電(dian)磁波的一種。頻率大約(yue)為(wei)(wei)30,000,000KHz(30GHz)以(yi)下,或波長大于1mm的電(dian)磁波,由于它是由振蕩電(dian)路的交變(bian)電(dian)流而產生的,可以(yi)通過天線發射(she)和(he)吸收故(gu)稱(cheng)之(zhi)為(wei)(wei)無線電(dian)波。
電(dian)磁波(bo)包含(han)很多種類,按照頻(pin)率從低到(dao)高的順(shun)序排列(lie)為:無線(xian)(xian)(xian)(xian)電(dian)波(bo)、紅(hong)外線(xian)(xian)(xian)(xian)、可見光、紫外線(xian)(xian)(xian)(xian)、X射線(xian)(xian)(xian)(xian)及γ射線(xian)(xian)(xian)(xian)。無線(xian)(xian)(xian)(xian)電(dian)波(bo)分布在(zai)300GHz以下(xia)的頻(pin)率范(fan)圍內(nei)。
在不同的(de)波段內的(de)無線電(dian)波具有不同的(de)傳播特(te)性(xing)。
頻(pin)(pin)率越低,傳播(bo)損耗越小,覆(fu)蓋距離越遠(yuan),繞射能力也越強。但是(shi)低頻(pin)(pin)段的頻(pin)(pin)率資源緊張,系統(tong)容量有限(xian),因此低頻(pin)(pin)段的無線電波主要應用于廣播(bo)、電視(shi)、尋呼等系統(tong)。
高頻(pin)段頻(pin)率(lv)資(zi)源(yuan)豐富,系統容量大(da)。但是頻(pin)率(lv)越(yue)(yue)高,傳播損耗越(yue)(yue)大(da),覆蓋距離(li)越(yue)(yue)近,繞射(she)能(neng)力越(yue)(yue)弱。另外,頻(pin)率(lv)越(yue)(yue)高,技術難度也越(yue)(yue)大(da),系統的成本(ben)相(xiang)應提高。
移(yi)(yi)動(dong)(dong)通(tong)信系(xi)(xi)統(tong)選擇所用(yong)頻段(duan)時要綜合考慮覆(fu)蓋(gai)效果(guo)(guo)和(he)容(rong)量。UHF頻段(duan)與其他(ta)頻段(duan)相(xiang)比(bi),在覆(fu)蓋(gai)效果(guo)(guo)和(he)容(rong)量之間(jian)折衷的比(bi)較好,因(yin)此被(bei)廣泛應(ying)用(yong)于(yu)手機等終端的移(yi)(yi)動(dong)(dong)通(tong)信領(ling)域(yu)。當然(ran),隨著人們對移(yi)(yi)動(dong)(dong)通(tong)信的需求越(yue)(yue)來越(yue)(yue)多,需要的容(rong)量越(yue)(yue)來越(yue)(yue)大,移(yi)(yi)動(dong)(dong)通(tong)信系(xi)(xi)統(tong)必然(ran)要向高頻段(duan)發展(zhan)。
無線電(dian)波(bo)的(de)速(su)(su)度(du)(du)只隨(sui)傳(chuan)(chuan)播(bo)(bo)(bo)(bo)介(jie)質的(de)電(dian)和(he)磁(ci)的(de)性質而變化(hua)。無線電(dian)波(bo)在真空(kong)(kong)中傳(chuan)(chuan)播(bo)(bo)(bo)(bo)的(de)速(su)(su)度(du)(du),等(deng)(deng)于(yu)光(guang)在真空(kong)(kong)中傳(chuan)(chuan)播(bo)(bo)(bo)(bo)的(de)速(su)(su)度(du)(du),因(yin)為(wei)無線電(dian)波(bo)和(he)光(guang)均屬于(yu)電(dian)磁(ci)波(bo)。無線電(dian)波(bo)在其他介(jie)質中傳(chuan)(chuan)播(bo)(bo)(bo)(bo)的(de)速(su)(su)度(du)(du)為(wei)Vε=C/sqrt(ε)。其中ε為(wei)傳(chuan)(chuan)播(bo)(bo)(bo)(bo)介(jie)質的(de)介(jie)電(dian)常數。空(kong)(kong)氣(qi)(qi)的(de)介(jie)電(dian)常數與真空(kong)(kong)很接近(jin),略(lve)大于(yu)1,因(yin)此無線電(dian)波(bo)在空(kong)(kong)氣(qi)(qi)中的(de)傳(chuan)(chuan)播(bo)(bo)(bo)(bo)速(su)(su)度(du)(du)略(lve)小于(yu)光(guang)速(su)(su),通常我們近(jin)似認為(wei)就等(deng)(deng)于(yu)光(guang)速(su)(su)。
無線電波的傳播方式
對于自由空間(jian),在(zai)自由空間(jian)中由于沒有阻擋,電(dian)波傳播只有直(zhi)射,不(bu)存在(zai)其他現象(xiang)。
