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无线电

王朝百科·作者佚名  2009-10-24
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无线电是指在自由空间(包括空气和真空)传播的电磁波,是其中的一个有限频带,上限频率 在300GHz(吉赫兹),下限频率较不统一, 在各种射频规范书, 常见的有三 3KHz~300GHz(ITU-国际电信联盟规定), 9KHz~300GHz, 10KHz~300GHz。

无线电技术是通过无线电波传播信号的技术。

无线电技术的原理在于,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。 通过解调将信息从电流变化中提取出来,就达到了信息传递的目的。

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。

1864年,英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上,建立了完整的电磁波理论。他断定电磁波的存在,推导出电磁波与光具有同样的传播速度。 1887年德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在。之后,人们又进行了许多实验,不仅证明光是一种电磁波,而且发现了更多形式的电磁波,它们的本质完全相同,只是波长和频率有很大的差别。

海因里希·鲁道夫·赫兹(Heinrich Rudolf Hertz)在1886年至1888年间首先通过试验验证了麦克斯韦的理论。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,雷吉纳德·菲森登(Reginald Fessenden)在美国麻萨诸塞州采用外差法实现了历史上首次无线电广播。菲森登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。

发明关于谁是无线电台的发明人还存在争议。

1893年,尼科拉·特斯拉(Nikola Tesla)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“费城富兰克林学院”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。

古列尔莫·马可尼(Guglielmo Marconi)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”。

尼科拉·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(Karl Ferdinand Braun)由于“发明无线电报的贡献”获得诺贝尔物理学奖。

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公司专利使用费。

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。

无线电经历了从电子管到晶体管,再到集成电路,从短波到超短波,再到微波,从模拟方式到数字方式,从固定使用到移动使用等各个发展阶段,无线电技术已成为现代信息社会的重要支柱。

无线电技术传入中国光绪二十三年四月一日(1897年5月2日)《时务报》第25册刊出译文《无线电报》,这是无线电报一词在中国的最早出现。自此,拉开了无线电报经由期刊传播的序幕。早期的无线电报技术传播主要以综合类期刊为主,多为介绍新鲜事物的文章,随后才出现了介绍原理的科技类论文,其中不乏最新的技术及发明的篇目。随着无线电报技术的发展,在期刊中传播的内容也有所变化,出现了诸多法令性的文章。从晚清后期期刊中传播的文章来看,已自成体系,为其今后专业期刊的出现以及学科建制的形成奠定了理论基础。

无线电的用途

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:

通信

声音

* 声音广播的最早形式是航海无线电报。它采用开关控制连续波的发射与否,由此在接收机产生断续的声音信号,即摩尔斯电码。

* 调幅广播可以传播音乐和声音。调幅广播采用幅度调制技术,即话筒处接受的音量越大则电台发射的能量也越大。 这样的信号容易受到诸如闪电或其他干扰源的干扰。

* 调频广播可以比调幅广播更高的保真度传播音乐和声音。对频率调制而言,话筒处接受的音量越大对应发射信号的频率越高。调频广播工作于甚高频段(Very High Frequency,VHF)。频段越高,其所拥有的频率带宽也越大,因而可以容纳更多的电台。同时,波长越短的无线电波的传播也越接近于光波直线传播的特性。

* 调频广播的边带可以用来传播数字信号如,电台标识、节目名称简介、网址、股市信息等。在有些国家,当被移动至一个新的地区后,调频收音机可以自动根据边带信息自动寻找原来的频道。

* 航海和航空中使用的话音电台应用VHF调幅技术。这使得飞机和船舶上可以使用轻型天线。

* 政府、消防、警察和商业使用的电台通常在专用频段上应用窄带调频技术。这些应用通常使用5KHz的带宽。相对于调频广播或电视伴音的16KHz带宽,保真度上不得不作出牺牲。

* 民用或军用高频话音服务使用短波用于船舶,飞机或孤立地点间的通讯。大多数情况下,都使用单边带技术,这样相对于调幅技术可以节省一半的频带,并更有效地利用发射功率。

* 陆地中继无线电(Terrestial Trunked Radio, TETRA)是一种为军队、警察、急救等特殊部门设计的数字集群电话系统。

电话

* 蜂窝电话或移动电话是当前最普遍应用的无线通信方式。蜂窝电话覆盖区通常分为多个小区。每个小区由一个基站发射机覆盖。理论上,小区的形状为蜂窝状六边形,这也是蜂窝电话名称的来源。当前广泛使用的移动电话系统标准包括:GSM,CDMA和TDMA。运营商已经开始提供下一代的3G移动通信服务,其主导标准为UMTS和CDMA2000。

* 卫星电话存在两种形式:INMARSAT 和 铱星系统。两种系统都提供全球覆盖服务。 INMARSAT使用地球同步卫星,需要定向的高增益天线。铱星则是低轨道卫星系统,直接使用手机天线

