電(dian)磁波的一種。頻(pin)率大(da)約(yue)為30,000,000KHz(30GHz)以(yi)下,或波長(chang)大(da)于(yu)1mm的電(dian)磁波,由(you)于(yu)它是由(you)振蕩電(dian)路的交變電(dian)流而產生(sheng)的,可以(yi)通過天線發射和吸(xi)收故稱之為無線電(dian)波。
電(dian)磁波(bo)包(bao)含(han)很多種(zhong)類,按照(zhao)頻率(lv)(lv)從(cong)低到高的順序排(pai)列(lie)為:無(wu)線(xian)(xian)(xian)電(dian)波(bo)、紅外(wai)(wai)線(xian)(xian)(xian)、可(ke)見光(guang)、紫外(wai)(wai)線(xian)(xian)(xian)、X射線(xian)(xian)(xian)及(ji)γ射線(xian)(xian)(xian)。無(wu)線(xian)(xian)(xian)電(dian)波(bo)分布在300GHz以下的頻率(lv)(lv)范(fan)圍內(nei)。
在不同的波段內(nei)的無線電波具(ju)有不同的傳播特性。
頻(pin)率越(yue)低(di),傳(chuan)播損耗越(yue)小,覆蓋距離(li)越(yue)遠,繞射能力也越(yue)強。但是低(di)頻(pin)段(duan)的(de)頻(pin)率資源緊張,系統容量有(you)限,因(yin)此低(di)頻(pin)段(duan)的(de)無線電(dian)波主要應(ying)用于廣(guang)播、電(dian)視、尋呼等系統。
高頻段頻率(lv)資源豐富,系(xi)(xi)統(tong)容量大。但是頻率(lv)越高,傳播(bo)損(sun)耗(hao)越大,覆蓋距離越近,繞射能力越弱(ruo)。另外,頻率(lv)越高,技術(shu)難度也越大,系(xi)(xi)統(tong)的成本相應提(ti)高。
移(yi)動通(tong)(tong)信(xin)(xin)系(xi)統選擇所用頻(pin)段(duan)時要(yao)綜合考慮覆蓋效(xiao)果和(he)容量。UHF頻(pin)段(duan)與其他頻(pin)段(duan)相(xiang)比(bi),在(zai)覆蓋效(xiao)果和(he)容量之間折衷(zhong)的(de)(de)比(bi)較好(hao),因此(ci)被(bei)廣泛(fan)應(ying)用于手機等終端的(de)(de)移(yi)動通(tong)(tong)信(xin)(xin)領域。當然,隨著人(ren)們對移(yi)動通(tong)(tong)信(xin)(xin)的(de)(de)需求越來越多(duo),需要(yao)的(de)(de)容量越來越大(da),移(yi)動通(tong)(tong)信(xin)(xin)系(xi)統必然要(yao)向高頻(pin)段(duan)發展(zhan)。
無(wu)(wu)線(xian)電(dian)波(bo)(bo)的(de)(de)(de)速(su)(su)度只隨傳(chuan)(chuan)播(bo)介(jie)質(zhi)的(de)(de)(de)電(dian)和磁的(de)(de)(de)性(xing)質(zhi)而變化。無(wu)(wu)線(xian)電(dian)波(bo)(bo)在(zai)(zai)真空(kong)中(zhong)(zhong)傳(chuan)(chuan)播(bo)的(de)(de)(de)速(su)(su)度,等于(yu)光在(zai)(zai)真空(kong)中(zhong)(zhong)傳(chuan)(chuan)播(bo)的(de)(de)(de)速(su)(su)度,因(yin)為(wei)無(wu)(wu)線(xian)電(dian)波(bo)(bo)和光均(jun)屬于(yu)電(dian)磁波(bo)(bo)。無(wu)(wu)線(xian)電(dian)波(bo)(bo)在(zai)(zai)其(qi)他介(jie)質(zhi)中(zhong)(zhong)傳(chuan)(chuan)播(bo)的(de)(de)(de)速(su)(su)度為(wei)Vε=C/sqrt(ε)。其(qi)中(zhong)(zhong)ε為(wei)傳(chuan)(chuan)播(bo)介(jie)質(zhi)的(de)(de)(de)介(jie)電(dian)常數。空(kong)氣的(de)(de)(de)介(jie)電(dian)常數與真空(kong)很接近,略(lve)大于(yu)1,因(yin)此無(wu)(wu)線(xian)電(dian)波(bo)(bo)在(zai)(zai)空(kong)氣中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)播(bo)速(su)(su)度略(lve)小于(yu)光速(su)(su),通常我(wo)們近似認為(wei)就等于(yu)光速(su)(su)。
無線電波的傳播方式(shi)
對于(yu)自由空間,在自由空間中由于(yu)沒有(you)阻擋(dang),電波傳播(bo)只有(you)直射,不存在其他現象。
而對(dui)于(yu)日常生活中的(de)實際傳(chuan)播(bo)環境,由(you)于(yu)地面存(cun)在各(ge)(ge)種各(ge)(ge)樣(yang)的(de)物體,使得電波(bo)的(de)傳(chuan)播(bo)有(you)直射、反射、繞(rao)射(衍射)等,另(ling)外(wai)對(dui)于(yu)室內(nei)或(huo)列車內(nei)的(de)用戶,還有(you)一部(bu)分(fen)信(xin)號來源于(yu)無線電波(bo)對(dui)建筑(zhu)的(de)穿(chuan)透。這些(xie)都造(zao)成無線電波(bo)傳(chuan)播(bo)的(de)多樣(yang)性和復雜性,增大了對(dui)電波(bo)傳(chuan)播(bo)研究的(de)難(nan)度。