而對(dui)(dui)于(yu)(yu)(yu)日常生(sheng)活中(zhong)的(de)實際傳(chuan)播(bo)(bo)(bo)環境(jing),由于(yu)(yu)(yu)地(di)面存在各種各樣的(de)物體,使(shi)得電(dian)波(bo)的(de)傳(chuan)播(bo)(bo)(bo)有(you)直射、反(fan)射、繞射(衍射)等,另(ling)外對(dui)(dui)于(yu)(yu)(yu)室內或列車內的(de)用戶,還有(you)一部分信號來源于(yu)(yu)(yu)無線電(dian)波(bo)對(dui)(dui)建(jian)筑的(de)穿透。這(zhe)些都造成無線電(dian)波(bo)傳(chuan)播(bo)(bo)(bo)的(de)多樣性和復雜性,增大了對(dui)(dui)電(dian)波(bo)傳(chuan)播(bo)(bo)(bo)研究的(de)難度。
直射
直射(she)(she)在(zai)視距內可(ke)以看(kan)做無線電波在(zai)自由(you)空(kong)間(jian)中(zhong)傳(chuan)(chuan)播(bo)。直射(she)(she)波傳(chuan)(chuan)播(bo)損耗公式(shi)同自由(you)空(kong)間(jian)中(zhong)的路徑(jing)損耗公式(shi):PL=32.44+20lgf+20lgd。其中(zhong),PL為自由(you)空(kong)間(jian)的路損,單(dan)位是dB。F為載波的頻率,單(dan)位是MHz。d為發射(she)(she)源(yuan)與接(jie)收點的距離,單(dan)位是km。
反射(she)、折射(she)與穿透(tou)
在電(dian)磁(ci)波(bo)傳(chuan)播(bo)過程中遇到障(zhang)(zhang)礙物(wu),當這個障(zhang)(zhang)礙物(wu)的(de)尺(chi)寸(cun)遠大(da)于(yu)(yu)電(dian)磁(ci)波(bo)的(de)波(bo)長時,電(dian)磁(ci)波(bo)在不同介(jie)質(zhi)(zhi)(zhi)的(de)交界處會(hui)發生反(fan)射(she)和折射(she)。另外,障(zhang)(zhang)礙物(wu)的(de)介(jie)質(zhi)(zhi)(zhi)屬性也會(hui)對(dui)反(fan)射(she)產(chan)生影響。對(dui)于(yu)(yu)良導體(ti)(ti),反(fan)射(she)不會(hui)帶來(lai)衰(shuai)(shuai)減(jian);對(dui)于(yu)(yu)絕緣體(ti)(ti),他只(zhi)反(fan)射(she)入射(she)能量(liang)的(de)一部分,剩下的(de)被折射(she)入新的(de)介(jie)質(zhi)(zhi)(zhi)繼(ji)續傳(chuan)播(bo);而對(dui)于(yu)(yu)非理想(xiang)介(jie)質(zhi)(zhi)(zhi),電(dian)磁(ci)波(bo)貫穿介(jie)質(zhi)(zhi)(zhi),即穿透(tou)時,介(jie)質(zhi)(zhi)(zhi)會(hui)吸收(shou)電(dian)磁(ci)波(bo)的(de)能量(liang),產(chan)生貫穿衰(shuai)(shuai)落。穿透(tou)損(sun)耗大(da)小不僅(jin)與電(dian)磁(ci)波(bo)頻率有關,而且與穿透(tou)物(wu)體(ti)(ti)的(de)材(cai)料、尺(chi)寸(cun)有關。
一般室(shi)內(nei)的無線(xian)電波(bo)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)是穿(chuan)透(tou)分(fen)量與繞(rao)射(she)(she)分(fen)量的疊加,而(er)繞(rao)射(she)(she)分(fen)量占絕大部(bu)分(fen)。所以,總(zong)的來看(kan),高頻(pin)(pin)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(例如(ru)1800MHz)的室(shi)內(nei)外電平差比低頻(pin)(pin)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(800MHz)的室(shi)內(nei)外電平差要(yao)大。并且,低頻(pin)(pin)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)進入(ru)室(shi)內(nei)后,由于(yu)穿(chuan)透(tou)能力差一些,在(zai)室(shi)內(nei)進行各(ge)種反射(she)(she)后場強分(fen)布更均勻;而(er)高頻(pin)(pin)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)進入(ru)室(shi)內(nei)后,部(bu)分(fen)穿(chuan)透(tou)又穿(chuan)透(tou)出去了,室(shi)內(nei)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)分(fen)布就不太均勻,也就使(shi)用戶(hu)感覺信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)波(bo)動(dong)大。
繞射(衍射)
