，或從某些頻率上的非凡聲音中獲得靈感。卡爾海因茨·施托克豪森在包括《電音樂》（1966 年）、《頌歌》（1966-67 年）和《螺旋》（1968 年）在內的作品中使用了短波無線電，霍爾格·楚凱、帕特·梅西尼、艾菲克斯雙人組、肉搏宣言和威爾科也使用了廣播。
- VHF 的常見用途包括 FM 收音機廣播 (88-108 MHz) 和電視廣播 (與 UHF 共同使用)。 VHF 也常用於陸地導航系統 (特別是 VOR) 和飛機通訊。
- UHF 和 VHF 是電視最常見的頻段。
- VHF 頻率的傳播特性非常適合短距離陸地通訊。與 HF 頻率不同，電離層通常不會反射 VHF 無線電訊號，因此傳輸僅限於本地區域 (並且不會干擾數千公里外的傳輸)。 它也不受大氣噪聲和來自電氣裝置的干擾的影響，不像低頻那樣。 雖然它更容易被陸地特徵阻擋，不像 HF 和更低頻率那樣，但它不像更高頻率那樣容易受到建築物和其他不太重要的物體的影響。 在無線電早期，為其建造高效的發射機、接收機和天線也更容易。 在大多數國家，VHF 頻譜用於廣播音訊和電視，以及商業雙向無線電 (如計程車和警察使用的無線電)、船舶雙向音訊通訊和飛機無線電。
- 近年來，電視傳輸佔用的大量技術和商業價值的 VHF 頻譜部分吸引了許多公司和政府的關注，隨著更有效的數字電視廣播標準的開發。 在一些國家，大部分頻譜可能會在未來十年左右的時間內變得可用 (可能會出售) (目前在美國計劃於 2008 年實施)。
- 在英國，當局選擇從 1960 年代後期開始，專門在 UHF 上開發彩色電視。 英國最後一家 VHF 電視發射站在 1986 年關閉。 英國的 VHF III 波段現在用於數字音訊廣播。
FM 自 1940 年起就存在
42-50 MHz 第二次世界大戰前 FM 分配 1940 88-106 MHz 第二次世界大戰後 FM 分配 1945
FM 立體聲技術
- 1960 年代初，FM 收音機添加了新技術，允許進行 FM 立體聲傳輸，其中調頻無線電訊號用於承載立體聲音訊，使用導頻音複用系統。
- 這以與單聲道聲音相容的方式複用左右聲道音訊訊號，使用求和-差分技術來產生單個“單聲道相容”訊號，該訊號具有等於左右聲道之和 (L+R) 的基帶部分，以及頻率更高的部分是左右聲道 (L-R) 幅度調製在 38 kHz 的子載波上。 然後新增 19 kHz 的導頻音，以允許接收機檢測到存在立體聲編碼訊號。
- 然後，此訊號可以像單聲道訊號一樣透過 FM 調製和解調過程，並且透過反轉複用過程從解調的 FM 訊號中提取立體聲訊號。
- 簡單的單聲道 FM 接收機不會提取左右訊號，而是簡單地再現“單聲道相容”訊號的基帶部分。(這依賴於這樣一個事實，即單聲道相容訊號的子載波調製部分位於人們聽不見的音訊頻譜的一部分，而導頻音是音訊頻譜的一部分的低強度音調，大多數人都聽不見)。
- 這種向後相容性非常重要，因為當 FM 立體聲系統在 1960 年代在美國推出時，單聲道 FM 傳輸已經從 1940 年代開始使用，並且存在大量的單聲道接收機，這些接收機需要能夠接收立體聲廣播而無需任何修改。
- 立體聲接收機可以根據導頻音的存在自動在“單聲道”和“立體聲”模式之間切換。 它們還配備了一個陷波濾波器來消除導頻音。 在訊號較差的情況下，即使在立體聲訊號上，立體聲接收機也可以回退到單聲道模式，從而在這些情況下提高信噪比效能。
- 立體聲複用系統已被進一步擴充套件，以新增額外的、甚至更高頻率的 57 kHz 子載波，用於承載低頻寬數字無線電資料系統資訊，從而允許數字控制的無線電提供額外的功能。
- 美國 FM 收音機頻道分配
- 在美國，調頻廣播電臺在從 87.8 MHz 到 108.0 MHz 的頻段內執行，總共 20.2 MHz。 它被分為 100 個頻道，每個頻道 0.2 MHz 寬，分別稱為“頻道 200”到“頻道 300”。
