無(wú)線電

       無(wú)線電波是指在自由空間（包括空氣和真空）傳播的射頻頻段的電磁波。無(wú)線電波的波長(zhǎng)越短、頻率越高，相同時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒕驮蕉唷?/p>

       無(wú)線電波在空間中的傳播方式有以下情況：直射、反射、折射、穿透、繞射（衍射）和散射。

簡(jiǎn)介

　　無(wú)線電技術(shù)是通過(guò)無(wú)線電波傳播信號(hào)的技術(shù)。

　　無(wú)線電技術(shù)的原理在于，導(dǎo)體中電流強(qiáng)弱的改變會(huì)產(chǎn)生無(wú)線電波。利用這一現(xiàn)象，通過(guò)調(diào)制可將信息加載于無(wú)線電波之上。當(dāng)電波通過(guò)空間傳播到達(dá)收信端，電波引起的電磁場(chǎng)變化又會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生電流。通過(guò)解調(diào)將信息從電流變化中提取出來(lái)，就達(dá)到了信息傳遞的目的。

　　麥克斯韋最早在他遞交給英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的論文《電磁場(chǎng)的動(dòng)力理論》中闡明了電磁波傳播的理論基礎(chǔ)。他的這些工作完成于1861年至1865年之間。

　　1864年，英國(guó)科學(xué)家麥克斯韋在總結(jié)前人研究電磁現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，建立了完整的電磁波理論。他斷定電磁波的存在，推導(dǎo)出電磁波與光具有同樣的傳播速度。1887年德國(guó)物理學(xué)家赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。之后，人們又進(jìn)行了許多實(shí)驗(yàn)，不僅證明光是一種電磁波，而且發(fā)現(xiàn)了更多形式的電磁波，它們的本質(zhì)完全相同，只是波長(zhǎng)和頻率有很大的差別。

　　海因里希-魯?shù)婪?赫茲（Heinrich Rudolf Hertz）在1886年至1888年間首先通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了麥克斯韋的理論。他證明了無(wú)線電輻射具有波的所有特性，并發(fā)現(xiàn)電磁場(chǎng)方程可以用偏微分方程表達(dá)，通常稱為波動(dòng)方程。

　　1906年圣誕前夜，雷吉納德-菲森登（Reginald Fessenden）在美國(guó)麻薩諸塞州采用外差法實(shí)現(xiàn)了歷史上首次無(wú)線電廣播。菲森登廣播了他自己用小提琴演奏“平安夜”和朗誦《圣經(jīng)》片段。位于英格蘭切爾姆斯福德的馬可尼研究中心在1922年開(kāi)播世界上第一個(gè)定期播出的無(wú)線電廣播娛樂(lè)節(jié)目。

基礎(chǔ)知識(shí)

　　電磁波
（1）產(chǎn)生：當(dāng)導(dǎo)體中通過(guò)迅速變化的電流時(shí)，導(dǎo)體就會(huì)向它周?chē)目臻g發(fā)射電磁波。
（2）傳播：電磁波的傳播不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播，也可在介質(zhì)中傳播。無(wú)線電 通信 中使用的電磁波叫無(wú)線電波，是頻率在一定范圍內(nèi)的電磁波。
（3）頻率、波長(zhǎng)、波速間的關(guān)系：電磁波在真空中傳播的速度與光速相同，在空氣中傳播的速度和在真空中近似。頻率、波長(zhǎng)、波速三者間的關(guān)系為波速=波長(zhǎng)x頻率（或波速=波長(zhǎng)/周期），用字母表示為v=λf（或v=λ/t）。

波段及主要應(yīng)用

波段及主要應(yīng)用

 　　無(wú)線電廣播和電視
（1）無(wú)線電波是一種信息運(yùn)載工具，利用它來(lái)傳遞聲音信號(hào)和圖像信號(hào)。
（2）發(fā)射過(guò)程（電臺(tái)和電視臺(tái)完成）。
（3）接收過(guò)程（收音機(jī)和電視機(jī)完成）。

無(wú)線電波歷史

       麥克斯韋最早在他遞交給英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的論文《電磁場(chǎng)的動(dòng)力理論》中闡明了電磁波傳播的理論基礎(chǔ)。他的這些工作完成于1861年至1865年之間。

       海因里希·魯?shù)婪颉ず掌澰?886年至1888年間首先通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了麥克斯韋的理論。波動(dòng)方程。