在電磁波傳播(bo)過(guo)程中遇(yu)到(dao)障礙物,這個障礙物的(de)尺寸與電磁波的(de)波長接(jie)近時,電磁波可以從該物體的(de)邊(bian)緣繞射過(guo)去。繞射可以幫助進行(xing)陰(yin)影區域的(de)覆蓋。
散射
在電磁波(bo)傳播過(guo)程中遇到障(zhang)(zhang)礙物(wu),這(zhe)個障(zhang)(zhang)礙物(wu)的尺(chi)寸(cun)小于(yu)電磁波(bo)的波(bo)長(chang),并(bing)且單位體積(ji)內這(zhe)種障(zhang)(zhang)礙物(wu)的數目(mu)非常巨大(da)時,會發(fa)生散射。散射發(fa)生在粗糙物(wu)體、小物(wu)體或(huo)其它不規(gui)則物(wu)體表面,如(ru)樹葉(xie)、街道標識和(he)燈(deng)柱(zhu)等。
不同(tong)距離(li)下無線電波的(de)傳播
視距傳播
無(wu)線電波(bo)視距傳播的一般(ban)形式主要是(shi)直射(she)波(bo)和地面反射(she)波(bo)的疊加,結果可(ke)能(neng)使信號(hao)加強,也(ye)可(ke)能(neng)使信號(hao)減弱。
由于地(di)(di)球(qiu)(qiu)是(shi)球(qiu)(qiu)形的(de),受地(di)(di)球(qiu)(qiu)曲率半徑(jing)(jing)的(de)影響(xiang),視距(ju)傳(chuan)播存(cun)在一個極限(xian)距(ju)離(li)Rmax,它受發射天(tian)線高度、接收天(tian)線高度和地(di)(di)球(qiu)(qiu)半徑(jing)(jing)影響(xiang)。
非視距傳播
無線電(dian)(dian)波非視距傳播的一般形式有(you):繞射波、對流層(ceng)反射波和電(dian)(dian)離層(ceng)反射波。
①繞射波
繞(rao)射波(bo)(bo)是建筑物內部或陰影區域信號(hao)的主要來源。繞(rao)射波(bo)(bo)的強(qiang)度受傳播環境影響很大,且頻率越(yue)高,繞(rao)射信號(hao)越(yue)弱。
②對流層反射波
對(dui)(dui)(dui)流(liu)(liu)層(ceng)反(fan)(fan)射(she)波產(chan)生于(yu)(yu)對(dui)(dui)(dui)流(liu)(liu)層(ceng)。對(dui)(dui)(dui)流(liu)(liu)層(ceng)是異類介(jie)質,由于(yu)(yu)天氣(qi)情況而隨時間變(bian)(bian)化。它的反(fan)(fan)射(she)系(xi)數隨高度增加(jia)而減少。這種緩慢變(bian)(bian)化的反(fan)(fan)射(she)系(xi)數使(shi)電波彎(wan)曲。對(dui)(dui)(dui)流(liu)(liu)層(ceng)反(fan)(fan)射(she)方式應用于(yu)(yu)波長小于(yu)(yu)10米(即頻率大于(yu)(yu)30MHz)的無線通信(xin)中。對(dui)(dui)(dui)流(liu)(liu)層(ceng)反(fan)(fan)射(she)波具有極大的隨機(ji)性。
③電離層反射波
當電波(bo)(bo)波(bo)(bo)長大于(yu)1米(即(ji)頻率小于(yu)300MHz)時,電離(li)(li)層(ceng)是反(fan)射(she)體(ti)。從電離(li)(li)層(ceng)反(fan)射(she)的電波(bo)(bo)可能(neng)有一個或多個跳躍,因此(ci)這種傳播用于(yu)長距(ju)離(li)(li)通信,同(tong)對流層(ceng)一樣,電離(li)(li)層(ceng)也是具(ju)有連續波(bo)(bo)動的特性。
無線電波在(zai)陸地(di)移動通信(xin)環境下的(de)特點
傳播環境的復雜性
由于移動終端的(de)天線高度比較低(di),傳播路(lu)徑總是受到地形及(ji)人為(wei)環境的(de)影響(xiang),使(shi)得(de)接收(shou)信號大量(liang)的(de)散(san)射(she)、反(fan)射(she)或疊加。
傳播環(huan)境的(de)復雜性(xing)體(ti)現在地形(xing)、人為(wei)建(jian)筑物、人為(wei)干擾(rao)的(de)多樣性(xing)。比如,周圍有樹林的(de)地形(xing),樹葉(xie)會(hui)造成無線(xian)(xian)電波(bo)大(da)量的(de)散射。而(er)對(dui)于城市環(huan)境,由街(jie)道兩(liang)旁的(de)高大(da)建(jian)筑導(dao)致的(de)波(bo)導(dao)效應,使得街(jie)道上沿著(zhu)傳播方向的(de)信(xin)號增(zeng)強,垂直于傳播方向的(de)信(xin)號減弱,兩(liang)者相差可達10dB左右。另外(wai),機動車(che)的(de)點火(huo)、電力(li)線(xian)(xian)、工業等人為(wei)影響,都會(hui)對(dui)接收信(xin)號造成干擾(rao)。
移(yi)動(dong)終端的隨機移(yi)動(dong)性
