電磁(ci)波(bo)的(de)(de)一(yi)種。頻率大(da)約為(wei)(wei)30,000,000KHz(30GHz)以下,或波(bo)長(chang)大(da)于1mm的(de)(de)電磁(ci)波(bo),由(you)于它是由(you)振蕩(dang)電路的(de)(de)交變電流而產(chan)生的(de)(de),可以通(tong)過天(tian)線發射(she)和吸收故稱(cheng)之為(wei)(wei)無(wu)線電波(bo)。
電磁波(bo)(bo)包含很多種類,按照頻率(lv)(lv)從低到(dao)高的(de)順序排列為:無(wu)線(xian)電波(bo)(bo)、紅(hong)外線(xian)、可見光、紫外線(xian)、X射線(xian)及γ射線(xian)。無(wu)線(xian)電波(bo)(bo)分布在300GHz以(yi)下(xia)的(de)頻率(lv)(lv)范(fan)圍內。
在不同的波段內(nei)的無線電波具(ju)有不同的傳播特性(xing)。
頻(pin)率越(yue)低(di),傳播損耗(hao)越(yue)小,覆蓋(gai)距離越(yue)遠(yuan),繞射能(neng)力(li)也越(yue)強。但是低(di)頻(pin)段的(de)頻(pin)率資源緊張,系統容(rong)量有限,因此低(di)頻(pin)段的(de)無(wu)線電波主要應用(yong)于廣播、電視、尋呼等系統。
高(gao)(gao)頻段頻率資源(yuan)豐富,系統(tong)容量(liang)大(da)。但(dan)是(shi)頻率越(yue)(yue)高(gao)(gao),傳播(bo)損耗越(yue)(yue)大(da),覆蓋距(ju)離越(yue)(yue)近,繞射能力(li)越(yue)(yue)弱。另外,頻率越(yue)(yue)高(gao)(gao),技(ji)術難度(du)也越(yue)(yue)大(da),系統(tong)的成本(ben)相(xiang)應(ying)提(ti)高(gao)(gao)。
移動通信(xin)系統選(xuan)擇所(suo)用(yong)頻(pin)(pin)段(duan)時(shi)要(yao)綜合考(kao)慮(lv)覆蓋效果和容(rong)量。UHF頻(pin)(pin)段(duan)與其他頻(pin)(pin)段(duan)相比,在覆蓋效果和容(rong)量之(zhi)間折衷的比較好,因此被廣泛應用(yong)于手機等(deng)終端的移動通信(xin)領域。當然,隨著人們對移動通信(xin)的需求(qiu)越(yue)來(lai)越(yue)多,需要(yao)的容(rong)量越(yue)來(lai)越(yue)大,移動通信(xin)系統必然要(yao)向(xiang)高頻(pin)(pin)段(duan)發展(zhan)。
無(wu)線(xian)電(dian)波(bo)的速(su)度(du)只隨傳播(bo)介(jie)(jie)質的電(dian)和磁的性質而變化。無(wu)線(xian)電(dian)波(bo)在(zai)真(zhen)空(kong)(kong)(kong)中(zhong)(zhong)傳播(bo)的速(su)度(du),等于(yu)光(guang)(guang)在(zai)真(zhen)空(kong)(kong)(kong)中(zhong)(zhong)傳播(bo)的速(su)度(du),因(yin)為無(wu)線(xian)電(dian)波(bo)和光(guang)(guang)均屬于(yu)電(dian)磁波(bo)。無(wu)線(xian)電(dian)波(bo)在(zai)其他介(jie)(jie)質中(zhong)(zhong)傳播(bo)的速(su)度(du)為Vε=C/sqrt(ε)。其中(zhong)(zhong)ε為傳播(bo)介(jie)(jie)質的介(jie)(jie)電(dian)常數(shu)。空(kong)(kong)(kong)氣(qi)的介(jie)(jie)電(dian)常數(shu)與真(zhen)空(kong)(kong)(kong)很接近,略大于(yu)1,因(yin)此無(wu)線(xian)電(dian)波(bo)在(zai)空(kong)(kong)(kong)氣(qi)中(zhong)(zhong)的傳播(bo)速(su)度(du)略小于(yu)光(guang)(guang)速(su),通常我們(men)近似(si)認(ren)為就等于(yu)光(guang)(guang)速(su)。
無(wu)線電波的傳播方式
對于(yu)自由(you)空間,在(zai)自由(you)空間中由(you)于(yu)沒有阻擋,電波傳播只有直射(she),不存在(zai)其他(ta)現象(xiang)。
而對于(yu)(yu)日常生活中的(de)(de)實際傳(chuan)播環境,由于(yu)(yu)地面存在各(ge)種各(ge)樣(yang)的(de)(de)物體,使得電波的(de)(de)傳(chuan)播有(you)直射(she)、反射(she)、繞射(she)(衍射(she))等,另(ling)外對于(yu)(yu)室(shi)內或列車(che)內的(de)(de)用戶,還有(you)一部分信號(hao)來(lai)源于(yu)(yu)無(wu)線電波對建筑(zhu)的(de)(de)穿透。這些都造(zao)成無(wu)線電波傳(chuan)播的(de)(de)多樣(yang)性(xing)和復雜性(xing),增大了對電波傳(chuan)播研究(jiu)的(de)(de)難度。