       1906年圣誕前夜，范信達(dá)（Reginald Fessenden）在美國(guó)馬薩諸塞州采用外差法實(shí)現(xiàn)了歷史上首次無(wú)線電廣播。范信達(dá)廣播了他自己用小提琴演奏“平安夜”和朗誦《圣經(jīng)》片段。位于英格蘭切爾姆斯福德的馬可尼研究中心在1922年開(kāi)播世界上第一個(gè)定期播出的無(wú)線電廣播娛樂(lè)節(jié)目。

       赫茲（Heinrich Rudolf Hertz）在1886年至1888年間首先通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了麥克斯韋的理論。他證明了無(wú)線電輻射具有波的所有特性，并發(fā)現(xiàn)電磁場(chǎng)方程可以用偏微分方程表達(dá)，通常稱波動(dòng)方程。

       1893年，尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）在美國(guó)密蘇里州圣路易斯首次公開(kāi)展示了無(wú)線電通信。在為“費(fèi)城富蘭克林學(xué)院”以及“全國(guó)電燈協(xié)會(huì)”做的報(bào)告中，他描述并演示了無(wú)線電通信的基本原理。他所制作的儀器包含電子管發(fā)明之前無(wú)線電系統(tǒng)的所有基本要素。

       馬可尼（Guglielmo Marconi）擁有通常被認(rèn)為是世界上第一個(gè)無(wú)線電技術(shù)的專(zhuān)利，英國(guó)專(zhuān)利12039號(hào)，“電脈沖及信號(hào)傳輸技術(shù)的改進(jìn)以及所需設(shè)備”。

       1897年，尼古拉·特斯拉在美國(guó)獲得了無(wú)線電技術(shù)的專(zhuān)利。1898年，馬可尼在英格蘭切爾姆斯福德的霍爾街開(kāi)辦了世界上首家無(wú)線電工廠，雇傭了大約50人。然而，美國(guó)專(zhuān)利局于1904年將其專(zhuān)利權(quán)撤銷(xiāo)，轉(zhuǎn)而授予馬可尼發(fā)明無(wú)線電的專(zhuān)利。這一舉動(dòng)可能是受到馬可尼在美國(guó)的經(jīng)濟(jì)后盾人物，包括愛(ài)迪生，安德魯·卡耐基影響的結(jié)果。1909年，馬可尼和卡爾·菲迪南德·布勞恩（Karl Ferdinand Braun）由于“發(fā)明無(wú)線電報(bào)的貢獻(xiàn)”獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

       1943年，在特斯拉去世后不久，美國(guó)最高法院重新認(rèn)定特斯拉的專(zhuān)利有效。這一決定承認(rèn)他的發(fā)明在馬可尼的專(zhuān)利之前就已完成。有些人認(rèn)為作出這一決定明顯是出于經(jīng)濟(jì)原因。這樣二戰(zhàn)中的美國(guó)政府就可以避免付給馬可尼公司專(zhuān)利使用費(fèi)。

無(wú)線電波應(yīng)用

       無(wú)線電最早應(yīng)用于航海中，使用摩爾斯電報(bào)在船與陸地間傳遞信息。無(wú)線電有著多種應(yīng)用形式，包括無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)，各種移動(dòng)通信以及無(wú)線電廣播等。

       以下是一些無(wú)線電技術(shù)的主要應(yīng)用:

航海

       廣播的最早形式是航海無(wú)線電報(bào)。它采用開(kāi)關(guān)控制連續(xù)波的發(fā)射與否，由此在接收機(jī)產(chǎn)生的信號(hào)，即摩爾斯電碼。

       *調(diào)幅廣播可以傳播電臺(tái)信號(hào)。調(diào)幅廣播采用幅度調(diào)制技術(shù)，即接受的強(qiáng)度越大則電臺(tái)發(fā)射的能量也越大。這樣的信號(hào)容易受到諸如閃電或其他干擾源的干擾。

       *調(diào)頻廣播可以比調(diào)幅廣播更高的保真度傳播電臺(tái)信號(hào)。對(duì)頻率調(diào)制而言，帶寬越大對(duì)應(yīng)發(fā)射信號(hào)的頻率越高。調(diào)頻廣播工作于甚高頻段（Very High Frequency，VHF）。頻段越高，其所擁有的頻率帶寬也越大，因而可以容納更多的電臺(tái)。同時(shí)，波長(zhǎng)越短的無(wú)線電波的傳播也越接近于光波直線傳播的特性。

