墻真的擋住了手機、WiFi信號嗎？事實是這樣 [複製鏈接]

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電梯直達

樓主

發表於 2016-12-1 06:48:46 |只看該作者 |倒序瀏覽

無時無刻都拿著手機的你，肯定會發現，當你進入地下室或者進入某些高樓的時候，手機信號經常會有大幅度的衰減；當你進入電梯之後，一般就完全沒有了信號。看到這裡，想必各位都想起了自己相似的經歷。
感性的認知告訴我們，信號在穿墻時似乎會出現損耗，與墻的厚度好像有些關系。這大概是在地下室或者在某些建築中信號不好的原因。利用這個“理論”也能勉強解釋在電梯裡沒有信號的原因。但是，當我告訴你，利用一層薄薄的錫紙包裹住手機就可以完全阻隔信號，這個現象用我們感性認知下的“厚墻擋信號”理論似乎無法解釋。
相信大家都知道，手機信號的傳播是利用按照一定頻率變化的電磁波進行的。在手機附近，攜帶信號的電磁波振幅越大，手機的信號越好。如果我們來到了信號很弱的地方，代表隻有很少部分的電磁波信號能夠到達這裡。
生活經驗告訴我們，電磁波穿墻之後振幅的確會減小，致使信號衰減。但到底是什麼阻礙甚至阻擋了電磁波的傳播，從而讓手機沒有了信號？要解決這個問題，還得從一個物理現象說起。
電磁波在介質中的傳播遵循“趨膚效應”。顧名思義，就是電磁波趨向於表面的現象。查閱定義，我們得知——當導體中有交流電或者交變電磁場時，導體內部的電流分佈不均勻，電流集中在導體的“皮膚”部分，也就是說電流集中在導體外表的薄層，越靠近導體表面，電流密度越大，導線內部實際上電流較小。結果使導體的電阻增加，使它的損耗功率也增加。這一現象稱為趨膚效應。那這個效應與手機信號的傳播有什麼關系呢？
原來，攜帶信號的電磁波穿過一些介質時，受到趨膚效應的制約，使得一部分電磁波停留在介質的表面而無法完全穿過這個介質。介質的導電性能越好，對電磁波的阻礙效果越明顯。
現在我們假設有一堵墻，電磁波要穿過去。如果這堵墻是完全絕緣的，那麼在電磁波眼裡根本沒有這堵墻，它可以非常開心地穿過去，沒有任何損耗；但如果這堵墻是導電的，比如，墻是金屬的，在電磁波看來，這是一堵不可逾越的高墻，幾乎不可能穿過去，這也就是一層薄薄的錫紙就可以讓手機沒信號的原因，也正是因為這個原因，在c裡信號特別差（電梯相當於一個金屬箱子）。
至此，我們知道，導電性能強的材料（金屬或者能夠導電的各種物質）會對電磁波的傳播造成嚴重的影響。這時候可能有人會問了，建築物的墻不是不導電嗎，那為什麼也會阻礙電磁波傳播，讓手機信號衰減呢？
正如之前所說的，如果這是一堵“純純”的墻，電磁波穿過它是幾乎沒什麼損耗的。但我們知道，為了增強墻的承重能力，鋼筋混凝土結構被建築業廣泛地使用。也就是說，墻體內部不僅有水泥等絕緣材料，還有導電的鋼筋，當然還有各種埋在墻內的電線。這使得墻體對電磁波有一定的阻礙作用。因此當我們身處地下空間時，信號會產生不同程度的減弱，直至完全消失。
趨膚效應阻礙信號的實例廣泛存在於各個領域。我們知道，海水是電的良導體。在軍事上，為了將“上升”、“下降”、“前進”、“停止”等這類簡單的信號傳給處在水下的潛艇，必須使用大型的天線陣列，發射高強度的電磁波信號，但即使是這樣，也最多能夠實現水下30米左右的通信，一旦超過這個距離，通信就會變得異常困難。
但是，任何事物都有它的兩面性，趨膚效應確實給我們帶來了很多不便，但是也有一些有利的應用。比如利用趨膚效應制造出一個靜電屏蔽的區域（類似於法拉第籠），進行一些精確的實驗測量等。
這時候肯定又有人要問了，難道就沒有消除或者避免這個效應的辦法，使得信號能夠順利傳播嗎？因為這是電磁波的基本性質，想要消除的確有些困難，但是我們有很多辦法可以避免這個效應的出現。比如，很多電梯裡都安裝了一個小型的信號中繼器，讓電梯裡充滿信號；類似的，很多地鐵站在沿線都安裝了一些信號中繼器，使得你可以在十多米深的地下還能暢通無阻地玩手機。
物理學告訴我們，生活中各種現象背後都有其蘊含的物理原理。物理學家們通過各種現象歸納總結出簡單而深刻的物理學規律。