移(yi)動(dong)(dong)(dong)終端(duan)總是在移(yi)動(dong)(dong)(dong),即使移(yi)動(dong)(dong)(dong)終端(duan)不動(dong)(dong)(dong),周圍環境也一直在變(bian)(bian)化,如人、車的(de)(de)(de)移(yi)動(dong)(dong)(dong),風吹動(dong)(dong)(dong)樹葉等,使得(de)基(ji)站與移(yi)動(dong)(dong)(dong)終端(duan)之(zhi)間的(de)(de)(de)傳(chuan)播路徑不斷發生變(bian)(bian)化。并且移(yi)動(dong)(dong)(dong)終端(duan)相對基(ji)站的(de)(de)(de)移(yi)動(dong)(dong)(dong)方(fang)向和移(yi)動(dong)(dong)(dong)速度的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化,都會導致信(xin)號電平(ping)的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化,只(zhi)能用(yong)隨機過程的(de)(de)(de)概(gai)率分布來(lai)描述(shu)。
傳播的開放性
無線電波傳播空間的(de)開放性導致空間干(gan)(gan)擾(rao)現象嚴重(zhong)。比較常見的(de)有(you)同頻干(gan)(gan)擾(rao)、鄰頻干(gan)(gan)擾(rao)、互調干(gan)(gan)擾(rao)等。隨(sui)著頻率復(fu)用(yong)系數的(de)提高,同鄰頻干(gan)(gan)擾(rao)將(jiang)成為主(zhu)要干(gan)(gan)擾(rao)。
無(wu)線(xian)電波(bo)自發射地(di)點(dian)到接收地(di)點(dian)主要(yao)有天(tian)波(bo)、地(di)波(bo)、空間(jian)直線(xian)波(bo)3種(zhong)傳播方式,各波(bo)特(te)性如下:
地(di)波(bo):沿(yan)著地(di)球表面(mian)傳(chuan)(chuan)(chuan)播(bo)的(de)電波(bo),稱為(wei)地(di)波(bo)。在傳(chuan)(chuan)(chuan)播(bo)過程中因電波(bo)受(shou)到地(di)面(mian)的(de)吸(xi)(xi)收,其傳(chuan)(chuan)(chuan)播(bo)距(ju)離(li)(li)不遠。頻率越高(gao),地(di)面(mian)吸(xi)(xi)收越大,因此(ci)短波(bo)、超短波(bo)沿(yan)地(di)面(mian)傳(chuan)(chuan)(chuan)播(bo)時,距(ju)離(li)(li)較(jiao)近,一般不超過100公(gong)里,而中波(bo)傳(chuan)(chuan)(chuan)播(bo)距(ju)離(li)(li)相對較(jiao)遠。優點是(shi)受(shou)氣(qi)候(hou)影響較(jiao)小,信號(hao)穩定,通信可靠性高(gao)。
天波(bo)(bo):靠大氣層中的(de)電(dian)離(li)(li)層反射(she)傳(chuan)播(bo)(bo)的(de)電(dian)波(bo)(bo),稱(cheng)為天波(bo)(bo),又稱(cheng)電(dian)離(li)(li)層反射(she)波(bo)(bo)。發射(she)的(de)電(dian)波(bo)(bo)是經距(ju)地面70—80公里以(yi)上的(de)電(dian)離(li)(li)層反射(she)后至接收地點,其(qi)傳(chuan)播(bo)(bo)距(ju)離(li)(li)較遠(yuan),一般在1000公里以(yi)上。缺點是受電(dian)離(li)(li)層氣候影響較大,傳(chuan)播(bo)(bo)信號很(hen)不穩定。短波(bo)(bo)頻(pin)段(duan)是天波(bo)(bo)傳(chuan)播(bo)(bo)的(de)最佳頻(pin)段(duan),漁業船舶配備的(de)短波(bo)(bo)單邊(bian)帶電(dian)臺,就是利用天波(bo)(bo)傳(chuan)播(bo)(bo)方式進行(xing)遠(yuan)距(ju)離(li)(li)通信的(de)設備。
空間直(zhi)(zhi)(zhi)線波:在空間由發射地點向接(jie)收地點直(zhi)(zhi)(zhi)線傳(chuan)播(bo)的電(dian)(dian)波,稱空間直(zhi)(zhi)(zhi)線電(dian)(dian)波,又稱直(zhi)(zhi)(zhi)線波或視距(ju)波。傳(chuan)播(bo)距(ju)離為視距(ju)范(fan)圍,僅(jin)為數十(shi)公(gong)里。漁(yu)業(ye)船舶配備(bei)的對講機和雷達均是利用空間波傳(chuan)播(bo)方式進行(xing)通信的設備(bei)。
無線(xian)電(dian)波是(shi)橫波。即電(dian)場和(he)磁場的(de)方向(xiang)都與(yu)波的(de)傳(chuan)播(bo)方向(xiang)垂(chui)直.無線(xian)電(dian)波在空間傳(chuan)播(bo)時,必(bi)然要受到(dao)大(da)氣層的(de)影響(xiang),尤(you)其(qi)以電(dian)離(li)層的(de)影響(xiang)最為顯著,使無線(xian)電(dian)波發生折(zhe)射(she)(she)和(he)衰減(jian).其(qi)中(zhong),波長越大(da),折(zhe)射(she)(she)與(yu)衰減(jian)越大(da)。