- 為了接收電臺，FM 接收機被調諧到電臺頻道的中心頻率。 最低頻道，頻道 200，從 87.8 MHz 擴充套件到 88.0 MHz； 因此，其中心頻率為 87.9 MHz。 頻道 201 的中心頻率為 88.1 MHz，依此類推，直到頻道 300，它從 107.8 MHz 擴充套件到 108.0 MHz，中心頻率為 107.9 MHz。
- 由於每個頻道寬 0.2 MHz，因此相鄰頻道的中心頻率相差 0.2 MHz。 由於最低頻道以 87.9 MHz 為中心，因此美國任何 FM 電臺的中心頻率的十分位數字始終是奇數。 電影片道 6 的 FM 音訊以 87.75 MHz 的載波頻率廣播，許多收音機可以調低到這個頻率； 幾個為頻道 6 頒發許可的低功率電視臺僅為了使用此頻率而運營，並且僅廣播名義上的影片節目。 出於同樣的原因，頻道 6 上的電視臺和附近的 FM 電臺之間的分配限制非常嚴格：在美國只有兩個電臺 (KSFH 和轉發器 K200AA) 被許可在 87.9 MHz 上運營。
- 一個市場中的 FM 電臺通常相隔四個頻道 (800 kHz)。 這種間距是在對原始 FM 波段上感知到的問題做出回應時開發的，主要是由於當時接收機技術的缺陷。 隨著現代裝置的出現，人們普遍認為這沒有必要，在許多國家，間距更短。 其他間距限制與與附近的電視、空中交通管制和雙向無線電系統以及其他 FM 廣播電臺的混合產品有關。 最重要的禁忌限制了相隔 10.6 和 10.8 MHz 的電臺的分配，以防止混合產品干擾 FM 接收機的標準 10.7 MHz 中頻級。
- 商業廣播僅在頻道 221 到 300 上獲得許可，而 200 到 220 被保留用於非商業教育廣播。 在靠近加拿大或墨西哥邊界的某些市場，如密歇根州底特律和加利福尼亞州聖地亞哥，來自這些國家的商業電臺在“保留頻段”頻道上針對美國受眾，因為加拿大和墨西哥都沒有此類保留。
Mazer = 微波
UHF 和 VHF 是電視最常見的頻段。
與 VHF 頻率相比，UHF 頻率受到大氣水分的衰減更大，並且從“跳躍”或訊號從電離層反射回地球的反射中獲益更少。 300-3000 MHz 的頻率始終至少比 MUF (最大可用頻率) 高一個數量級。 地球大部分地區的 MUF 通常在 25-35 MHz 之間。 較高頻率也從地面模式傳輸中獲益更少。 但是，UHF 頻率的短波長允許使用具有窄元件的緊湊接收天線； 許多人認為它們不如 VHF 接收模型那樣難看
在美國，UHF 臺 (廣播頻道高於 13) 最初因更具地方性，更不精緻，更不專業，更不受歡迎以及訊號強度不如 VHF 臺 (頻道 2-13) 而聞名。 由“怪誕阿爾”·揚科維奇主演的電影“UHF”是對這種現象的諷刺。 最近，隨著八家大型廣播電視網路的出現，這一觀念發生了改變，越來越多的媒體公司尋求電視市場更大的份額。 許多福克斯、UPN、WB 和派拉蒙網路附屬臺都在 UHF 波段內廣播。
隨著有線電視、數字電視和 DSS 滲透到電視市場，VHF 和 UHF 臺之間的區別已經消失。
在澳大利亞，UHF 最初是在 1970 年代中期預期的，頻道從 28 到 69。 澳大利亞的第一批 UHF 電視廣播是由特別廣播服務公司 (SBS) 在悉尼和墨爾本的 28 頻道於 1980 年開始運營的，以及澳大利亞廣播公司 (ABC) 的轉發器。 UHF 波段現在被廣泛使用，因為 ABC、SBS、商業和社群 (公共訪問) 電視服務已擴充套件到更廣泛的地區，特別是在地區。
超高頻 A 波段保留用於電視。
注意：高於 300 GHz，地球大氣對電磁輻射的吸收非常大，以至於大氣對更高頻率的電磁輻射實際上是不透明的，直到大氣在所謂的紅外和光學視窗頻率範圍內再次變得透明。
用途
微波爐使用磁控管微波發生器在約 2.4 GHz 的頻率下產生微波，用於烹飪食物。 微波透過使水和其他化合物的分子振動來烹飪食物。 振動產生熱量，從而使食物變熱。 由於有機物主要由水組成，因此食物可以透過這種方法輕鬆烹飪。