电视

* 通常的模拟电视信号采用将图像调幅,伴音调频并合成在同一信号中传播。

* 数字电视采用MPEG-2图像压缩技术,由此大约仅需模拟电视信号一半的带宽。

紧急服务

* 无线电紧急定位信标 (emergency position indicating radio beacons,EPIRBs), 紧急定位发射机或 个人定位信标是用来在紧急情况下对人员或测量通过卫星进行定位的小型无线电发射机。它的作用是提供给救援人员目标的精确位置,以便提供及时的救援。

数据传输

* 数字微波传输设备、卫星等通常采用正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)。QAM调制方式同时利用信号的幅度和相位加载信息。这样,可以在同样的带宽上传递更大的数据量。

* IEEE 802.11是当前无线局域网(Wireless Local Area Network,WLAN)的标准。它采用2GHz或5GHz频段,数据传输速率为11 Mbps或54 Mbps。

*蓝牙(Bluetooth)是一种短距离无线通讯的技术。

辨识

* 利用主动及被动无线电装置可以辨识以及表明物体身份。(参见射频识别)

其它

* 业余无线电是无线电爱好者参与的无线电台通讯。业余无线电台可以使用整个频谱上很多开放的频带。爱好者使用不同形式的编码方式和技术。有些后来商用的技术,比如调频,上边带调幅,数字分组无线电和卫星信号转发器,都是由业余爱好者首先应用的。

导航

* 所有的卫星导航系统都使用装备了精确时钟的卫星。导航卫星播发其位置和定时信息。接收机同时接受多颗导航卫星的信号。接收机通过测量电波的传播时间得出它到各个卫星的距离,然后计算得出其精确位置。

* Loran系统也使用无线电波的传播时间进行定位,不过其发射台都位于陆地上。

* VOR系统通常用于飞行定位。它使用两台发射机,一台指向性发射机始终发射并象灯塔的射灯一样按照固定的速率旋转。当指向型发射机朝向北方时,另一全向发射机会发射脉冲。飞机可以接收两个VOR台的信号,从而通过推算两个波束的交点确定其位置。

* 无线电定向是无线电导航的最早形式。无线电定向使用可移动的环形天线来寻找电台的方向。

雷达*雷达通过测量反射无线电波的延迟来推算目标的距离。并通过反射波的极化和频率感应目标的表面类型。

* 导航雷达使用超短波扫描目标区域。一般扫描频率为每分钟两到四次,通过反射波确定地形。这种技术通常应用在商船和长距离商用飞机上。

* 多用途雷达通常使用导航雷达的频段。不过,其所发射的脉冲经过调制和极化以便确定反射体的表面类型。优亮的多用途雷达可以辨别暴雨、陆地、车辆等等。

* 搜索雷达运用短波脉冲扫描目标区域,通常每分钟2-4次。有些搜索雷达应用多普勒效应可以将移动物体同背景中区分开来

* 寻的雷达采用于搜索雷达类似的原理,不过对较小的区域进行快速反复扫描,通常可达每秒钟几次。

* 气象雷达与搜索雷达类似,但使用圆极化波以及水滴易于反射的波长。风廓线雷达利用多普勒效应测量风速,多普勒雷达利用多普勒效应检测灾害性天气。

加热* 微波炉利用高功率的微波对食物加热。(注:一种通常的误解认为微波炉使用的频率为水分子的共振频率,而实际上使用的频率大概是水分子共振频率的十分之一。)

感应识别* 如RFID技术。

生物学应用美国科学家日前宣布,他们已研制出了一种能够对昆虫进行无线遥控的新技术。

加利福尼亚包括了大学的科学家们表示,通过在一种名为独角仙的甲虫体内植入电极和无线电信号接收装置,他们已能够对这种昆虫的翅膀和身体其他部分的运动情况进行远程控制。据介绍,研究人员总共在一只独角仙的大脑和肌肉组织中植入了六个微型电极。此外,他们还在甲虫身上设置了一台能够向这些电极传输无线电信号的模块(由微型控制器和电池组成)。在此之前,该大学的专家们曾通过直接的电流刺激实现了对昆虫行动的控制,而通过无线电信号控制昆虫行为方式还是首次。科学家们解释说,之所以要选择独角仙作为改造对象,是因为这种甲虫的力气在同体积的昆虫中相对较大,最多可驮运3克重的物品。

而安装在独角仙身上的所有设备的总重量只有大约1.3克,并不会对其行动产生严重的阻碍。今后,科学家们还计划在其身上安装包括摄像机在内的特殊观测设备。由于每只独角仙可以负担3克的重物,因此它们除了控制设备外,还可在携带1.7克重的传感器材。