直射
直(zhi)射(she)在(zai)視距內可以看做無(wu)線電波(bo)在(zai)自(zi)由(you)空(kong)(kong)間(jian)中(zhong)傳播。直(zhi)射(she)波(bo)傳播損(sun)耗公式同自(zi)由(you)空(kong)(kong)間(jian)中(zhong)的(de)(de)路(lu)徑損(sun)耗公式:PL=32.44+20lgf+20lgd。其中(zhong),PL為自(zi)由(you)空(kong)(kong)間(jian)的(de)(de)路(lu)損(sun),單位(wei)是(shi)dB。F為載波(bo)的(de)(de)頻率,單位(wei)是(shi)MHz。d為發(fa)射(she)源(yuan)與(yu)接(jie)收點的(de)(de)距離,單位(wei)是(shi)km。
反(fan)射(she)、折射(she)與穿(chuan)透(tou)
在(zai)電(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)波(bo)(bo)傳播過程中(zhong)遇到(dao)障礙(ai)物(wu),當這(zhe)個障礙(ai)物(wu)的(de)(de)(de)尺(chi)寸遠大(da)于(yu)電(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)波(bo)(bo)的(de)(de)(de)波(bo)(bo)長時,電(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)波(bo)(bo)在(zai)不同介(jie)(jie)(jie)質(zhi)的(de)(de)(de)交界處會發(fa)生(sheng)反射(she)和折射(she)。另外,障礙(ai)物(wu)的(de)(de)(de)介(jie)(jie)(jie)質(zhi)屬性也會對(dui)反射(she)產生(sheng)影響。對(dui)于(yu)良(liang)導體,反射(she)不會帶來衰減(jian);對(dui)于(yu)絕緣體,他只(zhi)反射(she)入射(she)能量的(de)(de)(de)一部分(fen),剩下(xia)的(de)(de)(de)被折射(she)入新的(de)(de)(de)介(jie)(jie)(jie)質(zhi)繼續(xu)傳播;而對(dui)于(yu)非理想介(jie)(jie)(jie)質(zhi),電(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)波(bo)(bo)貫(guan)穿(chuan)介(jie)(jie)(jie)質(zhi),即穿(chuan)透(tou)時,介(jie)(jie)(jie)質(zhi)會吸收(shou)電(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)波(bo)(bo)的(de)(de)(de)能量,產生(sheng)貫(guan)穿(chuan)衰落。穿(chuan)透(tou)損耗大(da)小(xiao)不僅與電(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)波(bo)(bo)頻率(lv)有關(guan)(guan),而且與穿(chuan)透(tou)物(wu)體的(de)(de)(de)材料、尺(chi)寸有關(guan)(guan)。
一般室(shi)內的(de)無(wu)線電波(bo)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)是穿透(tou)分(fen)(fen)(fen)量與(yu)繞射分(fen)(fen)(fen)量的(de)疊加,而繞射分(fen)(fen)(fen)量占絕(jue)大部分(fen)(fen)(fen)。所以,總的(de)來看,高頻信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)(例如1800MHz)的(de)室(shi)內外(wai)電平(ping)差(cha)比(bi)低頻信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)(800MHz)的(de)室(shi)內外(wai)電平(ping)差(cha)要大。并且(qie),低頻信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)進(jin)入室(shi)內后,由于穿透(tou)能力差(cha)一些,在(zai)室(shi)內進(jin)行各種(zhong)反射后場強分(fen)(fen)(fen)布(bu)更均(jun)勻;而高頻信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)進(jin)入室(shi)內后,部分(fen)(fen)(fen)穿透(tou)又穿透(tou)出去了,室(shi)內信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)分(fen)(fen)(fen)布(bu)就不(bu)太(tai)均(jun)勻,也就使用戶感(gan)覺信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)波(bo)動大。
