261. 你可知道微波炉与WiFi是同一种技术

大家都把地球称之为蓝色星球,那是因为地球表面存在大量的水。水是非常常见的东西,我们每个人都见过,每天都要喝很多水,但是,并不是每个人都了解水的特征。

比如,很多人应该不知道水和电磁铁一样,有正负极之分。虽然我们都应该知道水在4度的时候体积最小,密度最大,但是至今科学家没有给出合理的解释,为什么水在4度时候体积最小,密度最大,据说日本的科学家最近提出了纳米冰的概念,如果该理论成立,那么日本将会获得一个诺贝尔奖。

在1945年的时候,雷神公司的工程师发现了一个神奇的现象,水可以像电磁铁一样被极化。当时一个叫斯潘塞的工程师在做实验,他要释放出不同频率的微波,结果他发现当微波刚好在2.45G的时候,他口袋里的一块花生糖融化了,而且还很好吃。于是接下来的几天,他每天去搞一块糖吃,还拿来了各种各样的食物来实验,不止花生糖能发热,热食物,还能做爆米花。

他很震惊,本来他要做的是一个磁控管,后来他发明了微波炉。微波炉的发明得到了人们,尤其是单身汉的喜爱,因为买一顿饭可以吃三天,只需要丢进去热一下。

这里的2.45GHz的微波,意思是电场每秒钟发生2.45亿次变化,每次发生变化,水分子就像电磁铁一样发生变化,因此导致互相摩擦,在这微波里,我情不自禁摩擦摩擦,在这变化的电场中摩擦,产生热量。这种神奇的变化就是水分子固有的特征,一种物理现象。只要物质中含有水分子,那么摩擦就会产生热量,从而使周围的食物升温。因此,微波炉可以加热任何含有水分的东西。所以,冬天不要试图用微波炉烤一下手,会烤熟的。

微波炉会送一些专门的盘子,比如玻璃的,陶瓷的,塑料的,这些东西不含有水分子,因此本身不会发热。但是不要把金属的放进去,因为变化的电场会产生电流,产生电弧,容易燃烧。有些泡面的盖子有一层锡纸,容易烧起来。

在使用微波炉的时候,还要确保如果你是冷冻的食品,已经不是水了,而是冰,水分子不是自由移动的,没法互相摩擦,加热效果不理想。这时候可以使用微波炉的解冻模式,有的也叫除霜模式,就是先搞点水分子出来。如果有剩菜,比如春节的时候,初一做的菜,我都要吃到正月十四,然后正月十五再做一次,再吃到2月初。用微波炉加热剩菜,要比回锅加热好吃一点,我自己的经验。

微波炉的加热方式被称之为微波辐射,不像我们用煤气那种的,叫热传导。正是因为有辐射这两个字,直接让很多人产生了误会,以为这玩意和核辐射一字之差,至少相当于80%的核辐射吧。这是天大的误会,但是绝大部分人相信这个误会,作为一个曾经修基站的农民工,我深有感触。想起来,小区里的那些大妈,直接一把火把基站给你点了,想想都是泪。

微波炉是无线电技术中最简单的应用,我们要做的事情就是把一个2.45G频率的磁控管,然后把这个磁控管用铁壳包起来,而不是把全家给加热了。发射器一定是安装在一个金属容器里,把波束对准要加热的方便面即可。至于为什么用2.45G的频率,实际上没什么原因,从1G到100G都能让水分子摩擦摩,之所以用这个频率,仅仅是因为你总得用个频率吧,大家都用这个频率,也就这么定下来了。其实100G的频率,加热速度更快。这个频段,大家都可以用,不止微波炉,属于“所有人都可以使用的”频段。其它的频段要申请的,比如如果你造一个5G的微波炉,一开机,整个小区的电话不能打,马上就进监狱了,破坏通信安全罪,关你个10年。

这个2.45G频率有个名字叫ISM频段,这个ISM是三个英文单词的缩写,工业(industrial),科学(Scientific)和医学(medical)这三个单词的首字母,可能大家对SM比较了解,对ISM了解不足。

