無線電
編輯無線電是電磁波譜中波長最長的一種電磁輻射,通常頻率為 300 千兆赫 (GHz) 及以下。 在 300 GHz 時,對應的波長為 1 mm(比一粒米還短); 在 30 赫茲時,相應的波長為 10,000 公里(6,200 英里)(比地球半徑長)。 與所有電磁波一樣,無線電波在真空中以光速傳播,而在地球大氣層中以接近但略低的速度傳播。 無線電流是由帶電粒子加速產生的,例如隨時間變化的電流。 自然產生的無線電波由閃電和天體發出,是所有溫暖物體發出的黑體輻射的一部分。
無線電是由稱為發射器的電子設備人工產生的,該設備連接到輻射電波的天線。 它們由連接到無線電接收器的另一根天線接收,無線電接收器處理接收到的信號。 無線電在固定和移動無線電通信、廣播、雷達和無線電導航系統、通信衛星、無線計算機網絡和許多其他應用的現代技術中得到廣泛應用。 不同頻率的無線電波在地球大氣層中具有不同的傳播特性; 長波可以繞過山脈等障礙物并沿著地球的輪廓(地波)衍射,較短的波可以從電離層反射并返回地平線以外的地球(天波),而更短的波長彎曲或衍射很小并繼續傳播 一條視線,因此它們的傳播距離僅限于視界。
為防止不同用戶之間的干擾,無線電波的人工產生和使用受到法律的嚴格監管,并由名為國際電信聯盟 (ITU) 的國際機構協調,該機構將無線電波定義為頻率任意低于 3,000 GHz 的電磁波, 在沒有人工引導的情況下在太空中傳播。 無線電頻譜根據頻率劃分為多個無線電波段,分配給不同的用途。
發現與利用
編輯無線電最早是由蘇格蘭數學物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋于1867年提出的電磁學理論預言的。 他的數學理論,現在稱為麥克斯韋方程組,預測耦合的電場和磁場可以作為電磁波在太空中傳播。 麥克斯韋提出光是由波長很短的電磁波組成的。 1887年,德國物理學家海因里希·赫茲通過在實驗室中產生無線電波的實驗證明了麥克斯韋電磁波的真實性,表明它們表現出與光相同的波動特性:駐波、折射、衍射和偏振。 意大利發明家古列爾莫·馬可尼 (Guglielmo Marconi) 于 1894 年至 1895 年左右開發出xxx臺實用的無線電發射機和接收機。 他因無線電方面的工作獲得了 1909 年的諾貝爾物理學獎。 無線電通信在 1900 年左右開始商業化使用。現代術語無線電波在 1912 年左右取代了原來的名稱赫茲波。
生成與接收
編輯帶電粒子在加速時會輻射出無線電。 無線電波的自然來源包括地球大氣層中閃電和其他自然過程產生的無線電噪聲,以及太空中的天文無線電源,例如太陽、星系和星云。 所有溫暖的物體都會輻射高頻無線電波(微波)作為其黑體輻射的一部分。
無線電流是由時變電流人工產生的,由在稱為天線的特殊形狀金屬導體中來回流動的電子組成。 一種稱為無線電發射機的電子設備向天線施加振蕩電流,天線以無線電波的形式輻射能量。 無線電流由連接到無線電接收器的另一根天線接收。
當無線電波撞擊接收天線時,它們會前后推動金屬中的電子,從而產生微小的振蕩電流,接收器會檢測到這些振蕩電流。
從量子力學來看,與光等其他電磁輻射一樣,無線電波也可以被視為稱為光子的不帶電基本粒子流。 在發射無線電波的天線中,天線中的電子以稱為無線電光子的離散數據包形式發射能量,而在接收天線中,電子以無線電光子的形式吸收能量。 天線是光子的相干發射器,就像激光一樣,所以無線電光子都是同相的。 然而,根據普朗克關系 E = h ν {\displaystyle E=h\nu },單個無線電光子的能量非常小,從 10?22 到 10?30 焦耳。
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