1831年，法拉第通過實驗發現了電和磁之間存在關係，1865年，麥克斯韋給出了電場和磁場能夠相互轉換的完整理論證明。麥克斯韋告訴我們，變化的電場能激發出磁場，而變化的磁場又會激發出來變化的電場，電場和磁場相互激勵就能產生電磁波。順著這條線索，物理學家赫茲經過試驗發現，只要變化的電流通過線圈就能產生電磁波，而如果想把電磁波發射出去，只需要把這些帶有變化電流的線圈對準一個方向，電磁波就會朝著這個特定的方向發射出去了，至此，人造可控電磁波正式進入人類歷史。
為了紀念赫茲發現電磁波的巨大貢獻，電磁波的頻率單位就以赫茲（Hz）來命名了。
紀念赫茲的郵票
電磁波的定義
電磁波是由同相位且互相垂直的電場與磁場在空間中衍生發射的震蕩粒子波，是以波動的形式傳播的電磁場，具有波粒二象性。由同向振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動，其傳播方向垂直於電場與磁場構成的平面。電磁波在真空中速率固定，速度為光速。
從上面定義我們提取幾個關鍵信息點來認識電磁波。
電場與磁場：
電磁波包括電場和磁場，電場和磁場是相互振蕩相互激勵的，簡單示例如下圖：
波粒二象性：
波粒二象性指的是同時具備波動性和粒子性，電磁波的波動性和粒子性可以類比去看那些飄在水裡的物體，把一個皮球扔在水裡，能看到這個皮球會隨著波浪的起伏浮沉而且有時候還能隨著水流繞開一些障礙物，當這個皮球隨著波浪起伏時，可以認為皮球在發揮它的波動性，但如果這個皮球繞不過去障礙物被反彈回來了呢？可以認為皮球的粒子性在發揮作用。
電磁波電場極化：
電磁波電場強度方向和大小的變化規律可稱為場強的極化方式。電磁波有三種規律的極化方式，分別是線極化，圓極化和橢圓極化。
要區分這三種極化方式也不難，只要順著電磁波的傳播方向看過去，把表示電場方向和大小的矢量末端投影在與傳播方向垂直的平面上，就可以知道是什麼極化了。如上面第一個圖中線極化沿著z軸看過去，把電場矢量末端投影在x-y平面上，投影結果是一條直線，因此是線極化方式。而上圖的第二個圖形沿著z看過去，把電場矢量末端投影在x-y平面上，投影結果是一個圓，因此是圓極化。如果圓的運動方向順時針，則是右旋極化，如果圓的運動方向是逆時針則是左旋極化。最後一個橢圓極化同理。橢圓極化電磁波是最常見的電磁波，但是通信裡用的最多的是線極化電磁波，例如常說的水平極化或者垂直極化電磁波就是線極化電磁波。如下圖：
通常為了在收發天線之間實現最大的功率傳輸，會採用極化性質相同的發射天線和接收天線，這種配置條件稱為極化匹配。當然，如果想避免對某種極化波的感應，可採用極化性質與之正交的天線，如垂直極化天線與水平極化波正交；右旋圓極化天線與左旋圓極化波正交。這種配置條件稱為極化隔離。通信上常用的板狀天線就是用了±45°極化天線來人為製造極化隔離，從而取得收發增益或者多徑效應。
現代通信中，一般採用半波振子來產生電磁波。
當交流電通過導線迴路時就會產生電磁波對外輻射，對外輻射電磁波的強度跟導線的長度和形狀有關。如果兩根導線面對面的情況下，電場將被束縛在兩根導體之間的狹小空間裡，基本不對外輻射能量。如果兩根導線之間的夾角逐漸增大，那麼導線對外的輻射強度也會逐步加強。最後當兩根導線完全張開的時候，導線對外輻射的電磁波最強，如下圖所示：
電磁波輻射強度與導體位置
此外，電磁波強度跟導體的長度也有關，當導體的長度為電磁波的1/2波長時，輻射出來的電磁波最強。用二分之一波長導體作為發射振子的天線我們稱之為半波振子天線，如下圖所示：
半波振子原理圖
今天的課程先到這裡。下一節課我們將從數學角度了解電磁波的相位、幅度和頻率三個要素。
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