在谈到研制这种控制技术的目的时,科学家们表示,这是为了让这些甲虫替代人类目前可能要负担的一些危险工作。

科学家们认为,大规模生产这种可控制的甲虫将会使人类受益匪浅。同时,由于在独角仙体内设置电极并不需要太高的精度,因此批量生产“可控甲虫”完全能够在短期内实现。

据悉,这项研究工作得到了美国五角大楼下属的国防先进技术研究局的资助。这使得人们很容易联想到,该项技术很可能会被应用于军事目的。虽然科学家们并未否认这种可能性,但他们同时也强调,可控制的昆虫同样也可用于和平目的,例如进入那些人类不易或无法进入的区域执行勘探活动等。

电力传输

* 日本科学家提出了在太空中建立大型的太阳能电站,将电能转化为微波送回地球。

* 2007年06月08日新浪科技 新浪科技讯北京时间6月8日消息,据英国《泰晤士报》报道,美国麻省理工学院的科学家们最近完成了一项实验,他们使用两个相距2米的铜线圈,成功地通过无线电力传输点亮了一个功率为60瓦的电灯泡。

动力

* 无线电波可以产生微弱的静电力和磁力。在微重力条件下,这可以被用来固定物体的位置。

* 宇航动力: 有方案提出可以使用高强度微波辐射产生的压力作为星际探测器的动力。

天文学* 是通过射电天文望远镜接收到的宇宙天体发射的无线电波信号可以研究天体的物理、化学性质。这门学科叫射电天文学。

附录:

无线电频率

无线电波含有迅速振动的磁场。振动的速度就是波的频率,以赫兹(Hz)为单位。1赫兹等于每秒振动一下。一千赫(kHz)等于1000赫兹。不同频率的波段用来发射各种不同的信息。

无线电频带

无线电按波长和频率分

长波:波长>1000M, 频率3000Hz-30 KHz

中波: 波长100M-1000M, 频率300 KHz- 3000 KHz

短波: 波长100M-10M, 频率3MHz~30MHz

超短波:波长1M-10M, 频率30MHz -300MHz, 亦称甚高频(VHF)波、米波

微波: 波长1M-1MM, 频率300MHz-300KMHz,

无线电按用途分:民用、商用、军用。

民用:一般指我们听得无线广播,一般没有这样高的波段;

商用:机场、通讯运营商使用的无线电;

军用:军事用途。

一般私人是不允许私自架设电台的,因为这样会干扰正常的频段,所以会被抓。

《无线电》杂志

著名的电子类杂志。《无线电》杂志是中国电子类报刊中创刊最早、发行量最大的知名杂志(累计发行量已超过3亿册)。

主管机关 中华人民共和国 工业和信息化部

主办单位 人民邮电出版社

办刊宗旨 自1955年1月创刊以来,秉承“普及电子技术知识,培养电子科技人才”的办刊宗旨,为普及、推广应用电子技术作出了重大贡献,为中国的电子事业培养了几代人才。

办刊特色 40多年来,《无线电》不断调整着报道内容,逐步形成了新颖实用、通俗严谨、信息量大、资料性强的特点,深受海内外广大无线电爱好者所喜爱,被誉为“良师益友”,是电子爱好者不可缺少的常备工具书。

1978年在全国科技大会上被评为“先进集体”;

1980年在全国电子科普积极分子大会上被评为“先进集体”;

1985年在《北京晚报》组织的最佳杂志评选中被评为“最佳杂志”;

1991年在中国科协组织的科普期刊评选中被评为“先进集体”;

1992年在国家科委、中宣部和新闻出版署联合举办的首届全国优秀科技期刊评比中获“一等奖”;

1992年在中国科协组织的全国科技期刊评比中被评为“优秀科技期刊”;

1992年被北京新闻出版局评为“全优杂志”;

1997年在中宣部、国家科委和新闻出版署联合举办的第二届全国优秀科技期刊评比中获“一等奖”;

1997年在中国科协组织的全国科技期刊评比中获“一等奖”;

1999年在新闻出版署和科技部举办的首届国家期刊奖评选中获得“国家期刊奖”,是唯一获此殊荣的电子科普期刊;

2001年被新闻出版署评为“双奖杂志”,并入选中国期刊方阵;

2003年荣获“第二届国家期刊奖”;

2005年荣获“第三届国家期刊奖提名奖”。

刊物内容 从电子技术的发展到应用,从家电产品的推介、选购、使用到维修,从工厂、研究所、各企事业单位应用的电路到适合个人工作、学习、生活的制作项目,从引导青少年、初学者入门到培养他们成为有一技之长的有用人才,《无线电》提供了多层次、多方位的服务。

主要栏目 特别企划、家电与维修、电脑·单片机·通信、应用电路与制作、初学者园地、问与答、代换咨询热线、维修快易通、新器件等。

 
 
 
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