无线电
利用頻率在300GHz以下的電磁波，傳遞信號或通信的技術 来自维基百科，自由的百科全书
利用頻率在300GHz以下的電磁波，傳遞信號或通信的技術 来自维基百科，自由的百科全书
無線電（英語：radio waves）是无线电波的简称、又称射頻電波、電波、射頻，属一种电磁波，是在自由空間（包括空氣和真空）傳播的電磁波。在電磁波譜上，其波长比红外线（IR）长。无线电波的频率範圍為300GHz以下[1]，其對應的波長範圍為1毫米以上；即频率介于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毫米（0.039英寸）；在3 kHz时，波长为100公里（62英里）。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。由人工產生的無線電波，被應用在無線通訊、廣播、雷達、通訊衛星、導航系統、電腦網路等應用上。
 | 此條目需要补充更多来源。 (2014年1月7日) |
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線。
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的电磁波”。 [2]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。
無線電發射機，藉由交流電，經過振盪器，變成高频率交流電，產生電磁場，而經由電磁場可產生無線電波[3]。無線電波像磁鐵，有同性相斥、異性相吸的現象。同類電子會互相排斥，因此當無線電波射出時，會將前方電波往前推，當連續電波一直射出來時，電波就會在空氣中傳播[4]。
無線電技術是通過無線電波傳播訊號的技術，其原理在於，導體中電流強弱的改變會產生無線電波。利用這一現象，通過調製可將信息加載於無線電波之上。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生電流。通過解調將訊息從電流變化中提取出來，就達到了資訊傳遞的目的。
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。他的這些工作完成於1861年至1865年之間。
海因里希·魯道夫·赫茲在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，並發現電磁場方程可以用偏微分方程表達，通常稱為波動方程。
1906年聖誕前夜，范信達在美國麻薩諸塞州採用外差法實現了歷史上首次無線電廣播。范信達廣播了他自己用小提琴演奏「平安夜」和朗誦《聖經》片段。位於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目。
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。 [5]他的数学理论，现在称为麦克斯韦方程组，预测耦合的电场和磁场可以作为“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， [6]表明它们表现出与光相同的波特性：驻波、折射、衍射和偏振。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”。
|
 |
關於誰是無線電通訊的發明人還存在爭議，由于定義不同，英国、法国、俄国都有其說法，但一般定義為完整系统的開發者，對此一般都認為是意大利人及諾貝爾獎得獎人馬可尼。但另有傳聞認為是尼古拉·特斯拉。[來源請求]
1893年，尼古拉·特斯拉在美國密蘇里州聖路易斯首次公開展示了無線電通信。在為「費城佛蘭克林學院」以及全國電燈協會做的報告中，他描述並演示了無線電通信的基本原理。他所製作的儀器包含電子管發明之前無線電系統的所有基本要素[7]。
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。
古列爾莫·馬可尼擁有通常被認為是世界上第一個無線電技術的專利，英國專利12039號，「電脈衝及信號傳輸技術的改進以及所需設備」[8]。
尼古拉·特斯拉1897年在美國獲得了無線電技術的專利。然而，美國專利局于1904年將其專利權撤銷，轉而授予馬可尼發明無線電的專利。這一舉動可能是受到馬可尼在美國的經濟後盾人物，包括湯瑪斯·愛迪生，安德魯·卡耐基影響的結果。1909年，馬可尼和卡尔·费迪南德·布劳恩由於「發明無線電報的貢獻」獲得諾貝爾物理學獎。[來源請求]
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。
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。[來源請求]
用於遠程通信的無線電系統通常包含以下的部件。無線電技術經過100多年的發展，這些收發機制的實現方法已經變得多種多樣，而現代的工程師可以根據實際需求選擇最優的方法。