根據無線電(dian)波波長不(bu)同(tong)的傳播特(te)性(xing),不(bu)同(tong)的通信業務(wu)(wu)(wu)使用不(bu)同(tong)的波段.比如長波用于導航、固定業務(wu)(wu)(wu);中短波用于移(yi)動業務(wu)(wu)(wu);微(wei)波用于無線電(dian)天文、空間通信。
無線電(dian)波的衰落(luo)特(te)性
無線電波(bo)在傳播過程中的衰落,是(shi)它非(fei)常(chang)重要的特(te)性,可以從大、中、小三種尺度來描述(shu)。
大尺度用(yong)來描述中值(zhi)信號(hao)(區域均(jun)值(zhi))。它具有冪定律傳播(bo)特性(xing),即(ji)中值(zhi)信號(hao)功(gong)率與距離長度增加的(de)某次冪成反比關(guan)系。
中尺度用來描述慢衰(shuai)落(luo)。它是重疊在大尺度傳(chuan)播特性(xing)的中值(zhi)電平(ping)(ping)上(shang)的平(ping)(ping)均功率變化(hua)。當用分(fen)貝(bei)表示時(shi),這種變化(hua)趨于正態(tai)分(fen)布。
小(xiao)尺度(du)用來描述快衰落。它(ta)通(tong)常(chang)服(fu)從瑞(rui)利(li)概(gai)率密度(du)函數(shu),又稱為瑞(rui)利(li)衰落。
多普勒頻移
根據(ju)多普(pu)勒效應,由于無線電波發射端和接收(shou)端之間(jian)(jian)的(de)相(xiang)對運動,接收(shou)端接收(shou)到(dao)的(de)信號(hao)頻率將與發射端發出的(de)信號(hao)頻率之間(jian)(jian)存在(zai)一個差(cha)值,該差(cha)值就是多普(pu)勒頻移。
多(duo)普勒頻移符合下面的公式:
為合成后的頻率
為工作頻率
為最大多普勒頻率(lv)
v為移動終端的(de)最大速(su)度
為波長
為多徑信號合成(cheng)的(de)傳播方(fang)向(xiang)與移動終端行(xing)進方(fang)向(xiang)的(de)夾角
時間色散和均衡
時間(jian)色散起(qi)源于反(fan)(fan)射(she)(she)(she)(she),其反(fan)(fan)射(she)(she)(she)(she)信號來(lai)自(zi)(zi)于距離接(jie)收天線約幾千米外的物體。例如,由基站連(lian)續發(fa)送“1”、“0”的序列,如果(guo)遠處反(fan)(fan)射(she)(she)(she)(she)信號到達(da)移(yi)動終端的時間(jian)剛好(hao)滯后直(zhi)(zhi)射(she)(she)(she)(she)信號一個(ge)比特(te),那么接(jie)收終端將從直(zhi)(zhi)射(she)(she)(she)(she)信號中檢(jian)出(chu)“0”,同時還從反(fan)(fan)射(she)(she)(she)(she)信號中檢(jian)出(chu)“1”,于是導致碼間(jian)干擾,這稱為時間(jian)色散。采用(yong)自(zi)(zi)適應均衡技術可以(yi)減少時間(jian)色散的影響。
麥克斯韋(wei)最早在他(ta)遞交給(gei)英國皇家學會的(de)論文(wen)《電磁場的(de)動力(li)理(li)論》中闡明了電磁波傳播的(de)理(li)論基礎。他(ta)的(de)這些(xie)工作完(wan)成于1861年(nian)至1865年(nian)之間。
海(hai)因(yin)里希·魯道夫·赫茲在(zai)1886年至(zhi)1888年間首先通(tong)過試驗(yan)驗(yan)證了(le)麥克(ke)斯韋的理論。波(bo)動方(fang)程。
1906年圣誕(dan)前夜,范信達(Reginald Fessenden)在(zai)美國(guo)馬薩諸塞(sai)州采(cai)用外(wai)差法(fa)實現了歷史上首次無線(xian)電廣播(bo)(bo)。范信達廣播(bo)(bo)了他(ta)自(zi)己用小提琴演奏“平安夜”和(he)朗誦《圣經》片段。位于英格蘭切爾姆(mu)斯福(fu)德的(de)馬可尼研究(jiu)中(zhong)心在(zai)1922年開播(bo)(bo)世(shi)界上第一個定(ding)期(qi)播(bo)(bo)出的(de)無線(xian)電廣播(bo)(bo)娛樂節目。
赫茲(Heinrich Rudolf Hertz)在1886年至1888年間首(shou)先通(tong)過試驗驗證了麥(mai)克斯韋的(de)理(li)論。他(ta)證明了無(wu)線電輻射具有(you)波的(de)所有(you)特性(xing),并發現電磁場方程(cheng)(cheng)可以用偏微(wei)分方程(cheng)(cheng)表達,通(tong)常稱(cheng)波動方程(cheng)(cheng)。
1893年,尼(ni)古拉(la)·特(te)斯(si)拉(la)(Nikola Tesla)在(zai)美國密蘇里州圣路易斯(si)首次公開(kai)展示了無線(xian)電(dian)(dian)通信(xin)。在(zai)為“費城富蘭(lan)克林學院”以及“全國電(dian)(dian)燈(deng)協會(hui)”做(zuo)的報告中(zhong),他(ta)描述并演示了無線(xian)電(dian)(dian)通信(xin)的基本原(yuan)理。他(ta)所制作的儀(yi)器包含電(dian)(dian)子(zi)管(guan)發明之前無線(xian)電(dian)(dian)系統的所有基本要素。
