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无线电波

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偶极子天线正在向外放射无线电波的动画。图中的黑线表示的是电场。图中央的天线是两个竖直的金属棒,由发送器(图中未画出)向天线输送交流电。电压在天线的两端来回交替,有时为正(+),有时为负(−)。天线由此产生的电场以光速行进,图中所示的黑环即为无线电波。动画已放慢,实际速度比这个要快得多。
偶极子天线正在向外放射无线电波的动画。图中的黑线表示的是电场。图中央的天线是两个竖直的金属棒,由发送器(图中未画出)向天线输送交流电电压在天线的两端来回交替,有时为正(+),有时为负(−)。天线由此产生的电场以光速行进,图中所示的黑环即为无线电波。动画已放慢,实际速度比这个要快得多。

无线电波(英语:Radio waves)有时也称无线电射频,是一种电磁波,其波长电磁波谱中比红外线长。无线电波的频率在300 GHz到3 kHz之间,但也有定义将任何1 GHz或3 GHz以上的电波划为微波。当频率在300 GHz时,无线电波对应的波长为1 mm(0.039英寸);在3 kHz时,波长为100 km(62 mi)。和其他电磁波一样,无线电波也以光速行进。自然界中的无线电波主要是由闪电或者宇宙天体形成。

无线电波由无线电发射器产生,并由无线电接收器使用天线接收。无线电波在现代技术中广泛用于固定和移动无线电通信广播雷达和无线电导航、通信卫星无线计算机网络等。不同频率的无线电波在地球大气层中具有不同的传播特性;长波可以在山脉等障碍物周围衍射并随地球表面进行传播(地波),较短的波可以从电离层被反射并传播至地平线以外(天波),而短得多的波长则很少弯曲或衍射并继续以视线传播,因此它们的传播距离仅限于地平线

为了防止不同无线电台之间的干扰,无线电波的人为操作行为受到法律的严格监管,由国际电信联盟(ITU) 协调,该国际机构将无线电波定义为“在太空中传播的频率低于 3,000 GHz电磁波”。 [1]无线电频谱根据频率分为多个无线电频段,分配不同的用途。

单极天线发射的无线电波的电场(E) 和磁场(H) 示意图(中心的黑色垂直线)。如右下角的相图所示,E 场和 H 场是垂直的。
单极天线发射的无线电波的电场(E) 和磁场(H) 示意图(中心的黑色垂直线)。如右下角的相图所示,E 场和 H 场是垂直的。

发现和利用

1867 年,苏格兰数学物理学家 詹姆斯·克拉克·麦克斯韦James Clerk Maxwell )在数学理论上首次预测了无线电波。 [2]他的数学理论,现在称为麦克斯韦方程组,预测耦合的电场磁场可以作为“电磁波”穿过空间。麦克斯韦提出光是由波长很短的电磁波组成的。 1887 年,德国物理学家海因里希·赫兹 (Heinrich Hertz ) 在他的实验室中通过实验产生无线电波证明了麦克斯韦电磁波的真实性, [3]表明它们表现出与光相同的波特性:驻波折射衍射偏振。意大利发明家古列尔莫·马可尼在 1894-1895 年左右开发了第一台实用的无线电发射器和接收器。他因无线电获得了 1909 年的诺贝尔物理学奖。无线电通信在 1900 年左右开始在商业上使用。现代术语“无线电波”在 1912 年左右取代了原来的名称“赫兹波”。

半波偶极子天线正在接收无线电波。天线由连接到接收器.mw-parser-output .serif{font-family:Times,serif}R的两个金属棒组成。入射波的电场( E ,绿色箭头)推动天线中的电子来回移动,使两端交替充电(+)和负(-) 。由于天线的长度是波长的二分之一,振荡场会在棒中感应出电压驻波( V ,由红色波段表示)和电流。振荡电流(黑色箭头)沿传输线向下流动并通过接收器(由电阻R表示)。
半波偶极子天线正在接收无线电波。天线由连接到接收器R的两个金属棒组成。入射波的电场E ,绿色箭头)推动天线中的电子来回移动,使两端交替充电(+)和负(-) 。由于天线的长度是波长的二分之一,振荡场会在棒中感应出电压驻波V ,由红色波段表示)和电流。振荡电流(黑色箭头)沿传输线向下流动并通过接收器(由电阻R表示)。
  1. ^ Ch. 1: Terminology and technical characteristics - Terms and definitions (PDF). Geneva, CH: ITU. 2016: 7 [2022-03-11]. ISBN 9789261191214. (原始内容 (PDF)存档于2019-10-28). 
  2. ^ Harman, Peter Michael. The natural philosophy of James Clerk Maxwell. Cambridge, UK: Cambridge University Press. 1998: 6. ISBN 0-521-00585-X. 
  3. ^ Edwards, Stephen A. Heinrich Hertz and electromagnetic radiation. American Association for the Advancement of Science. [13 April 2021]. (原始内容存档于2022-06-15). 
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