直射
直射在視距(ju)內可以看做無(wu)線電波在自(zi)由(you)空間中傳播。直射波傳播損(sun)耗公式(shi)同(tong)自(zi)由(you)空間中的路徑損(sun)耗公式(shi):PL=32.44+20lgf+20lgd。其(qi)中,PL為自(zi)由(you)空間的路損(sun),單(dan)位(wei)(wei)是(shi)(shi)dB。F為載(zai)波的頻率,單(dan)位(wei)(wei)是(shi)(shi)MHz。d為發射源與接收(shou)點的距(ju)離,單(dan)位(wei)(wei)是(shi)(shi)km。
反射(she)、折(zhe)射(she)與穿透
在(zai)電(dian)磁波(bo)(bo)傳播(bo)過(guo)程中遇到(dao)障(zhang)礙物(wu),當這(zhe)個障(zhang)礙物(wu)的(de)(de)尺寸遠大于電(dian)磁波(bo)(bo)的(de)(de)波(bo)(bo)長時(shi),電(dian)磁波(bo)(bo)在(zai)不(bu)同介(jie)(jie)質(zhi)的(de)(de)交界處(chu)會(hui)發生反射(she)和折射(she)。另外(wai),障(zhang)礙物(wu)的(de)(de)介(jie)(jie)質(zhi)屬性(xing)也會(hui)對(dui)反射(she)產(chan)生影響。對(dui)于良導體,反射(she)不(bu)會(hui)帶來衰減(jian);對(dui)于絕緣(yuan)體,他只反射(she)入射(she)能量的(de)(de)一部分,剩下的(de)(de)被折射(she)入新的(de)(de)介(jie)(jie)質(zhi)繼續傳播(bo);而對(dui)于非理想介(jie)(jie)質(zhi),電(dian)磁波(bo)(bo)貫(guan)穿(chuan)介(jie)(jie)質(zhi),即穿(chuan)透(tou)時(shi),介(jie)(jie)質(zhi)會(hui)吸收電(dian)磁波(bo)(bo)的(de)(de)能量,產(chan)生貫(guan)穿(chuan)衰落(luo)。穿(chuan)透(tou)損耗(hao)大小不(bu)僅與電(dian)磁波(bo)(bo)頻率有關,而且與穿(chuan)透(tou)物(wu)體的(de)(de)材料、尺寸有關。
一(yi)般室(shi)(shi)內(nei)(nei)(nei)的(de)無線電波信號(hao)是穿(chuan)透分量與繞(rao)射(she)分量的(de)疊(die)加,而繞(rao)射(she)分量占絕大(da)部分。所以,總的(de)來看,高(gao)頻(pin)信號(hao)(例(li)如1800MHz)的(de)室(shi)(shi)內(nei)(nei)(nei)外(wai)電平差比低(di)頻(pin)信號(hao)(800MHz)的(de)室(shi)(shi)內(nei)(nei)(nei)外(wai)電平差要大(da)。并且(qie),低(di)頻(pin)信號(hao)進(jin)入(ru)室(shi)(shi)內(nei)(nei)(nei)后(hou),由于穿(chuan)透能(neng)力差一(yi)些(xie),在室(shi)(shi)內(nei)(nei)(nei)進(jin)行各種(zhong)反射(she)后(hou)場強分布更(geng)均勻;而高(gao)頻(pin)信號(hao)進(jin)入(ru)室(shi)(shi)內(nei)(nei)(nei)后(hou),部分穿(chuan)透又穿(chuan)透出去了(le),室(shi)(shi)內(nei)(nei)(nei)信號(hao)分布就不太均勻,也就使(shi)用戶感(gan)覺信號(hao)波動大(da)。
繞射(衍射)
在電(dian)磁波(bo)傳播過(guo)程中遇(yu)到障礙物(wu),這個障礙物(wu)的(de)(de)尺寸與電(dian)磁波(bo)的(de)(de)波(bo)長(chang)接(jie)近時(shi),電(dian)磁波(bo)可(ke)以從該物(wu)體的(de)(de)邊緣繞射(she)過(guo)去。繞射(she)可(ke)以幫助(zhu)進行陰(yin)影區域的(de)(de)覆蓋。
散射
在電磁波傳(chuan)播過程中遇(yu)到障礙物(wu),這個障礙物(wu)的尺(chi)寸小(xiao)于電磁波的波長,并且單位(wei)體積內(nei)這種障礙物(wu)的數目非常巨大時,會發(fa)生(sheng)散射。散射發(fa)生(sheng)在粗糙物(wu)體、小(xiao)物(wu)體或(huo)其它不規(gui)則物(wu)體表面(mian),如樹葉、街道標(biao)識和燈柱等。
不同(tong)距離下無線電波的傳播
視距傳播
無線電波視距傳播的一般形式主要(yao)是直(zhi)射波和(he)地(di)面反射波的疊加,結果可能使信(xin)(xin)號(hao)加強,也可能使信(xin)(xin)號(hao)減弱。
