無線電
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無線電，又稱無線電波、射頻電波、電波，或射頻，是指在自由空間（包括空氣搭真空）傳播個電磁波，在電磁波譜丄，其波長長於紅外線光（IR）。頻率範圍爲300 GHz以下[1] ，其對應個波長範圍爲1公釐以上。就像其他電磁波一樣，無線電波以光速前進。經由閃電或天文物體，可以產生自然個無線電波。由人工產生個無線電波，畀應用在無線通訊、廣播、雷達、通訊衛星、導航系統、電腦網路等應用丄向。
無線電發射機，藉由交流電，經過振盪器，變成高頻率交流電，產生電磁場，而經由電磁場可產生無線電波[2]。無線電波像磁鐵，有同性相斥、異性相吸個現象。同類電子會互相排斥，葛咾當無線電波射出個辰光，會得擔前方電波往前推，當連續電波一直射出來個辰光嚜，電波就會得在空氣當中傳播[3]。
無線電技術是通過無線電波傳播信號個技術，其原理垃拉，導體中電流強弱個改變會產生無線電波。利用昰隻現象，通過調製可擔信息加載於無線電波之上。當電波通過空間傳播到達收信端，電波引起個電磁場變化又會得在導體中產生電流。通過解調擔訊息從電流變化中提取出來，就達到了資訊傳遞個目的。
麥克斯韋最早在佢遞交畀英國皇家學會個論文《電磁場個動力理論》中闡明了電磁波傳播個理論基礎。佢個昰些工作完成於1861年至1865年之間。
海因里希·魯道夫·赫茲在1886年至1888年間首先通過試驗驗證了麥克斯韋爾個理論。佢證明了無線電輻射具有波個所有特性，並發現電磁場方程可以用偏微分方程表達，通常稱爲波動方程。
1906年聖誕前夜，范信達在美國麻薩諸塞州採用外差法實現了歷史上首次無線電廣播。范信達廣播了佢自家用小提琴演奏「平安夜」搭朗誦《聖經》片段。垃拉英格蘭切爾姆斯福德個馬可尼研究中心在1922年開播世界丄第一個定期播出個無線電廣播娛樂節目。
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發明
關於誰人是無線電臺個發明人還存在爭議，乃朝普遍認爲是尼古拉·特斯拉。
1893年，尼古拉·特斯拉在美國密蘇里州聖路易斯首次公開展示了無線電通信。在爲「費城佛蘭克林學院」以及全國電燈協會做個報告裏向，佢描述並演示了無線電通信個基本原理。佢所製作個儀器包含電子管發明之前無線電系統個所有基本要素[4]。
亞歷山大·波波夫垃1895年5月7日佢在彼得堡物理搭化學協會物理學部年會上演示了佢製成個一架無線電接收裝置－雷電指示器，箇天後首來畀俄羅斯定為「無線電日」慶祝。俄羅斯人認為佢才是無線電個發明人。
古列爾莫·馬可尼擁有通常畀認爲是世界上第一個無線電技術個專利，英國專利12039號，「電脈衝及信號傳輸技術個改進以及所需設備」[5]。
尼古拉•特斯拉1897年在美國獲得了無線電技術個專利。然而，美國專利局垃1904年擔其專利權撤銷，轉而授予馬可尼發明無線電個專利。昰隻舉動可能是受到馬可尼在美國個經濟後盾人物，包括湯瑪斯·愛迪生，安德魯·卡耐基影響個結果。1909年，馬可尼和卡爾·費迪南德·布勞恩由於「發明無線電報個貢獻」獲得諾貝爾物理學獎。
1898年，馬可尼在英格蘭切爾姆斯福德個霍爾街開辦了世界丄首家無線電工廠，雇傭了大約50人。
1943年，在特斯拉去世後嘸沒幾許辰光，美國最高法院重新認定特斯拉個專利有效。昰隻決定承認佢個發明在馬可尼個專利之前就已完成。有些人認為作出昰隻決定明顯是出於經濟原因。昰然[二戰]]中個美國政府就可以避免付畀馬可尼個公司專利使用費。
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收發機制
用於遠程通信個無線電系統通常包含以下個部件。無線電技術經過100多年個發展，昰些收發機制個實現方法已經變得多種多樣，而現代個工程師可以根據實際需求選擇最優個方法。
調製和發射器
每個無線電系統儕具有發射器。發射器個功能藉由能夠製造出所需振盪頻率個交流電源所實現。發射器含有用於調製個系統。其功能是擔電源輸送來個信號加以修改，並藉此傳遞信息。最簡單個調製方法是歇歇較個切斷脫電源，像煞拍電報時發報員個工作。昰種簡單個調製，手工就好完成。而現代無線電通訊所需個複雜調製嚜涉及到交關交流電屬性個細微調整，像振幅、頻率搭相位（而且往往同時調節個參數弗止一個）。隨後，發射器擔調製後個信號傳遞畀調諧過個共振天線。此舉能擔震盪電流轉化爲電磁波，並以無線個形式傳播（有辰光會受到偏振個影響）。
