光和wifi都屬于電磁波,因?yàn)樗鼈兌际且揽抗庾觼?lái)傳播能量和信息的。既然光可以聚焦,wifi當(dāng)然也可以聚焦,只不過由于它們?cè)陔姶挪ㄗV中所處的波段和頻率不一樣,聚焦的方式就不可能一樣了。因此wifi是不可以用光學(xué)凸透鏡聚焦的,但它可以用其它方法聚焦。
電磁波整個(gè)波譜可分為可見光和不可見光。
嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō),我們通常說(shuō)的光稱為可見光,電磁波譜中除了可見光波段外的其他電磁波可以稱為不可見光。可見光在電磁波譜中間占據(jù)一個(gè)小小的波段,即約在380nm~760nm之間。而整個(gè)波譜波長(zhǎng)從億億億分之一米到上億米之間。
不可見光包括無(wú)線電波(含長(zhǎng)波、中波、短波、微波)、紅外線、紫外線、X射線、γ射線等。無(wú)線電波和紅外線的波長(zhǎng)比可見光要長(zhǎng),其中無(wú)線電波最長(zhǎng),從1mm~10^8m;微波是無(wú)線電波中波長(zhǎng)最短的,從1mm~1m之間;紅外線波長(zhǎng)在760nm~1mm之間,最短處連接上可見光波長(zhǎng)。
紫外線、X射線、γ射線都比可見光波長(zhǎng)要短,也就是都短于380nm。從紫外線到γ射線一個(gè)比一個(gè)短,最短的伽馬射線波長(zhǎng)為10^12~10^24m,就是萬(wàn)億分之一米到億億億分之一米。
wifi傳輸信號(hào)采用的是無(wú)線電波中的微波段,波長(zhǎng)在7~12cm之間。
電磁波波長(zhǎng)與頻率的關(guān)系。
電磁波波長(zhǎng)越長(zhǎng),頻率越低,能量越小;反之波長(zhǎng)越短,頻率越高,能量越大。因此無(wú)線電波是電磁波譜中頻率最低能量最小的不可見光;伽馬射線是電磁波譜中頻率最高能量最大的不可見光。故無(wú)線電波一般是不傷人的,而紫外線、X射線、γ射線會(huì)傷人和殺傷生物。
頻率與波長(zhǎng)的關(guān)系遵循v=fλ公式,其中v代表波速,f是頻率,λ為波長(zhǎng)。電磁波速為光速,因此公式為c=fλ,也可以變換為f=c/λ或λ=c/f。就是說(shuō),知道了電磁波波長(zhǎng),就能夠計(jì)算出其頻率,而知道了其頻率,就可以計(jì)算出其波長(zhǎng)。
不同波長(zhǎng)的電磁波要聚焦當(dāng)然就要用不同的方法了。
微波與可見光穿透玻璃的方法不一樣。
先說(shuō)說(shuō)可見光穿透玻璃的機(jī)制??梢姽獾牟ㄩL(zhǎng)為380~760nm,玻璃屬于非晶體,分子網(wǎng)眼較大,平均尺度約10^-6m,也就是約1000nm,是可見光的波長(zhǎng)約1~3倍,這樣,可見光隨便一鉆,就通過了,加上光在玻璃中具有折射性能,就可以通過凸透鏡聚焦。
wifi屬于無(wú)線電波中的微波波段,是厘米波,波長(zhǎng)在7~12cm之間,比可見光波長(zhǎng)要長(zhǎng)9~30余萬(wàn)倍,比玻璃分子網(wǎng)眼要大7~13萬(wàn)倍,而且頻率又沒有可見光高,力量也就沒可見光大,再怎么鉆也鉆不過去。那么微波為啥能夠透過玻璃呢?原來(lái)它來(lái)硬的不行,就來(lái)彎彎繞,根據(jù)衍射效應(yīng),也就是繞彎子效應(yīng),從網(wǎng)格分子與分子之間的間隙中套穿過去了。
微波雖然可以透過玻璃,但過去的方法不一樣,也沒有折射效應(yīng),因此就無(wú)法通過透鏡聚焦了。
那么,wifi又怎么能聚焦呢?