由于(yu)地(di)球(qiu)(qiu)是球(qiu)(qiu)形(xing)的,受地(di)球(qiu)(qiu)曲率(lv)半徑的影響(xiang),視距(ju)傳(chuan)播存在一個極限距(ju)離Rmax,它(ta)受發射天線高(gao)度、接收天線高(gao)度和地(di)球(qiu)(qiu)半徑影響(xiang)。
非視距傳播
無線電波(bo)非(fei)視距傳(chuan)播的一般形式(shi)有:繞射(she)波(bo)、對流層反(fan)射(she)波(bo)和電離層反(fan)射(she)波(bo)。
①繞射波
繞(rao)射(she)(she)波是建筑物內部(bu)或陰影區域信(xin)號(hao)(hao)的(de)主要來源(yuan)。繞(rao)射(she)(she)波的(de)強度(du)受(shou)傳播環境影響很大,且(qie)頻率(lv)越(yue)高,繞(rao)射(she)(she)信(xin)號(hao)(hao)越(yue)弱。
②對流層反射波
對(dui)流(liu)(liu)(liu)層反(fan)射波(bo)產生于對(dui)流(liu)(liu)(liu)層。對(dui)流(liu)(liu)(liu)層是(shi)異類介質,由于天氣情況而隨(sui)時間變化。它(ta)的反(fan)射系(xi)數(shu)隨(sui)高(gao)度增加而減少。這種(zhong)緩慢變化的反(fan)射系(xi)數(shu)使電波(bo)彎曲(qu)。對(dui)流(liu)(liu)(liu)層反(fan)射方(fang)式應用(yong)于波(bo)長小(xiao)于10米(即頻(pin)率大于30MHz)的無線通信中。對(dui)流(liu)(liu)(liu)層反(fan)射波(bo)具有(you)極大的隨(sui)機(ji)性。
③電離層反射波
當電波(bo)波(bo)長大于1米(mi)(即(ji)頻率小于300MHz)時(shi),電離層(ceng)是反(fan)射(she)體(ti)。從(cong)電離層(ceng)反(fan)射(she)的電波(bo)可能有一個(ge)(ge)或多個(ge)(ge)跳躍,因(yin)此這種傳播用(yong)于長距(ju)離通信,同對流(liu)層(ceng)一樣,電離層(ceng)也(ye)是具有連續波(bo)動的特性(xing)。
無(wu)線電波在陸地(di)移動通(tong)信環境下(xia)的特點(dian)
傳播環境(jing)的(de)復雜性
由于(yu)移動終端的(de)天線高度比較低,傳(chuan)播路徑總是受到地形及人為環境(jing)的(de)影(ying)響,使得接收信號大量的(de)散射、反射或疊加(jia)。
傳播(bo)(bo)環境的(de)(de)復雜(za)性體現在地形、人為建筑物、人為干(gan)擾的(de)(de)多樣性。比(bi)如,周圍有樹(shu)林的(de)(de)地形,樹(shu)葉(xie)會(hui)造(zao)成無(wu)線(xian)電(dian)波大(da)量的(de)(de)散射(she)。而對于城市環境,由街道兩(liang)旁的(de)(de)高(gao)大(da)建筑導(dao)致(zhi)的(de)(de)波導(dao)效(xiao)應(ying),使得(de)街道上沿(yan)著傳播(bo)(bo)方向(xiang)的(de)(de)信號增強(qiang),垂直于傳播(bo)(bo)方向(xiang)的(de)(de)信號減弱,兩(liang)者(zhe)相差可達10dB左右。另外,機動車的(de)(de)點火、電(dian)力線(xian)、工業等人為影響(xiang),都(dou)會(hui)對接收(shou)信號造(zao)成干(gan)擾。
移(yi)動終端的隨機移(yi)動性(xing)
移(yi)(yi)動(dong)終(zhong)(zhong)端(duan)(duan)總(zong)是在移(yi)(yi)動(dong),即使(shi)移(yi)(yi)動(dong)終(zhong)(zhong)端(duan)(duan)不動(dong),周圍環境也一直在變(bian)(bian)化(hua),如人、車(che)的(de)移(yi)(yi)動(dong),風(feng)吹動(dong)樹(shu)葉等,使(shi)得基站(zhan)與移(yi)(yi)動(dong)終(zhong)(zhong)端(duan)(duan)之(zhi)間(jian)的(de)傳(chuan)播路(lu)徑(jing)不斷發生變(bian)(bian)化(hua)。并且移(yi)(yi)動(dong)終(zhong)(zhong)端(duan)(duan)相(xiang)對基站(zhan)的(de)移(yi)(yi)動(dong)方向和移(yi)(yi)動(dong)速度的(de)變(bian)(bian)化(hua),都(dou)會導致(zhi)信(xin)號電平的(de)變(bian)(bian)化(hua),只能用(yong)隨機過程(cheng)的(de)概率分布來描述。
傳播的開放性