受激發射微波放大器 (maser) 是一種類似於雷射器的裝置，只是它在微波頻率下工作。 微波也用於衛星傳輸，因為這種頻率可以輕鬆地穿過地球大氣，干擾比更高波長更少。
雷達也使用微波輻射來探測遠端物體的距離、速度和其他特性。
無線區域網通訊協議，如 IEEE 802.11 和藍牙，也在 2.4 GHz ISM 頻段中使用微波，儘管一些變體使用 5 GHz 頻段進行通訊。
同軸電纜上的有線電視和網際網路接入以及廣播電視使用一些較低的微波頻率。
微波可用於遠距離傳輸能量，建立一個太陽能陣列將能量傳輸到地球。
微波頻譜定義為頻率約為 300 MHz 到 1000 GHz 的電磁能量。最常見的應用在 1 到 40 GHz 範圍內。
下表定義了微波頻率頻段。
L 頻段 1 到 2 GHz S 頻段 2 到 4 GHz C 頻段 4 到 8 GHz X 頻段 8 到 12 GHz Ku 頻段 12 到 18 GHz K 頻段 18 到 26 GHz Ka 頻段 26 到 40 GHz Q 頻段 30 到 50 GHz U 頻段 40 到 60 GHz V 頻段 46 到 56 GHz W 頻段 56 到 100 GHz
有關適用於現代微波應用的電磁理論發展史，請參見以下圖。
* Michael Faraday. * James Clerk Maxwell. * Heinrich Hertz. * Nikola Tesla. * Guglielmo Marconi. * Samuel Morse. * Sir William Thomson, later Lord Kelvin. * Oliver Heaviside. * Lord Rayleigh. * Oliver Lodge.
微波及其應用發展研究和工作的具體重要領域。
微波的具體工作 工作領域 Barkhausen 和 Kurz 正極柵極振盪器 Hull 光滑孔磁控管 Varian 兄弟 速度調製電子束 → 諧振腔管 Randall 和 Boot 空腔磁控管
另請參見
* Home appliances. * Microwave auditory effect. * Radio. * Optics.
宇宙微波背景輻射是一種充斥整個宇宙的電磁輻射。它具有 2.726 開爾文的溫度下黑體輻射的特徵。它在微波範圍內有頻率。
CMR 和大爆炸
這種輻射被認為是大爆炸 (BB) 理論的最佳可用證據，它在 1960 年代中期被發現，標誌著穩態理論等替代理論的普遍興趣的結束。CMR 給出了宇宙的快照，根據標準宇宙學，當時的溫度下降到足以讓電子和質子形成氫原子，從而使宇宙對輻射透明。當它在大爆炸後大約 300,000 年形成時——這段時間通常被稱為“最後散射面”——宇宙的溫度約為 6000 K。此後，由於宇宙的膨脹，它已經下降，宇宙的膨脹使輻射冷卻與宇宙尺度長度的四次方成反比。
特徵
微波背景最顯著的特徵之一是高度各向同性。存在一些各向異性，其中最明顯的是偶極各向異性，其水平約為 10-4，尺度為 180 度弧。這是由於觀察者相對於 CBR 的運動造成的，對於地球來說，這種運動約為 700 公里/秒。
由於外部物理學引起的差異也存在；Sunyaev-Zel'dovich 效應是這裡的主要因素之一，其中高能電子雲散射輻射，將一些能量轉移到 CMB 光子。
更有趣的是，各向異性水平約為 1/100000，尺度為幾分鐘弧。這些非常小的變化對應於最後散射面上的密度波動，並提供了關於我們現在觀察到的宏觀結構種子的寶貴資訊。這些密度波動是由於宇宙的不同部分彼此沒有接觸而產生的。
此外，薩克斯-沃爾夫效應導致來自宇宙微波背景的光子發生引力紅移。這些小尺度變化為宇宙的性質提供了觀測約束，因此是宇宙模型的重要檢驗之一。
檢測、預測和發現
