无线电分类及应用（科普百年发展无线电的定义与应用）

无线电分类及应用（科普百年发展无线电的定义与应用）天线FM现时常指甚高频高保真广播。无线电视的音轨讯号也是通过超高频信道传送的。载波调幅借由调整信号振幅（即信号强度），使之与所要传递的讯号的变化相同步，而传送讯息。例如，信号强弱可用于描述话筒传出的声震动情况，或者用于确定电视荧幕上某个画素的荧光情况。世界上首个声讯电台采用的便是此种调制方式，而时至今日它仍被广泛使用。"AM"目前常用于指中波广播电台。在调幅这种调谐方式下，所产生的电磁波频率并不随时间推移而发生变化。调频则是通过调整载波的频率来达到送信的目的。这种情况下，载波的瞬时频率同步于所传递的讯号的瞬时频率。数字信号的传递可以借由将载波在数个离散的频率间切换来实现。此技术被称为频率偏移调变。

无线电，又称无线电波、射频电波、电波，或射频，是指在自由空间（包括空气和真空）传播的电磁波，在电磁波谱上，其波长长于红外线光（IR）。频率范围为300 GHz以下，其对应的波长范围为1毫米以上。就像其他电磁波一样，无线电波以光速前进。经由闪电或天文物体，可以产生自然的无线电波。由人工产生的无线电波，被应用在无线通讯、广播、雷达、通讯卫星、导航系统、电脑网络等应用上。

无线电发射机，借由交流电，经过振荡器，变成高频率交流电，产生电磁场，而经由电磁场可产生无线电波。无线电波像磁铁，有同性相斥、异性相吸的现象。同类电子会互相排斥，因此当无线电波射出时，会将前方电波往前推，当连续电波一直射出来时，电波就会在空气中传播。

无线电技术是通过无线电波传播信号的技术，其原理在于，导体中电流强弱的改变会产生无线电波。利用这一现象，通过调制可将信息加载于无线电波之上。当电波通过空间传播到达收信端，电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。通过解调将讯息从电流变化中提取出来，就达到了资讯传递的目的。

音频讯号可借由调幅或调频射电传送

载波调幅借由调整信号振幅（即信号强度），使之与所要传递的讯号的变化相同步，而传送讯息。例如，信号强弱可用于描述话筒传出的声震动情况，或者用于确定电视荧幕上某个画素的荧光情况。世界上首个声讯电台采用的便是此种调制方式，而时至今日它仍被广泛使用。"AM"目前常用于指中波广播电台。

在调幅这种调谐方式下，所产生的电磁波频率并不随时间推移而发生变化。

调频则是通过调整载波的频率来达到送信的目的。这种情况下，载波的瞬时频率同步于所传递的讯号的瞬时频率。数字信号的传递可以借由将载波在数个离散的频率间切换来实现。此技术被称为频率偏移调变。

FM现时常指甚高频高保真广播。无线电视的音轨讯号也是通过超高频信道传送的。

天线

屋顶的电视天线，属于八木天线

天线可以将电流转换为无线电波，也可以将无线电波转换为电流。常配合发送器或接收器一起使用。在传输时，发送器会产生震荡的无线电频率电流到天线上，而天线会产生电磁辐射。在接收时，天线会拮取电磁波的部分能量，产生微小的电压，再透过接收器放大。天线可以用来传送及接收的用途。

无线电传播

电磁波产生后，可以在空间中直接传播，但其路径也可能被反射、折射及衍射等影响。电磁波的强度会因几何距离而变小（平方反比定律），有些情形下介质也会吸收能量。噪声也会影响电磁波的讯号，电磁干扰的来源可能是自然的，也可是人造的（例如其他电磁波传送器或是非蓄意辐射）。噪声也可能因为设备本身的特性而产生，如果噪声的强度太大，就无法分辨电磁波中的讯号及噪声，这也是无线电通讯的基本限制

谐振

谐振电路和LC电路

无线电中的谐振电路可以选择接收特定频段的信号。谐振电路可以只针对特定频率的信号有较大的响应，对其他特定频率信号的响应会较小，因此无线电接收器可以区分不同频率下的信号。

接收器和解调

无线电接收机和矿石收音机

一台矿石收音机，其中包括天线、可变电阻、线圈、猫须整流器、电容器、耳机及接地

电磁波可以用调谐过的天线接收其讯号。天线可以拮取一些电磁波的能量，变成电路中的谐振电流。接收器可以将电流解调，转换成可用的的讯号。接收器一般也会调谐到可以接收特定频段的讯号，拒绝其他频段的信号。

