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無線電波或射頻波是指在自由空間(包括空氣和真空)傳播的電磁波,其頻率 300GHz 以下 (下限頻率較不統一, 在各種射頻規範書, 常見的有三 3KHz~300GHz, 9KHz~300GHz, 10KHz~300GHz)。無線電技術是通過無線電波傳播信號的技術。


無線電技術的原理在於,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。 通過解調將信息從電流變化中提取出來,就達到了信息傳遞的目的。




發明:

對於無線電的發明,現在還有許多爭論。

尼科拉·特斯拉(Nikola Tesla)1897年在美國獲得了無線電技術的專利。然而,美國專利局於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。

人稱為無線電之父的古列爾莫·馬可尼(Guglielmo Marconi,1874年4月25日—1937年7月20日)1895年發明無線電通訊,但是向義大利政府請求資助未獲同意。1896年在英國進行了14.4公里的通訊試驗成功,並取得專利。1897年在倫敦成立馬可尼無線電報公司。1909年由於「發明無線電報的貢獻」獲得諾貝爾物理學獎。1932年發現高頻波。left|thumb|120px





  • 無線電波


  沒有人,曾經目睹過無線電訊號,因為無線電帶著節目訊息從發射天線離開之後,便以光速前進,並以不可見的電、磁場能量存在,雖然眼睛看不見,但是仍然可以描述及預測無線電的行為,只是在這過程當中,必須使用一些專有名詞,像是頻率、波長、波段,現在就簡的敘述一下無線電波的特性。



  • 頻率


  電台的發射機是產生無線電波的原動力,那兒首先電流以極為快速地來回擺動,也就是產生振盪,經過發射機幾級的放大處理,這個訊號夠強了,便饋送到發射塔的天線,這裡也就是實際產生無線電波的地方。參看圖1所示,其中曲線代表強度與時間的關係,無線電波是沿著天線流動的電子所產生的,假設曲線的左邊是起點,我們可以看出曲線從零點逐漸爬升,然然又回到零點,這表示電流在天線上,從一端奔向另一端所產生的無線電波,而當電流從另一端奔回時,便產生了零點基線下方的曲線。像圖1曲線就是無線電波的頻率,例如某MW電台是1,000,000次/秒,也就是每秒一百萬個週期,但通常人們習慣把它縮減成1,000KHZ,KHZ是Kilo Hertz的縮寫,稱為千赫,意思就是一仟週期,但是在短波波段頻率通常更高,所以用MHZ來表示頻率,MHZ是Mega Hertz的縮寫成1MHZ,而大部份的場合裏,都把KHZ及MHZ混用,因此最好能分清楚這兩種單位的意義及其間的換算,要把KHZ轉換成MHZ時,只要把小數點向前移三位即可,何如2300KHZ等於2.3MHZ,而相反的6.2MHZ等於6200KHZ。



  • 波長


  另外短波廣播中常常聽到的另一種稱呼"公尺波段"或"米波段"(Meter Band),這指的就是波長,也就是從天線發射出去的電波,一個週期之間的距離,假設圖2中的無線電波是15MHZ,那麼它的波長指的,就是從A點到B點的距離,如果每秒的週期數目加倍,就變成30MHZ,也就是圖3,觀察圖2、圖3兩波形,便可發現15MHZ每週期中含有30MHZ兩個週期,也就是說頻率愈高,波長就愈短。



  • 頻率的波長的轉換


  如何把波長轉換成頻率,或做相反的轉換呢?雖然一個電台以固定的頻率廣播,但是"波長"也是常被拿來使用,例如,在說明短波傳導狀況時,使用31米波段,比使用"9500KHZ到9900KHZ"(這是在31米波段內規劃用做國際短波廣播的頻率範圍)簡單多了。把頻率換算波長的的公式是波長(公尺)=300,000,000/頻率(MHZ),分子300,000,000公尺是無線電波在大氣中的行進速度(即光速),所以15MHZ的波長是,波長=300000000/15000000=20公尺。當然短波廣播規定有許多的頻率範圍,要記住這些頻率與相對的波長是頂麻頂的,但是只要抓住一個要領,便不成問題了,首先記得一個頻率與波長的關係,例如15MHZ是20米,然後頻率增加一倍,波長便減半,相反的頻率減半,波長便加倍,例如15MHZ是20米,那麼30MHZ就是10米,而7.5MHZ則是40米,這樣就容易多了。


  在我們了解頻率與波長之間的關係後,當短波電台報出頻率及相對波長時,我們更可較容易在收音機的刻度表上找到該收聽的位置,因為傳統型(指針式)短波收音機的刻度表上,都有波長或米波段的標示。


  • 無線電頻譜


  通常無線電波所指的是從極低頻10KHZ到極超高的頂點30GHZ(Giga Hertz),因為超出這個範圍以外的無線電頻譜,其特性便有差異,例如光線、X射線等,而在上述10KHZ到30GHZ,通常劃分成七個區域,參看下表,其中高頻3~30MHZ就是我們所討論的短波。