馬可尼(Guglielmo Marconi)擁有通常被認為(wei)是世界上第一個(ge)無線電(dian)技(ji)術的(de)專利(li),英國專利(li)12039號(hao),“電(dian)脈沖及信號(hao)傳輸技(ji)術的(de)改進以及所需設(she)備”。
1897年(nian)(nian)(nian),尼(ni)古拉·特斯拉在美國獲得了無線(xian)電技術的(de)(de)專(zhuan)利(li)。1898年(nian)(nian)(nian),馬可(ke)(ke)尼(ni)在英格(ge)蘭切爾姆斯福德的(de)(de)霍爾街開(kai)辦了世(shi)界上首家(jia)無線(xian)電工廠,雇傭了大約50人。然而,美國專(zhuan)利(li)局于1904年(nian)(nian)(nian)將其(qi)專(zhuan)利(li)權撤銷,轉而授予(yu)馬可(ke)(ke)尼(ni)發明(ming)無線(xian)電的(de)(de)專(zhuan)利(li)。這一(yi)舉動可(ke)(ke)能是(shi)受(shou)到馬可(ke)(ke)尼(ni)在美國的(de)(de)經(jing)濟后盾(dun)人物(wu)(wu),包括愛迪(di)生,安德魯·卡耐基(ji)影響的(de)(de)結果。1909年(nian)(nian)(nian),馬可(ke)(ke)尼(ni)和卡爾·菲(fei)迪(di)南(nan)德·布勞恩(Karl Ferdinand Braun)由于“發明(ming)無線(xian)電報的(de)(de)貢獻”獲得諾貝爾物(wu)(wu)理學獎。
1943年,在特斯拉去世后不(bu)久,美國最(zui)高法院(yuan)重(zhong)新認(ren)定(ding)特斯拉的(de)專(zhuan)利有效。這一(yi)決(jue)定(ding)承(cheng)認(ren)他的(de)發(fa)明(ming)在馬(ma)可尼的(de)專(zhuan)利之前就(jiu)已完成。有些人認(ren)為作出(chu)這一(yi)決(jue)定(ding)明(ming)顯(xian)是出(chu)于經濟(ji)原因(yin)。這樣二(er)戰中的(de)美國政府就(jiu)可以避免付(fu)給馬(ma)可尼公(gong)司專(zhuan)利使用費(fei)。
無線(xian)(xian)電(dian)最(zui)早應用于航海中(zhong),使用摩爾斯電(dian)報在船與陸(lu)地間傳(chuan)遞信(xin)(xin)息。無線(xian)(xian)電(dian)有著多種應用形式,包括無線(xian)(xian)數據網,各種移動(dong)通信(xin)(xin)以及無線(xian)(xian)電(dian)廣播(bo)等。
以(yi)下是一些(xie)無線電(dian)技術的主要應用:
廣播的(de)最早(zao)形式是航海無線電報。它采用開關控制連續(xu)波的(de)發(fa)射與否,由此(ci)在接收機產生的(de)信號,即摩爾斯電碼。
*調(diao)幅(fu)廣播(bo)可(ke)以傳播(bo)電(dian)(dian)臺信號(hao)。調(diao)幅(fu)廣播(bo)采用幅(fu)度(du)調(diao)制(zhi)技術,即(ji)接受的(de)(de)強度(du)越(yue)(yue)大則電(dian)(dian)臺發射的(de)(de)能(neng)量也越(yue)(yue)大。這樣的(de)(de)信號(hao)容易受到諸如閃電(dian)(dian)或其他干擾源的(de)(de)干擾。*調(diao)頻廣播(bo)可(ke)以比調(diao)幅(fu)廣播(bo)更(geng)高的(de)(de)保真度(du)傳播(bo)電(dian)(dian)臺信號(hao)。對頻率(lv)(lv)調(diao)制(zhi)而言,帶(dai)寬越(yue)(yue)大對應發射信號(hao)的(de)(de)頻率(lv)(lv)越(yue)(yue)高。調(diao)頻廣播(bo)工(gong)作于甚高頻段(duan)(Very High Frequency,VHF)。頻段(duan)越(yue)(yue)高,其所擁有的(de)(de)頻率(lv)(lv)帶(dai)寬也越(yue)(yue)大,因而可(ke)以容納(na)更(geng)多的(de)(de)電(dian)(dian)臺。同時(shi),波長越(yue)(yue)短(duan)的(de)(de)無線電(dian)(dian)波的(de)(de)傳播(bo)也越(yue)(yue)接近于光波直線傳播(bo)的(de)(de)特性。
*調頻廣播的(de)(de)邊帶(dai)可(ke)以(yi)用來傳播數(shu)字信(xin)(xin)號如,電臺(tai)標識、節目(mu)名稱簡介、網(wang)址、股市信(xin)(xin)息等。在(zai)有些國(guo)家,當被移動至一(yi)個新的(de)(de)地區后,調頻收(shou)音機可(ke)以(yi)自動根(gen)據邊帶(dai)信(xin)(xin)息自動尋找原來的(de)(de)頻道。