無線電波傳(chuan)播(bo)空(kong)間的(de)開放性(xing)導(dao)致(zhi)空(kong)間干(gan)(gan)擾(rao)(rao)現象(xiang)嚴重。比較常見的(de)有同(tong)頻(pin)(pin)干(gan)(gan)擾(rao)(rao)、鄰頻(pin)(pin)干(gan)(gan)擾(rao)(rao)、互(hu)調干(gan)(gan)擾(rao)(rao)等。隨著(zhu)頻(pin)(pin)率復用(yong)系數的(de)提(ti)高,同(tong)鄰頻(pin)(pin)干(gan)(gan)擾(rao)(rao)將(jiang)成為(wei)主(zhu)要(yao)干(gan)(gan)擾(rao)(rao)。
無線(xian)電波自發(fa)射地點到接收地點主要有天波、地波、空間(jian)直線(xian)波3種傳(chuan)播方式(shi),各波特性如下:
地(di)(di)波(bo)(bo)(bo):沿(yan)著地(di)(di)球表面(mian)傳(chuan)播(bo)(bo)的(de)電波(bo)(bo)(bo),稱(cheng)為地(di)(di)波(bo)(bo)(bo)。在傳(chuan)播(bo)(bo)過程中因電波(bo)(bo)(bo)受到地(di)(di)面(mian)的(de)吸收,其傳(chuan)播(bo)(bo)距(ju)離不(bu)遠。頻率越高,地(di)(di)面(mian)吸收越大,因此短波(bo)(bo)(bo)、超短波(bo)(bo)(bo)沿(yan)地(di)(di)面(mian)傳(chuan)播(bo)(bo)時,距(ju)離較(jiao)近,一般不(bu)超過100公里,而中波(bo)(bo)(bo)傳(chuan)播(bo)(bo)距(ju)離相對較(jiao)遠。優點是受氣(qi)候影響較(jiao)小,信號穩(wen)定,通信可靠性高。
天(tian)波(bo)(bo):靠大氣層中的(de)(de)電(dian)(dian)離(li)(li)(li)(li)層反(fan)(fan)射(she)傳(chuan)播(bo)(bo)(bo)的(de)(de)電(dian)(dian)波(bo)(bo),稱為天(tian)波(bo)(bo),又稱電(dian)(dian)離(li)(li)(li)(li)層反(fan)(fan)射(she)波(bo)(bo)。發射(she)的(de)(de)電(dian)(dian)波(bo)(bo)是經距地面70—80公里以(yi)上的(de)(de)電(dian)(dian)離(li)(li)(li)(li)層反(fan)(fan)射(she)后(hou)至接(jie)收地點,其傳(chuan)播(bo)(bo)(bo)距離(li)(li)(li)(li)較(jiao)遠(yuan),一般在1000公里以(yi)上。缺點是受電(dian)(dian)離(li)(li)(li)(li)層氣候影(ying)響較(jiao)大,傳(chuan)播(bo)(bo)(bo)信(xin)號很(hen)不穩定。短波(bo)(bo)頻段是天(tian)波(bo)(bo)傳(chuan)播(bo)(bo)(bo)的(de)(de)最佳頻段,漁業船舶配備的(de)(de)短波(bo)(bo)單邊帶電(dian)(dian)臺,就是利用天(tian)波(bo)(bo)傳(chuan)播(bo)(bo)(bo)方式進(jin)行遠(yuan)距離(li)(li)(li)(li)通信(xin)的(de)(de)設備。
空(kong)間直線(xian)波(bo)(bo)(bo)(bo):在(zai)空(kong)間由發射地點(dian)向接(jie)收地點(dian)直線(xian)傳播的電(dian)波(bo)(bo)(bo)(bo),稱空(kong)間直線(xian)電(dian)波(bo)(bo)(bo)(bo),又稱直線(xian)波(bo)(bo)(bo)(bo)或視距波(bo)(bo)(bo)(bo)。傳播距離為視距范(fan)圍(wei),僅為數十公(gong)里。漁業船舶配備的對講(jiang)機和雷(lei)達均(jun)是利用空(kong)間波(bo)(bo)(bo)(bo)傳播方式進行通信(xin)的設備。
無線電波(bo)(bo)是橫波(bo)(bo)。即電場(chang)和(he)磁場(chang)的(de)(de)方(fang)向都與(yu)波(bo)(bo)的(de)(de)傳播方(fang)向垂直.無線電波(bo)(bo)在空間傳播時,必然要受到大(da)氣層(ceng)(ceng)的(de)(de)影響(xiang),尤(you)其(qi)以電離層(ceng)(ceng)的(de)(de)影響(xiang)最為顯著,使(shi)無線電波(bo)(bo)發生(sheng)折(zhe)射和(he)衰減(jian)(jian).其(qi)中,波(bo)(bo)長越(yue)(yue)大(da),折(zhe)射與(yu)衰減(jian)(jian)越(yue)(yue)大(da)。
根據無線(xian)電(dian)波波長不同的傳播特性,不同的通信業務(wu)使用不同的波段.比(bi)如長波用于(yu)導航、固定業務(wu);中短(duan)波用于(yu)移動業務(wu);微波用于(yu)無線(xian)電(dian)天(tian)文、空(kong)間通信。
