無線電
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无线电，又称无线电波、射频电波、电波，或射频，是指在自由空间（包括空气搭真空）传播个电磁波，在电磁波谱丄，其波长长于红外线光（IR）。频率范围为300 GHz以下[1] ，其对应个波长范围为1公釐以上。就像其他电磁波一样，无线电波以光速前进。经由闪电或天文物体，可以产生自然个无线电波。由人工产生个无线电波，畀应用在无线通讯、广播、雷达、通讯卫星、导航系统、电脑网路等应用丄向。
无线电发射机，借由交流电，经过振荡器，变成高频率交流电，产生电磁场，而经由电磁场可产生无线电波[2]。无线电波像磁铁，有同性相斥、异性相吸个现象。同类电子会互相排斥，葛咾当无线电波射出个辰光，会得担前方电波往前推，当连续电波一直射出来个辰光嚜，电波就会得在空气当中传播[3]。
无线电技术是通过无线电波传播信号个技术，其原理垃拉，导体中电流强弱个改变会产生无线电波。利用昰只现象，通过调制可担信息加载于无线电波之上。当电波通过空间传播到达收信端，电波引起个电磁场变化又会得在导体中产生电流。通过解调担讯息从电流变化中提取出来，就达到了资讯传递个目的。
麦克斯韦最早在佢递交畀英国皇家学会个论文《电磁场个动力理论》中阐明了电磁波传播个理论基础。佢个昰些工作完成于1861年至1865年之间。
海因里希·鲁道夫·赫兹在1886年至1888年间首先通过试验验证了麦克斯韦尔个理论。佢证明了无线电辐射具有波个所有特性，并发现电磁场方程可以用偏微分方程表达，通常称为波动方程。
1906年圣诞前夜，范信达在美国麻萨诸塞州采用外差法实现了历史上首次无线电广播。范信达广播了佢自家用小提琴演奏“平安夜”搭朗诵《圣经》片段。垃拉英格兰切尔姆斯福德个马可尼研究中心在1922年开播世界丄第一个定期播出个无线电广播娱乐节目。
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发明
关于谁人是无线电台个发明人还存在争议，乃朝普遍认为是尼古拉·特斯拉。
1893年，尼古拉·特斯拉在美国密苏里州圣路易斯首次公开展示了无线电通信。在为“费城佛兰克林学院”以及全国电灯协会做个报告里向，佢描述并演示了无线电通信个基本原理。佢所制作个仪器包含电子管发明之前无线电系统个所有基本要素[4]。
亚历山大·波波夫垃1895年5月7日佢在彼得堡物理搭化学协会物理学部年会上演示了佢制成个一架无线电接收装置－雷电指示器，个天后首来畀俄罗斯定为“无线电日”庆祝。俄罗斯人认为佢才是无线电个发明人。
古列尔莫·马可尼拥有通常畀认为是世界上第一个无线电技术个专利，英国专利12039号，“电脉冲及信号传输技术个改进以及所需设备”[5]。
尼古拉•特斯拉1897年在美国获得了无线电技术个专利。然而，美国专利局垃1904年担其专利权撤销，转而授予马可尼发明无线电个专利。昰只举动可能是受到马可尼在美国个经济后盾人物，包括汤玛斯·爱迪生，安德鲁·卡耐基影响个结果。1909年，马可尼和卡尔·费迪南德·布劳恩由于“发明无线电报个贡献”获得诺贝尔物理学奖。
1898年，马可尼在英格兰切尔姆斯福德个霍尔街开办了世界丄首家无线电工厂，雇佣了大约50人。
1943年，在特斯拉去世后呒没几许辰光，美国最高法院重新认定特斯拉个专利有效。昰只决定承认佢个发明在马可尼个专利之前就已完成。有些人认为作出昰只决定明显是出于经济原因。昰然[二战]]中个美国政府就可以避免付畀马可尼个公司专利使用费。
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收发机制
用于远程通信个无线电系统通常包含以下个部件。无线电技术经过100多年个发展，昰些收发机制个实现方法已经变得多种多样，而现代个工程师可以根据实际需求选择最优个方法。
调制和发射器
每个无线电系统侪具有发射器。发射器个功能借由能够制造出所需振荡频率个交流电源所实现。发射器含有用于调制个系统。其功能是担电源输送来个信号加以修改，并借此传递信息。最简单个调制方法是歇歇较个切断脱电源，像煞拍电报时发报员个工作。昰种简单个调制，手工就好完成。而现代无线电通讯所需个复杂调制嚜涉及到交关交流电属性个细微调整，像振幅、频率搭相位（而且往往同时调节个参数弗止一个）。随后，发射器担调制后个信号传递畀调谐过个共振天线。此举能担震荡电流转化为电磁波，并以无线个形式传播（有辰光会受到偏振个影响）。
