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新聞資訊

    來(lái)個(gè)知識(shí)科普——什么是輻射?

    輻射指的是能量以電磁波或粒子(如阿爾法粒子、貝塔粒子等)的形式向外擴(kuò)散。自然界中的一切物體,只要溫度在絕對(duì)溫度零度以上,都以電磁波和粒子的形式時(shí)刻不停地向外傳送熱量,這種傳送能量的方式被稱為輻射。輻 射之能量從輻 射源 向外所有方向直線放射。物體通過(guò)輻射所放出的能量,稱為輻射能。輻射按倫琴 /小時(shí)(R)計(jì)算。輻射有一個(gè) 重要特點(diǎn),就是它是“對(duì)等的”。不論物體(氣體)溫度高低都向外輻射,甲物體可以向乙物體輻射,同時(shí)乙也可向甲輻射。一般普遍將這個(gè)名詞用在電離輻射。

    日常生活中常見的輻射——

    太陽(yáng)輻射

    太陽(yáng)向宇宙空間發(fā)射的電磁波和粒子流。地球所接受到的太陽(yáng)輻射能量?jī)H為太陽(yáng)向宇宙空間放射的總輻射能量的二十億分之一,但卻是地球大氣運(yùn)動(dòng)的主要能量源泉。太陽(yáng)活動(dòng)和日地距離的變化等會(huì)引起地球大氣上界太陽(yáng)輻射能量的變化太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣,一部分到達(dá)地面,稱為直接太陽(yáng)輻射;另一部分為大氣的分子、大氣中的微塵、水汽等吸收、散射和反射。被散射的太陽(yáng)輻射一部分返回宇宙空間,另一部分到達(dá)地面,到達(dá)地面的這部分稱為散射太陽(yáng)輻射。到達(dá)地面的散射太陽(yáng)輻射和直接太陽(yáng)輻射之和稱為總輻射。太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣后,其強(qiáng)度和光譜能量分布都發(fā)生變化。到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射能量比大氣上界小得多,在太陽(yáng)光譜上能量分布在紫外光譜區(qū)幾乎絕跡,在可見光譜區(qū)減少至40%,而在紅外光譜區(qū)增至60%。

    電磁輻射

    電磁波(又稱電磁輻射)是由同相振蕩且互相垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間中以波的形式移動(dòng),其傳播方向垂直于電場(chǎng)與磁場(chǎng)構(gòu)成的平面,有效的傳遞能量和動(dòng)量。電磁輻射可以按照頻率分類,從低頻率到高頻率,包括無(wú)線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和伽馬射線等等。人眼可接收到的電磁輻射,波長(zhǎng)大約在380至780納米之間,稱為可見光。只要是本身溫度大于絕對(duì)零度的物體,都可以發(fā)射電磁輻射,而世界上并不存在溫度等于或低于絕對(duì)零度的物體。因此,人們周邊所有的物體時(shí)刻都在進(jìn)行電磁輻射。盡管如此,只有處于可見光頻域以內(nèi)的電磁波,才是可以被人們看到的。電磁波不需要依靠介質(zhì)傳播,各種電磁波在真空中速率固定,速度為光速。

    熱輻射

    熱輻射,是一種物體用電磁輻射的形式把熱能向外散發(fā)的熱傳方式。它不依賴任何外界條件而進(jìn)行。它是熱的三種主要傳導(dǎo)方式之一。

    任何物體在發(fā)出輻射能的同時(shí),也不斷吸收周圍物體發(fā)來(lái)的輻射能。一物體輻射出的能量與吸收的能量之差,就是它傳遞出去的凈能量。物體的輻射能力(即單位時(shí)間內(nèi)單位表面向外輻射的能量),隨溫度的升高增加很快。

    輻射能被物體吸收時(shí)發(fā)生熱的效應(yīng),物體吸收的輻射能不同,所產(chǎn)生的溫度也不同。因此,輻射是能量轉(zhuǎn)換為熱量的重要方式。輻射傳熱(radiant heat transfer)指依靠電磁波輻射實(shí)現(xiàn)熱冷物體間熱量傳遞的過(guò)程,是一種非接觸式傳熱,在真空中也能進(jìn)行。物體發(fā)出的電磁波,理論上是在整個(gè)波譜范圍內(nèi)分布,但在工業(yè)上所遇到的溫度范圍內(nèi),有實(shí)際意義的是波長(zhǎng)位于0.38~1000μm之間的熱輻射,而且大部分位于紅外線(又稱熱射線)區(qū)段中0.76~20μm的范圍內(nèi)。所謂紅外線加熱,就是利用這一區(qū)段的熱輻射。研究熱輻射規(guī)律,對(duì)于爐內(nèi)傳熱的合理設(shè)計(jì)十分重要,對(duì)于高溫爐操作工的勞動(dòng)保護(hù)也有積極意義。當(dāng)某系統(tǒng)需要保溫時(shí),即使此系統(tǒng)的溫度不高,輻射傳熱的影響也不能忽視。如保溫瓶膽鍍銀,就是為了減少由輻射傳熱造成的熱損失。

    隨著科技的發(fā)展,輻射可以說(shuō)是無(wú)時(shí)無(wú)刻存在我們的身邊,輻射問(wèn)題在經(jīng)過(guò)媒體的夸張放大之后成為了聳人聽聞的謠言,輻射危害到底有多大?

