無線電波

無線電波

無線電波或射頻波是指在自由空間(包括空氣和真空)傳播的電磁波。

  • 中文名稱
    無線電波
  • 外文名稱
    Radio waves
  • 拼音
    wú xiàn diàn bō
  • 波長大于
    1mm

原理

無線電波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 300MHz 以下 (下限頻率較不統一,在各種射頻規範書,常見的有三 3KHz~300MHz, 9KHz~300MHz, 10KHz~300MHz)。無線電技術是通過無線電波傳播信號的技術。在天文學上,無線電波被稱為射電波,簡稱射電

無線電波無線電波

無線電技術的原理在于,導體中電流強弱的改變會產生無線電波。利用這一現象,通過調製可將信息載入于無線電波之上。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。

傳播速度

波長大于1m,頻率小于300MHz的電磁波是無線電波。

無線電波是一種能量的傳播形式,電場和磁場在空間中是相互垂直的,並都垂直于傳播方向,在真空中的傳播速度等于光速的約300000千米/秒。

空氣折射率

無線電波在真空中的傳播速度與在空氣中傳播速度的比。它等于空氣電容率的平方根,是決定無線電波在低空大氣中傳播狀況的重要參數,常用n表示。

空氣中氧和氮是中性分子(沒有固有的電偶極距);水汽是極性分子(存在固有的電偶極距)。上述兩類分子都參與空氣的介電作用。幹空氣的介電現象是在電場作用下,由氧和氮分子極化引起的。在無線電波作用下,空氣分子發生極化,使電波傳播速度比在真空中小。有電場存在時,水汽分子不僅因為極化,而且因其固有的電偶極矩在電場作用下而轉動,使電波傳播速度降低。故無線電波在濕空氣中的傳播速度比在幹空氣中小。無線電波的空氣折射率與空氣密度和水汽密度成正比。

無線電波折射現象與光波折射現象有相似之處,但是在大氣中無線電波的折射率及其變化的程度都比光波折射率大,路徑的彎曲程度比光波的嚴重。無線電波的空氣折射率隨頻率變化是很小的,在頻率小于100吉赫(波長大于3毫米)時,可近似地視為常數。折射率n的數值與1(真空折射率)很接近,在地面上隻差近于 300×10的一個小量,在高空差值更小。為了使用方便起見,引用折射率差N來表達折射率n與1的差值,以差值的百萬分之一為單位,稱為N單位,即N=(n-1)×10。折射率差N是大氣溫度、壓力和濕度的函式。

套用

無線電最早套用于航海中,使用摩爾斯電報在船與陸地間傳遞信息。現在,無線電有著多種套用形式,包括無線資料網,各種移動通信以及無線電廣播等。

以下是一些無線電技術的主要套用:

航海

聲音廣播的最早形式是航海無線電報。它採用開關控製連續波的發射與否,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幹擾源的幹擾。* 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。調頻廣播工作于甚高頻段(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的傳播也越接近于光波直線傳播的特徵。

* 調頻廣播的邊帶可以用來傳播數位信號如,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套用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套用窄帶調頻技術。這些套用通常使用5KHz的頻寬。相對于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于船舶,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,這樣相對于調幅技術可以節省一半的頻帶,並更有效地利用發射功率。

* 陸地中繼無線電(Terrestial Trunked Radio, TETRA)是一種為軍隊、警察、急救等特殊部門設計的數位集群電話系統。

*業餘無線電無線電愛好者參與的無線電台通訊。業餘無線電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,數位分組無線電和衛星信號轉發器,都是由業餘愛好者首先套用的。

通話

*蜂窩電話行動電話是當前最普遍套用的無線通信方式。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,CDMA和TDMA。少數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UMTS和CDMA2000。

*衛星電話存在兩種形式:INMARSAT 和 銥星系統。兩種系統都提供全球覆蓋服務。 INMARSAT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

影片

* 通常的模擬電視信號採用將圖像調幅,伴音調頻並合成在同一信號中傳播。

* 數位電視採用MPEG-2圖像壓縮技術,由此大約僅需模擬電視信號一半的頻寬。

緊急服務

* 無線電緊急定位信標 (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。

資料傳輸

*數位微波傳輸設備、衛星等通常採用正交幅度調製(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)。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載遞更大的資料量。

* IEEE 802.11是當前無線區域網路的標準。它採用2GHz或5GHz頻段,資料傳輸速率為11 Mbps或54 Mbps。

導航

* 利用主動及被動無線電裝置可以辨識以及表明物體身份。

* 所有的衛星導航系統都使用裝備了精確時鍾的衛星。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的傳播時間進行定位,不過其發射台都位于陸地上。

* 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沖。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。

* 無線電定向是無線電導航的最早形式。無線電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鍾兩到四次,通過反射波確定地形。這種技術通常套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,其所發射的脈沖經過調製和極化以便確定反射體的表面類型。優亮的多用途雷達可以辨別暴雨、陸地、車輛等等。

* 搜尋雷達運用短波脈沖掃描目標區域,通常每分鍾2-4次。有些搜尋雷達套用多普勒效應可以將移動物體同背景中區分開來

* 尋的雷達採用于搜尋雷達類似的原理,不過對較小的區域進行快速反復掃描,通常可達每秒鍾幾次。

*氣象雷達與搜尋雷達類似,但使用圓極化波以及水滴易于反射的波長。有些氣象雷達還利用多普勒效應測量風速。

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。

天文學

* 是通過射電天文望遠鏡接收到的宇宙天體發射的無線電波信號可以研究天體的物理、化學性質。這門學科叫射電天文學

傳播特徵

簡介

無線電波在空間或介質中傳播具有折射反射散射、繞射以及吸收等特徵。這些特徵使無線電波隨著傳播距離的增加而逐漸衰減,如無線電波傳播到越來越大的距離和空間區域,電波能量便越來越分散,造成擴散衰減;而在介質中傳播,電波能量被介質消耗,造成吸收衰減和折射衰減等。

特徵一

無線電波在真空中傳播,稱為在自由空間傳播,它的傳播特征為擴散衰減。衰減的定義為:距輻射源某傳播距離處的功率密度同單位距離處的功率密度之比,其值反比于傳播距離的平方。

特徵二

在傳播介質中,無線電波的傳播特徵不僅有擴散衰減,還有介質的折射吸收造成的衰減。這兩種衰減分別取決于介質的折射率n和吸收衰減常數ɑnɑ都是頻率f、介質磁導率μ、介電常數ε和介質電導率σ的函式,即

無線電波傳播

式中ω=2πfc為光速;對于電離氣體介質:

無線電波 無線電波

式中ε0為自由空間介電常數;N為電子密度;v為電子與中性分子的每秒碰撞次數;em分別為電子的電量和質量。

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