CBR 在 1940 年代由喬治·伽莫夫、拉爾夫·阿爾弗和羅伯特·赫爾曼預測，並在 1964 年由彭齊亞斯和威爾遜意外發現，他們因這一發現獲得了諾貝爾獎。然而，CBR 曾在 1941 年被檢測到，其溫度也在伽莫夫預測之前七年被推斷出來。基於對恆星光譜中窄吸收線特徵的研究，天文學家安德魯·麥凱勒寫道：“可以計算出星際空間的‘旋轉’溫度為 2 K。”
由於水會吸收微波輻射，這一事實被用來製造微波爐，因此用地面儀器觀察 CMB 非常困難。因此，CMB 研究越來越多地利用空中和星載實驗。
實驗
在這些實驗中，1989 年至 1996 年發射的宇宙背景探測器 (COBE) 衛星可能是最著名的，它首次探測到大型各向異性（除偶極以外）。2001 年 6 月，美國宇航局發射了第二個 CBR 空間任務 WMAP，以對整個天空的各向異性進行詳細測量。來自該任務的結果提供了對角度功率譜直至度尺度的詳細測量，從而對各種宇宙學引數給出了詳細的約束。結果與宇宙暴脹以及各種其他競爭理論的預期結果基本一致，並且可以在美國宇航局的宇宙微波背景 (CMB) 資料中心獲得詳細資料[編輯：參見下面的連結]。
第三個空間任務普朗克計劃於 2007 年發射。與前兩個空間任務不同，普朗克是美國宇航局和歐洲航天局 (ESA) 之間的合作專案。
CBR 和非標準宇宙學
在 1990 年代中期，由於未檢測到 CBR 中的各向異性，人們對非標準宇宙學（如等離子體宇宙學）產生了興趣，主要是因為如果探測器未能找到 CBR 中的各向異性，它們將作為備用。這些各向異性的發現以及大量新資料的湧入，極大地降低了人們對這些替代理論的興趣。
一些非標準宇宙學的支持者認為，原始背景輻射是均勻的（這與大爆炸不一致），並且 CBR 中的變化是由於上面提到的 Sunyaev-Zel'dovich 效應（以及其他效應）造成的。
注意：高於 100 GHz，地球大氣對電磁輻射的吸收非常大，以至於大氣對較高頻率的電磁輻射實際上是不透明的，直到大氣在所謂的紅外和光學視窗頻率範圍內再次變得透明。
紅外線指的是紅色以下，其中紅色是波長最長的顏色。
(FIR) 遠紅外線 (30-1000 µm)
(MIR/IIR) 中紅外線 (5-30 µm) - 紅外輻射通常與熱量相關，因為室溫或更高的物體發出的輻射主要集中在中紅外波段（參見黑體）。
(NIR) 近紅外線 (0.7-5 µm)
但是，這些術語並不精確，並且在不同的研究中使用的方式也不同。
用途 夜視裝置使用紅外線，當可見光不足以看到物體時。檢測輻射並將其轉換成螢幕上的影像，較熱的物體顯示得更亮，使警察和軍隊能夠追捕目標。“夜視”
煙霧對紅外線的穿透性比可見光強，因此消防員在煙霧瀰漫的區域工作時使用紅外成像裝置。消防員在火災撲滅後也使用這種裝置檢查木框架建築物牆壁後面的熱點，以防止火災再次爆發。
紅外線更常見的用途是電視遙控器。在這種情況下，它優先於無線電波，因為它不會干擾電視訊號。紅外資料傳輸也用於計算機外設和個人數字助理之間的短距離通訊。這些裝置通常符合 IrDA（紅外資料協會）釋出的標準。遙控器和 IrDA 裝置使用紅外發光二極體 (LED) 發射紅外輻射，該輻射被塑膠透鏡聚焦成窄束。該光束被調製，即開啟和關閉，以對資料進行編碼。接收器使用矽光電二極體將紅外輻射轉換為電流。它只響應發射器產生的快速脈衝訊號，並過濾掉來自陽光、人和其他溫暖物體的緩慢變化的紅外輻射。
光纖通訊中使用的光通常是紅外線。
熱量
不完全是。物體不斷髮射電磁波，即黑體輻射，但頻率取決於溫度。對於室溫物體和人類來說，它主要是在紅外線以下，但對於火災和紅熱鐵來說，它更多地在光譜中，對於更冷和更熱的物體來說，它在不同的頻率。
怎麼樣，任何能量至少與紅外線一樣多的東西都會使物體變暖。任何能量更低的東西都不會使原子變暖。
全球變暖 二氧化碳會吸收某些波長的紅外線。據認為這會導致全球變暖。
1 拍赫茲 1015 赫茲
可見光存在於紅外線的尖端，就在它下面是紫外線。基本上你幾乎可以從可見光中曬傷。