    這就為你解開六個(gè)輻射誤區(qū)!

    謠言一:使用電腦后,臉上會(huì)吸附不少電磁輻射的顆粒,因此要及時(shí)用清水洗臉,這樣將使面部所受到的輻射減輕70%以上。

    真相:電腦的電磁輻射主要來(lái)源于電腦里的各種電路,并不會(huì)產(chǎn)生類似放射性物質(zhì)小微粒的東西。所以,當(dāng)你坐在電腦前,打開電腦,身體就會(huì)受到電磁輻射,當(dāng)電腦關(guān)閉后,電磁輻射也會(huì)立刻停止。臉上不會(huì)有“殘余的微粒”,也就沒(méi)有必要洗掉了。

    謠言二:在電腦旁擺一盆仙人掌吸收輻射。

    真相:如果植物的分泌物能吸收輻射的話,防輻射門就不會(huì)采用厚重的水泥和重金屬鉛制作了,用含有植物分泌物的物質(zhì)直接填充效果豈不是更好?所以,把植物放在電腦旁邊防御輻射是沒(méi)有科學(xué)依據(jù)的。

    謠言三:孕婦需要穿防輻射服保護(hù)胎兒。

    真相:目前沒(méi)有證據(jù)表明日常非電離輻射會(huì)導(dǎo)致孕婦流產(chǎn)率、胎兒畸形率上漲,也不會(huì)導(dǎo)致新生兒出生體重過(guò)低。孕婦無(wú)需特別防護(hù)。

    謠言四:手機(jī)具有強(qiáng)大的手機(jī)信號(hào)輻射,手機(jī)信號(hào)輻射通過(guò)耳機(jī)進(jìn)入耳朵內(nèi)部,會(huì)對(duì)人體大腦產(chǎn)生巨大的傷害(當(dāng)耳機(jī)帶著信號(hào)輻射進(jìn)入人的耳朵,信號(hào)也可以通過(guò)耳膜傳播直接進(jìn)入人的大腦)。

    真相:手機(jī)的電磁波強(qiáng)度在日常生活中無(wú)論如何也不會(huì)對(duì)人體造成輻射傷害,即使戴著耳機(jī)聽歌也一樣。

    謠言五:連續(xù)三次使用家用電吹風(fēng)的輻射累積量等于醫(yī)院照一次X光的輻射量。電吹風(fēng)主要用于吹頭發(fā),長(zhǎng)時(shí)間近距離作用于頭部,相比經(jīng)常在頭部附近作業(yè)的手機(jī),電吹風(fēng)殺傷力更大。

    真相:電吹風(fēng)的工作功率比較大,可以輻射出比較強(qiáng)的電磁場(chǎng)。但是電吹風(fēng)的輻射屬于低頻率的電磁場(chǎng),X光會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害的強(qiáng)度比電吹風(fēng)的輻射強(qiáng)度要大得多。把電吹風(fēng)說(shuō)成是高輻射的殺手,根本是危言聳聽。

    謠言六:被微波爐加熱過(guò)的食物會(huì)致癌。

    真相:微波爐和手機(jī)一樣,它們使用的電磁波屬于非電離性輻射,并沒(méi)有電離性輻射那種讓細(xì)胞癌變的本領(lǐng),只有熱效應(yīng)而已。

    六種常見的關(guān)于輻射的謠言都被一一擊碎了,然而關(guān)于輻射的謠言依舊層出不窮。

    如果你擔(dān)心日常的電磁輻射會(huì)給你的身體帶來(lái)危害,試圖從食物補(bǔ)給方面來(lái)抵抗輻射,那么不得不告訴你,食物防輻射也完全是一個(gè)營(yíng)養(yǎng)誤區(qū)。從防輻射的角度來(lái)說(shuō),如果輻射源為如同核輻射一般的電離輻射,食用任何食物都是徒勞。

    秋評(píng)測(cè),揭露謠言的真相。相信大家都看過(guò)很多微信文章。什么孕婦不能用路由器呀,胎兒會(huì)畸形啊。還有用手機(jī)殺精等等,可以說(shuō)是相當(dāng)奇葩了。假的說(shuō)成真的,真的吹成邪的。特別恐怖。我們今天就來(lái)聊聊生活中家電輻射的那些事兒(視頻見葉秋評(píng)測(cè)發(fā)布賬號(hào))

    談到輻射,我們先要知道什么是輻射。輻射分為電離輻射非電離輻射。嚴(yán)重的是電離輻射,比如 X光射線這種高能量射線。一般生活是很難遇到的。遇到的地方也都有標(biāo)識(shí)。

    不是直接的放射源,很難傳遞這種高能量。比如被射線照射的人,靠近他并不會(huì)被輻射傷害。又不是拍生化危機(jī)。除非日本的魚,含著一口核廢料,漂洋過(guò)海的來(lái)看你。真的是好感動(dòng)呀,然后被海關(guān)扣了。

