无线电

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（包括空气和真空）传播的电磁波，在电磁波谱上，其波长长于红外线光（IR）。频率范围为300 GHz以下 ，其对应的波长范围为1毫米以上。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，可以产生自然的无线电波。由人工产生的无线电波，被应用在无线通讯、广播、雷达、通讯卫星、导航系统、电脑网络等应用上。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。无线电波像磁铁，有同性相斥、异性相吸的现象。同类电子会互相排斥，因此当无线电波射出时，会将前方电波往前推，当连续电波一直射出来时，电波就会在空气中传播。无线电技术是通过无线电波传播信号的技术，其原理在于，导体中电流强弱的改变会产生无线电波。利用这一现象，通过调制可将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，电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。通过解调将讯息从电流变化中提取出来，就达到了资讯传递的目的。麦克斯韦最早在他递交给英国皇家学会的论文《电磁场的动力理论》中阐明了电磁波传播的理论基础。他的这些工作完成于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的理论。他证明了无线电辐射具有波的所有特性，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，范信达在美国马萨诸塞州采用外差法实现了历史上首次无线电广播。范信达广播了他自己用小提琴演奏“平安夜”和朗诵《圣经》片段。位于英格兰切尔姆斯福德的马可尼研究中心在1922年开播世界上第一个定期播出的无线电广播娱乐节目。关于谁是无线电台的发明人还存在争议，现在普遍认为是尼古拉·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的报告中，他描述并演示了无线电通信的基本原理。他所制作的仪器包含电子管发明之前无线电系统的所有基本要素。亚历山大·波波夫于1895年5月7日他在彼得堡物理和化学协会物理学部年会上演示了他制成的一架无线电接收装置－雷电指示器，这一天后来被俄罗斯定为“无线电日”庆祝。俄罗斯人认为他才是无线电的发明人。古列尔莫·马可尼拥有通常被认为是世界上第一个无线电技术的专利，英国专利12039号，“电脉冲及信号传输技术的改进以及所需设备”。尼古拉·特斯拉1897年在美国获得了无线电技术的专利。然而，美国专利局于1904年将其专利权撤销，转而授予马可尼发明无线电的专利。这一举动可能是受到马可尼在美国的经济后盾人物，包括汤玛斯·爱迪生，安德鲁·卡耐基影响的结果。1909年，马可尼和卡尔·费迪南德·布劳恩由于“发明无线电报的贡献”获得诺贝尔物理学奖。1898年，马可尼在英格兰切尔姆斯福德的霍尔街开办了世界上首家无线电工厂，雇佣了大约50人。1943年，在特斯拉去世后不久，美国最高法院重新认定特斯拉的专利有效。这一决定承认他的发明在马可尼的专利之前就已完成。有些人认为作出这一决定明显是出于经济原因。这样二战中的美国政府就可以避免付给马可尼的公司专利使用费。用于远程通信的无线电系统通常包含以下的部件。无线电技术经过100多年的发展，这些收发机制的实现方法已经变得多种多样，而现代的工程师可以根据实际需求选择最优的方法。每个无线电系统都具有发射器。发射器的功能借由能够制造出所需振荡频率的交流电源所实现。发射器含有用于调制的系统。其功能是将电源输送来的信号加以修改，并借此传递信息。最简单的调制方法是不时地切断电源，正如拍电报时发报员的工作。这种简单的调制，手工就能完成。而现代无线电通讯所需的复杂调制则涉及到许多交流电属性的细微调整，如振幅、频率和相位（而且往往同时调节的参数不止一个）。随后，发射器将调制后的信号传递给调谐过的共振天线。