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尊 發達公司副總
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來源:品味生活
發佈於 2013-06-17 07:22
無線電波
本帖最後由 尊 於 13-06-18 10:37 編輯
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無線電波
(英語:Radio)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。在天文學上,無線電波波被稱為無線電波,簡稱無線電。
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。
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。
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發明
關於誰是無線電波台的發明人還存在爭議。
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波通信。在為「費城富蘭克林學院」以及全國電燈協會做的報告中,他描述並演示了無線電波通信的基本原理。他所製作的儀器包含電子管發明之前無線電波系統的所有基本要素。
亞歷山大·波波夫於1895年5月7日他在彼得堡物理和化學協會物理學部年會上演示了他製成的一架無線電波接收裝置-雷電指示器,這一天後來被俄羅斯定為「無線電波日」慶祝。俄羅斯人認為他才是無線電波的發明人。
古列爾莫·馬可尼擁有通常被認為是世界上第一個無線電波技術的專利,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」。
尼古拉·特斯拉1897年在美國獲得了無線電波技術的專利。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波的專利。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,馬可尼和卡爾·費迪南德·布勞恩由於「發明無線電波報的貢獻」獲得諾貝爾物理學獎。
1943年,在特斯拉去世後不久,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於經濟原因。這樣二戰中的美國政府就可以避免付給馬可尼的公司專利使用費。
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波工廠,僱傭了大約50人。
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用途
無線電波的最早應用於航海中,使用摩斯電報在船與陸地間傳遞信息。現在,無線電波有著多種應用形式,包括無線數據網,各種移動通信以及無線電波廣播等。
聲音
聲音廣播的最早形式是航海無線電波報。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台發射的能量也越大。 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台。同時,波長越短的無線電波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,電台標識、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。
航海和航空中使用的話音電台應用VHF調幅技術。這使得飛機和船舶上可以使用輕型天線。
政府、消防、警察和商業使用的電台通常在專用頻段上應用窄帶調頻技術。這些應用通常使用5KHz的頻寬。相對於調頻廣播或電視伴音的16KHz頻寬,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於船舶,飛機或孤立地點間的通訊。大多數情況下,都使用單邊帶技術,這樣相對於調幅技術可以節省一半的頻帶,並更有效地利用發射功率。
地面中繼式無線電(Terrestial Trunked Radio, TETRA)是一種為軍隊、警察、急救及交通等特殊部門設計的數字集群電話系統。
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,cdmaOne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CDMA2000和UMTS。
衛星電話存在兩種形式:國際海事衛星組織和銥星系統。兩種系統都提供全球覆蓋服務。國際海事衛星組織使用地球同步衛星,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。
TETRA系統具有無線電話的功能。
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。
數位電視採用H.264圖像壓縮技術,由此大約僅需模擬電視信號1/16的頻寬。
緊急服務
無線電波緊急定位信標 (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波發射機。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。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是當前無線區域網的標準,採用2GHz或5GHz頻段,數據傳輸速率為11 Mbps或54 Mbps。
藍芽(Bluetooth)是一種短距離無線通訊的技術。
IEEE802.15.4(Zigbee)是低功耗個域網協議。據此協議的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。Zigbee主要適用於自動控制和遠程控制領域,支持地理定位功能,是一種介於無線標記技術和藍芽技術之間的技術提案。Zig-Bee主要特點是工作頻段免執照; 1個節點工作6~24個月;協議簡單且免費,成本低廉。
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。
其它