光譜（可見光或可見光譜）是電磁頻譜中人眼可見的部分。光譜是由各種顏色的組合或混合而成的。
光譜沒有確切的邊界；適應光線的眼睛通常在約 555 奈米（綠色）處具有最大靈敏度。通常，眼睛的響應被認為涵蓋 380 奈米到 780 奈米，儘管 400 奈米到 700 奈米的範圍更常見。然而，眼睛在更寬的波長範圍內可能也有一些視覺響應。
人眼可見範圍內的波長佔據了大部分“光學視窗”，這是一個易於透過地球大氣傳輸的波長範圍。
注意：紫外線和紅外線通常被認為是“光”，但通常對人眼不可見。
可見光
可見光是由人眼可以看到的光的顏色組成的電磁輻射。這種光通常以奈米為單位表示波長。
參見裡德伯公式。
視覺視杆細胞和視錐細胞
人類可以看到紅色、黃色、綠色、藍色和紫色。
人類沒有注意到區別，因為紅色和紫色都具有較低的強度。
紫色被切斷是因為大氣層吸收了它。
燈泡
紫外線是指超越紫色的光，其中紫色是波長最短的顏色。
它俗稱黑光，因為人眼看不見。
太陽在 UV-A、UV-B 和 UV-C 波段發射紫外線。
| 380-200 nm | 近紫外線 | |
| 380-315 nm | UV-A | 到達地球表面的紫外線的 99%。 |
| 315-280 nm | UV-B | 與皮膚癌相關。 |
| 280-10 nm | UV-C | 被臭氧層吸收，形成臭氧層。 |
| 200-10 nm | 真空/極紫外線 |
普通玻璃對 UV-A 透明，但對更短的波長不透明。這就是為什麼人們在汽車裡不會曬傷。在第一次核爆炸期間，費曼是唯一看到它的人，因為他透過窗戶觀察。
石英玻璃，取決於質量，甚至可以對真空紫外線波長透明。
目錄 [顯示/隱藏] 1 健康影響 2 天文學 3 用途 3.1 熒光燈 3.2 消毒飲用水 3.3 分析礦物質 3.4 滅菌 3.5 解析度 3.6 光譜學 3.7 光刻 3.8 其他 4 參考資料
健康影響
一般來說，UV-A 危害最小，但會加速皮膚老化、DNA 損傷，並可能導致皮膚癌。它滲透較深，不會造成曬傷。因為它不會導致皮膚髮紅（紅斑），所以無法在 SPF 測試中測量。目前沒有很好的 UVA 輻射阻隔的臨床測量方法，但重要的是您的防曬霜要阻隔 UVA 和 UVB。
高強度的 UV-B 光對眼睛有害，暴露會導致焊工閃光（光性角膜炎或電弧眼）。
UVA、UV-B 和 UV-C 都會破壞膠原蛋白纖維，從而加速皮膚老化。
鹵素燈泡的燈泡由石英制成，而不是普通玻璃。沒有經過額外的普通玻璃過濾的鹵素燈泡是 UV-B 光的常見、有用且可能危險的來源。
UV-A 光被稱為“暗光”，由於其波長較長，可以穿透大多數窗戶。它也比 UV-B 光更深地滲透到皮膚中，被認為是皺紋的主要原因。
特別是 UV-B 光與皮膚癌（如黑色素瘤）有關。輻射會使皮膚細胞中的 DNA 分子電離，導致相鄰胸腺嘧啶鹼基之間形成共價鍵，產生胸腺嘧啶二聚體。胸腺嘧啶二聚體不能正常配對，這會導致 DNA 雙螺旋的扭曲、複製停滯、缺口和錯配。這些會導致突變，從而導致癌變。紫外線的致突變性可以在細菌培養中很容易觀察到。
這種與癌症的關係是人們擔心臭氧層損耗和臭氧空洞的原因。
UV-C 射線是最強、最危險的紫外線型別。過去很少有人關注 UV-C 射線，因為它們通常會被臭氧層過濾掉，不會到達地球。然而，臭氧層變薄和臭氧空洞導致人們越來越擔心 UV-C 光照射的潛在危險。
作為對紫外線的防禦，身體在暴露於中等（取決於皮膚型別）輻射水平時會曬黑，這是透過釋放棕色色素黑色素來實現的。這有助於阻擋紫外線的穿透，防止更深處的脆弱皮膚組織受到損傷。可以廣泛獲得部分阻擋紫外線的防曬霜（通常稱為“防曬霜”或“防曬霜”）。大多數這些產品含有“SPF 等級”，描述了提供的防護程度。這種防護只針對 UV-B 光。無論如何，大多數皮膚科醫生建議避免長時間曬太陽。
