無線電，又稱無線電波、射頻電波、電波，或射頻，是指在自由空間（包括空氣和真空）傳播的電磁波，在電磁波譜上，其波長長于紅外線光（IR）。頻率范圍為300 GHz以下，其對應的波長范圍為1毫米以上。就像其他電磁波一樣，無線電波以光速前進。經(jīng)由閃電或天文物體，可以產(chǎn)生自然的無線電波。由人工產(chǎn)生的無線電波，被應用在無線通訊、廣播、雷達、通訊衛(wèi)星、導航系統(tǒng)、電腦網(wǎng)絡等應用上。

無線電發(fā)射機，借由交流電，經(jīng)過振蕩器，變成高頻率交流電，產(chǎn)生電磁場，而經(jīng)由電磁場可產(chǎn)生無線電波。無線電波像磁鐵，有同性相斥、異性相吸的現(xiàn)象。同類電子會互相排斥，因此當無線電波射出時，會將前方電波往前推，當連續(xù)電波一直射出來時，電波就會在空氣中傳播。

無線電技術是通過無線電波傳播信號的技術，其原理在于，導體中電流強弱的改變會產(chǎn)生無線電波。利用這一現(xiàn)象，通過調制可將信息加載于無線電波之上。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(chǎn)生電流。通過解調將訊息從電流變化中提取出來，就達到了資訊傳遞的目的。

麥克斯韋最早在他遞交給英國皇家學會的論文《電磁場的動力理論》中闡明了電磁波傳播的理論基礎。他的這些工作完成于1861年至1865年之間。

海因里希·魯?shù)婪颉ず掌澰?886年至1888年間首先通過試驗驗證了麥克斯韋爾的理論。他證明了無線電輻射具有波的所有特性，并發(fā)現(xiàn)電磁場方程可以用偏微分方程表達，通常稱為波動方程。

1906年圣誕前夜，范信達在美國馬薩諸塞州采用外差法實現(xiàn)了歷史上首次無線電廣播。范信達廣播了他自己用小提琴演奏“平安夜”和朗誦《圣經(jīng)》片段。位于英格蘭切爾姆斯福德的馬可尼研究中心在1922年開播世界上第一個定期播出的無線電廣播娛樂節(jié)目。

發(fā)明

關于誰是無線電臺的發(fā)明人還存在爭議，現(xiàn)在普遍認為是尼古拉·特斯拉。

1893年，尼古拉·特斯拉在美國密蘇里州圣路易斯首次公開展示了無線電通信。在為“費城佛蘭克林學院”以及全國電燈協(xié)會做的報告中，他描述并演示了無線電通信的基本原理。他所制作的儀器包含電子管發(fā)明之前無線電系統(tǒng)的所有基本要素。

亞歷山大·波波夫于1895年5月7日他在彼得堡物理和化學協(xié)會物理學部年會上演示了他制成的一架無線電接收裝置－雷電指示器，這一天后來被俄羅斯定為“無線電日”慶祝。俄羅斯人認為他才是無線電的發(fā)明人。

古列爾莫·馬可尼擁有通常被認為是世界上第一個無線電技術的專利，英國專利12039號，“電脈沖及信號傳輸技術的改進以及所需設備”。

尼古拉·特斯拉1897年在美國獲得了無線電技術的專利。然而，美國專利局于1904年將其專利權撤銷，轉而授予馬可尼發(fā)明無線電的專利。這一舉動可能是受到馬可尼在美國的經(jīng)濟后盾人物，包括湯瑪斯·愛迪生，安德魯·卡耐基影響的結果。1909年，馬可尼和卡爾·費迪南德·布勞恩由于“發(fā)明無線電報的貢獻”獲得諾貝爾物理學獎。

1898年，馬可尼在英格蘭切爾姆斯福德的霍爾街開辦了世界上首家無線電工廠，雇傭了大約50人。

1943年，在特斯拉去世后不久，美國最高法院重新認定特斯拉的專利有效。這一決定承認他的發(fā)明在馬可尼的專利之前就已完成。有些人認為作出這一決定明顯是出于經(jīng)濟原因。這樣二戰(zhàn)中的美國政府就可以避免付給馬可尼的公司專利使用費。

收發(fā)機制

用于遠程通信的無線電系統(tǒng)通常包含以下的部件。無線電技術經(jīng)過100多年的發(fā)展，這些收發(fā)機制的實現(xiàn)方法已經(jīng)變得多種多樣，而現(xiàn)代的工程師可以根據(jù)實際需求選擇最優(yōu)的方法。

調制和發(fā)射器

每個無線電系統(tǒng)都具有發(fā)射器。發(fā)射器的功能借由能夠制造出所需振蕩頻率的交流電源所實現(xiàn)。發(fā)射器含有用于調制的系統(tǒng)。其功能是將電源輸送來的信號加以修改，并借此傳遞信息。最簡單的調制方法是不時地切斷電源，正如拍電報時發(fā)報員的工作。這種簡單的調制，手工就能完成。而現(xiàn)代無線電通訊所需的復雜調制則涉及到許多交流電屬性的細微調整，如振幅、頻率和相位（而且往往同時調節(jié)的參數(shù)不止一個）。隨后，發(fā)射器將調制后的信號傳遞給調諧過的共振天線。此舉能將震蕩電流轉化為電磁波，并以無線的形式傳播（有時會受到偏振的影響）。