無線(xian)電波的衰落特性(xing)
無(wu)線(xian)電(dian)波(bo)在(zai)傳播(bo)過程(cheng)中(zhong)的衰落,是它(ta)非(fei)常(chang)重要的特性,可以從大、中(zhong)、小三種尺度(du)來描述。
大(da)尺(chi)度用(yong)來描述中(zhong)值(zhi)信號(hao)(區域均值(zhi))。它(ta)具有冪(mi)定律傳播特(te)性,即中(zhong)值(zhi)信號(hao)功率(lv)與距離(li)長(chang)度增(zeng)加的某次冪(mi)成反比(bi)關系。
中尺度(du)(du)用來描述慢衰落。它是重疊在大尺度(du)(du)傳播特性的中值電平上的平均功率(lv)變化。當用分(fen)貝(bei)表示(shi)時,這種變化趨于正態分(fen)布。
小尺(chi)度(du)用來描述快衰落。它通常服從瑞利概率密度(du)函(han)數,又稱為瑞利衰落。
多普勒頻移
根據多(duo)普勒(le)效(xiao)應(ying),由(you)于(yu)無線電波發(fa)射(she)端(duan)和(he)接收(shou)端(duan)之間的(de)相(xiang)對運(yun)動,接收(shou)端(duan)接收(shou)到的(de)信號頻率將(jiang)與發(fa)射(she)端(duan)發(fa)出的(de)信號頻率之間存在一個差(cha)值,該差(cha)值就是多(duo)普勒(le)頻移。
多普勒頻移符合下面的公(gong)式:
為合成后的頻率
為工作頻率
為最大多普勒頻率
v為移動終端的(de)最大速度(du)
為波長
為多徑信(xin)號合成的傳播(bo)方(fang)向與移(yi)動終(zhong)端行進方(fang)向的夾角
時間色散和均衡
時(shi)間(jian)色散起源于(yu)反射,其反射信號(hao)來自于(yu)距離接(jie)收天線約幾千(qian)米外的物體。例(li)如,由基(ji)站連(lian)續發送“1”、“0”的序列,如果遠處反射信號(hao)到(dao)達移動終端的時(shi)間(jian)剛好滯后直射信號(hao)一(yi)個比特,那(nei)么(me)接(jie)收終端將從(cong)直射信號(hao)中檢出“0”,同時(shi)還從(cong)反射信號(hao)中檢出“1”,于(yu)是導致碼間(jian)干擾,這稱為時(shi)間(jian)色散。采用自適(shi)應均(jun)衡技術可以減少時(shi)間(jian)色散的影(ying)響。
麥克(ke)斯韋(wei)最早在他遞交給英(ying)國皇家學會(hui)的(de)(de)論(lun)文《電磁場的(de)(de)動力理論(lun)》中闡(chan)明了電磁波傳播的(de)(de)理論(lun)基礎(chu)。他的(de)(de)這些工作完成于1861年至1865年之(zhi)間。
海因里希·魯道夫·赫茲在1886年至(zhi)1888年間首先通(tong)過試(shi)驗驗證了麥(mai)克斯韋的理論。波動方程。
1906年(nian)圣誕前夜,范信達(da)(Reginald Fessenden)在(zai)美國馬(ma)薩諸(zhu)塞州采用(yong)外差法實現了歷史上首次(ci)無線(xian)電(dian)廣播(bo)。范信達(da)廣播(bo)了他自己用(yong)小(xiao)提琴演奏“平安(an)夜”和朗誦《圣經》片段(duan)。位于英格蘭切爾姆斯福德的馬(ma)可尼研(yan)究中心在(zai)1922年(nian)開播(bo)世界上第一個定期(qi)播(bo)出的無線(xian)電(dian)廣播(bo)娛樂節目。
赫茲(zi)(Heinrich Rudolf Hertz)在1886年至1888年間首先通(tong)過試驗驗證了麥克斯韋(wei)的(de)理論。他(ta)證明了無(wu)線電(dian)輻射具有波(bo)的(de)所有特性,并發現(xian)電(dian)磁(ci)場方程可以用偏(pian)微分方程表達,通(tong)常稱(cheng)波(bo)動方程。
1893年,尼古(gu)拉·特斯(si)拉(Nikola Tesla)在美國(guo)密蘇(su)里(li)州(zhou)圣路易斯(si)首(shou)次公開展示(shi)了無(wu)線電通信。在為“費城富蘭(lan)克林學(xue)院(yuan)”以及“全國(guo)電燈協會”做的報告(gao)中,他描述并(bing)演示(shi)了無(wu)線電通信的基本(ben)原理(li)。他所制(zhi)作(zuo)的儀器包含電子管發明之前無(wu)線電系統(tong)的所有基本(ben)要素。
馬(ma)可(ke)尼(Guglielmo Marconi)擁有通常被認(ren)為是世界上第一(yi)個無線電技(ji)術(shu)的專(zhuan)利(li),英國(guo)專(zhuan)利(li)12039號,“電脈沖及(ji)信號傳輸技(ji)術(shu)的改(gai)進以及(ji)所需設備”。