早期的无线电系统只靠天线拮取到的能量来产生讯号。后来发明了像真空管及晶体管等电子设备，可以将微弱的讯号放大，因此无线电就更为普及。无线电的应用包括无线对讲机、儿童的玩具、到无人行星探测任务先锋计划的控制，也包括广播及其他的应用。

无线电接收机从天线中接收讯号，利用电子滤波器从天线接收到的讯号中分离出想要的讯号，再利用放大器将讯号放大到适合后续处理的准位，最后将讯号转换为使用者需要的形式，例如声音、影像、数位资料、量测值及导航的位置等。

无线电频段

不同频段电磁波的比较
名称	波长	频率	光子能量 (eV)
伽马射线	小于 0.01 nm	大于 10 EHz	100 keV - 300 GeV
X光	0.01 to 10 nm	30 PHz - 30 EHz	120 eV to 120 keV
紫外线	10 nm - 400 nm	30 EHz - 790 THz	3 eV to 124 eV
可见光	390 nm - 750 nm	790 THz - 405 THz	1.7 eV - 3.3 eV
红外线	750 nm - 1 mm	405 THz - 300 GHz	1.24 meV - 1.7 eV
微波	1 mm - 1 meter	300 GHz - 300 MHz	1.24 meV - 1.24 µeV
无线电	1 mm - km	300 GHz - 3 Hz	1.24 meV - 12.4 feV

无线电的频率范围从数Hz到300GHz，不过商业上重要的无线电频段只占其中的一小部分。其他频率超过无线电的电磁波包括微波、红外线、可见光、紫外线、X光及伽马射线。由于无线电频率范围内的光子能量太小，无法游离原子中的电子，因此无线电归类为非游离辐射。

无线电的用途

七十年代超外差晶体管收音机线路

无线电的最早应用于航海中，使用摩尔斯电报在船与陆地间传递信息。现在，无线电有着多种应用形式，包括无线数据网，各种移动通信以及无线电广播等。

以下是一些无线电技术的主要应用:

通信

声音

军用手持无线电通话器

• 声音广播的最早形式是航海无线电报。它采用开关控制连续波的发射与否，由此在接收机产生断续的声音信号，即摩尔斯电码。

• 调幅广播可以传播音乐和声音。调幅广播采用幅度调制技术，即话筒处接受的音量越大则电台发射的能量也越大。 这样的信号容易受到诸如闪电或其他干扰源的干扰。

• 调频广播可以比调幅广播更高的保真度传播音乐和声音。对频率调制而言，话筒处接受的音量越大对应发射信号的频率越高。调频广播工作于甚高频段(Very High Frequency VHF)。频段越高，其所拥有的频率带宽也越大，因而可以容纳更多的电台。同时，波长越短的无线电波的传播也越接近于光波直线传播的特性。

• 调频广播的边带可以用来传播数字信号如，电台标识、节目名称简介、网址、股市信息等。在有些国家，当被移动至一个新的地区后，调频收音机可以自动根据边带信息自动寻找原来的频道。

• 航海和航空中使用的话音电台应用VHF调幅技术。这使得飞机和船舶上可以使用轻型天线。

• 政府、消防、警察和商业使用的电台通常在专用频段上应用窄带调频技术。这些应用通常使用5KHz的带宽。相对于调频广播或电视伴音的16KHz带宽，保真度上不得不作出牺牲。

• 民用或军用高频话音服务使用短波用于船舶，飞机或孤立地点间的通讯。大多数情况下，都使用单边带技术，这样相对于调幅技术可以节省一半的频带，并更有效地利用发射功率。

• 地面中继式无线电(Terrestial Trunked Radio TETRA)是一种为军队、警察、急救及交通等特殊部门设计的数字集群电话系统。

电话

• 蜂窝电话或移动电话是当前最普遍应用的无线通信方式。蜂窝电话覆盖区通常分为多个小区。每个小区由一个基站发射机覆盖。理论上，小区的形状为蜂窝状六边形，这也是蜂窝电话和蜂窝网络名称的来源。当前广泛使用的移动电话系统标准包括：GSM、CDMA和LTE

• 卫星电话存在两种形式：国际海事卫星组织和铱星系统。两种系统都提供全球覆盖服务。国际海事卫星组织使用地球同步卫星，需要定向的高增益天线。铱星则是低轨道卫星系统，直接使用手机天线。

