5G 之毫米波在 5G 中的意义 | 学习笔记

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5G 之毫米波在 5G 中的意义

5G 当中使用到的通信频率其实是一种波，在 5G 当中，主要使用毫米波，例如 4G 3G 当中使用的是分米波和厘米波。 5G 当中也需要使用厘米波，反应的是波长。

电磁波：

是由相同且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波,是以波动的形式传播的电磁场，具有波粒二象性。

不论是第几代，移动通信都是信息的载体。

电磁波主要大概有3个方向：

1. 电场方向

2. 磁场方向

3. 传播方向

3个方向都是垂直的。电磁波是一种横波，横波的传输主要由以下几个因素：

1. 波长

2. 频率

因为速度是固定的，所以波长和频率就成反比，波长越长，频率越低。

相当于走路迈的步子，步子越宽，迈的步子就越大，迈的步子很大的情况下，频率很高，那么走路就很快。对于电磁波的传播形式除了横波以外，还有粒子形式。

电磁波在传播过程当中，既可以在有介质的情况下传播，比如光纤、金属、导体，也可以在无介质的高真空当中传播，例如声波。声波也叫能量波，需要有介质才能将能量从一端传送到另一端。例如金属、空气、木头可以作为介质。将能量从A端传送到B端。光没有介质，也能够传播。

光只是电磁波当中的一小段电磁波，是从很低的频段到很高的频段：

其中包含可见光，光本来就是一种波，能够在真空当中传播，意味着不需要介质，其自带介质，意味着有粒子的效应。所以，将电磁波称为波粒二象性。

有波的效应，又有粒子的效应，所以是一种波粒二象性。金属对电磁波有吸收和屏蔽作用，但是对于任何物体，能够产生电磁波和机械波。电磁能和机械能能够互相转换。在传递过程当中会实现能量的转换。磁场转化为电场，电场转化为磁场，交替转换，推动往前传播，每一次转换都会有能量消耗，直到能量消耗殆尽之后，传播就结束了。

因为电磁波当中除了波动效应，还有粒子效应，所以波具有一定的杀伤力，会破坏事物，将其称为电磁波的辐射。电磁波的辐射分为电离辐射和非电离辐射。需要了解电离辐射和非电离辐射，作为技术人员，如果不认识，会容易陷入误区。

太阳光也有辐射，只是辐射的强弱不同。例如光圈通信当中所采用的波是近红外光。电磁波如果属于电离辐射，能够穿透人体，对生物造成伤害，这种伤害本质是因为带有离子梨子具有的离子效应就能够伤害离子具有的离子效应，就能够伤害人体。电离辐射，也就是被辐射的物质会发生电离现象。

可以使原子或分子当中的电子成为自由态。要将电子激发出来成为自由态度，需要波长在 100 纳米以下，属于紫外线在 10 的 8 次方之后。在该频率下可能会发生电离辐射。非电离辐射的能量较低，主要是改变分子或原子旋转、振荡、振动。

被辐射的物质离子振荡就会加快，表现出温度上升。例如可见光，紫外光，包括低频无线电波范围，在 30-3000MHz 以上。在平常晒太阳时会越来越暖和，就是非电离辐射，没有伤害。只要有播的地方就有辐射，辐射是避免不了的，任何物质都会产生辐射，任何物质高于绝对0度都会产生辐射。

绝对 0 度是 -273.15 度，如果达到该温度，表示物质在环境下，分子是停止运动的。在整个宇宙间找不到这样的物质。宏观的波，也就是微观的离子运动所产生的。温度越低，从外界吸收的能量的能力就越强，所以彻底辐射是不可能的，而且我国的安全标准较高，国家的安全标准是每平方厘米是低于 40 微瓦，欧洲的标准是450 微瓦，美国标准是 3,000 微瓦， 4G 基站所产生的辐射是 8 微瓦， 所以不会有太大的影响。

不能长时间观看电子产品，因为手机屏幕所使用的光线虽然是可见光，但其中会使用到蓝光。从红光到紫外光的波长是逐渐变短的。按照红橙黄绿蓝靛紫区分，蓝光和紫光相隔很近，电产品必须有蓝光，因为蓝光和红光和绿光最后能够组成白光。如果长期用眼睛盯着手机屏幕，光线越强，蓝光的成分就会越高，能量就会越大，波长过短会对人体产生伤害。新生的婴儿如果出现黄疸，要去照蓝光，是刻意为之，作为正常人，长期盯着蓝光看，会产生问题，所以现在手机和平板才会出现防蓝，光就是要降低波段的辐射。

在通信当中，信道的容量和带宽成正比，带宽越宽，信息传输率越高，传输相同的数据更加节省电能。如果是卫星通讯，会提高卫星的寿命，要提高带宽的容量，就需要提高频率。频率越高，频谱资源就越丰富。

将频率提高之后，就可以提高频谱资源，扰射能力变差，方向性变得更强：

波长很短时，频率很高。就会直接穿过大气层，直接射出。穿透性就会更强。波长如果变短，又可能会被反射回来，如果变成中波，在电离层就会被闪射出去，变为更长的波就被吸收。如果要做卫星通信，要穿越大气层。波长就不能做得很长，必须做成短波。短波意味着频率很高。一般的卫星通讯频率是从 5G-40G。穿越大气层之后，能够传输几万公里，有许多因素决定。

首先，发射功率很小。其次，采用高争议的天线，也就是卡塞格伦天线，方向性很强。方向更准，就能实现更多数据传输。如果频率答，穿透力就会更强，也对动植物造成伤害，频率越高，伤害越大。5G 的频段频率高，有伤害，但是功率较小，衰减也更快。所以并不是与能量有关，传播趋近于直线。以上就是电磁波对移动通信的影响。

以上是电磁波在生活当中各个场景的应用。

波长越短，有一定辐射，波长越长，通信距离就会越远，相当于步子越大，迈得更远。可见光的波长，使用一张纸就能将其挡住，光线无法穿透。如果很长的波长就会直接绕过。下表就是对整个波长的应用范围参考：

包括从低频的通信到极高频的通信。移动通信当中较为重要的因素就是频谱资源。

5G 采用毫米波，就是为了提升频率提升频谱利用率，频谱资源。