       *調(diào)頻廣播的邊帶可以用來(lái)傳播數(shù)字信號(hào)如，電臺(tái)標(biāo)識(shí)、節(jié)目名稱簡(jiǎn)介、網(wǎng)址、股市信息等。在有些國(guó)家，當(dāng)被移動(dòng)至一個(gè)新的地區(qū)后，調(diào)頻收音機(jī)可以自動(dòng)根據(jù)邊帶信息自動(dòng)尋找原來(lái)的頻道。

       *航海和航空中使用的電臺(tái)應(yīng)用VHF調(diào)幅技術(shù)。這使得飛機(jī)和船舶上可以使用輕型天線。

       *政府、消防、警察和商業(yè)使用的電臺(tái)通常在專(zhuān)用頻段上應(yīng)用窄帶調(diào)頻技術(shù)。這些應(yīng)用通常使用5KHz的帶寬。相對(duì)于調(diào)頻廣播或電視的帶寬，保真度上不得不作出犧牲。

       *民用或軍用高頻服務(wù)使用短波用于船舶，飛機(jī)或孤立地點(diǎn)間的通訊。大多數(shù)情況下，都使用單邊帶技術(shù)，這樣相對(duì)于調(diào)幅技術(shù)可以節(jié)省一半的頻帶，并更有效地利用發(fā)射功率。

       *陸地中繼無(wú)線電(Terrestial Trunked Radio,TETRA)是一種為軍隊(duì)、警察、急救等特殊部門(mén)設(shè)計(jì)的數(shù)字集群電話系統(tǒng)。

       *業(yè)余無(wú)線電是無(wú)線電愛(ài)好者參與的無(wú)線電臺(tái)通訊。業(yè)余無(wú)線電臺(tái)可以使用整個(gè)頻譜上很多開(kāi)放的頻帶。愛(ài)好者使用不同形式的編碼方式和技術(shù)。有些后來(lái)商用的技術(shù)，比如調(diào)頻，單邊帶調(diào)幅，數(shù)字分組無(wú)線電和衛(wèi)星信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器，都是由業(yè)余愛(ài)好者首先應(yīng)用的。

通話

       *蜂窩電話或移動(dòng)電話是當(dāng)前最普遍應(yīng)用的無(wú)線通信方式。蜂窩電話覆蓋區(qū)通常分為多個(gè)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)由一個(gè)基站發(fā)射機(jī)覆蓋。理論上，小區(qū)的形狀為蜂窩狀六邊形，這也是蜂窩電話名稱的來(lái)源。當(dāng)前廣泛使用的移動(dòng)電話系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)包括：GSM，CDMA和TDMA。少數(shù)運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開(kāi)始提供下一代的3G移動(dòng)通信服務(wù)，其主導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)為UMTS和CDMA2000。

       *衛(wèi)星電話存在兩種形式：INMARSAT和銥星系統(tǒng)。兩種系統(tǒng)都提供全球覆蓋服務(wù)。INMARSAT使用地球同步衛(wèi)星，需要定向的高增益天線。銥星則是低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)，直接使用手機(jī)天線

視頻

       *通常的模擬電視信號(hào)采用將圖像調(diào)幅，調(diào)頻并合成在同一信號(hào)中傳播。

       *數(shù)字電視采用MPEG-2圖像壓縮技術(shù)，由此大約僅需模擬電視信號(hào)一半的帶寬。

緊急服務(wù)

       *無(wú)線電緊急定位信標(biāo)（emergency position indicating radio beacons，EPIRBs），緊急定位發(fā)射機(jī)或個(gè)人定位信標(biāo)是用來(lái)在緊急情況下對(duì)人員或測(cè)量通過(guò)衛(wèi)星進(jìn)行定位的小型無(wú)線電發(fā)射機(jī)。它的作用是提供給救援人員目標(biāo)的精確位置，以便提供及時(shí)的救援。

數(shù)據(jù)傳輸

       *數(shù)字微波傳輸設(shè)備、衛(wèi)星等通常采用正交幅度調(diào)制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）。QAM調(diào)制方式同時(shí)利用信號(hào)的幅度和相位加載信息。這樣，可以在同樣的帶寬上傳遞更大的數(shù)據(jù)量。

