頻譜電磁波頻譜

頻譜光學(xué)頻譜

模擬的自然光光譜圖案光譜，全稱為光學(xué)頻譜，是復(fù)色光通過色散系統(tǒng)（如光柵、棱鏡）進(jìn)行分光后，依照光的頻率（或波長）的大小順次排列形成的圖案。光譜中最大的一部分可見光譜是電磁波譜中人眼可見的一部分，在這個頻率范圍內(nèi)的電磁輻射被稱作可見光。光譜并沒有包含人類大腦視覺所能區(qū)別的所有顏色，譬如褐色和灰色。

原理

復(fù)色光中有著各種頻率（或波長）的光，這些光在介質(zhì)中有著不同的折射率。因此，當(dāng)復(fù)色光通過具有一定幾何外形的介質(zhì)（如三棱鏡）之后，頻率不同的光線會因出射角的不同而發(fā)生色散現(xiàn)象，投映出連續(xù)的或不連續(xù)的彩色光帶。

日光被三棱鏡分色這個原理亦被應(yīng)用于著名的太陽光的色散實驗。太陽光呈現(xiàn)白色，當(dāng)它通過三棱鏡折射后，將形成由紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫順次連續(xù)分布的彩色光譜，覆蓋了大約在300~750THz的可見光區(qū)。歷史上，這一實驗由英國科學(xué)家艾薩克·牛頓爵士于1665年完成，使得人們第一次接觸到了光的客觀的和定量的特征。

光譜分類

1.按頻率區(qū)域

在一些可見光譜的紅端之外，存在著頻率更低的紅外線；同樣，在紫端之外，則存在有頻率更高的紫外線。對于紅外線和紫外線，我們視神經(jīng)的共振頻率達(dá)不到這兩個極限，所以紅外線和紫外線都不能為肉眼所覺察，但可通過儀器加以記錄。因此，除可見光譜，光譜還包括有紅外光譜與紫外光譜。

2.按產(chǎn)生方式

按產(chǎn)生方式，光譜可分為發(fā)射光譜、吸收光譜和散射光譜。

有的物體能自行發(fā)光，由它直接產(chǎn)生的光形成的光譜叫做發(fā)射光譜。

發(fā)射光譜可分為三種不同類別的光譜：線狀光譜、帶狀光譜和連續(xù)光譜。線狀光譜主要產(chǎn)生于原子，由一些不連續(xù)的亮線組成；帶狀光譜主要產(chǎn)生于分子由一些密集的某個頻率范圍內(nèi)的光組成；連續(xù)光譜則主要產(chǎn)生于白熾的固體、液體或高壓氣體受激發(fā)發(fā)射電磁輻射，由連續(xù)分布的一切頻率的光組成。

太陽光光譜是典型的吸收光譜。因為太陽內(nèi)部發(fā)出的強光經(jīng)過溫度較低的太陽大氣層時，太陽大氣層中的各種原子會吸收某些頻率的光而使產(chǎn)生的光譜出現(xiàn)暗線。在白光通過氣體時，氣體將從通過它的白光中吸收與其特征譜線頻率相同的光，使白光形成的連續(xù)譜中出現(xiàn)暗線。此時，這種在連續(xù)光譜中某些頻率的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜被稱作吸收光譜。通常情況下，在吸收光譜中看到的特征譜線會少于線狀光譜。

當(dāng)光照射到物質(zhì)上時，會發(fā)生非彈性散射，在散射光中除有與激發(fā)光頻率相同的彈性成分（瑞利散射）外，還有比激發(fā)光頻率高和低的成分，后一現(xiàn)象統(tǒng)稱為拉曼效應(yīng)。這種現(xiàn)象于1928年由印度科學(xué)家拉曼所發(fā)現(xiàn)，因此這種產(chǎn)生新頻率的光的散射被稱為拉曼散射，所產(chǎn)生的光譜被稱為拉曼光譜或拉曼散射光譜。

3.按產(chǎn)生本質(zhì)

按產(chǎn)生本質(zhì)，光譜可分為分子光譜與原子光譜。

在分子中，電子態(tài)的能量比振動態(tài)的能量大50～100倍，而振動態(tài)的能量又比轉(zhuǎn)動態(tài)的能量大50～100倍。因此在分子的電子態(tài)之間的躍遷中，總是伴隨著振動躍遷和轉(zhuǎn)動躍遷的，因而許多光譜線就密集在一起而形成分子光譜。因此，分子光譜又叫做帶狀光譜。

在原子中，當(dāng)原子以某種方式從基態(tài)提升到較高的能態(tài)時，原子內(nèi)部的能量增加了，這些多余的能量將被以光的形式發(fā)射出來，于是產(chǎn)生了原子的發(fā)射光譜，亦即原子光譜。因為這種原子能態(tài)的變化是非連續(xù)量子性的，所產(chǎn)生的光譜也由一些不連續(xù)的亮線所組成，所以原子光譜又被稱作線狀光譜。