紫外線的一個積極作用是它能促進皮膚合成維生素 D。Grant (2002) 宣稱美國每年因癌症而過早死亡的人數高達數萬人，原因是缺乏 UV-B 暴露（顯然是透過維生素 D 缺乏）。
天文學
在天文學中，非常熱的天體優先發射紫外線（見維恩位移定律）。然而，保護我們的臭氧層也給從地球上進行天文觀測帶來了困難，因此大多數紫外線觀測是在太空中進行的。（參見紫外線天文學、空間天文臺）。
用途 紫外線有許多不同的用途。
熒光燈 熒光燈透過發射低壓汞氣體產生紫外線。燈管內側的磷光塗層吸收紫外線，將其轉換為可見光。
汞的主要發射波長在 UV-C 範圍內。皮膚或眼睛直接暴露於沒有轉換磷光體的汞弧燈非常危險。
汞燈發出的光主要是在離散波長上。其他具有更連續發射光譜的實用紫外光源包括氙弧燈（通常用作太陽模擬器）、氘弧燈、汞氙弧燈、金屬鹵化物弧燈和鹵素鎢燈。
消毒飲用水 紫外線越來越多地用於消毒飲用水和廢水處理廠。詹姆斯·R·博爾頓博士發現紫外線可以處理隱孢子蟲，這在以前是未知的。這些發現導致了兩個美國專利，並使紫外線成為一種可行的飲用水處理方法。
分析礦物 紫外線燈還用於分析礦物、寶石以及其他偵查工作，包括對各種藏品的真偽鑑定。在可見光下，材料可能看起來相同，但在紫外線下會發出不同程度的熒光；或者在短波紫外線下與長波紫外線下會發出不同的熒光。許多應用（例如生物化學和法醫）中使用了紫外熒光染料。熒光蛋白綠色熒光蛋白 (GFP) 通常在遺傳學中用作標記。許多物質，例如蛋白質，在紫外線中具有顯著的光吸收帶，這在生物化學和相關領域中是有效的和令人感興趣的。紫外線分光光度計在這些實驗室中很常見。
滅菌 紫外線燈用於滅菌生物實驗室和醫療機構中使用的操作檯和工具。但是，由於微生物可以在小的裂縫和其他陰影區域中遮蔽紫外線，因此這些燈只能作為其他滅菌技術的補充。
解析度 紫外線用於製造半導體所需的極高解析度光刻。
光譜學 紫外線通常用於紫外可見光譜學。
光刻 紫外線在電子行業廣泛應用於一種稱為光刻的過程，其中一種稱為光刻膠的化學物質暴露於透過掩模照射的紫外線下。光允許光刻膠中發生化學反應，並在顯影（一個步驟，要麼去除暴露的光刻膠，要麼去除未暴露的光刻膠）後，由掩模決定的幾何圖案保留在樣品上。然後可以採取進一步的步驟來“蝕刻”掉沒有光刻膠殘留的樣品部分。
光刻主要用於製造積體電路元件和印刷電路板。
其他 真空紫外線 200 nm 的開始是由普通空氣在該波長以下不透明這一事實決定的。這種不透明度是由於空氣中的氧氣對這些波長的光的強烈吸收。純氮氣（氧氣含量小於約 10 ppm）對約 150-200 nm 範圍內的波長透明。由於半導體制造工藝現在使用小於 200 nm 的波長，因此這具有廣泛的實際意義。透過在無氧氣體中工作，裝置不需要為承受真空工作所需的壓力差而製造。一些其他科學儀器，如圓二色性光譜儀，也通常用氮氣吹掃並在該光譜區域執行。
使用紫外線時建議戴上防護眼鏡，特別是短波紫外線。普通眼鏡可以提供一些保護。大多數塑膠鏡片比玻璃鏡片提供更多的保護。一些塑膠鏡片材料，如聚碳酸酯，可以阻擋大多數紫外線。有一些可用於需要提供更好保護的眼鏡鏡片的防護處理。然而，普通眼鏡只能提供有限保護的最重要原因是，光線可以到達眼睛，而無需透過鏡片。如果暴露的風險很高，則全覆蓋很重要。例如，高海拔登山通常建議使用全覆蓋眼部保護。登山者會暴露在比普通水平更高的紫外線照射下，因為大氣過濾較少，而且還會反射來自雪和冰的光線。
一些昆蟲，如蜜蜂，可以看到近紫外線，花朵經常帶有對這些傳粉者可見的標記。
紫外災變
在略低於可見光的波長處，人們會曬傷。
曬傷等級 UV-A UV-B UV-C
紫外線燈泡
(德語：Röntgenstrahlen)
軟 X 射線：(10-0.1 nm)
硬 X 射線：(100-5 pm) 低能伽馬射線
X 射線是由電子碰撞產生的。
X 射線主要用於診斷醫學成像和晶體學。
