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無線電波是指在自由空間(包括空氣真空)傳播的射頻頻段的電磁波。無線電波的波長越短、頻率越高,相同時間內傳輸的信息就越多。無線電波在空間中的傳播方式有以下情況:直射、反射折射、穿透、繞射(衍射)和散射[1]

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無線電波介紹

電磁波的一種。頻率大約為300,000,000KHz(300GHz)以下,或波長大於1mm的電磁波,由於它是由振盪電路的交變電流而產生的,可以通過天線發射和吸收故稱之為無線電波。 電磁波包含很多種類,按照頻率從低到高的順序排列為:無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線及γ射線。無線電波分布在300GHz以下的頻率範圍內。在不同的波段內的無線電波具有不同的傳播特性。頻率越低,傳播損耗越小,覆蓋距離越遠,繞射能力也越強。但是低頻段的頻率資源緊張,系統容量有限,因此低頻段的無線電波主要應用於廣播、電視、尋呼等系統。高頻段頻率資源豐富,系統容量大。但是頻率越高,傳播損耗越大,覆蓋距離越近,繞射能力越弱。另外,頻率越高,技術難度也越大,系統的成本相應提高。移動通信系統選擇所用頻段時要綜合考慮覆蓋效果和容量。UHF頻段與其他頻段相比,在覆蓋效果和容量之間折衷的比較好,因此被廣泛應用於手機等終端的移動通信領域。當然,隨着人們對移動通信的需求越來越多,需要的容量越來越大,移動通信系統必然要向高頻段發展。無線電波的速度只隨傳播介質的電和磁的性質而變化。無線電波在真空中傳播的速度,等於光在真空中傳播的速度,因為無線電波和光均屬於電磁波。無線電波在其他介質中傳播的速度為Vε=C/sqrt(ε)。其中ε為傳播介質的介電常數。空氣的介電常數與真空很接近,略大於1,因此無線電波在空氣中的傳播速度略小於光速,通常我們近似認為就等於光速。

傳播分類

無線電波自發射地點到接收地點主要有天波、地波、空間直線波3種傳播方式,各波特性如下:地波:沿着地球表面傳播的電波,稱為地波。在傳播過程中因電波受到地面的吸收,其傳播距離不遠。頻率越高,地面吸收越大,因此短波、超短波沿地面傳播時,距離較近,一般不超過100公里,而中波傳播距離相對較遠。優點是受氣候影響較小,信號穩定,通信可靠性高。 [1]天波:靠大氣層中的電離層反射傳播的電波,稱為天波,又稱電離層反射波。發射的電波是經距地面70—80公里以上的電離層反射後至接收地點,其傳播距離較遠,一般在1000公里以上。缺點是受電離層氣候影響較大,傳播信號很不穩定。短波頻段是天波傳播的最佳頻段,漁業船舶配備的短波單邊帶電台,就是利用天波傳播方式進行遠距離通信的設備。 空間直線波:在空間由發射地點向接收地點直線傳播的電波,稱空間直線電波,又稱直線波或視距波。傳播距離為視距範圍,僅為數十公里。漁業船舶配備的對講機和雷達均是利用空間波傳播方式進行通信的設備。

無線電波歷史

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的理論。波動方程。1906年聖誕前夜,范信達(Reginald Fessenden)在美國馬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。無線電波發射裝置赫茲(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,通常稱波動方程。航海中利用無線電波測定船位示意1893年,尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)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。馬可尼(Guglielmo Marconi)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」。1897年,尼古拉·特斯拉在美國獲得了無線電技術的專利。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,僱傭了大約50人。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,包括愛迪生,安德魯·卡耐基影響的結果。1909年,馬可尼和卡爾·菲迪南德·布勞恩(Karl Ferdinand Braun)由於「發明無線電報的貢獻」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公司專利使用費。

無線電波應用

無線電最早應用於航海中,使用摩爾斯電報在船與陸地間傳遞信息。無線電有着多種應用形式,包括無線數據網,各種移動通信以及無線電廣播等。

參考文獻