繞射(衍射)
在電磁(ci)波傳播過程中遇到障(zhang)礙物(wu),這個障(zhang)礙物(wu)的(de)尺寸與電磁(ci)波的(de)波長接近時,電磁(ci)波可以從(cong)該物(wu)體(ti)的(de)邊緣繞射過去。繞射可以幫助進行陰(yin)影區域的(de)覆蓋。
散射
在電磁波傳播過程中遇到障(zhang)礙(ai)(ai)物,這個障(zhang)礙(ai)(ai)物的(de)尺寸(cun)小于(yu)電磁波的(de)波長,并且單位體積內這種障(zhang)礙(ai)(ai)物的(de)數目非(fei)常巨大時,會發生散射(she)。散射(she)發生在粗糙(cao)物體、小物體或其(qi)它不規則(ze)物體表(biao)面(mian),如樹葉、街道標(biao)識和(he)燈柱等。
不同距離下無線電(dian)波的(de)傳播(bo)
視距傳播
無線電波視距傳播的一般形(xing)式主要(yao)是直(zhi)射波和地面反射波的疊加,結果可能(neng)使信號加強(qiang),也可能(neng)使信號減弱(ruo)。
由于(yu)地球(qiu)是(shi)球(qiu)形(xing)的,受(shou)地球(qiu)曲(qu)率(lv)半(ban)徑(jing)的影響(xiang),視距(ju)傳播存在(zai)一個極限距(ju)離Rmax,它(ta)受(shou)發射天(tian)線(xian)高度、接收天(tian)線(xian)高度和地球(qiu)半(ban)徑(jing)影響(xiang)。
非視距傳播
無線電波(bo)非視距傳播的一般形式有:繞射波(bo)、對流層反射波(bo)和電離層反射波(bo)。
①繞射波
繞射波是建筑物內部或陰影區域信(xin)號(hao)的主要(yao)來源(yuan)。繞射波的強度受傳(chuan)播(bo)環(huan)境影響很大,且頻(pin)率(lv)越(yue)高,繞射信(xin)號(hao)越(yue)弱。
②對流層反射波
對(dui)(dui)流(liu)層(ceng)(ceng)反(fan)射波(bo)(bo)產生于(yu)(yu)對(dui)(dui)流(liu)層(ceng)(ceng)。對(dui)(dui)流(liu)層(ceng)(ceng)是(shi)異類介質,由于(yu)(yu)天(tian)氣情況而隨時間變(bian)化(hua)。它的(de)(de)反(fan)射系數(shu)隨高(gao)度增加而減少。這種緩慢變(bian)化(hua)的(de)(de)反(fan)射系數(shu)使電波(bo)(bo)彎(wan)曲。對(dui)(dui)流(liu)層(ceng)(ceng)反(fan)射方式應用于(yu)(yu)波(bo)(bo)長小于(yu)(yu)10米(即頻率大于(yu)(yu)30MHz)的(de)(de)無線通信中(zhong)。對(dui)(dui)流(liu)層(ceng)(ceng)反(fan)射波(bo)(bo)具有極大的(de)(de)隨機性(xing)。
③電離層反射波
當電波波長(chang)大于1米(即頻率(lv)小于300MHz)時(shi),電離(li)層是(shi)反射體(ti)。從電離(li)層反射的(de)電波可能有一(yi)個(ge)或多個(ge)跳躍,因此這種傳播(bo)用(yong)于長(chang)距離(li)通(tong)信(xin),同對流層一(yi)樣,電離(li)層也是(shi)具(ju)有連續波動的(de)特性。
無線電波在(zai)陸地移(yi)動通(tong)信環境下的特點
傳播環境的復雜(za)性
由于移動終端的天線高度比較低(di),傳播(bo)路徑總(zong)是受到地形及人為環境(jing)的影響,使得接收信號大量的散(san)射(she)、反射(she)或疊加。
傳(chuan)播環境(jing)的(de)(de)復雜性體(ti)現在地(di)(di)形、人(ren)為建筑(zhu)物、人(ren)為干擾的(de)(de)多樣性。比如,周圍有樹(shu)林的(de)(de)地(di)(di)形,樹(shu)葉會造成(cheng)無(wu)線電波(bo)大量(liang)的(de)(de)散射(she)。而對(dui)于城市環境(jing),由街(jie)道兩旁的(de)(de)高大建筑(zhu)導(dao)致的(de)(de)波(bo)導(dao)效應,使得(de)街(jie)道上(shang)沿著傳(chuan)播方向(xiang)的(de)(de)信號(hao)(hao)增強,垂直于傳(chuan)播方向(xiang)的(de)(de)信號(hao)(hao)減弱(ruo),兩者相(xiang)差可達10dB左右。另外,機動車的(de)(de)點火、電力(li)線、工業等(deng)人(ren)為影響,都會對(dui)接收信號(hao)(hao)造成(cheng)干擾。
移動終端的隨機(ji)移動性
移(yi)(yi)動終端(duan)總是在移(yi)(yi)動,即(ji)使(shi)(shi)移(yi)(yi)動終端(duan)不(bu)動,周(zhou)圍環(huan)境也一直在變(bian)(bian)化,如人、車的(de)移(yi)(yi)動,風吹(chui)動樹葉等,使(shi)(shi)得基站與移(yi)(yi)動終端(duan)之間的(de)傳播(bo)路徑不(bu)斷發生變(bian)(bian)化。并且移(yi)(yi)動終端(duan)相對基站的(de)移(yi)(yi)動方向和移(yi)(yi)動速度的(de)變(bian)(bian)化,都會導致信(xin)號電平的(de)變(bian)(bian)化,只能(neng)用隨(sui)機過程的(de)概率分布來描述。