物理學家約翰·希托夫觀察到帶有能量射線的管子，這些射線從負電極延伸出來。當這些射線撞擊管子的玻璃壁時，它們會產生熒光。1876 年，尤金·戈德斯坦將這種效應命名為“陰極射線”。後來，英國物理學家威廉·克魯克斯研究了能量放電對稀有氣體的影響。他建造了所謂的克魯克斯管。它是一個玻璃真空圓柱體，包含用於高壓電流放電的電極。他發現，當他將未曝光的照相底片放在管子附近時，其中一些底片出現了陰影，但他沒有研究這種現象。1892 年，海因裡希·赫茲開始進行實驗，並證明了陰極射線可以穿透非常薄的金屬箔（如鋁）。海因裡希·赫茲的學生菲利普·萊納德進一步研究了這種效應。他開發了陰極管的一種版本，並研究了 X 射線穿透各種材料的效果。然而，菲利普·萊納德並沒有意識到自己正在產生 X 射線。
1887 年 4 月，尼古拉·特斯拉開始利用自己的裝置和克魯克斯管研究 X 射線。特斯拉透過對高壓和真空管進行實驗來實現這一目標。從尼古拉·特斯拉的技術出版物中可以看出，他發明並研製了一種特殊的單電極 X 射線管。特斯拉的 X 射線管與其他 X 射線管的不同之處在於它們沒有靶電極。他在 1897 年向紐約科學院發表的 X 射線講座中陳述了這些事實。現代術語稱這種過程為軔致輻射過程，其中當帶電粒子（如電子）穿過物質時會產生高能次級 X 射線發射。到 1892 年，特斯拉進行了幾次此類實驗；然而，他沒有將這些發射歸類為後來被稱為 X 射線的東西（將這種現象概括為輻射能）。特斯拉沒有公開宣佈他的發現，也沒有讓它們廣為人知。他隨後透過真空高場發射進行的 X 射線實驗使他警示科學界注意與 X 射線照射相關的生物危害。
赫爾曼·馮·亥姆霍茲為 X 射線制定了數學方程。在倫琴做出他的發現和宣佈之前，他提出了色散理論。它是基於光的電磁理論（維德曼年鑑，第 XLVIII 卷）；然而，他沒有使用真正的 X 射線。
1895 年 11 月 8 日，德國科學家威廉·倫琴在用真空管進行實驗時開始觀察和進一步記錄 X 射線。倫琴於 1895 年 12 月 28 日寫了一份題為“關於一種新型射線：初步報告”的初步報告。他將其提交給維爾茨堡物理醫學學會期刊。這是對 X 射線分類的第一個正式和公開認可。倫琴將這種輻射稱為“X”，以表明它是一種未知型別的輻射。這個名字一直沿用至今，儘管（在倫琴強烈反對的情況下），他的許多同事建議將其稱為倫琴射線。在一些國家，它們仍然被稱為倫琴射線。倫琴因其發現獲得了第一個諾貝爾物理學獎。
1895 年，托馬斯·愛迪生研究了材料在暴露於 X 射線時發熒光的特性。他發現鎢酸鈣是最有效的物質。大約在 1896 年 3 月，他開發的熒光鏡成為醫學 X 射線檢查的標準。然而，愛迪生在大約 1903 年他的玻璃吹制工克拉倫斯·麥迪遜·戴利去世後放棄了 X 射線研究。戴利習慣用他的手測試 X 射線管，並且在手上得了癌症，而且非常頑固，以至於為了挽救他的生命，不得不截肢了雙臂。[1]
1906 年，物理學家查爾斯·巴克拉發現 X 射線可以被氣體散射，並且每種元素都有一個特徵 X 射線。他因這一發現獲得了 1917 年諾貝爾獎。
英國伯明翰的約翰·霍爾-愛德華茲少校率先將 X 射線用於醫療目的。1908 年，由於 X 射線皮炎的蔓延，他不得不截肢左臂。
探測器
X 射線的探測基於各種方法。最廣為人知的是照相底片，就像我們在醫院裡看到的那樣。最初，最常見的探測方法是基於氣體的電離。其中一個最簡單的例子是蓋革計數器。自 1990 年代以來，基於半導體的新型探測器已經問世。在半導體中，X 射線光子被轉換為電子空穴對，這些電子空穴對被收集起來以探測 X 射線。
另請參見
* X-ray crystallography * X-ray Astronomy * X-ray machine * Geiger counter
用於拍攝照片。
伽馬射線（通常用希臘字母伽馬 γ 表示）是一種由放射性或其他核或亞原子過程（如電子正電子湮滅）產生的高能電磁輻射（見電磁頻譜）。伽馬射線比α或β射線更具穿透性，但電離性較弱。伽馬射線與其來源區分開來。伽馬射線是由核躍遷產生的，而 X 射線是由加速電子引起的能量躍遷產生的。由於某些電子躍遷的能量可能高於核躍遷，因此低能伽馬射線和高能 X 射線之間存在重疊。