1897年,尼古拉·特斯拉在美國獲(huo)得了無(wu)(wu)(wu)線電(dian)(dian)技(ji)術(shu)的(de)(de)專(zhuan)利。1898年,馬可尼在英格蘭切爾姆斯福德(de)的(de)(de)霍爾街開(kai)辦了世界上首家無(wu)(wu)(wu)線電(dian)(dian)工(gong)廠,雇傭(yong)了大約(yue)50人。然而(er),美國專(zhuan)利局于1904年將(jiang)其專(zhuan)利權撤銷(xiao),轉而(er)授予馬可尼發明無(wu)(wu)(wu)線電(dian)(dian)的(de)(de)專(zhuan)利。這一舉動可能是受到馬可尼在美國的(de)(de)經濟后盾人物,包括愛迪生,安德(de)魯(lu)·卡(ka)耐(nai)基影響的(de)(de)結果。1909年,馬可尼和(he)卡(ka)爾·菲(fei)迪南德(de)·布勞(lao)恩(Karl Ferdinand Braun)由于“發明無(wu)(wu)(wu)線電(dian)(dian)報的(de)(de)貢獻”獲(huo)得諾貝爾物理學獎。
1943年,在(zai)特斯(si)拉去世后不(bu)久(jiu),美國(guo)(guo)最高(gao)法院重新認(ren)定特斯(si)拉的專(zhuan)(zhuan)(zhuan)利有效。這一(yi)決定承認(ren)他的發明在(zai)馬(ma)可(ke)尼(ni)的專(zhuan)(zhuan)(zhuan)利之前就已(yi)完成。有些(xie)人(ren)認(ren)為作出(chu)這一(yi)決定明顯(xian)是(shi)出(chu)于經濟原因。這樣二戰中的美國(guo)(guo)政府就可(ke)以避免(mian)付給馬(ma)可(ke)尼(ni)公司專(zhuan)(zhuan)(zhuan)利使用費。
無(wu)線電(dian)最(zui)早應用(yong)于航海(hai)中,使用(yong)摩爾斯電(dian)報在船與陸(lu)地(di)間傳遞信息。無(wu)線電(dian)有著多種(zhong)應用(yong)形式,包括無(wu)線數據網,各種(zhong)移動通信以及(ji)無(wu)線電(dian)廣(guang)播等。
以下是一些無線電技(ji)術的主要應(ying)用:
廣播的最早形式是航海無線電報。它采用(yong)開關控制連(lian)續波的發射與否,由此在接收機產生的信號(hao),即摩爾斯電碼。
*調(diao)幅廣(guang)播可以傳(chuan)播電(dian)(dian)臺(tai)(tai)(tai)信(xin)號(hao)。調(diao)幅廣(guang)播采用幅度調(diao)制技術,即接受(shou)的(de)(de)(de)強度越(yue)大(da)則電(dian)(dian)臺(tai)(tai)(tai)發射(she)的(de)(de)(de)能量也(ye)越(yue)大(da)。這樣的(de)(de)(de)信(xin)號(hao)容易受(shou)到(dao)諸如閃(shan)電(dian)(dian)或其(qi)他干(gan)擾源的(de)(de)(de)干(gan)擾。*調(diao)頻(pin)(pin)廣(guang)播可以比調(diao)幅廣(guang)播更(geng)高的(de)(de)(de)保真(zhen)度傳(chuan)播電(dian)(dian)臺(tai)(tai)(tai)信(xin)號(hao)。對頻(pin)(pin)率調(diao)制而言(yan),帶寬越(yue)大(da)對應發射(she)信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)率越(yue)高。調(diao)頻(pin)(pin)廣(guang)播工(gong)作(zuo)于(yu)甚高頻(pin)(pin)段(duan)(Very High Frequency,VHF)。頻(pin)(pin)段(duan)越(yue)高,其(qi)所擁有的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)率帶寬也(ye)越(yue)大(da),因(yin)而可以容納更(geng)多的(de)(de)(de)電(dian)(dian)臺(tai)(tai)(tai)。同時(shi),波長越(yue)短的(de)(de)(de)無線(xian)電(dian)(dian)波的(de)(de)(de)傳(chuan)播也(ye)越(yue)接近于(yu)光波直線(xian)傳(chuan)播的(de)(de)(de)特性。
*調頻廣(guang)播(bo)的邊帶(dai)可(ke)以用(yong)來傳播(bo)數字(zi)信(xin)號如,電臺標識、節目(mu)名稱簡介、網址(zhi)、股市信(xin)息等。在有(you)些國家(jia),當被移動(dong)至一個新的地(di)區(qu)后,調頻收音機可(ke)以自動(dong)根據邊帶(dai)信(xin)息自動(dong)尋找(zhao)原來的頻道。
*航海和航空中(zhong)使(shi)用的(de)電臺應用VHF調(diao)幅技(ji)術。這(zhe)使(shi)得(de)飛機和船(chuan)舶(bo)上可以使(shi)用輕型天線。