• TETRA系统具有无线电话的功能。

电视

• 通常的模拟电视信号采用将图像调幅，伴音调频并合成在同一信号中传播。

• 数位电视采用H.264图像压缩技术，由此大约仅需模拟电视信号1/16的带宽。

紧急服务

警车用无线电

• 无线电紧急定位信标(emergency position indicating radio beacons EPIRBs)，紧急定位发射机或个人定位信标是用来在紧急情况下对人员或测量通过卫星进行定位的小型无线电发射机。它的作用是提供给救援人员目标的精确位置，以便提供及时的救援。

数据传输

• 数字微波传输设备、卫星等通常采用正交幅度调制。QAM调制方式同时利用信号的幅度和相位加载信息。这样，可以在同样的带宽上传递更大的数据量。

• IEEE 802.11是当前无线局域网的标准，采用2GHz或5GHz频段，数据传输速率为11 Mbps或54 Mbps。

• 蓝牙(Bluetooth)是一种短距离无线通讯的技术。

• IEEE 802.15.4(ZigBee)是低功耗个域网协议。据此协议的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。ZigBee主要适用于自动控制和远程控制领域，支持地理定位功能，是一种介于无线标记技术和蓝牙技术之间的技术提案。Zig-Bee主要特点是工作频段免执照； 1个节点工作6～24个月；协议简单且免费，成本低廉。

辨识

• 利用主动及被动无线电装置可以辨识以及表明物体身份。（参见射频识别）

业余无线电

• 业余无线电是无线电爱好者参与的无线电台通讯。业余无线电台可以使用整个频谱上很多开放的频带。爱好者使用不同形式的编码方式和技术。有些后来商用的技术，比如调频，单边带调幅，数字分组无线电和卫星信号转发器，都是由业余爱好者首先应用的。

导航

• 所有的卫星导航系统都使用装备了精确时钟的卫星。导航卫星播发其位置和定时信息。接收机同时接受多颗导航卫星的信号。接收机通过测量电波的传播时间得出它到各个卫星的距离，然后计算得出其精确位置。

• Loran系统也使用无线电波的传播时间进行定位，不过其发射台都位于陆地上。

• VOR系统通常用于飞行定位。它使用两台发射机，一台指向性发射机始终发射并象灯塔的射灯一样按照固定的速率旋转。当指向型发射机朝向北方时，另一全向发射机会发射脉冲。飞机可以接收两个VOR台的信号，从而通过推算两个波束的交点确定其位置。

• 无线电定向是无线电导航的最早形式。无线电定向使用可移动的环形天线来寻找电台的方向。

雷达

• 雷达通过测量反射无线电波的延迟来推算目标的距离。并通过反射波的偏振和频率感应目标的表面类型。

• 导航雷达使用超短波扫描目标区域。一般扫描频率为每分钟两到四次，通过反射波确定地形。这种技术通常应用在商船和长距离商用飞机上。

• 多用途雷达通常使用导航雷达的频段。不过，其所发射的脉冲经过调制和偏振化以便确定反射体的表面类型。优良的多用途雷达可以辨别暴雨、陆地、车辆等等。

• 搜索雷达运用短波脉冲扫描目标区域，通常每分钟2－4次。有些搜索雷达应用多普勒效应可以将移动物体同背景中区分开来

• 寻的雷达采用于搜索雷达类似的原理，不过对较小的区域进行快速反复扫描，通常可达每秒钟几次。

• 气象雷达与搜索雷达类似，但使用圆偏振波以及水滴易于反射的波长。风廓线雷达利用多普勒效应测量风速，多普勒雷达利用多普勒效应检测灾害性天气。

加热

• 微波炉利用高功率的微波对食物加热。（注：一种通常的误解认为微波炉使用的频率为水分子的共振频率。而实际上使用的频率大概是水分子共振频率的十分之一。）

动力

• 无线电波可以产生微弱的静电力和磁力。在微重力条件下，这可以被用来固定物体的位置。

• 宇航动力: 有方案提出可以使用高强度微波辐射产生的压力作为星际探测器的动力。

射电天文望远镜

遥距操控

• 无线电被应用在各种需要遥距控制的设备上。操控者透过发射器发出指令而设备上的接收器则根据所收到来自发射器的指令对设备上的各部分进行操作。例子有无人架驶侦察机、各种遥控模型、各种机器人等。

天文学

• 是通过射电天文望远镜接收到的宇宙天体发射的无线电波信号可以研究天体的物理、化学性质。这门学科叫射电天文学。