傳播的開放性
無線電波(bo)傳播空間(jian)的開放性(xing)導致空間(jian)干(gan)(gan)擾(rao)現(xian)象嚴重。比(bi)較(jiao)常見的有同頻(pin)干(gan)(gan)擾(rao)、鄰(lin)頻(pin)干(gan)(gan)擾(rao)、互調干(gan)(gan)擾(rao)等。隨(sui)著頻(pin)率復用系數(shu)的提高(gao),同鄰(lin)頻(pin)干(gan)(gan)擾(rao)將成為(wei)主要干(gan)(gan)擾(rao)。
無線電(dian)波自發射地(di)(di)點(dian)(dian)到接收地(di)(di)點(dian)(dian)主要有天波、地(di)(di)波、空(kong)間直線波3種傳播方(fang)式,各(ge)波特性如下:
地(di)(di)波(bo)(bo)(bo):沿著地(di)(di)球表(biao)面(mian)傳(chuan)(chuan)播的電波(bo)(bo)(bo),稱為(wei)地(di)(di)波(bo)(bo)(bo)。在傳(chuan)(chuan)播過程中因電波(bo)(bo)(bo)受(shou)到地(di)(di)面(mian)的吸收,其傳(chuan)(chuan)播距(ju)(ju)離(li)不遠。頻率(lv)越高,地(di)(di)面(mian)吸收越大(da),因此短波(bo)(bo)(bo)、超(chao)短波(bo)(bo)(bo)沿地(di)(di)面(mian)傳(chuan)(chuan)播時(shi),距(ju)(ju)離(li)較近(jin),一般不超(chao)過100公里,而中波(bo)(bo)(bo)傳(chuan)(chuan)播距(ju)(ju)離(li)相對較遠。優(you)點(dian)是受(shou)氣候影響(xiang)較小,信(xin)(xin)號(hao)穩定,通信(xin)(xin)可靠性高。
天(tian)波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo):靠(kao)大氣層(ceng)中的(de)(de)電(dian)(dian)離層(ceng)反(fan)(fan)射傳(chuan)播(bo)的(de)(de)電(dian)(dian)波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo),稱(cheng)為天(tian)波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo),又稱(cheng)電(dian)(dian)離層(ceng)反(fan)(fan)射波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)。發(fa)射的(de)(de)電(dian)(dian)波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)是(shi)(shi)(shi)經距地(di)面70—80公(gong)(gong)里(li)以(yi)上的(de)(de)電(dian)(dian)離層(ceng)反(fan)(fan)射后至接(jie)收地(di)點,其傳(chuan)播(bo)距離較(jiao)遠,一般(ban)在1000公(gong)(gong)里(li)以(yi)上。缺點是(shi)(shi)(shi)受電(dian)(dian)離層(ceng)氣候影響(xiang)較(jiao)大,傳(chuan)播(bo)信號很不穩定。短波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)頻段(duan)是(shi)(shi)(shi)天(tian)波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)傳(chuan)播(bo)的(de)(de)最(zui)佳頻段(duan),漁業船舶配備的(de)(de)短波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)單邊帶電(dian)(dian)臺(tai),就是(shi)(shi)(shi)利用天(tian)波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)傳(chuan)播(bo)方式(shi)進行遠距離通信的(de)(de)設備。
空間(jian)直線(xian)波:在空間(jian)由發射地點向接收地點直線(xian)傳(chuan)播(bo)(bo)的(de)電波,稱空間(jian)直線(xian)電波,又(you)稱直線(xian)波或視(shi)距波。傳(chuan)播(bo)(bo)距離為(wei)(wei)視(shi)距范圍,僅為(wei)(wei)數十公里。漁(yu)業船舶配(pei)備(bei)的(de)對(dui)講機和雷達均是利用空間(jian)波傳(chuan)播(bo)(bo)方式進行通信的(de)設備(bei)。