*政府、消防、警察(cha)和商業使用(yong)的電臺通常(chang)在專用(yong)頻(pin)段上應用(yong)窄帶(dai)調頻(pin)技術。這些應用(yong)通常(chang)使用(yong)5KHz的帶(dai)寬。相(xiang)對于(yu)調頻(pin)廣播或電視(shi)的帶(dai)寬,保真(zhen)度上不(bu)得(de)不(bu)作出犧牲。
*民(min)用或軍用高(gao)頻(pin)(pin)服務使(shi)用短波用于(yu)船舶,飛機或孤立地(di)點間的通訊。大(da)多數(shu)情(qing)況下,都使(shi)用單邊帶技術,這樣相對于(yu)調幅技術可以節(jie)省一(yi)半的頻(pin)(pin)帶,并更有效(xiao)地(di)利用發射功率。
*陸地中繼無線電(Terrestial Trunked Radio, TETRA)是一種為軍隊、警(jing)察、急救等特(te)殊(shu)部門設(she)計的數字集群(qun)電話系統。
*業(ye)余(yu)(yu)無(wu)線(xian)(xian)電(dian)是無(wu)線(xian)(xian)電(dian)愛(ai)好者(zhe)參與的(de)無(wu)線(xian)(xian)電(dian)臺通訊(xun)。業(ye)余(yu)(yu)無(wu)線(xian)(xian)電(dian)臺可以使用(yong)(yong)(yong)整個頻譜上很多(duo)開放的(de)頻帶。愛(ai)好者(zhe)使用(yong)(yong)(yong)不同形(xing)式的(de)編碼方式和技(ji)術。有些后來商(shang)用(yong)(yong)(yong)的(de)技(ji)術,比如調頻,單邊帶調幅,數字分組無(wu)線(xian)(xian)電(dian)和衛(wei)星信號轉發器,都是由(you)業(ye)余(yu)(yu)愛(ai)好者(zhe)首先應用(yong)(yong)(yong)的(de)。
*蜂(feng)(feng)窩電話或移動電話是當前最(zui)普遍應用的(de)無線通(tong)信方式。蜂(feng)(feng)窩電話覆蓋(gai)區(qu)(qu)通(tong)常分(fen)為(wei)多個(ge)小區(qu)(qu)。每個(ge)小區(qu)(qu)由(you)一個(ge)基站發(fa)射機覆蓋(gai)。理論上,小區(qu)(qu)的(de)形狀(zhuang)為(wei)蜂(feng)(feng)窩狀(zhuang)六邊形,這也是蜂(feng)(feng)窩電話名稱的(de)來源(yuan)。當前廣泛使(shi)用的(de)移動電話系統標準(zhun)包(bao)括:GSM,CDMA和TDMA。少數運營(ying)商已經開始(shi)提(ti)供下一代的(de)3G移動通(tong)信服務,其(qi)主(zhu)導標準(zhun)為(wei)UMTS和CDMA2000。
*衛星(xing)(xing)電(dian)話存在兩(liang)種形式:INMARSAT和銥星(xing)(xing)系(xi)統。兩(liang)種系(xi)統都(dou)提供(gong)全球覆蓋服務。INMARSAT使(shi)用地球同步衛星(xing)(xing),需(xu)要定向(xiang)的(de)高增益(yi)天(tian)線。銥星(xing)(xing)則是低軌道衛星(xing)(xing)系(xi)統,直接使(shi)用手機天(tian)線
*通常的模擬電視信號(hao)(hao)采用(yong)將圖像調(diao)幅(fu),調(diao)頻并合成在同(tong)一信號(hao)(hao)中傳播。
*數字電(dian)視采用MPEG-2圖像壓縮技術,由此大約(yue)僅(jin)需(xu)模擬電(dian)視信號(hao)一半的帶寬。
*無線電緊(jin)急定位信標(biao)(emergency position indicating radio beacons,EPIRBs),緊(jin)急定位發射(she)(she)機或個(ge)人(ren)定位信標(biao)是用(yong)來在緊(jin)急情況下對(dui)人(ren)員(yuan)或測(ce)量通過衛星進行定位的小型無線電發射(she)(she)機。它的作用(yong)是提供給救(jiu)援(yuan)人(ren)員(yuan)目標(biao)的精確位置,以便提供及(ji)時(shi)的救(jiu)援(yuan)。
*數字(zi)微(wei)波(bo)傳(chuan)輸(shu)設(she)備、衛星等通常采用正交幅度調制(zhi)(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)。QAM調制(zhi)方式(shi)同(tong)時利(li)用信號的幅度和相位(wei)加載(zai)信息(xi)。這(zhe)樣,可以在同(tong)樣的帶寬上傳(chuan)遞更大的數據量(liang)。
*EEE802.11是當前無線(xian)局域(yu)網的標準。它采用2GHz或(huo)(huo)5GHz頻段,數據(ju)傳輸速率為11Mbps或(huo)(huo)54Mbps。
*利用主動及被動無線(xian)電裝置可以辨識以及表(biao)明物體身份。