業餘無線電波是無線電波愛好者參與的無線電波台通訊。業餘無線電波台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,數字分組無線電波和衛星信號轉發器,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系統通常用于飛行定位。它使用兩台發射機,一台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。
無線電波定向是無線電波導航的最早形式。無線電波定向使用可移動的環形天線來尋找電台的方向。
雷達
雷達通過測量反射無線電波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。優良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。(註: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。
遙距操控
無線電被應用在各種需要遙距控制的設備上。操控者透過發射器發出指令而設備上的接收器則根據所收到來自發射器的指令對設備上的各部份進行操作。例子有無人架駛偵察機、各種遙控模型、各種機器人等。
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。
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電磁波譜
← 波長越短 波長越長 →
← 頻率越高 頻率越低 →
伽馬射線· X射線· 紫外線· 可見光· 紅外線· 太赫茲輻射· 微波· 無線電波波
可見光
紅· 橙· 黃· 綠· 藍· 靛· 紫
微波
W波段 · V波段 · Q波段 · Ka波段 · K波段 · Ku波段· X波段· S波段· C波段· L波段
無線電波
極高頻(EHF) · 超高頻(SHF) · 特高頻(UHF) · 甚高頻(VHF) · 高頻(HF) · 中頻(MF) · 低頻(LF) · 甚低頻(VLF) · 特低頻(ULF) · 超低頻(SLF) · 極低頻(ELF)
波長
微波· 短波· 中波· 長波
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無線電波
極低頻
(Extremely low frequency)是指頻率由3Hz至300Hz,波長10,000公里至100,000公里的無線電波。而多數給美軍及俄羅斯軍方用作和潛艇溝通。
應用
基於無線電於鹹水的傳送特性,除了極低頻和超低頻外,通常無線電波不容易在海中傳送。雖然它可以在水中容易地傳送,但是ELF每分鐘可以傳送的訊號相對地較小,所以只是給美軍用作指示潛水艇進入/離開海底。另外要有效傳送極低頻信號需要大型的天線,所以極低頻的使用不太普遍。
超低頻
(Super Low Frequency,SLF)指的是頻率介於30Hz(赫茲)與300Hz間的電磁波。一般由變電所配送到居家的交流電頻率多在此範圍內,即50Hz~60Hz間。
在無線電通訊的收發上,美國的Saguine系統使用76Hz,俄羅斯的ZEVS系統使用82Hz,都屬於超低頻,不過也經常被人誤以為是極低頻(ELF,Extremely Low Frequency)。這兩種低頻無線電通訊都是用在與水中的潛艦溝通之用。有傳言表示德國柏林泰波霍夫機場(Tempelhof)也將有一個名為「泰迪熊」(teddybear)的超低頻發送器,但此傳言未獲得證實。
特低頻
(ULF, Ultra Low Frequency)是指頻帶由300Hz到3000Hz的無線電波。通常於礦場內使用,也可以作勘探地質和地震用。
甚低頻
(VLF, Very low frequency)是指頻帶由3KHz到30 KHz的無線電波。
VLF多數用作潛艇通訊、無線心跳頻率檢測器及地球物理學研究等。另外對於雪崩時的人命及財產搜索,VLF亦起了一定的作用。
低頻
(LF, Low frequency)是指頻帶由30 KHz到300 KHz的無線電電波。
LF多用作衛星導航系統(差分全球定位系統)、國際廣播以及AM廣播等,另外亦可用作電波時計(授時)。
一些無線電頻率識別( RFID技術 )標籤使用低頻。 這些標籤通常被稱為 LFID's或LowFID's(低頻率識別Low Frequency Identification)。
低頻發射天線的高功率發射機需要大量的空間,在美國和歐洲引起爭議,擔心暴露於高功率無線電波對健康可能會受影響。
中頻
(MF,Medium Frequency),頻段由300kHz 到 3000kHz,多數作AM電台。在日間時,傳送距離較短;但是到了夜間時間可以利用電離層反射信號,可以作遠距離傳信。但是較容易和其他電台的信號混雜一起,影響接收。
高頻( 英語:High frequency)是指頻帶由3MHz到30MHz的無線電波。比HF頻率低的是中頻(MF),比HF頻率高的是甚高頻(VHF)。
HF多數是用作民用電台廣播及短波廣播。其對於電子儀器所發出的電波抵抗力較弱,因此經常受到干擾。
甚高頻
(Very high frequency,常用縮寫:VHF),是指頻帶由30MHz到300MHz的無線電電波。比VHF頻率低的是 高頻(HF),比VHF頻率高的是特高頻(UHF)。
VHF多數是用作電台及電視台廣播,同時又是航空和航海的溝通頻道。
VHF主要是作較短途的傳送,和高頻(HF)不同的是,電離層通常不會反射VHF的信號,而且甚高頻常常會受環境因素(如:地形)影響其信號。
特高頻
(英語:Ultra High Frequency,簡稱UHF),是指頻率由300MHz到3GHz的電磁波。波長由10cm到1m不等。
用於短途通信,可以用小而短的天線作收發,適合移動通信。
用途如下:
模擬電視及數碼電視廣播(470MHz~770MHz)
軍用航空無線
手機(800MHz,1.5GHz)
無線網路(2.4GHz)
藍牙(2.45GHz)
業餘無線電(430MHz、1200MHz、2400MHz)
超高頻
(英語:Super high frequency,簡稱SHF)是指由頻帶3GHz到30GHz的無線電波。
慨要
國際電信聯盟將超高頻的波長定為10厘米到1厘米。我們日常生活接觸的微波也是在這範圍,同時也包括了特高頻及極高頻。
應用
IEEE 802.11a 無線網路
衛星傳輸
CDMA
雷達
無線USB傳輸
微波裝置
極高頻
(英語:Extremely high frequency)是指波長短於超高頻(SHF)的電磁波,波長由1mm到10mm。
毫米波所對應的頻率範圍是30~300GHz。主要應用於氣象雷達、空間通信、無線電天文等方面。
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