    當(dāng)然不能傳遞放射性,也不是絕對(duì)安全。細(xì)胞受到輻射有可能產(chǎn)生變異,有可能不好。具體要結(jié)合實(shí)測(cè),不要想當(dāng)然。我們吃的很多食物都是太空射線誘發(fā)有益變異。養(yǎng)殖業(yè)也是挑選性狀優(yōu)良的變異。

    另外一種就是非電離輻射,能量非常小。比如光線,紅外線,微波爐,無(wú)線電波這些。地球上都有。我們今天的主角,就是電磁輻射。

    輻射指的是能量以波或是次原子粒子移動(dòng)的型態(tài)傳送,不是絕對(duì)零度的物體一定有輻射。輻射之能量從輻射源向外所有方向直線放射。而輻射又可依其能量的高低及電離物質(zhì)的能力分類為電離輻射或非電離輻射,其中電離輻射是指波長(zhǎng)短、頻率高、能量高的射線 (粒子或波的雙重形式),例如 α 射線、 β 射線、中子等高能粒子流與 γ 射線、 X 射線等高能電磁波;

    非電離輻射是指與 X射線相比之下波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電磁波,由于其能量低,不能引起物質(zhì)的電離,故稱為非電離輻射,例如近紫外線與可見光、紅外線、微波和無(wú)線電波等電離能力較弱的電磁波。簡(jiǎn)單理解就是電離輻射能量高,很危險(xiǎn),比如醫(yī)院的放射科( X 射線)都會(huì)有警告標(biāo)志;而非電離輻射能量低,比如自然界中的光,因此相對(duì)較為安全!

    電磁輻射也有國(guó)標(biāo)的規(guī)范。長(zhǎng)期接觸超標(biāo)的電器,會(huì)對(duì)人體造成一些安全隱患。我們手里的這個(gè),是消費(fèi)級(jí)的儀器,精度并沒(méi)有那么高,不能用于精度實(shí)驗(yàn)。用來(lái)檢測(cè)電器是不是符合國(guó)標(biāo)這種數(shù)量級(jí)還是可以的。

    第一個(gè)是電場(chǎng),單位 v/m。

    第二個(gè)是磁場(chǎng),單位 ut,就是微特斯拉。這是磁感應(yīng)強(qiáng)度。T是特斯拉, 1 特斯拉=1 萬(wàn)高斯。但是國(guó)標(biāo)是用 a/m表示的,那是磁場(chǎng)強(qiáng)度。兩個(gè)不能換算,是兩套標(biāo)準(zhǔn)。這里要注意。每個(gè)國(guó)家的規(guī)定不一樣。一般是規(guī)定 0.4ut,瑞典規(guī)定 0.2,更加嚴(yán)格一些。

    我們不是應(yīng)付國(guó)家的檢查,不妨取的苛刻一點(diǎn),在環(huán)境中電場(chǎng)低于 5,磁場(chǎng)低于 0.2 算安全。

    首先我們來(lái)測(cè)試一下身邊容易貼身的東西。

    第一個(gè)肯定是手機(jī)。手機(jī)一般都有屏蔽罩。不同的手機(jī)根據(jù)天線設(shè)計(jì),射頻功率,手機(jī)質(zhì)量的問(wèn)題,輻射會(huì)有不同。正常的待機(jī)幾乎可以忽略不計(jì)。亮屏就會(huì)有一些。來(lái)電話的時(shí)候最明顯,接通后會(huì)降低一些。貼耳會(huì)有一點(diǎn)影響。離開 10厘米就好了。如果每天要打幾個(gè)小時(shí)電話,最好用藍(lán)牙骨傳導(dǎo)。輻射忽略不計(jì)。

    除了手機(jī)之外,最多提到的就是 Wi-Fi 路由器。對(duì)現(xiàn)代人來(lái)說(shuō),沒(méi) Wi-Fi 信號(hào),就相當(dāng)于拔了病人的輸液管。分分鐘就要活不下去。那么路由器的電磁輻射有多大呢。

    緊貼著最高 6 伏米, 6 微特斯拉。離開 20 厘米基本上可以忽略不計(jì)。所以沒(méi)有那么夸張,日常不要放在人身邊就行了。 1 米處還有高輻射的根本不可能銷售。

    還有我們?nèi)粘9ぷ饕L(zhǎng)時(shí)間面對(duì)的電腦。液晶顯示器的話很少,我這臺(tái) 2微特斯拉左右,正常使用的話是距離 20 厘米,就可以忽略不計(jì)了。

    輻射低的屏幕都測(cè)不出來(lái)。只有老的 CRT 顯示器才高一些。因?yàn)槭请娮愚Z擊熒光粉來(lái)發(fā)色。

    其他的東西比如液晶屏的輻射很小,主要是主板和電源的輻射大。護(hù)眼燈里面有電子鎮(zhèn)流器,把頻閃提高到三萬(wàn)赫茲以上。電磁輻射也會(huì)比較大。不過(guò)拉開 10 厘米就沒(méi)事了。日常注意不要把燈頂在頭上即可。