*所(suo)有的(de)(de)(de)(de)衛星(xing)(xing)導(dao)航(hang)系統都使用裝備了精(jing)確(que)時鐘的(de)(de)(de)(de)衛星(xing)(xing)。導(dao)航(hang)衛星(xing)(xing)播(bo)(bo)發其(qi)(qi)位置(zhi)和定時信(xin)息(xi)。接(jie)收機(ji)同時接(jie)受多(duo)顆導(dao)航(hang)衛星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)信(xin)號。接(jie)收機(ji)通過測量電波的(de)(de)(de)(de)傳播(bo)(bo)時間得(de)出它到(dao)各個衛星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)距離,然后計算得(de)出其(qi)(qi)精(jing)確(que)位置(zhi)。
*Loran系統也使用無線電波的傳播時間進行(xing)定位,不過(guo)其發射臺都位于陸(lu)地上。
*VOR系統通(tong)常用于飛行定(ding)位(wei)。它使用兩(liang)臺(tai)發(fa)射機,一臺(tai)指向(xiang)性發(fa)射機始(shi)終發(fa)射并象燈塔的(de)(de)(de)射燈一樣按照固定(ding)的(de)(de)(de)速率(lv)旋(xuan)轉(zhuan)。當指向(xiang)型發(fa)射機朝向(xiang)北方時,另一全向(xiang)發(fa)射機會(hui)發(fa)射脈沖(chong)。飛機可以接收兩(liang)個VOR臺(tai)的(de)(de)(de)信號,從而通(tong)過(guo)推算兩(liang)個波束的(de)(de)(de)交點確定(ding)其位(wei)置(zhi)。
*無(wu)線電定向(xiang)是無(wu)線電導航的最早形(xing)式。無(wu)線電定向(xiang)使用可移動的環形(xing)天(tian)線來尋找(zhao)電臺的方向(xiang)。
*雷達通過(guo)(guo)測量反(fan)射(she)無線電波(bo)的(de)延遲來推算目(mu)標的(de)距離。并通過(guo)(guo)反(fan)射(she)波(bo)的(de)極(ji)化和頻率(lv)感應(ying)目(mu)標的(de)表面類型。
*導航雷達(da)使(shi)(shi)用(yong)超短(duan)波(bo)(bo)掃描目(mu)標區域。一般掃描頻(pin)率為每(mei)分鐘兩到四次,通過(guo)反射波(bo)(bo)確定(ding)(ding)地(di)形。這種技術通常(chang)(chang)應用(yong)在(zai)商船和(he)長(chang)距(ju)離商用(yong)飛機上。*多(duo)用(yong)途(tu)雷達(da)通常(chang)(chang)使(shi)(shi)用(yong)導航雷達(da)的頻(pin)段。不過(guo),其所(suo)發(fa)射的脈沖經過(guo)調制和(he)極(ji)化(hua)以便確定(ding)(ding)反射體(ti)的表面(mian)類型。優良(liang)的多(duo)用(yong)途(tu)雷達(da)可以辨別暴雨、陸地(di)、車輛等(deng)等(deng)。
*搜索雷達運用短波脈沖掃描目標(biao)區(qu)域,通常每分鐘2-4次(ci)。有(you)些搜索雷達應(ying)用多(duo)普勒效應(ying)可以將移動(dong)物體同背(bei)景中區(qu)分開(kai)來
*尋的雷達(da)(da)采用于搜索(suo)雷達(da)(da)類似(si)的原理,不過對(dui)較小(xiao)的區域進行快速(su)反復(fu)掃(sao)描,通(tong)常可(ke)達(da)(da)每秒鐘幾次。
*氣(qi)象雷(lei)達(da)與(yu)搜索雷(lei)達(da)類(lei)似,但使用圓極化波以(yi)及水滴易于反射的波長。有(you)些氣(qi)象雷(lei)達(da)還利用多普勒效應測(ce)量風速。
*微(wei)波(bo)(bo)爐利(li)用(yong)高功率的微(wei)波(bo)(bo)對食物(wu)加熱。(注:一種通(tong)常的誤解(jie)認(ren)為微(wei)波(bo)(bo)爐使用(yong)的頻率為水(shui)分子的共(gong)振頻率。而實(shi)際(ji)上使用(yong)的頻率大(da)概是水(shui)分子共(gong)振頻率的十(shi)分之一。)
*無(wu)線電(dian)波(bo)可(ke)以(yi)產生(sheng)微(wei)弱的(de)靜(jing)電(dian)力和磁力。在微(wei)重力條(tiao)件(jian)下(xia),這(zhe)可(ke)以(yi)被用來固定物體的(de)位置。
*宇(yu)航動力(li):有方案提出可以使用(yong)高強度微(wei)波輻(fu)射產生(sheng)的(de)壓力(li)作為星際探測器的(de)動力(li)。
*是(shi)通(tong)過射(she)電(dian)(dian)天文望遠鏡接收到的(de)宇宙天體發射(she)的(de)無線電(dian)(dian)波(bo)信(xin)號可以研究天體的(de)物理、化學(xue)性(xing)質。這門學(xue)科叫(jiao)射(she)電(dian)(dian)天文學(xue)。