核過程 放射性衰變過程
* Alpha decay * Beta decay * Electron capture * Gamma radiation * Neutron emission * Positron emission * Proton emission * Spontaneous fission
核合成
* Neutron Capture
o The R-process
o The S-process
* Proton capture:
o The P-process
對 γ 射線的遮蔽需要大量的質量。將伽馬射線強度降低 50% 的遮蔽包括 1 釐米（0.4 英寸）鉛、6 釐米（2.4 英寸）混凝土或 9 釐米（3.6 英寸）密實土。
在核戰爭中使用核武器的情況下，核塵埃中的伽馬射線可能會造成最大的人員傷亡。有效的防塵掩體將人類的暴露量減少至少 1000 倍。
伽馬射線的電離性比α或β射線都弱。但是，減少對人類的危險需要更厚的遮蔽。它們產生的損傷與 X 射線造成的損傷相似，例如灼傷、癌症和基因突變。
在電離方面，伽馬輻射透過三種主要過程與物質相互作用：光電效應、康普頓散射和正負電子對產生。
光電效應：這描述了伽馬光子與軌道電子相互作用並將所有能量轉移給軌道電子的情況，從而將該電子從原子中彈出。由此產生的光電子的動能等於入射伽馬光子的能量減去電子的結合能。光電效應被認為是能量低於 50 keV（千電子伏特）的 X 射線和伽馬射線光子的主要能量傳遞機制，但在更高能量下它就不那麼重要了。
康普頓散射：這是一種相互作用，其中入射伽馬光子將足夠多的能量損失給軌道電子，從而導致電子被彈出，原始光子剩餘的能量以新的、更低能量的伽馬光子形式發射出來，其發射方向不同於入射伽馬光子的發射方向。康普頓散射的機率隨著光子能量的增加而降低。康普頓散射被認為是伽馬射線在 100 keV 到 10 MeV（百萬電子伏特）的中間能量範圍內吸收的主要機制，這個能量範圍包括核爆炸中存在的大部分伽馬輻射。康普頓散射相對獨立於吸收物質的原子序數。
正負電子對產生：透過在原子核庫侖力的附近發生相互作用，入射光子的能量自發地轉換為一個電子正電子對的質量。正電子是一個帶正電的電子。超過兩個粒子等效靜止質量（1.02 MeV）的能量以對的動能和反衝核的形式出現。對中的電子，通常被稱為二次電子，具有密集的電離性。正電子的壽命非常短。它在 10−8 秒內與一個自由電子結合。然後，這兩個粒子的整個質量被轉換為兩個能量為 0.51 MeV 的伽馬光子。
伽馬射線通常與其他形式的輻射一起產生，例如α或β射線。當一個原子核發射一個α或β粒子時，子核有時會處於激發態。然後，它可以透過發射伽馬射線躍遷到較低的能級，就像原子電子可以透過發射紫外線躍遷到較低的能級一樣。
伽馬射線、X 射線、可見光和紫外線都是電磁輻射的形式。唯一的區別是光子的頻率以及能量。伽馬射線是能量最高的。以下是伽馬射線產生的一個例子。
首先，鈷-60 透過β衰變衰變成激發的鎳-60
然後，鎳-60 透過發射伽馬射線降至基態（見核殼模型）
用途
伽馬射線強大的性質使其在醫療器械的滅菌中發揮作用，它可以殺死細菌。它們也被用來殺死食品中的細菌，使食物保持更長時間的新鮮。
儘管伽馬射線具有致癌性，但它們也被用來治療某些型別的癌症。在稱為伽馬刀手術的過程中，將多束集中的伽馬射線對準腫瘤，以殺死癌細胞。這些射束從不同的角度照射，以便將輻射集中在腫瘤上，同時最大程度地減少對周圍組織的損傷。
另請參見：物理學、伽馬射線天文學、伽馬射線暴、放射治療。
任何高於
與黑洞和星系相關的強能量光子
也由核爆炸發射
導致細胞死亡
已知黑洞透過其極點發射伽馬射線暴。
足夠大的伽馬射線暴可能會使地球上的所有生命滅絕。