    電視的話因?yàn)槠帘我蟮停β蚀螅暂椛涓蟆5蔷嚯x 30 厘米也基本忽略不計(jì)了。正常沒(méi)人會(huì)靠這么近看。完全不用擔(dān)心。

    那還有沒(méi)有我們平時(shí)可能忽略的東西有電磁輻射呢?排插算一個(gè),不要放在枕頭邊。我這個(gè)排插是有設(shè)置功能的。低于 4w 會(huì)關(guān)閉。晚上手機(jī)充電差不多滿了,功率就會(huì)降低,排插就會(huì)關(guān)閉。這樣相對(duì)好一些。

    其他我們不提的就是輻射很小的。說(shuō)幾個(gè)需要注意的。電腦主機(jī)最好距離 30厘米。 CPU 的輻射最大。

    廚房電器我們也要說(shuō)說(shuō)。

    電磁爐的輻射直接破表,否則就不能用了。注意盡量用大的金屬?gòu)N具放在上面。因?yàn)榻饘倏梢云帘坞姶泡椛洹4蚧疱佔(zhàn)詈秒x座位 30 厘米。一條手臂就足夠了。

    那么宣傳低輻射的電陶爐是不是就沒(méi)事呢?電陶爐跟火爐的原理差不多,是用熱烘烤的。當(dāng)然電轉(zhuǎn)熱也有電磁輻射,陶瓷也不能屏蔽信號(hào),所以才用來(lái)做手機(jī)。只是高頻輻射比電磁爐低一些。距離 15 厘米就沒(méi)事了。

    微波爐也是破表。在等待加熱的時(shí)候要距離 1 米,就可以完全忽略不計(jì)了。

    最后就是輻射冠軍,吹風(fēng)機(jī)。電轉(zhuǎn)熱且沒(méi)有屏蔽罩,電磁輻射最大。而且距離頭部也最近。我們要盡可能的不用幾十塊的建議電吹風(fēng)。尤其是女孩子,吹干頭發(fā)也要挺長(zhǎng)時(shí)間的。建議吹風(fēng)機(jī)熱風(fēng)不均勻,很傷頭發(fā)。容易局部過(guò)熱,干枯分叉產(chǎn)靜電等等。

    安全距離 20 厘米。其實(shí)比較難做到。

    男生的話肯定是沒(méi)必要買很高級(jí)的。有沒(méi)有不需要其他功能,就是輻射小一點(diǎn)的呢?像這種陶瓷零件的電吹風(fēng),宣傳也是無(wú)輻射。實(shí)測(cè)的話還是有的,只不過(guò)稍微低一些。距離 15 厘米可以忽略不計(jì)。

    好了,通過(guò)今天的節(jié)目,我們對(duì)家里的電磁輻射都有清楚的了解了。電磁輻射的危害是真的,只不過(guò)我們?nèi)粘S龅降碾娖鬟_(dá)不到那個(gè)數(shù)量級(jí),商業(yè)宣傳忽悠的太過(guò)了。

    總結(jié)下來(lái),就是 4 句話

    床頭排插勤關(guān)好

    臺(tái)燈不要離近了

    手機(jī)多多耳機(jī)接

    廚房電器要用好

    最后就是理解電磁輻射的量和度,不要忽略,也不要過(guò)分恐慌。想讓鄰居關(guān) Wi-Fi,先把自家的手機(jī)關(guān)掉再說(shuō)吧,不要撿了鄰居的芝麻,丟了自己的西瓜。最后還鬧了笑話。

    我是歐陽(yáng)秋葉,我們下期節(jié)目,再見。

    知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

    1,不是絕對(duì)零度就不可能 0 輻射

    2,電離輻射跟非電離輻射完全不一樣,小心被人混淆概念。沒(méi)有電離輻射不代表沒(méi)電磁輻射

    3,變異是非常復(fù)雜的問(wèn)題,不要想當(dāng)然,要尊重實(shí)測(cè)案例

    4,打電話撥通再放耳邊,長(zhǎng)時(shí)間要用耳機(jī)

    5,電磁爐,微波爐要注意安全距離。幾十塊的吹風(fēng)機(jī)最好不用

    6,排插不要放枕頭邊,可用定時(shí)關(guān)閉功能

    問(wèn):仙人掌能防電腦輻射嗎?知道答案的大盆友直接往后看,不知道的小盆友可以直接退出了...