*航海和航空中使用(yong)(yong)的(de)電臺(tai)應用(yong)(yong)VHF調幅技術。這使得飛機和船舶上可以使用(yong)(yong)輕型天線。
*政府、消(xiao)防、警察(cha)和商(shang)業(ye)使用(yong)(yong)的電臺通常(chang)在專用(yong)(yong)頻(pin)(pin)段上(shang)(shang)應用(yong)(yong)窄(zhai)帶(dai)調頻(pin)(pin)技(ji)術(shu)。這些應用(yong)(yong)通常(chang)使用(yong)(yong)5KHz的帶(dai)寬。相對于調頻(pin)(pin)廣播或電視的帶(dai)寬,保真度上(shang)(shang)不得不作出犧牲。
*民用(yong)(yong)或軍用(yong)(yong)高頻服(fu)務使(shi)用(yong)(yong)短波用(yong)(yong)于(yu)(yu)船舶,飛機或孤立地(di)點間的(de)通訊。大多數(shu)情況下,都使(shi)用(yong)(yong)單邊帶技(ji)術(shu),這(zhe)樣相對于(yu)(yu)調幅技(ji)術(shu)可以(yi)節省一半的(de)頻帶,并(bing)更有效地(di)利(li)用(yong)(yong)發射(she)功率(lv)。
*陸地中(zhong)繼無線電(dian)(dian)(Terrestial Trunked Radio, TETRA)是(shi)一種為軍隊(dui)、警察、急救等特殊(shu)部(bu)門設計的數字集群電(dian)(dian)話系統。
*業(ye)(ye)余無(wu)線(xian)電(dian)是無(wu)線(xian)電(dian)愛(ai)好者參與的(de)無(wu)線(xian)電(dian)臺(tai)通訊。業(ye)(ye)余無(wu)線(xian)電(dian)臺(tai)可以使用整(zheng)個頻譜上很多開放的(de)頻帶(dai)。愛(ai)好者使用不同形式的(de)編碼方(fang)式和技(ji)術。有些后來商用的(de)技(ji)術,比(bi)如調(diao)頻,單邊帶(dai)調(diao)幅,數字分組無(wu)線(xian)電(dian)和衛星信(xin)號轉發器(qi),都是由業(ye)(ye)余愛(ai)好者首先(xian)應用的(de)。
*蜂窩電(dian)話或移(yi)動(dong)(dong)電(dian)話是當前最普遍(bian)應用(yong)(yong)的(de)無線通信(xin)(xin)方式。蜂窩電(dian)話覆(fu)蓋(gai)區通常(chang)分為(wei)多個小(xiao)區。每個小(xiao)區由(you)一個基站發射(she)機覆(fu)蓋(gai)。理論上,小(xiao)區的(de)形狀(zhuang)(zhuang)為(wei)蜂窩狀(zhuang)(zhuang)六邊形,這也是蜂窩電(dian)話名稱的(de)來(lai)源。當前廣(guang)泛使用(yong)(yong)的(de)移(yi)動(dong)(dong)電(dian)話系(xi)統標(biao)準(zhun)包括(kuo):GSM,CDMA和TDMA。少(shao)數運(yun)營商已經開始提供(gong)下(xia)一代的(de)3G移(yi)動(dong)(dong)通信(xin)(xin)服務,其主導(dao)標(biao)準(zhun)為(wei)UMTS和CDMA2000。
*衛星(xing)(xing)(xing)電話存在兩種形式:INMARSAT和銥星(xing)(xing)(xing)系(xi)統。兩種系(xi)統都提供全(quan)球覆蓋服務(wu)。INMARSAT使用(yong)地球同步衛星(xing)(xing)(xing),需(xu)要(yao)定向的高增(zeng)益天(tian)線。銥星(xing)(xing)(xing)則(ze)是(shi)低軌道衛星(xing)(xing)(xing)系(xi)統,直接使用(yong)手(shou)機(ji)天(tian)線
*通常的模擬電視信號(hao)采用將圖像調(diao)幅,調(diao)頻(pin)并合成在同(tong)一信號(hao)中傳播。
*數字電視(shi)(shi)采用MPEG-2圖像(xiang)壓縮技術,由此(ci)大約(yue)僅需模擬電視(shi)(shi)信(xin)號一半的帶寬(kuan)。
*無線電緊(jin)急定(ding)位(wei)信標(biao)(emergency position indicating radio beacons,EPIRBs),緊(jin)急定(ding)位(wei)發射機或個人(ren)定(ding)位(wei)信標(biao)是(shi)用來在緊(jin)急情況下對(dui)人(ren)員或測量通過衛星進行定(ding)位(wei)的(de)小型無線電發射機。它(ta)的(de)作用是(shi)提供(gong)給救(jiu)援人(ren)員目標(biao)的(de)精確(que)位(wei)置,以便提供(gong)及時(shi)的(de)救(jiu)援。
*數字(zi)微波傳輸設備、衛星等通常采用正交(jiao)幅度調制(zhi)(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)。QAM調制(zhi)方式同(tong)時利用信(xin)號的幅度和相(xiang)位(wei)加載信(xin)息。這(zhe)樣,可以(yi)在同(tong)樣的帶寬上傳遞(di)更大的數據量。