載波調幅藉由調整信號振幅（即信號強度），使之與所要傳遞個訊號個變化相同步，而傳送訊息。譬如嚜，信號強弱可用於描述話筒傳出個聲震動情況，或者用於確定電視熒幕上某個畫素個熒光情況。世界上首部聲訊電臺採用個就是此種調製方式，而時至今日它仍畀廣泛使用。"AM"目前常用於指中波廣播電臺。
調頻咾是通過調整載波個頻率來達到送信個目的。昰種情況下頭，載波個瞬時頻率同步於所傳遞個訊號個瞬時頻率。數位訊號個傳遞可以藉由擔載波在一排離散個頻率間切換來實現。此技術畀稱爲頻率偏移調變。
FM乃朝常指甚高頻高保真廣播。無線電視個音軌訊號也是通過超高頻信道傳送個。
天線
天線可以擔電流轉換成功無線電波，也可以擔無線電波轉換成功電流。常配合發送器或接收器一淘使用。在傳輸個辰光，發送器會產生震盪個無線電頻率電流到天線上，而天線會產生電磁輻射。在接收個辰光，天線會拮取電磁波個部份能量，產生微小個電壓，再透過接收器放大。天線可以用來傳送及接收個用途。
傳播
電磁波產生後，可以在空間中直接傳播，但其路徑也可能畀反射、折射及繞射等影響。電磁波個強度會因幾何距離而變小（平方反比定律），有排情形下介質也會吸收能量。雜訊也會影響電磁波個訊號，電磁干擾個來源可能是自然個，也可是人造個（譬如其他電磁波傳送器或是非蓄意輻射）。雜訊也可能因爲設備本身個特性而產生，如果雜訊個強度忒大，就無法分辨電磁波中個訊號及雜訊，昰個也是無線電通訊個基本限制
諧振
無線電中個諧振電路可以選擇接收特定頻段個信號。諧振電路可以衹針對特定頻率個信號有較大個響應，對其他特定頻率信號個響應會較小，因此無線電接收器可以區分弗同頻率下個信號。
接收器搭解調
電磁波可以用調諧過個天線接收其訊號。天線可以拮取一些電磁波個能量，變成電路中個諧振電流。接收器可以將電流解調，轉換成可用個訊號。接收器一般也會調諧到可以接收特定頻段個訊號，拒絕其他頻段個信號[6]。
早期個無線電系統只靠天線拮取到個能量來產生訊號[7]。後來發明了像真空管及電晶體等電子設備，可以擔微弱個訊號放大，因此無線電就更爲普及。無線電個應用包括無線對講機、兒童個玩具、到無人行星探測任務先鋒計劃個控制，也包括廣播及其他個應用[8]。
無線電接收機從天線中接收訊號，利用電子濾波器從天線接收到個訊號中分離出想要個訊號，再利用放大器擔訊號放大到適合後續處理個準位，最後擔訊號轉換爲使用者需要個形式，譬如聲音、影像、數位資料、量測值及導航個位置等[9]。
無線電頻段
無線電個頻率範圍從數Hz到300GHz，弗過商業上重要個無線電頻段衹佔其中個一小部份[10]。其他頻率超過無線電個電磁波包括微波、紅外線、可見光、紫外線、X光及伽馬射線。由於無線電頻率範圍內個光子能量忒小，無法游離原子中個電子，因此無線電歸類爲非游離輻射。
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無線電個用途
無線電個最早應用垃航海中，使用摩爾斯電報在船與陸地間傳遞信息。乃歇，無線電有著多種應用形式，包括無線數據網，各種移動通信以及無線電廣播咾啥。
以下是一些無線電技術個主要應用:
通信
聲音
- 聲音廣播個最早形式是航海無線電報。佢採用開關控制連續波個發射與否，由此在接收機產生斷續個聲音信號，即摩爾斯電碼。
- 調幅廣播可以傳播音樂搭聲音。調幅廣播採用幅度調製技術，即話筒處接受個音量越大則電臺發射個能量也越大。 昰然個信號容易受到諸如閃電或其他干擾源個干擾。
- 調頻廣播可以比調幅廣播更高個保真度傳播音樂搭聲音。對頻率調製而言，話筒處接受個音量越大對應發射信號個頻率越高。調頻廣播工作於甚高頻段(Very High Frequency, VHF)。頻段越高，其所擁有個頻率帶寬也越大，因而可以容納更多個電臺。同時，波長越短個無線電波個傳播也越接近於光波直線傳播個特性。
- 調頻廣播個邊帶可以用來傳播數位訊號像，電臺標識、節目名稱簡介、網址、股市信息咾啥。在有些國家，當畀移動至一個新個地區後，調頻收音機可以自動根據邊帶信息自動尋找原來個頻道。
- 航海搭航空中使用個話音電臺應用VHF調幅技術。昰使得飛機搭船舶上可以使用輕型天線。
- 政府、消防、警察搭商業使用個電臺通常在專用頻段上應用窄帶調頻技術。昰些應用通常使用5KHz個帶寬。相對於調頻廣播或電視伴音個16KHz帶寬，保真度上弗得弗作出犧牲。
- 民用或軍用高頻話音服務使用短波用於船舶，飛機或孤立地點間個通訊。大多數情況下，儕使用單邊帶技術，昰然相對於調幅技術可以節省一半個頻帶，並更有效地利用發射功率。