载波调幅借由调整信号振幅（即信号强度），使之与所要传递个讯号个变化相同步，而传送讯息。譬如嚜，信号强弱可用于描述话筒传出个声震动情况，或者用于确定电视荧幕上某个画素个荧光情况。世界上首部声讯电台采用个就是此种调制方式，而时至今日它仍畀广泛使用。"AM"目前常用于指中波广播电台。
调频咾是通过调整载波个频率来达到送信个目的。昰种情况下头，载波个瞬时频率同步于所传递个讯号个瞬时频率。数位讯号个传递可以借由担载波在一排离散个频率间切换来实现。此技术畀称为频率偏移调变。
FM乃朝常指甚高频高保真广播。无线电视个音轨讯号也是通过超高频信道传送个。
天线
天线可以担电流转换成功无线电波，也可以担无线电波转换成功电流。常配合发送器或接收器一淘使用。在传输个辰光，发送器会产生震荡个无线电频率电流到天线上，而天线会产生电磁辐射。在接收个辰光，天线会拮取电磁波个部份能量，产生微小个电压，再透过接收器放大。天线可以用来传送及接收个用途。
传播
电磁波产生后，可以在空间中直接传播，但其路径也可能畀反射、折射及绕射等影响。电磁波个强度会因几何距离而变小（平方反比定律），有排情形下介质也会吸收能量。杂讯也会影响电磁波个讯号，电磁干扰个来源可能是自然个，也可是人造个（譬如其他电磁波传送器或是非蓄意辐射）。杂讯也可能因为设备本身个特性而产生，如果杂讯个强度忒大，就无法分辨电磁波中个讯号及杂讯，昰个也是无线电通讯个基本限制
谐振
无线电中个谐振电路可以选择接收特定频段个信号。谐振电路可以衹针对特定频率个信号有较大个响应，对其他特定频率信号个响应会较小，因此无线电接收器可以区分弗同频率下个信号。
接收器搭解调
电磁波可以用调谐过个天线接收其讯号。天线可以拮取一些电磁波个能量，变成电路中个谐振电流。接收器可以将电流解调，转换成可用个讯号。接收器一般也会调谐到可以接收特定频段个讯号，拒绝其他频段个信号[6]。
早期个无线电系统只靠天线拮取到个能量来产生讯号[7]。后来发明了像真空管及电晶体等电子设备，可以担微弱个讯号放大，因此无线电就更为普及。无线电个应用包括无线对讲机、儿童个玩具、到无人行星探测任务先锋计划个控制，也包括广播及其他个应用[8]。
无线电接收机从天线中接收讯号，利用电子滤波器从天线接收到个讯号中分离出想要个讯号，再利用放大器担讯号放大到适合后续处理个准位，最后担讯号转换为使用者需要个形式，譬如声音、影像、数位资料、量测值及导航个位置等[9]。
无线电频段
无线电个频率范围从数Hz到300GHz，弗过商业上重要个无线电频段衹占其中个一小部份[10]。其他频率超过无线电个电磁波包括微波、红外线、可见光、紫外线、X光及伽马射线。由于无线电频率范围内个光子能量忒小，无法游离原子中个电子，因此无线电归类为非游离辐射。
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无线电个用途
无线电个最早应用垃航海中，使用摩尔斯电报在船与陆地间传递信息。乃歇，无线电有著多种应用形式，包括无线数据网，各种移动通信以及无线电广播咾啥。
以下是一些无线电技术个主要应用:
通信
声音
- 声音广播个最早形式是航海无线电报。佢采用开关控制连续波个发射与否，由此在接收机产生断续个声音信号，即摩尔斯电码。
- 调幅广播可以传播音乐搭声音。调幅广播采用幅度调制技术，即话筒处接受个音量越大则电台发射个能量也越大。 昰然个信号容易受到诸如闪电或其他干扰源个干扰。
- 调频广播可以比调幅广播更高个保真度传播音乐搭声音。对频率调制而言，话筒处接受个音量越大对应发射信号个频率越高。调频广播工作于甚高频段(Very High Frequency, VHF)。频段越高，其所拥有个频率带宽也越大，因而可以容纳更多个电台。同时，波长越短个无线电波个传播也越接近于光波直线传播个特性。
- 调频广播个边带可以用来传播数位讯号像，电台标识、节目名称简介、网址、股市信息咾啥。在有些国家，当畀移动至一个新个地区后，调频收音机可以自动根据边带信息自动寻找原来个频道。
- 航海搭航空中使用个话音电台应用VHF调幅技术。昰使得飞机搭船舶上可以使用轻型天线。
- 政府、消防、警察搭商业使用个电台通常在专用频段上应用窄带调频技术。昰些应用通常使用5KHz个带宽。相对于调频广播或电视伴音个16KHz带宽，保真度上弗得弗作出牺牲。
- 民用或军用高频话音服务使用短波用于船舶，飞机或孤立地点间个通讯。大多数情况下，侪使用单边带技术，昰然相对于调幅技术可以节省一半个频带，并更有效地利用发射功率。