微波炉里使用的改变电场的这个东西叫磁控管,实际上就是将二极管置于磁场中,在磁场与产生的电场作用下,管内电子将电场中获取的能量转换为微波能量的过程。除了微波炉里,卫星上也有一个磁控管。区别就是微波炉里的要聚焦在热的剩饭上,卫星里的要单独安装一个锅,也叫抛物线天线,把微波收集起来,但是背后的原理是一样的,会造微波炉,就应该会造卫星。如果卫星的功率足够大,实际上可以把地球加热,太平洋里直接炖活鱼。但是,目前的技术做不出来这么大功率的卫星,因此才要使用天线。

卫星的功率肯定还是比较大的,可能需要几十瓦,我以前上大学的时候还会计算的,现在忘记了,如果没记错的话,在50瓦以内。离地球越远,需要的功率越高,如果把卫星降低一点,那需要的功率会越来越低,当然服务的人群也会变少。如果一直低到你家里,服务的人群只有你家里的这几台设备,那需要的功率就只有100毫瓦左右,一毫瓦等于1/1000瓦特,这是一个非常小的功率。你可以把你家里的那台无线路由器想象成一台mini卫星,仅服务于你家里。原理是一样的。

还是采用ISM那个频段,2.45G,因为这个不用申请。在1971年的时候,美国就已经开始研究无线传输了。在1971年,美国在夏威夷大学搞了个ALOHA网络,可以通过无线的方式把夏威夷群岛连接起来,一般人会将其视为无线网络的前身。

在1988年的时候,NCR公司搞了一个WaveLan的东西,这个最初的目标是用无线的方式连接收款机,NCR公司的全名叫“美国现金出纳公司”。NCR不是给家庭用户上网使用的,而是有自己独立的网络,独立的芯片。NCR公司比较大方,直接把自己的研究成果给了802.11工作组,可以免费使用,这个802.11工作组后来始终推动WiFi协议的推广。

现在我们一般都说WiFi之父是奧沙利文,名字和打台球的那个是一个名字,但是这个不出名的多。我也有点喜欢打台球,曾经痴迷了几年时间,信奉大力出奇迹,不管有没有机会,大力来一杆,万一进了呢,总体来说,输的多赢的少。可以讲一个打台球的这个奥沙利文的故事,大家以后可以装一下,这是真事儿。他出道的时候,用的是右手,但是在一次比赛的时候,他改用了左手,结果他的对手受不了了,这个对手是加拿大人。认为你就是看不起我,用左手打,竟然还赢了,就把他告上了法庭。奥沙利文就被法庭传唤了,结果奥沙利文说,其实,我的左手比右手更厉害,我是尊重你才用的左手,其它的菜逼,不配我用左手,然后,他在法庭上出示证据,证据是他和前世界冠军打了三局比赛,全部用左手,把前世界冠军打败了。这个加拿大人就撤销了诉讼。奥沙利文是台球界的第一人。

这个WiFi之父名字也叫奧沙利文,但是不太清楚他的生平,只知道他是个团队的boss,拿了澳大利亚的钱来研究WiFi,最后获得了专利,属于澳洲政府。一直到今天,WiFi都是每年都要交给澳洲专利费的。后来很多的公司与组织试图忽悠澳大利亚政府不要再收专利费了,结果人家没听,毕竟,钱多了,好办事啊。

还记得前面讲的那个802.11的组织吧,就是NCR把技术捐献给的那个组织,这个组织使用WaveLAN的技术,搞了一个名叫WEP的加密协议,这个协议能加密WiFi网络,也许大家知道。但是,这个协议有漏洞,容易被破解,后来更新了很多协议,把漏洞补上了,现在主流的802.11标准有802.11a/b/g/n/ac,一大堆。

这时候,我要再讲另外一个故事了,与中国相关的故事,那时候我还在上大学,2002或者2003年的事情了。前面不是讲过WEP有漏洞么,这时候,有关部门就NB了,说自己搞了个WAPI,当年我是本科生,以为这玩意NB,支持国货。其实这个WAPI是西安一个公司搞的,因为标准不公开,只说自己很牛逼,大家也就很崩溃。