- 地面中繼式無線電(Terrestial Trunked Radio, TETRA)是一種爲軍隊、警察、急救及交通等特殊部門設計個數字集群電話系統。
電話
電視
- 通常個模擬電視信號採用將圖像調幅，伴音調頻併合成在同一信號中傳播。
- 數位電視採用H.264圖像壓縮技術，由此大約僅需模擬電視信號1/16個帶寬。
緊急服務
- 無線電緊急定位信標(emergency position indicating radio beacons, EPIRBs)，緊急定位發射機或個人定位信標是用來在緊急情況下對人員或測量通過衛星進行定位個小型無線電發射機。佢個作用是提供畀救援人員目標個精確位置，以便提供及時個救援。
數據傳輸
- 數字微波傳輸設備、衛星等通常採用正交幅度調製。QAM調製方式同時利用信號個幅度和相位加載信息。昰然嚜，可以在同樣個帶寬上傳遞更大個數據量。
- IEEE 802.11是當前無線區域網個標準，採用2GHz或5GHz頻段，數據傳輸速率爲11 Mbps或54 Mbps。
- 藍牙(Bluetooth)是一種短距離無線通訊個技術。
- IEEE 802.15.4(ZigBee)是低功耗個域網協議。據此協議個技術是一種短距離、低功耗個無線通信技術。ZigBee主要適用於自動控制搭遠程控制領域，支持地理定位功能，是一種介於無線標記技術搭藍牙技術之間個技術提案。Zig-Bee主要特點是工作頻段免執照； 1個節點工作6～24個月；協議簡單且免費，成本低廉。
辨識
- 利用主動及畀動無線電裝置可以辨識以及表明物體身分。（參見射頻識別）
業餘無線電
- 業餘無線電是無線電愛好者參與個無線電臺通訊。業餘無線電臺可以使用整個頻譜上很多開放個頻帶。愛好者使用弗同形式個編碼方式搭技術。有些後首來商用個技術，比方調頻，單邊帶調幅，數字分組無線電搭衛星信號轉發器，儕是由業餘愛好者首先應用個。
導航
- 所有個衛星導航系統儕使用裝備了精確時鐘個衛星。導航衛星播發其位置搭定時信息。接收機同時接受多顆導航衛星個信號。接收機通過測量電波個傳播時間得出佢到各個衛星個距離，然後計算得出其精確位置。
- Loran系統也使用無線電波個傳播時間進行定位，弗過其發射臺儕垃拉陸地上。
- VOR系統通常用於飛行定位。佢使用兩臺發射機，一臺指向性發射機始終發射並象燈塔個射燈一樣按照固定個速率旋轉。當指向型發射機朝向北方個辰光，另一全向發射機會發射脈衝。飛機可以接收兩隻VOR臺個信號，從而通過推算兩個波束個交點確定其位置。
- 無線電定向是無線電導航個最早形式。無線電定向使用可移動個環形天線來尋找電臺個方向。
雷達
- 雷達通過測量反射無線電波個延遲來推算目標個距離。並通過反射波個偏振和頻率感應目標個表面類型。
- 導航雷達使用超短波掃描目標區域。一般掃描頻率為每分鐘兩到四次，通過反射波確定地形。昰種技術通常應用在商船搭長距離商用飛機上。
- 多用途雷達通常使用導航雷達個頻段。不過，其所發射個脈衝經過調製搭偏振化以便確定反射體個表面類型。優良個多用途雷達可以辨別暴雨、陸地、車輛咾啥。
- 搜索雷達運用短波脈衝掃描目標區域，通常每分鐘2－4次。有些搜索雷達應用多普勒效應可以擔移動物體同背景中區分開來
- 尋個雷達採用於搜索雷達類似個原理，弗過對較小個區域進行快速反覆掃描，通常可達每秒鐘幾趟。
- 氣象雷達搭搜索雷達類似，但使用圓偏振波以及水滴易於反射個波長。風廓線雷達利用多普勒效應測量風速，多普勒雷達利用多普勒效應檢測災害性天氣。
加熱
- 微波爐利用高功率個微波對食物加熱。（註：一種通常個誤解認為微波爐使用個頻率為水分子個共振頻率。而實際上使用個頻率大概是水分子共振頻率個十分之一。）
動力
- 無線電波可以產生微弱個靜電力和磁力。在微重力條件下，昰個可以畀用來固定物體個位置。
- 宇航動力：有方案提出可以使用高強度微波輻射產生個壓力作為星際探測器個動力。
遙距操控
- 無線電畀應用在各種需要遙距控制個設備丄。操控者透過發射器發出指令而設備上個接收器則根據所收到來自發射器個指令對設備上個各部份進行操作。例子有得無人架駛偵察機、各種遙控模型、各種機械人等。
天文學
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相關主題
- 無線電接收機
- 調變
- 射頻
參考
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