無線電

19世紀60年代，麥克斯韋提出電磁場的理論，並從理論上推測到電磁波的存在，可惜他英年早逝，只活了48歲，未能用實驗來證明自己推測的正確性 ^[2]  。

1887年，年僅29歲的德國人赫茲首先發現並驗證了電磁波的存在。赫茲的重大發現，不但為無線電通信創造了條件，而且確定電磁波和光波一樣，具有反射、折射和偏振等性質，驗證了麥克斯韋關於光是一種電磁波的理論推測 ^[2]  。

赫茲發現，電磁波可以毫無阻礙地穿過牆壁，不過遇到大而薄的金屬片便被阻擋住了。他還測定了電磁波的波長，並計算了電磁波的傳播速度，發現它在真空中的傳播速度和光一樣快。現在我們常説的無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線都是電磁波 ^[2]  。

人們為了紀念這位年輕的科學家為人類做出的巨大貢獻，就用他的名字來命名物理學和數學的一些概念，如“赫茲波”、 “赫茲”、“矢量”、 “赫茲函數”等，並採用“赫茲”（Hz）作為頻率的單位 ^[2]  。

1895年意大利人馬可尼( Guglielmo Marchese Marconi，1874-1937)成功進行了以無線電波傳播信號的實驗，次年即前往英國申請專利。他於1897年成立“無線電報及電信有限公司”( WirelessTelegraph&Signal Co.，Ltd.，1900年改名為Marconi's WirelessTelegraph Co.，Ltd.)，1899年建立起了跨越英吉利海峽的英法之間的無線電通信。1901年12月又在加拿大用風箏牽引天線，成功接收到了大西洋彼岸的無線電報，這一試驗成功的消息轟動世界。自此，多個國家的軍事要塞、海港船艦上開始配置無線電通訊設備，並在遠洋航行的船舶與陸地保持聯絡，保障海上安全以及軍事通訊方面發揮了重要作用 ^[3]  。但有關無線電的發明者也存在爭議，另一種説法認為尼古拉·特斯拉 (Nikola Tesla)是無線電的發明人。1893年夏，特斯拉在演講時詳細闡述了無線電發送和接受方面的六項基本要求。1897年，特斯拉提交了關於無線電的專利，專利的具體不是很清楚，哪些用於無線輸電，哪些用於信號通信，一目瞭然。專利於1900年3月20日獲得批准，編號為645576號，早於馬可尼的四電路調諧裝置。由於與特斯拉發明專利的類似性，1900年馬可尼申請專利時遭到了拒絕。1901年，馬可尼首次連接大西洋彼岸，該技術採用了17項專利。而後，特斯拉對馬可尼發起訴訟，但特斯拉的撤訴使得發明人成為一個爭議性問題。直到1943年美國最高法院推翻了承認馬可尼發明權的關於無線電的發明人，認為特斯拉才是無線電專利的發明人。 ^[4] 

光緒二十三年四月一日（1897年5月2日）《時務報》第25冊刊出譯文《無線電報》，這是無線電報一詞在中國的最早出現。自此，拉開了無線電報經由期刊傳播的序幕。早期的無線電報技術傳播主要以綜合類期刊為主，多為介紹新鮮事物的文章，隨後才出現了介紹原理的科技類論文，其中不乏最新的技術及發明的篇目。隨着無線電報技術的發展，在期刊中傳播的內容也有所變化，出現了諸多法令性的文章。從晚清後期期刊中傳播的文章來看，已自成體系，為其今後專業期刊的出現以及學科建制的形成奠定了理論基礎 ^[3]  。

無線電是指在自由空間(包括空氣和真空)中傳播的電磁波，無線電技術則是通過無線電波傳播信號的技術。無線電技術的原理基於電磁波理論，即導體中電流強弱的改變會產生無線電波。利用這一現象，通過調製可將信息加載於無線電波之上。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 ^[5]  。

無線電波含有迅速振動的磁場。振動的速度就是波的頻率，以赫茲(Hz)為單位。1赫茲等於一個波峯或者波谷之間的傳播間距，或者叫每秒的波峯波谷數量。一千赫(kHz)等於1000赫茲。不同頻率的波段用來發射各種不同的信息 ^[6]  。