后来我上了研究生,老师搞这方面的,我就沉下心来研究了一下这个东西,不研究不知道,一研究吓一跳,这玩意就是个黑盒子,别人的加密都是公开的,有本事你就来搞我。他的加密标准是闭源的,而且还说这是加密的一种手段,让大家猜。有了工信部背书,所有的手机都必须不能用WiFi,谁用WiFi谁的手机就不能在960万平方公里的土地上卖,所以,当年大家都要买水货手机,因为行货手机不能用WiFi。

用WiFi我们最关注的点是什么,傻子都知道,是速度快不快,这个WAPI速度是别人的1/10,当时802.11g的速度是54Mbit/s,它的速度是5.5Mbits/s。后来,802.11n的速度都达到150Mbit/s了,它原地踏步,还是5.5Mbits,还要冲击ISO的标准。这明摆着是不行的,速度是别人的1/30,还不透明,凭啥要求国际上用你的标准,是因为人家的太快了么?结果肯定是没通过,然后就开始说,这就是歧视中国,一大堆理由。

WAPI带给中国的,除了让国行的手机不能用WiFi以外,没有一点用处,就给大家添堵了。那你说运营商他们为啥支持呢?当然支持了,当你的手机不能用WiFi上网,只能用手机流量,当年的流量1kb一分钱。确切的说,在收钱的方面,中国公司花样可多了,当时把网分成两个,一个叫wap,一个叫net。wap是手机上的网,net算是正常的国内局域网。你上wap是每k收你一分钱,你要通过wap才能上net网,上net网再收一份钱。如果你的手机能上WiFi了,那它们就一分钱也收不到了。

当时WiFi非常的火,现在也非常火,老百姓不能用WiFi上网也是一肚子火,但是老百姓发火没什么用。当时是这么洗脑的,WiFi是落后的技术,以后3G要彻底取代WiFi。结果到今天也没取代。当年魅族手机也不能用WiFi,但是有WiFi模块,只能买了以后,开启官方的补丁才能用。我还买了一个魅族手机,叫魅族M8,当时还不是安卓手机,用的是Windows CE 6.0,那时候小米什么的还没有呢。这个手机小故障巨多,到处是bug,但是很多人买,因为这个手机可以使用WiFi,买回来先打个官方的软件补丁才能用。想想,当年那个惨啊。

当时魅族是这样卖的,如果你买公测版,那就是有WiFi的。如果你买的是正式版,那就是没有WiFi的,但是有一张工信部的贴纸。只要不是傻子,都买公测版的。大概2000来块钱一台手机。

再说回辐射的问题,现在很多人认为手机有辐射,基站有辐射,WiFi有辐射,不信大家去搜一下淘宝上的防辐射服,就知道有多少了。说实在的,这给我们这些网络工程师造成了很大的困扰。有大妈给你剪光纤的,有敲邻居门让关WiFi的,有烧基站的。他们说这种辐射会导致基因变异,从而得癌症什么的。有个家伙,儿子出生了,结果看网上基因测试挺好玩,测了一下,结果发现儿子不是亲生的,两口子思考了半天,还是他媳妇脑子灵活,认为这肯定出在WiFi路由器上,小孩这么小,就受到辐射,结果导致基因发生了突变,所以做亲子鉴定才做出来不是亲生的。

那天,我去他们小区装基站,这个哥哥又出来闹,我说基站没事,辐射很小,一个基站才20瓦,不如个灯炮功率大。他哈哈的冷笑,说,就是因为你们的基站,导致他们父子没法通过亲子鉴定。他媳妇听到以后,拉着他要回家。我默默的听着他讲完,深深的给他鞠了个躬,加了他媳妇的微信,说了声对不起,亲手把基站扔到了绿化带里。

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5 月 前

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2.45GHz 是 每秒24.5亿次变化,不是 每秒2.45亿次变化

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