    要說(shuō)5G,不懂點(diǎn)電磁波是不行的。

    日常生活中,除了原子電子之外,剩下的幾乎全是電磁波,紅外線、紫外線、太陽(yáng)光、電燈光、wifi信號(hào)、手機(jī)信號(hào)、電腦輻射、核輻射,等等。

    只要是波,就逃不過(guò)三個(gè)參數(shù):波速、波長(zhǎng)、振幅。電磁波的速度是恒定的光速,因此只需考慮:波長(zhǎng)(或頻率)、振幅(不考慮方向),其中頻率對(duì)于電磁波來(lái)說(shuō),尤為重要。

    頻率越高,對(duì)應(yīng)著電磁波的波長(zhǎng)越短,能量越高,衰減越快,穿透性越差,散射越少,對(duì)人體傷害越大。

    就著這個(gè)原則,咱從頭到尾捋一遍。

    長(zhǎng)的電磁波波長(zhǎng)能到1億米,頻率3Hz,1秒鐘三個(gè)波,如果用來(lái)通信的話,等你一句話說(shuō)完,就可以過(guò)年了。

    稍微正常點(diǎn)的電磁波,波長(zhǎng)幾萬(wàn)米,用這通信,就一個(gè)字:穩(wěn)

    江河大山都擋不住,甚至能穿透幾十米深的海水(海水導(dǎo)電,是電磁波的克星)。不過(guò)就這點(diǎn)頻率,只能勉強(qiáng)攜帶點(diǎn)信息,發(fā)一個(gè)hello,大概需要半小時(shí),也就比寫信稍微強(qiáng)點(diǎn)。因?yàn)槌L(zhǎng)波實(shí)在是穩(wěn),一般用在岸臺(tái)向潛艇單向發(fā)送命令。

    再短點(diǎn),幾十米波長(zhǎng)的電磁波,頻率就到了百萬(wàn)赫茲MHz級(jí)別,能攜帶的信息就很可觀了,一句話至少能說(shuō)利索了。而且照樣還能跑很遠(yuǎn),幾百公里不在話下,所以收音機(jī)廣播、電報(bào)、業(yè)余無(wú)線電一般用這個(gè)頻段。

    說(shuō)點(diǎn)有用的,假如你困在荒島上,有個(gè)飛機(jī)路過(guò),趕緊用121.5MHz呼救,這是民用緊急通信頻率,還有個(gè)軍用緊急通信頻率243MHz,這些都是不加密的公共頻率。

    上次解放軍和臺(tái)軍戰(zhàn)機(jī)對(duì)峙,雙方用這個(gè)頻率對(duì)話,結(jié)果被無(wú)線電愛(ài)好者錄下來(lái)放網(wǎng)上了,吃瓜群眾喜聞樂(lè)見之余,又擔(dān)心我軍通信太容易被破解,真是阿彌陀佛了。

    波長(zhǎng)再短點(diǎn),到了1米~1厘米,就有意思了。一方面,雖然衰減已經(jīng)很明顯了,但一口氣還能跑個(gè)百十公里,夠用;另一方面,頻率到了GHz級(jí)別,能攜帶足夠多的信息,不但話能說(shuō)利索了,還有多余功夫讓你加個(gè)密什么的。所以這個(gè)波段是通信的焦點(diǎn),什么1G2G3G4G,什么衛(wèi)星通信雷達(dá)通信,全在這,統(tǒng)稱微波通信。

    到了毫米級(jí),電磁波就跑不了多遠(yuǎn)了,雖然毫米波不太發(fā)散,但很容易被周邊物質(zhì)吸收或反射,幾乎沒(méi)啥穿透性,用來(lái)通信很雞肋,不過(guò)用在導(dǎo)彈導(dǎo)引雷達(dá)或微波爐上棒棒的。但,畢竟頻率超過(guò)了30GHz,攜帶的信息量實(shí)在太饞人,要不還是試試吧!

    于是,5G來(lái)了。

    5G同志先等等,繼續(xù)往下數(shù),來(lái)到微米級(jí)。毫無(wú)疑問(wèn),能攜帶的信息量繼續(xù)倍增,但波長(zhǎng)0.7微米的電磁波就已經(jīng)是可見光了。可見光都見過(guò)吧,別說(shuō)穿墻了,一張紙都?jí)騿埽虢又凑?G8G9G的套路肯定走不通啊。

    然后,就有了激光通信,發(fā)射端和接收端必須瞄得準(zhǔn)準(zhǔn)的,中間還不能有阻擋,這優(yōu)缺點(diǎn)自個(gè)兒體會(huì)體會(huì)。

    波長(zhǎng)到了0.3微米,也就是300納米,先別管頻率的事了,這玩意兒就是我們熟知的紫外線,終于對(duì)人體有害了。太陽(yáng)光里的紫外線大約占了4%,如果你一天曬上半小時(shí)太陽(yáng)沒(méi)啥事的話,那么前面提到的那些電磁波輻射基本可以無(wú)視了(不要鉆電磁共振的牛角尖,咱只說(shuō)普遍情況)。

    接下來(lái)就和通信無(wú)關(guān)了,波長(zhǎng)到了納米級(jí)就成了X光,就是在醫(yī)院見到的那種。

    最后,波長(zhǎng)短到了0.01納米以下,這就是聞之色變的伽馬射線,來(lái)自核輻射,全宇宙最強(qiáng)的能量形式之一!若是要?dú)缫粋€(gè)星系,伽馬射線是不二之選。

