無線電波

   

   無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。無線電技術(shù)是通過無線電波傳播聲音或其他信號的技術(shù)。

無線電技術(shù)的原理在于，導體中電流強弱的改變會產(chǎn)生無線電波。利用這一現(xiàn)象，通過調(diào)制可將信息加載于無線電波之上。當電波通過空間傳播到達收信端，電波引起的電磁場變化又會在導體中產(chǎn)生電流。 通過解調(diào)將信息從電流變化中提取出來，就達到了信息傳遞的目的。

發(fā)現(xiàn)

麥克斯韋最早在他遞交給英國皇家學會的論文《電磁場的動力理論》中闡明了電磁波傳播的理論基礎。他的這些工作完成于1861年至1865年之間。

赫茲（Heinrich Rudolf Hertz）在1886年至1888年間首先通過試驗驗證了麥克斯韋爾的理論。他證明了無線電輻射具有波的所有特性，并發(fā)現(xiàn)電磁場方程可以用偏微分方程表達，通常稱為波動方程。

1906年圣誕前夜，雷吉納德·菲森登（Reginald Fessenden）在美國麻薩諸塞州采用外差法實現(xiàn)了歷史上首次無線電廣播。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年開播世界上第一個定期播出的無線電廣播娛樂節(jié)目！

發(fā)明

關(guān)于誰是無線電臺的發(fā)明人還存在爭議。

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

馬可尼（Guglielmo Marconi）擁有通常被認為是世界上第一個無線電技術(shù)的專利，英國專利12039號，“電脈沖及信號傳輸技術(shù)的改進以及所需設備”。

尼科拉·特斯拉1897年在美國獲得了無線電技術(shù)的專利。然而，美國專利局于1904年將其專利權(quán)撤銷，轉(zhuǎn)而授予馬可尼發(fā)明無線電的專利。這一舉動可能是受到馬可尼在美國的經(jīng)濟后盾人物，包括愛迪生，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)明無線電報的貢獻”獲得諾貝爾物理學獎。

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

1898年，馬可尼在英格蘭切爾姆斯福德的霍爾街開辦了世界上首家無線電工廠，雇傭了大約50人。

無線電的用途

無線電的最早應用于航海中，使用摩爾斯電報在船與陸地間傳遞信息�，F(xiàn)在，無線電有著多種應用形式，包括無線數(shù)據(jù)網(wǎng)，各種移動通信以及無線電廣播等。

以下是一些無線電技術(shù)的主要應用:

通信

聲音

* 聲音廣播的最早形式是航海無線電報。它采用開關(guān)控制連續(xù)波的發(fā)射與否，由此在接收機產(chǎn)生斷續(xù)的聲音信號，即摩爾斯電碼。

* 調(diào)幅廣播可以傳播音樂和聲音。調(diào)幅廣播采用幅度調(diào)制技術(shù)，即話筒處接受的音量越大則電臺發(fā)射的能量也越大。這樣的信號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音樂和聲音。對頻率調(diào)制而言，話筒處接受的音量越大對應發(fā)射信號的頻率越高。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。同時，波長越短的無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傳播數(shù)字信號如，電臺標識、節(jié)目名稱簡介、網(wǎng)址、股市信息等。在有些國家，當被移動至一個新的地區(qū)后，調(diào)頻收音機可以自動根據(jù)邊帶信息自動尋找原來的頻道。

* 航海和航空中使用的話音電臺應用VHF調(diào)幅技術(shù)。這使得飛機和船舶上可以使用輕型天線。

* 政府、消防、警察和商業(yè)使用的電臺通常在專用頻段上應用窄帶調(diào)頻技術(shù)。這些應用通常使用5KHz的帶寬。相對于調(diào)頻廣播或電視伴音的16KHz帶寬，保真度上不得不作出犧牲。

* 民用或軍用高頻話音服務使用短波用于船舶，飛機或孤立地點間的通訊。大多數(shù)情況下，都使用單邊帶技術(shù)，這樣相對于調(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。