頻譜無線電頻譜

無線電的頻譜資源也稱為頻率資源，通常指長波、中波、短波、超短波和微波。一般指9KHz－3000GHz頻率范圍內(nèi)發(fā)射無線電波的無線電頻率的總稱。無線電頻率以Hz（赫茲）為單位，其表達(dá)方式為：

―― 3 000kHz以下（包括3 000kHz），以kHz(千赫茲)表示；

―― 3MHz以上至3 000MHz（包括3 000MHz），以MHz(兆赫茲)表示；

―― 3GHz以上至3 000GHz（包括3 000GHz），以GHz(吉赫茲)表示。

無線電頻譜劃分

頻譜利用率定義為：

每小區(qū)每MHz支持的多少對用戶同時打電話；而對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)來講，定義為每小區(qū)每MHz支持的最大傳輸速率。在這里，小區(qū)的頻率復(fù)用系數(shù)f非常重要：f越低，則意味著每小區(qū)可選的頻率自由度越大。在CDMA系統(tǒng)中，每個小區(qū)都可以重復(fù)使用同一頻帶(f=1)。在一個小區(qū)內(nèi)對每個移動臺的總干擾是同區(qū)內(nèi)其他移動臺干擾加上所有鄰區(qū)內(nèi)移動臺干擾之和。

頻譜使用情況

頻譜，又稱振動譜 。反映振動現(xiàn)象最基本的物理量就是頻率，簡單周期振動只有一個頻率。復(fù)雜運動不能用一個頻率描寫它的運動情況，如下圖1、圖2中左圖所示，而且我們也無法從振動圖形上定量描寫它們的特點，通常采用頻譜來描寫一個復(fù)雜的振動情況。任何復(fù)雜的振動都可以分解為許多不同振幅不同頻率的簡諧振動之和。為了分析實際振動的性質(zhì)，將分振動振幅按其頻率的大小排列而成的圖象稱為該復(fù)雜振動的頻譜。振動譜中，橫坐標(biāo)表示分振動的圓頻率，縱坐標(biāo)則表示分振動振幅。對周期性復(fù)雜振動，其頻率為f，則按照傅里葉定理，由它所分解的各簡諧振動的頻率是f的整數(shù)倍，即為f，2f，3f，4f，…，其振動譜是分立的線狀譜，圖中每一條線稱為譜線。對于非周期性振動(如阻尼振動或短促的沖擊)，按照傅里葉積分，它可以分解為頻率連續(xù)分布的無限多個簡諧振動之和。由于譜線變得無限多，這時振動譜不再是分立的線狀譜，各譜線密集使其頂端形成一條連續(xù)曲線，即形成所謂的連續(xù)譜，連續(xù)譜曲線即為各種譜線的包絡(luò)線;而它也有可能分解為頻率不可通約的許多簡諧振動而形成分立譜。

圖1表示鋸齒形振動及振動譜。圖2表示阻尼振動及振動譜。

頻譜視頻講解

信號頻譜概念微課講解視頻。

信號頻譜的概念既包含有很強的數(shù)學(xué)理論（傅里葉變換、傅里葉級數(shù)等）；又具有明確的物理涵義（包括諧波構(gòu)成、幅頻相頻等）。該視頻（不到20分鐘）囊括了信號頻譜的由來、發(fā)展、理論基礎(chǔ)、實際應(yīng)用等，可自成一體。該視頻適合于不同背景的各類從業(yè)人員，幫助其在較短時間里領(lǐng)略信號頻譜的精髓。

頻譜頻率范圍

短波段

這個頻段的幅度影響音色的表現(xiàn)力。如果這個頻段的幅度比較大，那么解析好。這個頻段的成分中幅度不是很大，也就是說，強度不是很大，但是它對音色的影響很大，所以說它很寶貴、很重要。

中短波段

它影響音色的冰涼度(冷感)。如果這個頻段的成分太少了，則音色會變溫暖了；如果這頻段成分過高了，音色就變得冰冷。

中長波段

這個頻段是人耳聽覺比較靈敏的頻段。這個頻段比較多，則音色將顯得比較圓潤、熱烈。表現(xiàn)力度就強，強度就大。如果這個頻段缺乏，其音色會變得冰冷、空虛；而如果這段頻率過強，其音色就會變得生硬、不自然。因為這個成分過強，其他成分相對的強度就變?nèi)趿?，所以音色缺乏潤滑性?

長波段

如果長波段比較多，則音色會變得火熱，有空間感，因為整房間都有波長，而且都是長波區(qū)域；如果這個頻率成分多了，會使人自然聯(lián)想到房間的空間傳播狀態(tài)。如果這個頻率的成分缺乏，音色就會顯得蒼白、清冷；如果這個頻率的成分過多了，單元音就會顯得過于火爆。2100433B

介電常數(shù)頻譜又稱介電譜。復(fù)介電常數(shù)隨電磁場頻率而變化的現(xiàn)象，一般分別做出實部ε′（ω）頻譜和虛部ε"（ω）頻譜。介電常數(shù)頻譜可以給出有關(guān)極化機制和晶格振動等重要信息 。