    終于說(shuō)完了波長(zhǎng)頻率,那振幅呢?連仙人掌能不能防輻射都不知道,也就沒(méi)必要了解振幅的含義了,直接跳過(guò)。

    1和0,回到微波通信

    為什么頻率越高,能攜帶的信息就越多?以數(shù)字信號(hào)為例,信息就是一串串的1和0,所以先搞清楚怎樣用電磁波表示1和0。

    第一種方法叫“調(diào)幅”,基本思路是調(diào)整電磁波的振幅,振幅大的表示1,振幅小的表示0,如下圖。收音機(jī)的AM就是調(diào)幅,缺點(diǎn)頗多。

    第二種方法叫“調(diào)頻”,基本思路是調(diào)整頻率來(lái)表示1和0,比如,用密集的波形表示1,疏松的波形表示0。收音機(jī)的FM就是調(diào)頻,優(yōu)點(diǎn)多多的。

    很顯然,在單位時(shí)間內(nèi),發(fā)出的波越多,能表示的1和0就越多,換句話說(shuō),頻率越高能攜帶的信息就越多。

    這樣算起來(lái),頻率800MHz意味著每秒產(chǎn)生800萬(wàn)個(gè)波,都用來(lái)表示1和0的話,1秒鐘可以傳輸100M數(shù)據(jù),這速度很快啊!為啥我們感覺(jué)不到呢?

    古語(yǔ)有云,重要的事情說(shuō)三遍,通信也是如此。無(wú)線電拔山涉水,弄丟幾個(gè)1,0太正常了,防止走丟的土辦法就是抱團(tuán)。比如,用一萬(wàn)個(gè)連續(xù)的1表示一個(gè)1,哪怕路上走丟了兩千個(gè)1,最后咱還能認(rèn)得這是1。

    這種傻辦法只能用在民用通信,因?yàn)樘卣魈黠@,很容易被破解。還記得北斗民用信號(hào)被破解的新聞吧,原因就在此。

    民用信號(hào)只要能和其他信號(hào)區(qū)分開就行,不會(huì)弄得太復(fù)雜,不然傳輸效率太低。按2G技術(shù)那樣,800MHz的頻率,傳輸數(shù)據(jù)大不過(guò)每秒幾十K。

    軍用就兩碼事了,為了防止被破解,要用很復(fù)雜的組合來(lái)表示1和0,中間說(shuō)不定還有很多無(wú)效信息,各種跳頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù),還不停變換組合,總之越花哨越好。所以同樣一句話,軍事通信要用掉更多的1,0,因此為了保證傳輸效率,軍用頻率就比民用高很多。

    就目前來(lái)說(shuō),頂級(jí)破解技術(shù)還干不過(guò)頂級(jí)加密技術(shù),這里不包括尚未成熟的量子通信。

    軍事對(duì)抗是無(wú)止境的,干不過(guò)也不能認(rèn)慫!那怎辦?既然弄不清楚你的1,0,那我就索性再送你一堆1,0,把你原有的組合搞亂,讓你自己人都懵逼。這就是電子對(duì)抗的環(huán)節(jié),跑題了,還是說(shuō)回5G。

    關(guān)鍵技術(shù)

    前面說(shuō)的,都是不值錢的原理,下面看看值錢的技術(shù)。5G關(guān)鍵技術(shù)有一堆說(shuō)法,咱給粗暴地歸個(gè)類。

    振蕩電路插個(gè)天線就可以產(chǎn)生電磁波,用特定方法改變電磁波的頻率或振幅,變成各種復(fù)雜的組合,這個(gè)過(guò)程叫調(diào)制。對(duì)應(yīng)的,豎個(gè)天線就能收到空中的電磁波,按預(yù)定方法變回1,0,這個(gè)過(guò)程叫解調(diào)。

    把電磁波發(fā)到空中,或者把空中的電磁波收下來(lái),都需要天線,別以為現(xiàn)在手機(jī)光溜溜的就不需要天線了。手機(jī)與手機(jī)是無(wú)法直接通信的,而是通過(guò)周邊的基站與別的手機(jī)聯(lián)系。

    于是,問(wèn)題來(lái)了,5G使用的毫米波在空氣中衰減非常嚴(yán)重,但又不能無(wú)限制提高發(fā)射功率,怎么辦呢?只能在天線上做文章了。

    5G的第一個(gè)關(guān)鍵技術(shù):大規(guī)模多天線陣列。大白話就是,增加天線的數(shù)量,不是增加一個(gè)兩個(gè),而是幾百個(gè)。這個(gè)思路很好理解,但是呢,用那么多天線發(fā)射同一個(gè)信號(hào),稍不留神就亂成一鍋粥。

    多天線加毫米波,對(duì)比原先的少天線加厘米波,無(wú)線電傳播的物理特征肯定不一樣,得重新建立信道模型。那信道模型怎么建立呢?相信我,你不會(huì)感興趣的。

    天線一多,不但能解決毫米波衰減的問(wèn)題,傳輸效率、抗干擾等性能也是蹭蹭漲,算是5G必須課。

    基站天線搞定,下面就輪到終端機(jī)的天線了,這貨也有術(shù)語(yǔ):全雙工技術(shù)。

    一般手機(jī)的通信天線只有一個(gè),收發(fā)信號(hào)交替進(jìn)行,費(fèi)勁的很!全雙工技術(shù),就是把發(fā)信號(hào)的天線和收信號(hào)的天線分開,收發(fā)信號(hào)同時(shí)進(jìn)行,優(yōu)點(diǎn)就不說(shuō)了。不過(guò),這很難嗎?