此举能将震荡电流转化为电磁波，并以无线的形式传播（有时会受到偏振的影响）。载波调幅借由调整信号振幅（即信号强度），使之与所要传递的讯号的变化相同步，而传送讯息。例如，信号强弱可用于描述话筒传出的声震动情况，或者用于确定电视荧幕上某个画素的荧光情况。世界上首个声讯电台采用的便是此种调制方式，而时至今日它仍被广泛使用。"AM"目前常用于指中波广播电台。如右图所示，在调幅这种调谐方式下，所产生的电磁波频率并不随时间推移而发生变化。调频则是通过调整载波的频率来达到送信的目的。这种情况下，载波的瞬时频率同步于所传递的讯号的瞬时频率。数字信号的传递可以借由将载波在数个离散的频率间切换来实现。此技术被称为频率偏移调变。FM现时常指甚高频高保真广播。无线电视的音轨讯号也是通过超高频信道传送的。天线可以将电流转换为无线电波，也可以将无线电波转换为电流。常配合发送器或接收器一起使用。在传输时，发送器会产生震荡的无线电频率电流到天线上，而天线会产生电磁辐射。在接收时，天线会拮取电磁波的部分能量，产生微小的电压，再透过接收器放大。天线可以用来传送及接收的用途。电磁波产生后，可以在空间中直接传播，但其路径也可能被反射、折射及衍射等影响。电磁波的强度会因几何距离而变小（平方反比定律），有些情形下介质也会吸收能量。噪声也会影响电磁波的讯号，电磁干扰的来源可能是自然的，也可是人造的（例如其他电磁波传送器或是非蓄意辐射（英语：accidental radiator））。噪声也可能因为设备本身的特性而产生，如果噪声的强度太大，就无法分辨电磁波中的讯号及噪声，这也是无线电通讯的基本限制无线电中的谐振电路可以选择接收特定频段的信号。谐振电路可以只针对特定频率的信号有较大的响应，对其他特定频率信号的响应会较小，因此无线电接收器可以区分不同频率下的信号。电磁波可以用调谐过的天线接收其讯号。天线可以拮取一些电磁波的能量，变成电路中的谐振电流。接收器可以将电流解调，转换成可用的的讯号。接收器一般也会调谐（英语：tuner (radio)）到可以接收特定频段的讯号，拒绝其他频段的信号。早期的无线电系统只靠天线拮取到的能量来产生讯号。后来发明了像真空管及晶体管等电子设备，可以将微弱的讯号放大，因此无线电就更为普及。无线电的应用包括无线对讲机、儿童的玩具、到无人行星探测任务先锋计划的控制，也包括广播及其他的应用。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的讯号中分离出想要的讯号，再利用放大器将讯号放大到适合后续处理的准位，最后将讯号转换为使用者需要的形式，例如声音、影像、数位资料、量测值及导航的位置等。无线电的频率范围从数Hz到300GHz，不过商业上重要的无线电频段只占其中的一小部分。其他频率超过无线电的电磁波包括微波、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的光子能量太小，无法游离原子中的电子，因此无线电归类为非游离辐射。无线电的最早应用于航海中，使用摩尔斯电报在船与陆地间传递信息。现在，无线电有着多种应用形式，包括无线数据网，各种移动通信以及无线电广播等。以下是一些无线电技术的主要应用:← 波长越短       波长越长 →← 频率越高       频率越低 →无线电波名英文缩写 频率下限 频率上限 最大波长 最小波长极低频 ELF 3 Hz 30 Hz 100000 km 10000 km超低频SLF 30 Hz 300 Hz 10000 km 1000 km特低频ULF 300 Hz 3 kHz 1000 km 100 km甚低频VLF 3 kHz 30 kHz 100 km 10 km低频LF 30 kHz 300 kHz 10 km 1 km中频MF 300 kHz 3 MHz 1 km 100 m高频HF 3 MHz 30 MHz 100 m 10 m甚高频VHF 30 MHz 300 MHz 10 m 1 m特高频UHF 300 MHz 3 GHz 1 m 10 cm超高频SHF 3 GHz 30 GHz 10 cm 1 cm极高频EHF 30 GHz 300 GHz 1 cm 1 mm