無線(xian)電波(bo)(bo)是(shi)橫波(bo)(bo)。即電場和磁(ci)場的(de)(de)方向都與(yu)波(bo)(bo)的(de)(de)傳播(bo)方向垂直.無線(xian)電波(bo)(bo)在(zai)空間傳播(bo)時,必然(ran)要受到大氣層的(de)(de)影(ying)(ying)響,尤(you)其以電離層的(de)(de)影(ying)(ying)響最為(wei)顯著(zhu),使(shi)無線(xian)電波(bo)(bo)發生折射和衰(shuai)減.其中,波(bo)(bo)長越大,折射與(yu)衰(shuai)減越大。
根據無線電波(bo)(bo)(bo)(bo)波(bo)(bo)(bo)(bo)長不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)傳播(bo)特性,不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)通信(xin)業務(wu)使用(yong)(yong)不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)波(bo)(bo)(bo)(bo)段.比如(ru)長波(bo)(bo)(bo)(bo)用(yong)(yong)于(yu)導航(hang)、固定業務(wu);中短波(bo)(bo)(bo)(bo)用(yong)(yong)于(yu)移動業務(wu);微(wei)波(bo)(bo)(bo)(bo)用(yong)(yong)于(yu)無線電天文(wen)、空間通信(xin)。
無線電波的衰落特性
無線電波在傳播過程中的衰落,是(shi)它非常(chang)重要的特性,可(ke)以從大、中、小三種尺度來描述。
大尺度用來(lai)描述中值信(xin)號(hao)(區(qu)域均值)。它具有冪定律(lv)傳播特性,即(ji)中值信(xin)號(hao)功率與(yu)距離長度增(zeng)加的某(mou)次冪成(cheng)反比關系。
中尺度(du)用(yong)來描述慢衰落。它(ta)是重(zhong)疊(die)在大尺度(du)傳播(bo)特性(xing)的中值電(dian)平上的平均功率變(bian)化(hua)。當用(yong)分貝表示(shi)時,這種(zhong)變(bian)化(hua)趨于正(zheng)態分布。
小尺度用來描述快衰(shuai)落(luo)。它通常服(fu)從瑞(rui)利概(gai)率密(mi)度函(han)數(shu),又稱為瑞(rui)利衰(shuai)落(luo)。
多普勒頻移
根(gen)據多(duo)普勒(le)效應,由于(yu)無(wu)線(xian)電波發(fa)射端(duan)(duan)和接(jie)收端(duan)(duan)之(zhi)間(jian)的相對運動,接(jie)收端(duan)(duan)接(jie)收到的信號(hao)頻(pin)率將與(yu)發(fa)射端(duan)(duan)發(fa)出的信號(hao)頻(pin)率之(zhi)間(jian)存(cun)在一個(ge)差(cha)值,該差(cha)值就是多(duo)普勒(le)頻(pin)移。
多(duo)普勒頻移(yi)符合下面(mian)的(de)公式(shi):
為合成后的頻率
為工作頻率
為最大(da)多(duo)普勒頻率
v為移動終端的最大速度
為波長
為多徑信號合成的傳播方(fang)(fang)向與(yu)移動終端(duan)行(xing)進方(fang)(fang)向的夾角
時間色散和均衡
時(shi)(shi)間(jian)色(se)散起源于反(fan)射(she),其(qi)反(fan)射(she)信(xin)號(hao)(hao)(hao)來自于距離(li)接收天線約幾千米外的物體。例(li)如,由基站連續發送“1”、“0”的序列,如果遠處反(fan)射(she)信(xin)號(hao)(hao)(hao)到達移(yi)動終端的時(shi)(shi)間(jian)剛(gang)好滯后直射(she)信(xin)號(hao)(hao)(hao)一個(ge)比特(te),那么接收終端將從直射(she)信(xin)號(hao)(hao)(hao)中(zhong)檢出“0”,同時(shi)(shi)還從反(fan)射(she)信(xin)號(hao)(hao)(hao)中(zhong)檢出“1”,于是導致碼間(jian)干(gan)擾,這稱為時(shi)(shi)間(jian)色(se)散。采用自適應均衡技術可以減(jian)少時(shi)(shi)間(jian)色(se)散的影響(xiang)。
麥克斯韋最早(zao)在他遞交(jiao)給英國皇家學(xue)會的(de)論(lun)文《電磁場的(de)動力(li)理論(lun)》中闡(chan)明了(le)電磁波傳播的(de)理論(lun)基礎。他的(de)這些(xie)工作(zuo)完成于1861年至1865年之間。
海因里希·魯道夫·赫茲在1886年至1888年間首(shou)先通過試驗驗證了麥克斯韋的理論(lun)。波動(dong)方程。
1906年圣誕前夜(ye),范信達(Reginald Fessenden)在美國馬薩諸塞州采用外差法實現了歷史上首次(ci)無線電(dian)廣播。范信達廣播了他(ta)自(zi)己用小提琴演奏(zou)“平(ping)安夜(ye)”和朗誦《圣經》片(pian)段(duan)。位(wei)于英格蘭切爾姆斯福德的馬可(ke)尼研究中心(xin)在1922年開播世界(jie)上第一個(ge)定(ding)期(qi)播出的無線電(dian)廣播娛樂節目。
赫茲(Heinrich Rudolf Hertz)在1886年至(zhi)1888年間首先通過試驗(yan)驗(yan)證了麥克斯韋的理(li)論。他證明了無(wu)線電輻射具有波的所有特性,并發(fa)現電磁場方程可以用偏微(wei)分方程表達,通常稱波動方程。