    你想想,把話筒和音響挨在一起,還要求兩者能正常工作,你說(shuō)難嗎?大體上分兩個(gè)思路,其一,物理方法,比如在倆天線之間加屏蔽材料;其二,信號(hào)處理,比如無(wú)源模擬對(duì)消等。

    2016年4月華為宣布已于成都5G外場(chǎng)率先完成第一階段5G關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證,測(cè)試結(jié)果完全達(dá)到預(yù)期。其中兩個(gè)重要驗(yàn)證就是大規(guī)模天線技術(shù)和全雙工技術(shù)。

    天線搞定了,再來(lái)就是"新多址接入技術(shù)",這詞聽著真拗口,別急,馬上就順了!

    舉個(gè)例子(數(shù)字是胡謅的):

    假設(shè)手機(jī)基站用100Hz表示1,105Hz表示0,這時(shí)又接進(jìn)一個(gè)新電話,那新電話的1可以用110Hz,0用115Hz,如果再來(lái)新電話,依次類推。這就是1G的思路,簡(jiǎn)稱FDMA。

    這樣2個(gè)電話就用掉了從100Hz到115Hz的頻段,占用的15Hz就叫帶寬。外行也看出來(lái)了,這路子太費(fèi)帶寬了。好在那會(huì)的手機(jī)只是傳個(gè)語(yǔ)音,數(shù)據(jù)量不大,但也架不住手機(jī)數(shù)量的增加,很快就不夠用了!

    換個(gè)思路,大家都用100Hz表示1,105Hz表示0,但是第1秒給甲用,第2秒給乙用,第3秒給丙用,只要輪換的好,5Hz的帶寬就夠3個(gè)手機(jī)用,就是延時(shí)嚴(yán)重點(diǎn)而已。這就是2G的思路,簡(jiǎn)稱TDMA

    再到后來(lái),數(shù)據(jù)量越來(lái)越大,2G也玩不轉(zhuǎn)了。不過(guò),只要有需求,就不怕沒(méi)套路:在各自的信號(hào)前面加上序列碼,再揉成一串發(fā)送,接收端按序列號(hào)只接受自己的信號(hào)。就好像快遞員一次性送了一疊信過(guò)來(lái),大家按照信封上的名字打開各自的信。這就是3G的思路,簡(jiǎn)稱CDMA

    再發(fā)展就是正交頻分多址技術(shù),把2個(gè)互不干擾的正交信號(hào)揉成一串發(fā)送。所謂正交信號(hào),和量子力學(xué)的疊加態(tài)有點(diǎn)類似。把信號(hào)疊在一起發(fā)送,就是4G的思路,簡(jiǎn)稱OFDMA。

    每個(gè)終端在網(wǎng)絡(luò)上都有一個(gè)地址,所以這種讓很多手機(jī)一起打電話的技術(shù),從1G到4G,統(tǒng)稱:多址接入技術(shù)。咱5G特別時(shí)髦,叫“新多址接入技術(shù)”,這貨怎么個(gè)“新”法呢?

    稀疏碼多址接入、非正交多址接入、圖分多址接入……好吧,太專業(yè)了...不適合我們。總體思路就是疊加更多信號(hào)或者把前面的技術(shù)混到一起,這里涉及大量的專業(yè)知識(shí),奉勸各位好自為之吧!

    暫時(shí)就說(shuō)這么多吧,5G要實(shí)現(xiàn)10Gb/秒的峰值速率、1百萬(wàn)的連接數(shù)密度、1毫秒的時(shí)延,必須要先解決這三大關(guān)鍵技術(shù)。

    2016年4月,華為的第一階段“關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證”,主要也是驗(yàn)證這仨技術(shù)。新多址接入采用濾波正交頻分復(fù)用、稀疏碼多址接入、極化碼,結(jié)合大規(guī)模天線,吞吐率提升10倍以上,在100MHz帶寬下,平均吞吐量達(dá)到3.6Gb/秒;全雙工采用了無(wú)源模擬對(duì)消、有源模擬對(duì)消和數(shù)字對(duì)消三重對(duì)消框架,可以實(shí)現(xiàn)113dB的自干擾消除能力,獲得了90%以上的吞吐率增益。

    2017年6月,華為完成第二階段“多種關(guān)鍵技術(shù)融合測(cè)試及單基站性能測(cè)試”,在200MHz帶寬下,單用戶下行吞吐率超過(guò)6Gb/秒,小區(qū)峰值超過(guò)18Gb/秒,配套業(yè)內(nèi)首個(gè)小型化5G測(cè)試終端,單個(gè)5G基站可同時(shí)支持上百路超高清4K視頻。