- 地面中继式无线电(Terrestial Trunked Radio, TETRA)是一种为军队、警察、急救及交通等特殊部门设计个数字集群电话系统。
电话
电视
- 通常个模拟电视信号采用将图像调幅，伴音调频并合成在同一信号中传播。
- 数位电视采用H.264图像压缩技术，由此大约仅需模拟电视信号1/16个带宽。
紧急服务
- 无线电紧急定位信标(emergency position indicating radio beacons, EPIRBs)，紧急定位发射机或个人定位信标是用来在紧急情况下对人员或测量通过卫星进行定位个小型无线电发射机。佢个作用是提供畀救援人员目标个精确位置，以便提供及时个救援。
数据传输
- 数字微波传输设备、卫星等通常采用正交幅度调制。QAM调制方式同时利用信号个幅度和相位加载信息。昰然嚜，可以在同样个带宽上传递更大个数据量。
- IEEE 802.11是当前无线区域网个标准，采用2GHz或5GHz频段，数据传输速率为11 Mbps或54 Mbps。
- 蓝牙(Bluetooth)是一种短距离无线通讯个技术。
- IEEE 802.15.4(ZigBee)是低功耗个域网协议。据此协议个技术是一种短距离、低功耗个无线通信技术。ZigBee主要适用于自动控制搭远程控制领域，支持地理定位功能，是一种介于无线标记技术搭蓝牙技术之间个技术提案。Zig-Bee主要特点是工作频段免执照； 1个节点工作6～24个月；协议简单且免费，成本低廉。
辨识
- 利用主动及畀动无线电装置可以辨识以及表明物体身分。（参见射频识别）
业余无线电
- 业余无线电是无线电爱好者参与个无线电台通讯。业余无线电台可以使用整个频谱上很多开放个频带。爱好者使用弗同形式个编码方式搭技术。有些后首来商用个技术，比方调频，单边带调幅，数字分组无线电搭卫星信号转发器，侪是由业余爱好者首先应用个。
导航
- 所有个卫星导航系统侪使用装备了精确时钟个卫星。导航卫星播发其位置搭定时信息。接收机同时接受多颗导航卫星个信号。接收机通过测量电波个传播时间得出佢到各个卫星个距离，然后计算得出其精确位置。
- Loran系统也使用无线电波个传播时间进行定位，弗过其发射台侪垃拉陆地上。
- VOR系统通常用于飞行定位。佢使用两台发射机，一台指向性发射机始终发射并象灯塔个射灯一样按照固定个速率旋转。当指向型发射机朝向北方个辰光，另一全向发射机会发射脉冲。飞机可以接收两只VOR台个信号，从而通过推算两个波束个交点确定其位置。
- 无线电定向是无线电导航个最早形式。无线电定向使用可移动个环形天线来寻找电台个方向。
雷达
- 雷达通过测量反射无线电波个延迟来推算目标个距离。并通过反射波个偏振和频率感应目标个表面类型。
- 导航雷达使用超短波扫描目标区域。一般扫描频率为每分钟两到四次，通过反射波确定地形。昰种技术通常应用在商船搭长距离商用飞机上。
- 多用途雷达通常使用导航雷达个频段。不过，其所发射个脉冲经过调制搭偏振化以便确定反射体个表面类型。优良个多用途雷达可以辨别暴雨、陆地、车辆咾啥。
- 搜索雷达运用短波脉冲扫描目标区域，通常每分钟2－4次。有些搜索雷达应用多普勒效应可以担移动物体同背景中区分开来
- 寻个雷达采用于搜索雷达类似个原理，弗过对较小个区域进行快速反复扫描，通常可达每秒钟几趟。
- 气象雷达搭搜索雷达类似，但使用圆偏振波以及水滴易于反射个波长。风廓线雷达利用多普勒效应测量风速，多普勒雷达利用多普勒效应检测灾害性天气。
加热
- 微波炉利用高功率个微波对食物加热。（注：一种通常个误解认为微波炉使用个频率为水分子个共振频率。而实际上使用个频率大概是水分子共振频率个十分之一。）
动力
- 无线电波可以产生微弱个静电力和磁力。在微重力条件下，昰个可以畀用来固定物体个位置。
- 宇航动力：有方案提出可以使用高强度微波辐射产生个压力作为星际探测器个动力。
遥距操控
- 无线电畀应用在各种需要遥距控制个设备丄。操控者透过发射器发出指令而设备上个接收器则根据所收到来自发射器个指令对设备上个各部份进行操作。例子有得无人架驶侦察机、各种遥控模型、各种机械人等。
天文学
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相关主题
- 无线电接收机
- 调变
- 射频
参考
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