電磁波的發射功率決定了其振幅嗎？

10-06

這個問題問出了一個世紀難題，為啥我WiFi沒信號了？？？！！！
發射功率可以一定程度上決定振幅，但是電磁波振幅不完全取決於發射功率

發射功率

如題中的描述，定性而簡單的來說是可以說是由發射器的功率決定的，因為電磁波的能量來自於發射器，電磁波的能量可以由電磁波強度I來描述，I表示為能流波印廷矢量S在一個震蕩周期內的平均
$I = ar{S} = Average({frac{1}{mu_0} E imes B })$

對於電磁波可以用正弦餘弦來描述E和B，以及考慮均值 $cos^2 = 1/2$ ，有：
$I = frac{E_0^2}{2 mu_0 c} = frac{ cB_0^2}{2 mu_0 }$
其中E0和B0是電磁場中的電場分量和磁場分量的波動的振幅。
所以能量和振幅是平方關係，發射器的發射能量升高4倍的結果是，所發射的電磁波的場分量變成原來的2倍，是非常直接的關係。

參照這個關係，在WiFi信號弱的時候提高發射基站的功率就可以達到讓接收到的信號變強

發射方向性

除了發射功率，發射的方向性也會很大的影響空間中的電磁波的強度，即使是對於一個理想的偶極振子，在空間中發射的電磁波也不是各向同性的：

也就是所謂發射天線在不同的方向有不同的增益，在不同方向的不同增益信息叫做天線的波束形狀（beamshape）。對於普通的天線波束的形狀可以非常複雜：

通常把增益最強的部分稱作主瓣（main lobe）旁邊不強的是旁瓣（side lobe），主瓣背後的是背瓣（back lobe）。
我們平常能看到的天線形狀有很多是大鍋:

這個就是為了通過匯聚波的方式增加主瓣的佔比，這裡需要提到一個定理：天線互易定理，講的是A天線發射B天線接收得到的信號效果（比如信噪比）和B天線發射A天線接收得到的效果是一模一樣的，以下圖示可以描述：

也就是說，定向接收能力強的天線，定向發射能力也強。
對於兩個相同發射功率但是不同波束形狀的天線，接收者所能接收到的波動肯定是不一樣的。從這個角度看，除了發射功率，發射天線的波束形狀（beam shape）也能影響發出電磁波的強弱。
所以這樣一個小小的操作就可以大幅提高WiFi體驗：

不過前提是你身處主瓣方向而不是旁瓣。
當然除了發射器的功率和波束形狀，還有一些次要的因素也可以影響空間電磁波振幅，比如介質的電導率磁導率和遮擋物。

用理想的平面簡諧波分析一下
能流密度為 $s=wu$ , $u$ 為電磁波波速，電磁場的總能量為 $w=frac{1}{2}varepsilon E^2+frac{1}{2}mu H^2$ ，電磁波波速為 $u=frac{1}{sqrt{varepsilonmu}}$ , $sqrtvarepsilon E=sqrt mu H$ .得出坡印廷矢量 $S=E imes H$ 。用平面簡諧波來分析 $S=E_{0} imes H_{0}cos^2(omega(t-frac{r}{u}))$
當頻率很高時，一般取平均值來求能流密度

$I=frac{1}{T} int_{t}^{t+T}EHdt=frac{1}{2}E_{0}H_{0}=frac{1}{2} sqrt{frac{varepsilon}{mu}}E_{0}^2$
在發射處，取球面來分析,半徑為R
$I=frac{P}{S}=frac{P}{4pi R^2}$
$P=4 pi R^2 frac{1}{2} sqrt{frac{varepsilon}{mu}}E_{0}^2$
在R一定的情況下，p越大， $E_{0}$ 越大，即振幅越大。

應該是振幅。
因為電磁波的傳播速度近似光速。波速＝波長*頻率；波速是定值，也就是說一個頻率對應著一個波長。所以功率大是振幅強。電磁波在空氣中傳播是會衰減的。功率大的當然會傳得更遠。

不懂電信工程，追問一句，咱們的發射器的發射功率是如何增加的呢？

對。

思想事物都是一對正反統一存在的問題，空間能量都是一對輸入輸出同在的時間生命標準，電壓電流都是一對10*10=100的時間生命的能量功率，都是一對存在的磁力電力的變化和固定的時間原理標準模型。用我這個萬物的統一標準原理模型，可解釋任何的事物問題。

我對你說的振幅不是很理解，不確定你指的是不是頻率。
功率是做功快慢的意思，代表了做功的多少，蘊含著能量多少的意思。
頻率就是單純的重複次數，沒有能量。
就比如舉重運動員力氣大，但是跑步並不快。或者說飯量跟學習成績沒有關係。
應該說功率是頻率的前置條件，而不能說它決定了或者說改變功率就可以改變頻率。頻率由射頻電路的用途決定(分模擬和數字電路），跟功率關係不大。但是如果沒有足夠大的功率，你也沒辦法滿足實際的需求。
雖說1W的功率就可以覆蓋全球，但那是理論，實際是你想用波長1000米的頻率進行通信，至少需要200瓦的功率。
比如你想100米跑的快必須要有很大的腿部力量，但是你的力量比博爾特大，卻不一定能跑過他。

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