1893年,尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)在(zai)美國密蘇里(li)州圣路易(yi)斯首次公開展示了(le)無(wu)線(xian)電(dian)(dian)(dian)(dian)通信。在(zai)為“費城富蘭克林學院”以及“全國電(dian)(dian)(dian)(dian)燈協會(hui)”做的(de)報告(gao)中(zhong),他描述并演示了(le)無(wu)線(xian)電(dian)(dian)(dian)(dian)通信的(de)基本原理。他所制作的(de)儀器(qi)包含電(dian)(dian)(dian)(dian)子管(guan)發明(ming)之(zhi)前無(wu)線(xian)電(dian)(dian)(dian)(dian)系統的(de)所有基本要素(su)。
馬可尼(Guglielmo Marconi)擁有通常被認(ren)為是世(shi)界(jie)上第一個無線(xian)電技術的專利(li),英國專利(li)12039號,“電脈沖(chong)及(ji)信號傳輸技術的改(gai)進以及(ji)所需(xu)設(she)備”。
1897年,尼古拉·特斯拉在(zai)(zai)美(mei)國獲得(de)了無線(xian)電技(ji)術的(de)(de)專利(li)。1898年,馬(ma)可(ke)尼在(zai)(zai)英格蘭切爾姆斯福德的(de)(de)霍(huo)爾街開辦(ban)了世界上首家無線(xian)電工(gong)廠,雇傭(yong)了大約(yue)50人(ren)。然(ran)而,美(mei)國專利(li)局于(yu)1904年將其專利(li)權撤銷,轉而授予(yu)馬(ma)可(ke)尼發明無線(xian)電的(de)(de)專利(li)。這一舉(ju)動可(ke)能是受到馬(ma)可(ke)尼在(zai)(zai)美(mei)國的(de)(de)經濟(ji)后盾人(ren)物,包括愛迪生,安(an)德魯(lu)·卡耐基(ji)影響的(de)(de)結(jie)果。1909年,馬(ma)可(ke)尼和卡爾·菲迪南德·布勞恩(Karl Ferdinand Braun)由于(yu)“發明無線(xian)電報的(de)(de)貢獻”獲得(de)諾貝爾物理學獎(jiang)。
1943年,在(zai)特(te)(te)斯(si)拉(la)去世后不(bu)久,美國(guo)最高(gao)法院(yuan)重新認定(ding)(ding)特(te)(te)斯(si)拉(la)的專利(li)(li)有效。這(zhe)一決定(ding)(ding)承認他的發明在(zai)馬可尼(ni)的專利(li)(li)之前就已完成。有些(xie)人認為作(zuo)出這(zhe)一決定(ding)(ding)明顯是出于經濟原(yuan)因(yin)。這(zhe)樣二(er)戰中的美國(guo)政(zheng)府(fu)就可以避免付給馬可尼(ni)公司(si)專利(li)(li)使用費。
無(wu)(wu)線電最早應用于航(hang)海中,使用摩爾斯(si)電報在船與陸地間傳遞信(xin)(xin)息。無(wu)(wu)線電有著(zhu)多種應用形式,包括(kuo)無(wu)(wu)線數據網,各種移動通信(xin)(xin)以及無(wu)(wu)線電廣播等(deng)。
以下(xia)是(shi)一些無線電技(ji)術的主(zhu)要應用:
廣(guang)播(bo)的最早形式是航(hang)海無(wu)線(xian)電(dian)報。它(ta)采用開(kai)關控制(zhi)連續波的發射與否,由(you)此在(zai)接收機產生(sheng)的信號,即摩爾斯(si)電(dian)碼。
*調(diao)(diao)幅(fu)廣(guang)(guang)播(bo)(bo)可以(yi)傳播(bo)(bo)電臺信(xin)號(hao)(hao)(hao)。調(diao)(diao)幅(fu)廣(guang)(guang)播(bo)(bo)采(cai)用(yong)幅(fu)度調(diao)(diao)制技術,即接(jie)受(shou)(shou)的(de)(de)(de)(de)強度越(yue)(yue)大則電臺發射(she)(she)的(de)(de)(de)(de)能量也越(yue)(yue)大。這樣的(de)(de)(de)(de)信(xin)號(hao)(hao)(hao)容易受(shou)(shou)到諸如閃電或其他干(gan)擾源的(de)(de)(de)(de)干(gan)擾。*調(diao)(diao)頻(pin)(pin)廣(guang)(guang)播(bo)(bo)可以(yi)比調(diao)(diao)幅(fu)廣(guang)(guang)播(bo)(bo)更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)(de)保真(zhen)度傳播(bo)(bo)電臺信(xin)號(hao)(hao)(hao)。對頻(pin)(pin)率調(diao)(diao)制而言,帶寬越(yue)(yue)大對應發射(she)(she)信(xin)號(hao)(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)頻(pin)(pin)率越(yue)(yue)高(gao)。調(diao)(diao)頻(pin)(pin)廣(guang)(guang)播(bo)(bo)工作于(yu)甚高(gao)頻(pin)(pin)段(duan)(Very High Frequency,VHF)。頻(pin)(pin)段(duan)越(yue)(yue)高(gao),其所擁有的(de)(de)(de)(de)頻(pin)(pin)率帶寬也越(yue)(yue)大,因而可以(yi)容納更(geng)多(duo)的(de)(de)(de)(de)電臺。同時,波長越(yue)(yue)短(duan)的(de)(de)(de)(de)無(wu)線(xian)電波的(de)(de)(de)(de)傳播(bo)(bo)也越(yue)(yue)接(jie)近于(yu)光波直(zhi)線(xian)傳播(bo)(bo)的(de)(de)(de)(de)特性。
