收音机

无线电是使用无线电波发送信号和进行通信的技术。无线电波是频率在30赫兹(Hz)和300千兆赫(GHz)之间的电磁波。它们由称为发射机的电子设备产生,该电子设备连接到辐射波的天线,并由连接到另一个天线的无线电接收器接收。无线电在现代技术中的应用非常广泛,在无线电通信、雷达、无线电导航、遥控、遥感等应用中。在用于无线电和电视广播、蜂窝电话、双向无线电、无线网络和卫星通信以及许多其它用途的无线电通信中,通过在发射机中调制无线电信号(通过改变波的某些方面将信息信号施加到无线电波上),无线电波用于将信息跨越空间从发射机携带到接收机。在雷达中,用于定位和跟踪飞机、船只、宇宙飞船和导弹等物体,由雷达发射机发射的一束无线电波被目标物体反射,反射波揭示了物体的位置。在诸如GPS和VOR的无线电导航系统中,移动接收器从位置已知的导航无线电信标接收无线电信号,并且通过精确测量无线电波的到达时间,接收器可以计算其在地球上的位置。在诸如无人机、车库门开启器和无钥匙进入系统的无线电遥控设备中,从控制器设备发送的无线电信号控制远程设备的动作。
不涉及远距离传输无线电波的无线电波的应用,例如工业过程和微波炉中使用的RF加热,以及医疗用途,例如透热疗法和MRI机器,通常不被称为无线电。名词radio也用来表示广播无线电接收机。
1886年,德国物理学家海因里希·赫兹(Heinrich Hertz)首次发现并研究了无线电波。1895年至1896年,意大利人古列尔莫·马可尼(Guglielmo Marconi)研制出了第一台实用的无线电发射机和接收机,1900年左右,无线电开始投入商业使用。为了防止用户之间的干扰,无线电波的发射受到法律的严格管制,由一个名为国际电信联盟(ITU)的国际机构协调,该机构将无线电频谱中的频段分配给不同的用途。
无线电波是由经历加速的电荷辐射的。它们是由随时间变化的电流人工产生的,由在称为天线的金属导体中来回流动的电子组成,从而加速。在传输中,发射机产生施加于天线的射频交流电。天线以无线电波的形式辐射电流中的能量。当电波撞击无线电接收器的天线时,它们来回推动金属中的电子,产生微小的交流电。连接到接收天线的无线电接收器检测该振荡电流并将其放大。
随着无线电波传播到距离发射天线更远的地方,无线电波会扩散,因此其信号强度(以瓦特每平方米为单位的强度)会降低,因此只能在发射机的有限范围内接收无线电传输,该距离取决于发射机功率、天线辐射模式、接收机灵敏度、噪声水平以及发射机和接收机之间是否存在障碍物。全向天线在所有方向上发射或接收无线电波,而定向天线或高增益天线在特定方向上的波束中发射无线电波,或仅从一个方向接收无线电波。
无线电波在真空中以光速传播,在空气中以非常接近光速的速度传播,因此无线电波的波长,即相邻波峰之间以米为单位的距离,与其频率成反比。
除了无线电波之外的其他类型的电磁波;红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线也能够携带信息并用于通信。无线电波在电信中的广泛应用主要是由于其大波长所产生的理想传播特性。无线电波具有穿过大气、树叶和大多数建筑材料的能力,并且通过衍射可以绕过障碍物,并且与其他电磁波不同,它们倾向于被散射而不是被大于其波长的物体吸收。
携带信息信号的调制无线电波占用一定的频率范围。请参见图。无线电信号中的信息(调制)通常集中在恰好高于和低于载波频率的称为边带(SB)的窄频带中。无线电信号所占用的频率范围的宽度(以赫兹为单位),即最高频率减去最低频率,称为其带宽(BW)。对于任何给定的信噪比,一定数量的带宽可以承载相同数量的信息(以比特每秒为单位的数据速率),而与其在无线电频谱中的位置无关,因此带宽是信息承载能力的度量。无线电传输所需的带宽取决于所发送信息(调制信号)的数据速率,以及所用调制方法的频谱效率。它在每千赫兹的带宽中可以传输多少数据。由无线电传送的不同类型的信息信号具有不同的数据速率。例如,电视(视频)信号具有比音频信号更大的数据速率。
无线电频谱,即在给定区域内可用于通信的无线电频率的总范围,是一种有限的资源。每个无线电传输占用可用的总带宽的一部分。无线电带宽被认为是一种具有货币成本的经济商品,并且需求不断增加。在无线电频谱的某些部分,一个频段甚至一个无线电频道的使用权可以以数百万美元的价格买卖。因此,采用技术来最大限度地减少无线电服务所使用的带宽是一种激励。
近年来,出现了从模拟无线电传输技术到数字无线电传输技术的转变。其部分原因是,通过使用数据压缩算法,数字调制通常可以在给定的带宽中比模拟调制传输更多的信息(更大的数据速率),这减少了要发送的数据中的冗余,并且调制效率更高。转换的其他原因是数字调制比模拟调制具有更大的抗扰度,数字信号处理芯片比模拟电路具有更大的功率和灵活性,并且可以使用相同的数字调制来传输各种类型的信息。
因为它是一种固定资源,越来越多的用户需要它,所以近几十年来无线电频谱变得越来越拥挤,并且更有效地使用它的需求正在推动许多其他无线电创新,例如集群无线电系统、扩频(超宽带)传输、频率复用、动态频谱管理、频率池和认知无线电。
广播是信息从无线电发射机向属于公众听众的接收机的单向传输。由于无线电波随着距离的增加而减弱,广播电台只能在其发射机的有限距离内被接收。从卫星广播的系统通常可以在整个国家或大陆上被接收。老式的地面广播和电视是由商业广告或政府支付的。在卫星电视和卫星广播等订阅系统中,用户需要支付月费。在这些系统中,无线电信号被加密,只能由接收器解密,接收器由公司控制,如果客户不支付账单,接收器就会失效。
广播使用无线电频谱的几个部分,这取决于传输的信号类型和所需的目标受众。长波和中波信号可以可靠地覆盖数百公里范围的地区,但其信息承载能力较为有限,因此最适合音频信号(语音和音乐),而来自自然和人为来源的无线电噪声可能会降低声音质量。短波波段具有更大的潜在范围,但更容易受到影响接收的远距离电台和变化的大气条件的干扰。
在大于30兆赫的甚高频带中,地球大气对信号范围的影响较小,视距传播成为主要模式。这些较高的频率允许电视广播所需的大带宽。由于自然和人工噪声源在这些频率下较少出现,因此使用频率调制可以实现高质量的音频传输。
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