  • 無線電頻譜的劃分


極低頻 VLF

  Very Low Frequency 頻率範圍 10KHz~30KHz

低頻 LF

 Low Frequency 頻率範圍 30KHz~300KHz

中頻 MF

 Medium Frequency 頻率範圍 30KHz~3000KHz

高頻 HF

 High Frequency 頻率範圍 3MHz~30MHz

極高頻 VHF

 Very High Frequency 頻率範圍 30MHz~300MHz

超高頻 UHF

 Ultra High Frequency 頻率範圍 300MHz~3000MHz

極超高頻 SHF

 Super High Frequency 頻率範圍 3000MHz~30000MHz




用途:


  • 聲音

聲音廣播的最早形式是航海無線電報。它採用開關控制連續波的發射與否,由此在接收機產生斷續的聲音信號,即摩爾斯電碼。

調幅廣播可以傳播音樂和聲音。調幅廣播採用幅度調製技術,即話筒處接受的音量越大則電臺發射的能量也越大。 這樣的信號容易受到諸如閃電或其他干擾源的干擾。

調頻廣播可以比調幅廣播更高的保真度傳播音樂和聲音。對頻率調製而言,話筒處接受的音量越大對應發射信號的頻率越高。調頻廣播工作於甚高頻段(Very High Frequency,VHF)。頻段越高,其所擁有的頻率頻寬也越大,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於光波直線傳播的特性。

調頻廣播的邊帶可以用來傳播數字信號如,電臺標識、節目名稱簡介、網址、股市信息等。在有些國家,當被移動至一個新的地區後,調頻收音機可以自動根據邊帶信息自動尋找原來的頻道。


  • 電話

蜂窩電話或行動電話是當前最普遍應用的無線通信方式。蜂窩電話覆蓋區通常分為多個小區。每個小區由一個基站發射機覆蓋。理論上,小區的形狀為蜂窩狀六邊形,這也是蜂窩電話名稱的來源。當前廣泛使用的行動電話系統標準包括:GSM,CDMA和TDMA。運營商已經開始提供下一代的3G移動通信服務,其主導標準為UMTS和CDMA2000。

衛星電話存在兩種形式:INMARSAT 和 銥星系統。兩種系統都提供全球覆蓋服務。 INMARSAT使用地球同步衛星,需要定向的高增益天線。銥星則是低軌道衛星系統,直接使用手機天線


  • 電視

通常的模擬電視信號採用將圖像調幅,伴音調頻併合成在同一信號中傳播。

數字電視採用MPEG-2圖像壓縮技術,由此大約僅需模擬電視信號一半的頻寬。



  • 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星進行定位的小型無線電發射機。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。



  • 數據傳輸

數字微波傳輸設備、衛星等通常採用正交幅度調製(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)。QAM調製方式同時利用信號的幅度和相位載入信息。這樣,可以在同樣的頻寬上傳遞更大的數據量。 IEEE 802.11是當前無線區域網(Wireless Local Area Network,WLAN)的標準。它採用2GHz或5GHz頻段,數據傳輸速率為11 Mbps或54 Mbps。

藍芽(Blueteeth)是一種短距離無線通訊的技術。



  • 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分。(參見射頻識別)



  • 其它

業餘無線電是無線電愛好者參與的無線電臺通訊。業餘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。有些後來商用的技術,比如調頻,單邊帶調幅,數字分組無線電和衛星信號轉發器,都是由業餘愛好者首先應用的。



  • 導航

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

Loran系統也使用無線電波的傳播時間進行定位,不過其發射台都位於陸地上。

VOR系統通常用於飛行定位。它使用兩台發射機,一臺指向性發射機始終發射並象燈塔的射燈一樣按照固定的速率旋轉。當指向型發射機朝向北方時,另一全向發射機會發射脈衝。飛機可以接收兩個VOR台的信號,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。並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,其所發射的脈衝經過調製和極化以便確定反射體的表面類型。優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衝掃描目標區域,通常每分鐘2-4次。有些搜索雷達應用都卜勒效應可以將移動物體同背景中區分開來

尋的雷達採用於搜索雷達類似的原理,不過對較小的區域進行快速反覆掃描,通常可達每秒鐘幾次。 氣象雷達與搜索雷達類似,但使用圓極化波以及水滴易於反射的波長。風廓線雷達利用都卜勒效應測量風速,都卜勒雷達利用都卜勒效應檢測災害性天氣。



  • 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生的壓力作為星際探測器的動力。



  • 天文學

是通過無線電天文望遠鏡接收到的宇宙天體發射的無線電波信號可以研究天體的物理、化學性質。這門學科叫無線電天文學。




參考資料:

維基百科

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