       *IEEE 802.11是當(dāng)前無(wú)線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。它采用2GHz或5GHz頻段，數(shù)據(jù)傳輸速率為11 Mbps或54 Mbps。

導(dǎo)航

       *利用主動(dòng)及被動(dòng)無(wú)線電裝置可以辨識(shí)以及表明物體身份。

       *所有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都使用裝備了精確時(shí)鐘的衛(wèi)星。導(dǎo)航衛(wèi)星播發(fā)其位置和定時(shí)信息。接收機(jī)同時(shí)接受多顆導(dǎo)航衛(wèi)星的信號(hào)。接收機(jī)通過(guò)測(cè)量電波的傳播時(shí)間得出它到各個(gè)衛(wèi)星的距離，然后計(jì)算得出其精確位置。

       *Loran系統(tǒng)也使用無(wú)線電波的傳播時(shí)間進(jìn)行定位，不過(guò)其發(fā)射臺(tái)都位于陸地上。

       *VOR系統(tǒng)通常用于飛行定位。它使用兩臺(tái)發(fā)射機(jī)，一臺(tái)指向性發(fā)射機(jī)始終發(fā)射并象燈塔的射燈一樣按照固定的速率旋轉(zhuǎn)。當(dāng)指向型發(fā)射機(jī)朝向北方時(shí)，另一全向發(fā)射機(jī)會(huì)發(fā)射脈沖。飛機(jī)可以接收兩個(gè)VOR臺(tái)的信號(hào)，從而通過(guò)推算兩個(gè)波束的交點(diǎn)確定其位置。

       *無(wú)線電定向是無(wú)線電導(dǎo)航的最早形式。無(wú)線電定向使用可移動(dòng)的環(huán)形天線來(lái)尋找電臺(tái)的方向。

       雷達(dá)

       *雷達(dá)通過(guò)測(cè)量反射無(wú)線電波的延遲來(lái)推算目標(biāo)的距離。并通過(guò)反射波的極化和頻率感應(yīng)目標(biāo)的表面類(lèi)型。

       *導(dǎo)航雷達(dá)使用超短波掃描目標(biāo)區(qū)域。一般掃描頻率為每分鐘兩到四次，通過(guò)反射波確定地形。這種技術(shù)通常應(yīng)用在商船和長(zhǎng)距離商用飛機(jī)上。

       *多用途雷達(dá)通常使用導(dǎo)航雷達(dá)的頻段。不過(guò)，其所發(fā)射的脈沖經(jīng)過(guò)調(diào)制和極化以便確定反射體的表面類(lèi)型。優(yōu)良的多用途雷達(dá)可以辨別暴雨、陸地、車(chē)輛等等。

       *搜索雷達(dá)運(yùn)用短波脈沖掃描目標(biāo)區(qū)域，通常每分鐘2－4次。有些搜索雷達(dá)應(yīng)用多普勒效應(yīng)可以將移動(dòng)物體同背景中區(qū)分開(kāi)來(lái)尋的雷達(dá)采用于搜索雷達(dá)類(lèi)似的原理，不過(guò)對(duì)較小的區(qū)域進(jìn)行快速反復(fù)掃描，通?？蛇_(dá)每秒鐘幾次。

       *氣象雷達(dá)與搜索雷達(dá)類(lèi)似，但使用圓極化波以及水滴易于反射的波長(zhǎng)。有些氣象雷達(dá)還利用多普勒效應(yīng)測(cè)量風(fēng)速。

       加熱

       *微波爐利用高功率的微波對(duì)食物加熱。（注：一種通常的誤解認(rèn)為微波爐使用的頻率為水分子的共振頻率。而實(shí)際上使用的頻率大概是水分子共振頻率的十分之一。）

       動(dòng)力

       *無(wú)線電波可以產(chǎn)生微弱的靜電力和磁力。在微重力條件下，這可以被用來(lái)固定物體的位置。

       *宇航動(dòng)力：有方案提出可以使用高強(qiáng)度微波輻射產(chǎn)生的壓力作為星際探測(cè)器的動(dòng)力。

       天文學(xué)

       *是通過(guò)射電天文望遠(yuǎn)鏡接收到的宇宙天體發(fā)射的無(wú)線電波信號(hào)可以研究天體的物理、化學(xué)性質(zhì)。這門(mén)學(xué)科叫射電天文學(xué)。