*調頻廣(guang)播的邊(bian)帶可以(yi)用來傳播數字信號如,電臺標識、節目名(ming)稱簡(jian)介、網址、股市信息等。在有些國(guo)家,當被(bei)移動(dong)至(zhi)一個新的地區后,調頻收音(yin)機可以(yi)自動(dong)根據邊(bian)帶信息自動(dong)尋找(zhao)原來的頻道。
*航(hang)海和航(hang)空中使(shi)用(yong)的(de)電臺(tai)應(ying)用(yong)VHF調幅技術。這使(shi)得飛機(ji)和船舶(bo)上可以使(shi)用(yong)輕型天線(xian)。
*政府、消防、警察和商業(ye)使用(yong)(yong)的(de)電臺(tai)通常在專用(yong)(yong)頻段上(shang)應用(yong)(yong)窄帶(dai)(dai)調(diao)(diao)頻技術(shu)。這些應用(yong)(yong)通常使用(yong)(yong)5KHz的(de)帶(dai)(dai)寬(kuan)。相對于調(diao)(diao)頻廣播或電視的(de)帶(dai)(dai)寬(kuan),保真度上(shang)不得(de)不作出(chu)犧(xi)牲。
*民(min)用(yong)(yong)或軍用(yong)(yong)高頻(pin)服務(wu)使用(yong)(yong)短(duan)波用(yong)(yong)于船舶,飛(fei)機(ji)或孤立地點間的通訊。大(da)多數情況下(xia),都使用(yong)(yong)單邊帶技術,這樣相(xiang)對于調幅技術可以(yi)節省一半的頻(pin)帶,并(bing)更(geng)有效地利用(yong)(yong)發射(she)功(gong)率。
*陸(lu)地中繼無線(xian)電(dian)(Terrestial Trunked Radio, TETRA)是一種為軍(jun)隊、警察、急救等特殊(shu)部門設計的數(shu)字(zi)集(ji)群電(dian)話系(xi)統(tong)。
*業余無線(xian)電是無線(xian)電愛(ai)好者(zhe)參(can)與的無線(xian)電臺(tai)(tai)通訊(xun)。業余無線(xian)電臺(tai)(tai)可以使用整個頻譜上(shang)很多開放的頻帶。愛(ai)好者(zhe)使用不同形式的編碼(ma)方式和技(ji)術(shu)。有(you)些后來商用的技(ji)術(shu),比如調(diao)頻,單邊帶調(diao)幅,數字分組(zu)無線(xian)電和衛星信號轉(zhuan)發(fa)器,都(dou)是由(you)業余愛(ai)好者(zhe)首先應用的。
*蜂(feng)(feng)窩電(dian)話或移(yi)動(dong)電(dian)話是(shi)(shi)當前最普(pu)遍應用的(de)無(wu)線通信(xin)方式。蜂(feng)(feng)窩電(dian)話覆蓋(gai)區(qu)通常分為多個小(xiao)區(qu)。每個小(xiao)區(qu)由一(yi)個基站發射機覆蓋(gai)。理論(lun)上,小(xiao)區(qu)的(de)形(xing)狀為蜂(feng)(feng)窩狀六邊形(xing),這也是(shi)(shi)蜂(feng)(feng)窩電(dian)話名稱的(de)來(lai)源(yuan)。當前廣泛使用的(de)移(yi)動(dong)電(dian)話系統(tong)標準包括:GSM,CDMA和(he)TDMA。少(shao)數(shu)運營(ying)商已(yi)經(jing)開始提供(gong)下一(yi)代的(de)3G移(yi)動(dong)通信(xin)服務,其主導標準為UMTS和(he)CDMA2000。
*衛星電話(hua)存在兩(liang)種形式:INMARSAT和銥(yi)星系統。兩(liang)種系統都提供全球覆蓋服(fu)務。INMARSAT使用地球同步衛星,需要(yao)定向的高增益天(tian)線。銥(yi)星則是(shi)低軌(gui)道衛星系統,直接使用手機天(tian)線
*通常的模(mo)擬電視信(xin)號采用(yong)將圖(tu)像調幅,調頻并合成在同一(yi)信(xin)號中傳播(bo)。
*數字電視采用MPEG-2圖像(xiang)壓縮技術,由(you)此(ci)大約僅需模擬電視信(xin)號一半(ban)的帶寬。
*無線(xian)電緊急(ji)(ji)(ji)定(ding)(ding)位(wei)(wei)信標(biao)(emergency position indicating radio beacons,EPIRBs),緊急(ji)(ji)(ji)定(ding)(ding)位(wei)(wei)發射機(ji)或個人(ren)定(ding)(ding)位(wei)(wei)信標(biao)是用(yong)來在(zai)緊急(ji)(ji)(ji)情況(kuang)下(xia)對人(ren)員或測(ce)量通過衛星進行定(ding)(ding)位(wei)(wei)的(de)小型無線(xian)電發射機(ji)。它的(de)作(zuo)用(yong)是提(ti)供給救援人(ren)員目標(biao)的(de)精確位(wei)(wei)置,以(yi)便提(ti)供及時的(de)救援。