* 陸地中繼無線電(Terrestial Trunked Radio, TETRA)是一種為軍隊、警察、急救等特殊部門設計的數(shù)字集群電話系統(tǒng)。

電話

* 蜂窩電話或移動電話是當前最普遍應用的無線通信方式。蜂窩電話覆蓋區(qū)通常分為多個小區(qū)。每個小區(qū)由一個基站發(fā)射機覆蓋。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源。當前廣泛使用的移動電話系統(tǒng)標準包括：GSM，CDMA和TDMA。少數(shù)運營商已經(jīng)開始提供下一代的3G移動通信服務，其主導標準為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。 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)，直接使用手機天線

電視

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

* 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一半的帶寬。

緊急服務

* 無線電緊急定位信標 （emergency position indicating radio beacons，EPIRBs）， 緊急定位發(fā)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(wèi)星進行定位的小型無線電發(fā)射機。它的作用是提供給救援人員目標的精確位置，以便提供及時的救援。

數(shù)據(jù)傳輸

* 數(shù)字微波傳輸設備、衛(wèi)星等通常采用正交幅度調(diào)制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）。QAM調(diào)制方式同時利用信號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是當前無線局域網(wǎng)的標準。它采用2GHz或5GHz頻段，數(shù)據(jù)傳輸速率為11 Mbps或54 Mbps。

辨識

* 利用主動及被動無線電裝置可以辨識以及表明物體身份。

其它

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

導航

* 所有的衛(wèi)星導航系統(tǒng)都使用裝備了精確時鐘的衛(wèi)星。導航衛(wèi)星播發(fā)其位置和定時信息。接收機同時接受多顆導航衛(wèi)星的信號。接收機通過測量電波的傳播時間得出它到各個衛(wèi)星的距離，然后計算得出其精確位置。

* Loran系統(tǒng)也使用無線電波的傳播時間進行定位，不過其發(fā)射臺都位于陸地上。

* VOR系統(tǒng)通常用于飛行定位。它使用兩臺發(fā)射機，一臺指向性發(fā)射機始終發(fā)射并象燈塔的射燈一樣按照固定的速率旋轉(zhuǎn)。當指向型發(fā)射機朝向北方時，另一全向發(fā)射機會發(fā)射脈沖。飛機可以接收兩個VOR臺的信號，從而通過推算兩個波束的交點確定其位置。

* 無線電定向是無線電導航的最早形式。無線電定向使用可移動的環(huán)形天線來尋找電臺的方向。

雷達

* 雷達通過測量反射無線電波的延遲來推算目標的距離。并通過反射波的極化和頻率感應目標的表面類型。

* 導航雷達使用超短波掃描目標區(qū)域。一般掃描頻率為每分鐘兩到四次，通過反射波確定地形。這種技術(shù)通常應用在商船和長距離商用飛機上。

* 多用途雷達通常使用導航雷達的頻段。不過，其所發(fā)射的脈沖經(jīng)過調(diào)制和極化以便確定反射體的表面類型。優(yōu)亮的多用途雷達可以辨別暴雨、陸地、車輛等等。

* 搜索雷達運用短波脈沖掃描目標區(qū)域，通常每分鐘2－4次。有些搜索雷達應用多普勒效應可以將移動物體同背景中區(qū)分開來

* 尋的雷達采用于搜索雷達類似的原理，不過對較小的區(qū)域進行快速反復掃描，通�？蛇_每秒鐘幾次。

* 氣象雷達與搜索雷達類似，但使用圓極化波以及水滴易于反射的波長。有些氣象雷達還利用多普勒效應測量風速。

加熱

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

動力

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

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

天文學

* 是通過射電天文望遠鏡接收到的宇宙天體發(fā)射的無線電波信號可以研究天體的物理、化學性質(zhì)。這門學科叫射電天文學。
   

• 通信詞典解釋