*EEE802.11是當(dang)前無線(xian)局(ju)域網的標準。它采(cai)用2GHz或(huo)5GHz頻段(duan),數據傳輸(shu)速(su)率(lv)為11Mbps或(huo)54Mbps。
*利用(yong)主動及被動無線電(dian)裝置可(ke)以辨(bian)識以及表明物體身份。
*所有的衛星(xing)導(dao)航(hang)系統(tong)都使用(yong)裝備了精確時鐘的衛星(xing)。導(dao)航(hang)衛星(xing)播(bo)(bo)發其位(wei)置(zhi)和定(ding)時信息(xi)。接收機(ji)同時接受多顆導(dao)航(hang)衛星(xing)的信號(hao)。接收機(ji)通過測量電波(bo)的傳播(bo)(bo)時間得(de)出(chu)它(ta)到各個衛星(xing)的距離,然后計算得(de)出(chu)其精確位(wei)置(zhi)。
*Loran系統(tong)也使用無線電波的傳播時間進行定(ding)位,不過其發射臺都(dou)位于陸地上。
*VOR系統通常用于(yu)飛行定位。它(ta)使用兩臺發(fa)(fa)射(she)機,一(yi)(yi)臺指(zhi)向(xiang)性發(fa)(fa)射(she)機始終發(fa)(fa)射(she)并象燈塔的射(she)燈一(yi)(yi)樣按(an)照固定的速率旋轉。當指(zhi)向(xiang)型發(fa)(fa)射(she)機朝向(xiang)北方時,另一(yi)(yi)全(quan)向(xiang)發(fa)(fa)射(she)機會發(fa)(fa)射(she)脈沖。飛機可以接收兩個(ge)VOR臺的信號,從(cong)而(er)通過推算兩個(ge)波束的交點確(que)定其位置。
*無(wu)(wu)線電定向是(shi)無(wu)(wu)線電導航(hang)的最早(zao)形式。無(wu)(wu)線電定向使用可移動的環形天線來尋找電臺的方向。
*雷達(da)通過測(ce)量反射無(wu)線電波的(de)延遲來推算目標的(de)距離。并通過反射波的(de)極(ji)化和(he)頻率感應目標的(de)表面類(lei)型(xing)。
*導(dao)航雷(lei)達使(shi)用超(chao)短(duan)波掃(sao)描目標區域(yu)。一(yi)般掃(sao)描頻率為(wei)每分鐘兩(liang)到四次,通(tong)(tong)過(guo)反(fan)射波確(que)定地(di)形。這種技術通(tong)(tong)常應用在商船和長距離商用飛機上。*多用途(tu)雷(lei)達通(tong)(tong)常使(shi)用導(dao)航雷(lei)達的(de)頻段。不(bu)過(guo),其所(suo)發射的(de)脈(mo)沖(chong)經過(guo)調制和極(ji)化以便(bian)確(que)定反(fan)射體的(de)表(biao)面類(lei)型。優良的(de)多用途(tu)雷(lei)達可以辨別暴雨(yu)、陸(lu)地(di)、車輛等等。
*搜索(suo)雷達(da)運用短波脈(mo)沖(chong)掃(sao)描目標區域,通常每分鐘2-4次。有(you)些搜索(suo)雷達(da)應(ying)用多普勒效應(ying)可以將移(yi)動物體同背景中區分開來
*尋的雷(lei)(lei)達采(cai)用于搜索雷(lei)(lei)達類似的原理,不過對較(jiao)小的區(qu)域進行快速反(fan)復掃描,通(tong)常可達每秒鐘幾(ji)次。
*氣象雷達與(yu)搜索雷達類似,但(dan)使用圓極化波以(yi)及水滴易(yi)于反射的波長。有些氣象雷達還利用多普勒效應(ying)測(ce)量(liang)風速。
*微波爐利用高功率(lv)(lv)的微波對食物加熱(re)。(注:一種通常的誤解認為微波爐使用的頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)為水(shui)分子的共振(zhen)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)。而實際上使用的頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)大(da)概是水(shui)分子共振(zhen)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)的十分之(zhi)一。)
*無線電(dian)(dian)波可以產生微弱(ruo)的(de)靜(jing)電(dian)(dian)力(li)和(he)磁(ci)力(li)。在微重力(li)條(tiao)件下,這(zhe)可以被用來固定物體(ti)的(de)位置。
*宇(yu)航動力(li)(li)(li):有(you)方案提(ti)出可以(yi)使用高強度微波輻射(she)產(chan)生的壓力(li)(li)(li)作(zuo)為星際探測(ce)器的動力(li)(li)(li)。
*是通過(guo)射(she)電(dian)天(tian)(tian)文望遠(yuan)鏡接(jie)收到的宇(yu)宙天(tian)(tian)體發射(she)的無(wu)線(xian)電(dian)波信號可以(yi)研(yan)究天(tian)(tian)體的物(wu)理、化學性質。這門學科叫(jiao)射(she)電(dian)天(tian)(tian)文學。