    2018年9月,華為完成第三階段“基于獨(dú)立組網(wǎng)的5G核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與業(yè)務(wù)流程測(cè)試”。

    這三個(gè)階段測(cè)試,華為均以100%通過(guò)率順利完成。

    除了三大關(guān)鍵技術(shù)之外,無(wú)數(shù)用戶要組成網(wǎng)絡(luò),事情自然少不了。比如,分配傳輸資源和指揮交通一樣讓人頭大,一條道路分配不合理,半個(gè)城市就得跟著癱瘓,所以,華為完成關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證后,又花了2年時(shí)間才進(jìn)行獨(dú)立組網(wǎng)測(cè)試。再比如,能耗不能太離譜,價(jià)格不能高上天,諸如此類的基本要求。

    又是芯片

    可以看到,5G要處理的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)大于4G,所謂數(shù)據(jù)就是1,0,但凡涉及1,0的東西,基本都用芯片。控制電磁波發(fā)射要用射頻芯片,編碼解碼要用基帶芯片,等等,這些也屬于5G核心關(guān)鍵技術(shù)。

    2019年1月24日,華為發(fā)布了全球首款5G基站核心芯片:天罡,以及,全球首款單芯片多模5G基帶芯片:巴龍5000。既然是世界首款,免不了拿下N個(gè)全球第一。

    把條件放寬到調(diào)制解調(diào)芯片,玩家就比較多了。5G的主流頻率是28GHz,有能力處理這個(gè)頻段的芯片,目前是4家。

    高通是最早的,三星是唯一做到39GHz的,華為是工藝最先進(jìn)的,英特爾是哪里都不掉隊(duì)的,臺(tái)灣聯(lián)發(fā)科據(jù)說(shuō)馬上也要來(lái)了。

    多說(shuō)一句,華為2018年2月發(fā)布的這款巴龍5G01芯片,因塊頭太大無(wú)法用在手機(jī)上,2019年1月就推出了手機(jī)使用的巴龍5000,同時(shí)還沒(méi)耽誤手機(jī)處理器芯片麒麟和服務(wù)器芯片鯤鵬,這進(jìn)展還是不錯(cuò)的!

    標(biāo)準(zhǔn)

    5G涉及的技術(shù)實(shí)在太多太雜,得訂個(gè)規(guī)矩。立規(guī)矩的重要性不比技術(shù)研發(fā)低,待會(huì)你看看歐萌就明白了。

    5G標(biāo)準(zhǔn)第一階段的第一部分已于2018年6月完成并發(fā)布,標(biāo)志著首個(gè)真正完整意義的國(guó)際5G標(biāo)準(zhǔn)出爐,剩余部分陸續(xù)到2020年才能完工。

    這次標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布一共有50家公司參與,中國(guó)有中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、華為、中興、大唐電信等16家,美國(guó)8家,歐洲8家,日本13家,韓國(guó)5家。

    從數(shù)量上看,咱還是不錯(cuò)的。從質(zhì)量上看,咱應(yīng)該也還是不錯(cuò)的。舉個(gè)例子:

    在信道編碼問(wèn)題上,歐萌一直用Turbo碼,美帝高通習(xí)慣用LDPC碼,華為擅長(zhǎng)用Polar碼。于是,第一回合歐萌就被干掉了,不但積累的Turbo技術(shù)打了水漂,還得重新學(xué)LDPC和Polar。

    華為和高通繼續(xù)交鋒了兩輪。

    信道編碼分“控制信道編碼”和“數(shù)據(jù)信道編碼”,高通的方案是兩者都用LDPC碼,華為的方案是數(shù)據(jù)信道用你家的LDPC碼,控制信道用Polar碼。

    然后,聯(lián)想對(duì)華為的方案投了反對(duì)票……當(dāng)然,聯(lián)想的投票對(duì)結(jié)局毫無(wú)影響。因?yàn)榉制邕^(guò)大,當(dāng)天只確定數(shù)據(jù)信道用LDPC碼,至于控制信道擇日再議。

    等擇好日,再次投票時(shí),高通、三星、英特爾、愛(ài)立信等巨頭搜羅了31家公司組成陣營(yíng),要求全部用LDPC碼,華為則組織了包括聯(lián)想在內(nèi)的55家公司力爭(zhēng)。最終,華為Polar成為控制信道編碼,高通LDPC成為數(shù)據(jù)信道編碼,大家平分秋色。

    順便說(shuō)個(gè)常識(shí):行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都還沒(méi)全出來(lái),5G離全面成熟應(yīng)用還是有一段路的。

    最后,用大白話總結(jié)一下吧。就技術(shù)而言,5G就三句話:網(wǎng)速快、信號(hào)廣、延時(shí)少。但技術(shù)帶來(lái)的改變卻超越了想象力,5G是全信息化的基石,完全可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)年物聯(lián)網(wǎng)吹過(guò)的牛:萬(wàn)物互聯(lián)。

    如果非要找個(gè)參考的話,可以想象一下:把2G3G4G去掉,回到大哥大時(shí)代……



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