*數字微波傳(chuan)輸設備、衛星等通常采用(yong)正(zheng)交幅度調制(zhi)(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)。QAM調制(zhi)方式(shi)同時利用(yong)信號的幅度和相位加載信息(xi)。這樣,可以在同樣的帶(dai)寬(kuan)上傳(chuan)遞更大的數據(ju)量。
*EEE802.11是當前無線局(ju)域網的標準。它采用2GHz或5GHz頻段(duan),數據(ju)傳輸速率為11Mbps或54Mbps。
*利用(yong)主動及被動無線電裝置可(ke)以(yi)辨識以(yi)及表明物(wu)體身份。
*所有的(de)衛星(xing)(xing)導航系統都使用裝備了精(jing)確(que)時(shi)鐘的(de)衛星(xing)(xing)。導航衛星(xing)(xing)播發其(qi)位(wei)(wei)置(zhi)和定時(shi)信息。接收機同時(shi)接受多顆導航衛星(xing)(xing)的(de)信號。接收機通過測(ce)量電波的(de)傳播時(shi)間得出(chu)它到(dao)各(ge)個衛星(xing)(xing)的(de)距離,然(ran)后(hou)計(ji)算得出(chu)其(qi)精(jing)確(que)位(wei)(wei)置(zhi)。
*Loran系統也(ye)使用無線電(dian)波的傳播時間(jian)進行(xing)定(ding)位(wei),不(bu)過(guo)其發射臺(tai)都位(wei)于(yu)陸地(di)上。
*VOR系(xi)統通常用(yong)于(yu)飛(fei)(fei)行定位。它使用(yong)兩臺發(fa)(fa)射機,一(yi)(yi)臺指向(xiang)性發(fa)(fa)射機始終發(fa)(fa)射并象燈塔(ta)的射燈一(yi)(yi)樣按照(zhao)固定的速率(lv)旋轉(zhuan)。當指向(xiang)型發(fa)(fa)射機朝向(xiang)北方(fang)時,另一(yi)(yi)全向(xiang)發(fa)(fa)射機會(hui)發(fa)(fa)射脈沖(chong)。飛(fei)(fei)機可以接收(shou)兩個VOR臺的信(xin)號(hao),從(cong)而(er)通過推算(suan)兩個波束的交點確定其位置。
*無(wu)線電定向是無(wu)線電導航的最(zui)早形(xing)式。無(wu)線電定向使用可(ke)移動的環(huan)形(xing)天線來尋找電臺的方向。
*雷(lei)達通(tong)(tong)過(guo)測量(liang)反射(she)無線電(dian)波的(de)(de)延遲來推算目標的(de)(de)距離。并通(tong)(tong)過(guo)反射(she)波的(de)(de)極化和(he)頻率感應目標的(de)(de)表面類(lei)型。
*導航(hang)(hang)雷達使(shi)用超短(duan)波掃(sao)描目標(biao)區域。一般掃(sao)描頻率(lv)為每(mei)分鐘兩到四次(ci),通(tong)過(guo)反射波確定(ding)地形。這種技術通(tong)常(chang)應用在商船(chuan)和(he)長距離商用飛機上。*多(duo)用途雷達通(tong)常(chang)使(shi)用導航(hang)(hang)雷達的(de)頻段。不過(guo),其(qi)所(suo)發射的(de)脈沖經(jing)過(guo)調制(zhi)和(he)極化以(yi)便確定(ding)反射體的(de)表面類型(xing)。優良的(de)多(duo)用途雷達可以(yi)辨別(bie)暴雨、陸地、車(che)輛等(deng)等(deng)。
*搜索(suo)雷達運用短波脈(mo)沖掃描目(mu)標(biao)區(qu)域,通常每分(fen)鐘2-4次(ci)。有些搜索(suo)雷達應用多普勒效應可以將移動物體(ti)同背(bei)景(jing)中區(qu)分(fen)開來
*尋(xun)的(de)雷達采用于搜索雷達類似的(de)原理,不過對較小的(de)區域進行快速反(fan)復掃描,通(tong)常可達每秒鐘(zhong)幾次。
*氣象雷達與搜索雷達類似,但使(shi)用圓(yuan)極化波(bo)以及水(shui)滴易于反射的波(bo)長。有些氣象雷達還利用多普勒效應測量(liang)風速(su)。
*微(wei)波爐利用高功率的(de)(de)微(wei)波對食(shi)物加熱(re)。(注:一種(zhong)通常(chang)的(de)(de)誤解認為微(wei)波爐使(shi)用的(de)(de)頻(pin)率為水分子的(de)(de)共振頻(pin)率。而實際上使(shi)用的(de)(de)頻(pin)率大(da)概是水分子共振頻(pin)率的(de)(de)十分之(zhi)一。)
*無線(xian)電波可以產生(sheng)微(wei)弱的(de)靜電力和磁(ci)力。在微(wei)重(zhong)力條件下,這可以被用(yong)來固定物體(ti)的(de)位(wei)置。
*宇航動力:有(you)方(fang)案提(ti)出可以使用高強度(du)微(wei)波輻射產生的壓(ya)力作為星際(ji)探測器的動力。
*是通(tong)過射電天文望遠鏡接收到的宇宙天體發射的無(wu)線電波(bo)信號可以研究天體的物理、化學性質。這門(men)學科叫射電天文學。