每個無線電系統都具有發射器。發射器的功能藉由能夠製造出所需振盪頻率的交流電源所實現。發射器含有用於調製的系統。其功能是將電源輸送來的信號加以修改，並藉此傳遞信息。最簡單的調製方法是不時地切斷電源，正如拍電報時發報員的工作。這種簡單的調製，手工就能完成。而現代無線電通訊所需的複雜調製則涉及到許多交流電屬性的細微調整，如振幅、頻率和相位（而且往往同時調節的參數不止一個）。隨後，發射器將調製後的信號傳遞給調諧過的共振天線。此舉能將震盪電流轉化為電磁波，並以無線的形式傳播（有時會受到偏振的影響）。
載波調幅藉由調整信號振幅（即信號強度），使之與所要傳遞的訊號的變化相同步，而傳送訊息。例如，信號強弱可用於描述話筒傳出的聲震動情況，或者用於確定電視熒幕上某個畫素的熒光情況。世界上首個聲訊電台採用的便是此種調製方式，而時至今日它仍被廣泛使用。"AM"目前常用於指中波廣播電台。
如右圖所示，在調幅這種調諧方式下，所產生的電磁波頻率並不隨時間推移而發生變化。
調頻則是通過調整載波的頻率來達到送信的目的。這種情況下，載波的瞬時頻率同步於所傳遞的訊號的瞬時頻率。數位訊號的傳遞可以藉由將載波在數個離散的頻率間切換來實現。此技術被稱為頻率偏移調變。
天線可以將電流轉換為無線電波，也可以將無線電波轉換為電流。常配合发送器或接收器一起使用。在傳輸時，发送器會產生震盪的無線電頻率電流到天線上，而天線會產生電磁輻射。在接收時，天線會拮取電磁波的部份能量，產生微小的電壓，再透過接收器放大。天線可以用來傳送及接收的用途。
電磁波產生後，可以在空間中直接傳播，但其路徑也可能被反射、折射及繞射等影響。電磁波的強度會因幾何距離而變小（平方反比定律），有些情形下介質也會吸收能量。雜訊也會影響電磁波的訊號，電磁干擾的來源可能是自然的，也可是人造的（例如其他電磁波傳送器或是非蓄意輻射）。雜訊也可能因為設備本身的特性而產生，如果雜訊的強度太大，就無法分辨電磁波中的訊號及雜訊，這也是無線電通訊的基本限制
無線電中的諧振電路可以選擇接收特定頻段的信號。諧振電路可以只針對特定頻率的信號有較大的響應，對其他特定頻率信號的響應會較小，因此無線電接收器可以區分不同頻率下的信號。
電磁波可以用調諧過的天线接收其訊號。天線可以拮取一些電磁波的能量，變成電路中的諧振電流。接收器可以將電流解調，轉換成可用的訊號。接收器一般也會調諧到可以接收特定頻段的訊號，拒絕其他頻段的信號[9]。
早期的無線電系統只靠天線拮取到的能量來產生訊號[10]。後來發明了像真空管及電晶體等電子設備，可以將微弱的訊號放大，因此無線電就更為普及。無線電的應用包括無線對講機、兒童的玩具、到無人行星探測任務先鋒計劃的控制，也包括廣播及其他的應用[11]。
无线电接收机從天線中接收訊號，利用電子濾波器從天線接收到的訊號中分離出想要的訊號，再利用放大器將訊號放大到適合後續處理的準位，最後將訊號轉換為使用者需要的形式，例如聲音、影像、數位資料、量測值及導航的位置等[12]。
| 不同頻段電磁波的比較 | |||||||
| 名稱 | 波長 | 頻率 | 光子能量（eV） | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 伽馬射線 | 小於 0.01 nm | 大於 10 EHz | 100 keV - 300+ GeV | ||||
| X光 | 0.01 to 10 nm | 30 PHz - 30 EHz | 120 eV to 120 keV | ||||
| 紫外線 | 10 nm - 400 nm | 30 EHz - 790 THz | 3 eV to 124 eV | ||||
| 可見光 | 390 nm - 750 nm | 790 THz - 405 THz | 1.7 eV - 3.3 eV | ||||
| 紅外線 | 750 nm - 1 mm | 405 THz - 300 GHz | 1.24 meV - 1.7 eV | ||||
| 微波 | 1 mm - 1 meter | 300 GHz - 300 MHz | 1.24 meV - 1.24 µeV | ||||
| 无线电 | 1 meter - km | 300 MHz - 3 Hz | 1.24 meV - 12.4 feV | ||||
无线电的頻率範圍從數Hz到300GHz，不過商業上重要的无线电頻段只佔其中的一小部份[13]。其他頻率超過无线电的電磁波包括微波、紅外線、可見光、紫外線、X光及伽馬射線。由於无线电頻率範圍內的光子能量太小，無法游離原子中的電子，因此无线电歸類為非游離輻射。
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:
,_Acervo_do_Museu_do_Colono_(Santa_Leopoldina).jpg)