無線電按波長和頻率分為：

長波：波長>1000米，頻率300KHz以下；

中波：波長100米~1000米，頻率300KHz~3000KHz；

短波：波長100米~10米，頻率3MHz~30MHz；

超短波：波長1米~10米，頻率30MHz~300MHz,亦稱甚高頻（VHF）波、米波；

微波：波長1米~0.1毫米,頻率300MHz~3THz ^[6]  。

無線電的最早應用於航海中，使用摩爾斯電報在船與陸地間傳遞信息。無線電有着多種應用形式，包括無線數據網，各種移動通信以及無線電廣播等 ^[7]  。

以下是一些無線電技術的主要應用：

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，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干擾源的干擾。調頻廣播能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也就越高。調頻廣播頻段越高，其所擁有的頻率帶寬也越大，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於光波直線傳播的特性。調頻廣播的邊帶可以用來傳播數字信號，如電台標誌、節目簡介、網址、股市信息等 ^[7]  。

通常的模擬信號將圖像調幅、伴音調頻合成在同一信號中傳播。數字電視採用MPEG -2圖像壓縮技術，由此大約僅需模擬信號一半的帶寬 ^[7]  。

蜂窩電話或移動電話是當前最普遍的無線通信方式。蜂窩電話覆蓋範圍通常分為多個區，每個區由一個基站發射機覆蓋；通常每個區的形狀為蜂窩狀六邊形，這也是蜂窩電話名稱的來源。當前廣泛使用的移動電話模式包括GSM、CDMA、TDMA等 ^[8]  。

數字微波傳輸設備和衞星等通常採用正交幅度調製。QAM調製方式同時利用信號幅度和相位加載信息。這樣，可以在同樣的帶寬上傳遞更大的數據量 ^[8]  。

藍牙是一種短距離無線通信技術。它可以支持便攜式計算機、移動電話以及其他移動設備之間的通信或數據傳輸 ^[8]  。

利用主動或被動無線電裝置可以辨識或表明物體身份。RFID，即射頻識別，俗稱電子標籤。RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標並獲取相關數據，識別工作無須人工干預，可工作於各種惡劣環境。RFID技術廣泛應用於物流、零售、倉儲、交通、防偽、安防、醫療和軍事等各個領域 ^[8]  。

業餘無線電是指無線電愛好者參與的無線電台通信。業餘無線電台可以使用整個頻譜上很多開放的頻帶。愛好者們使用的很多技術，有些後來成為商用技術，比如調頻、上邊帶調幅、數字分組無線電和衞星信號轉發器，都是由業餘愛好者首先應用的 ^[8]  。

幾乎所有的衞星導航系統都使用裝備了精確時鐘的衞星，導航衞星播發其位置和定時信息，接收機同時接受多顆導航衞星的信號。接收機通過測量電波的傳播時間得出它與各個衞星的距離，然後計算出其精確位置 ^[8]  。

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 ^[9]  。

微波爐利用高功率的微波對食物進行加熱 ^[9]  。

一種能夠對昆蟲進行無線遙控的新技術 ^[9]  。

無線電波可以產生微弱的靜電力和磁力。在微重力條件下，可以被用來固定物體 ^[9]  。

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 ^[9]  。

用通過射電天文望遠鏡接收到的宇宙天體所發射的無線電波信號可以研究天體的物理結構和化學性質。這門學科叫射電天文學 ^[9]  。

1、通信領域

無線電最早的應用就是在通信領域，人們可以藉助無線電首次遠距離傳遞信息。現代無線通信技術更為發達，空間通信技術日趨成熟。在日常生活中，移動通信已經必不可少。移動通信經歷了1G（模擬）、2G（數字）、3G（高速）時代，目前正處於發展4G和5G的時期。從3G時代開始，移動通信真正將人們帶人多媒體通信時代，網頁、音樂、圖片、視頻等都可以在智能手機上實現很好的客户體驗 ^[10]  。

2、無線局域網

無線局域網絡( Wireless Local Area Networks，WLAN)在醫療、企業網絡覆蓋、倉儲管理、餐飲零售、視頻監控等方面都有廣泛的應用，在日常生活中WiFi(Wireless Fidelity)熱點網絡的標識更是隨處可見。事實上WiFi是WLANA（無線局域網聯盟）的一個商標，WiFi是WLAN技術標準中的一個；WiFi的覆蓋半徑可達300英尺左右（約合90m），WIAN（加天線）則可達到5km ^[10]  。

3、物聯網（智慧家庭）

在信息技術飛速發展的時代，物聯網( Internet of Things，loT)呼之欲出，從字面上可以理解為物物相連的網絡，通俗地講就是將所有物體通過網絡連接起來，顯然如果通過有線網絡連接，此情景是不可想象的。物聯網用途廣泛，遍及智能交通、環境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業監測、環境監測、老人護理、個人健康、花卉栽培、水系監測、食品溯源、敵情偵查和情報蒐集等多個領域。在當前日常生活中，智慧家庭就是典型的物聯網應用之一，其應用前景非常廣闊 ^[10]  。