這就要用不同的材料了。金屬晶體或其他非金屬晶體材料,不存在玻璃的二氧化硅締結(jié)分子網(wǎng)格結(jié)構(gòu),內(nèi)部結(jié)構(gòu)的原子晶格半徑和晶格點(diǎn)陣之間間隙都小于0.3nm,這個(gè)尺度比可見光最短波段380nm還小了1000多倍,比無(wú)線電波(包括微波)就更小了,因此無(wú)論是可見光還是無(wú)線電波都無(wú)法穿過,無(wú)線電波就更加被致密性阻礙住了,也就是被屏蔽。
這就是我們?cè)诔穗娞莼蛘弑环忾]在一個(gè)鐵屋子里,無(wú)法接收到電波信號(hào)的原因。但這種材料不僅僅是屏蔽效應(yīng),還對(duì)電波有著高度的反射效應(yīng),這就為對(duì)無(wú)線電波聚焦創(chuàng)造了條件。人們把晶體結(jié)構(gòu)材料做成拋物面,就可以對(duì)無(wú)線電波聚焦了。
射電望遠(yuǎn)鏡就是將電磁波聚焦的典范。
射電望遠(yuǎn)鏡的作用,就是將遠(yuǎn)處照射過來(lái)的電磁波聚焦成像。原理是通過拋物面天線,將遠(yuǎn)處平行傳輸過來(lái)的電磁波反射匯集到中心焦點(diǎn)上,通過接收器接收,經(jīng)過電腦一系列處理就形成圖像。因此所有的射電望遠(yuǎn)鏡都做成一個(gè)大鍋的樣子,和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的拋物面反射鏡一樣的道理。
我們遠(yuǎn)看射電望遠(yuǎn)鏡的大鍋拋物面,就像一面光滑的鏡子,其實(shí)每一塊拼接的材料并不需做成密實(shí)的整體,而是留有孔眼的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),這是因?yàn)檫@個(gè)聚焦的拋物面大鍋,只要阻擋住電波就行了,網(wǎng)眼小于需要接受的電波波長(zhǎng),對(duì)于電波來(lái)說(shuō),就是反射的鏡子。
射電望遠(yuǎn)鏡一般都是接收無(wú)線電波的,無(wú)線電波波長(zhǎng)最短的就是微波,在毫米級(jí),因此如果要阻擋微波匯集聚焦,這個(gè)反射面孔洞就要小于厘米級(jí)。
我國(guó)2013年建成的上海佘山65米口徑射電望遠(yuǎn)鏡,接收的電波信號(hào)最短可達(dá)7毫米,最長(zhǎng)可達(dá)21厘米,有8個(gè)接受波段,總體性能排在世界第四位;而2016年建成的貴州500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST),被譽(yù)為中國(guó)天眼,是迄今世界最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡,工作頻率在70MHz~3GHz,根據(jù)頻率與波長(zhǎng)換算,可探測(cè)波長(zhǎng)約10cm~4.3米的無(wú)線電信號(hào)。
除了射電望遠(yuǎn)鏡,還有射線望遠(yuǎn)鏡,如紅外線望遠(yuǎn)鏡、X射線望遠(yuǎn)鏡、伽馬射線望遠(yuǎn)鏡,這些都是利用對(duì)電磁波屏蔽反射原理聚焦,接收遙遠(yuǎn)太空傳過來(lái)的各種射線微弱信號(hào),通過聚焦放大成像,讓人類了解億萬(wàn)光年外的天體。
綜上所述,wifi是可以聚焦的,只不過不能夠用光學(xué)透鏡來(lái)聚焦。
所謂wifi就是現(xiàn)代無(wú)線通信,采用的是微波段信號(hào),由于發(fā)射和接收面向四面八方,因此無(wú)需聚焦定向。但許多微波發(fā)射站、中繼站、終端站,為了放大發(fā)射和接收信號(hào),就采用了鍋式天線聚焦。
因此,不但wifi信號(hào),就是各種波段的電磁波信號(hào)都可以聚焦,只不過是聚焦方法與可見光不一樣而已。謝謝閱讀,歡迎討論。
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