音頻訊號可借由調幅或調頻射電傳送

載波調幅借由調整信號振幅（即信號強度），使之與所要傳遞的訊號的變化相同步，而傳送訊息。例如，信號強弱可用于描述話筒傳出的聲震動情況，或者用于確定電視熒幕上某個畫素的熒光情況。世界上首個聲訊電臺采用的便是此種調制方式，而時至今日它仍被廣泛使用。'AM'目前常用于指中波廣播電臺。

在調幅這種調諧方式下，所產(chǎn)生的電磁波頻率并不隨時間推移而發(fā)生變化。

調頻則是通過調整載波的頻率來達到送信的目的。這種情況下，載波的瞬時頻率同步于所傳遞的訊號的瞬時頻率。數(shù)字信號的傳遞可以借由將載波在數(shù)個離散的頻率間切換來實現(xiàn)。此技術被稱為頻率偏移調變。

FM現(xiàn)時常指甚高頻高保真廣播。無線電視的音軌訊號也是通過超高頻信道傳送的。

天線

屋頂?shù)碾娨曁炀€，屬于八木天線

天線可以將電流轉換為無線電波，也可以將無線電波轉換為電流。常配合發(fā)送器或接收器一起使用。在傳輸時，發(fā)送器會產(chǎn)生震蕩的無線電頻率電流到天線上，而天線會產(chǎn)生電磁輻射。在接收時，天線會拮取電磁波的部分能量，產(chǎn)生微小的電壓，再透過接收器放大。天線可以用來傳送及接收的用途。

無線電傳播

電磁波產(chǎn)生后，可以在空間中直接傳播，但其路徑也可能被反射、折射及衍射等影響。電磁波的強度會因幾何距離而變?。ㄆ椒椒幢榷桑?，有些情形下介質也會吸收能量。噪聲也會影響電磁波的訊號，電磁干擾的來源可能是自然的，也可是人造的（例如其他電磁波傳送器或是非蓄意輻射）。噪聲也可能因為設備本身的特性而產(chǎn)生，如果噪聲的強度太大，就無法分辨電磁波中的訊號及噪聲，這也是無線電通訊的基本限制

諧振

諧振電路和LC電路

無線電中的諧振電路可以選擇接收特定頻段的信號。諧振電路可以只針對特定頻率的信號有較大的響應，對其他特定頻率信號的響應會較小，因此無線電接收器可以區(qū)分不同頻率下的信號。

接收器和解調

無線電接收機和礦石收音機

一臺礦石收音機，其中包括天線、可變電阻、線圈、貓須整流器、電容器、耳機及接地

電磁波可以用調諧過的天線接收其訊號。天線可以拮取一些電磁波的能量，變成電路中的諧振電流。接收器可以將電流解調，轉換成可用的的訊號。接收器一般也會調諧到可以接收特定頻段的訊號，拒絕其他頻段的信號。

早期的無線電系統(tǒng)只靠天線拮取到的能量來產(chǎn)生訊號。后來發(fā)明了像真空管及晶體管等電子設備，可以將微弱的訊號放大，因此無線電就更為普及。無線電的應用包括無線對講機、兒童的玩具、到無人行星探測任務先鋒計劃的控制，也包括廣播及其他的應用。

無線電接收機從天線中接收訊號，利用電子濾波器從天線接收到的訊號中分離出想要的訊號，再利用放大器將訊號放大到適合后續(xù)處理的準位，最后將訊號轉換為使用者需要的形式，例如聲音、影像、數(shù)位資料、量測值及導航的位置等。

無線電頻段

無線電的頻率范圍從數(shù)Hz到300GHz，不過商業(yè)上重要的無線電頻段只占其中的一小部分。其他頻率超過無線電的電磁波包括微波、紅外線、可見光、紫外線、X光及伽馬射線。由于無線電頻率范圍內的光子能量太小，無法游離原子中的電子，因此無線電歸類為非游離輻射。

無線電的用途

七十年代超外差晶體管收音機線路

無線電的最早應用于航海中，使用摩爾斯電報在船與陸地間傳遞信息?，F(xiàn)在，無線電有著多種應用形式，包括無線數(shù)據(jù)網(wǎng)，各種移動通信以及無線電廣播等。

以下是一些無線電技術的主要應用:

通信

聲音

軍用手持無線電通話器

• 聲音廣播的最早形式是航海無線電報。它采用開關控制連續(xù)波的發(fā)射與否，由此在接收機產(chǎn)生斷續(xù)的聲音信號，即摩爾斯電碼。

• 調幅廣播可以傳播音樂和聲音。調幅廣播采用幅度調制技術，即話筒處接受的音量越大則電臺發(fā)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。

• 調頻廣播可以比調幅廣播更高的保真度傳播音樂和聲音。對頻率調制而言，話筒處接受的音量越大對應發(fā)射信號的頻率越高。調頻廣播工作于甚高頻段(Very High Frequency, VHF)。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臺。同時，波長越短的無線電波的傳播也越接近于光波直線傳播的特性。

• 調頻廣播的邊帶可以用來傳播數(shù)字信號如，電臺標識、節(jié)目名稱簡介、網(wǎng)址、股市信息等。在有些國家，當被移動至一個新的地區(qū)后，調頻收音機可以自動根據(jù)邊帶信息自動尋找原來的頻道。

• 航海和航空中使用的話音電臺應用VHF調幅技術。這使得飛機和船舶上可以使用輕型天線。

• 政府、消防、警察和商業(yè)使用的電臺通常在專用頻段上應用窄帶調頻技術。這些應用通常使用5KHz的帶寬。相對于調頻廣播或電視伴音的16KHz帶寬，保真度上不得不作出犧牲。

• 民用或軍用高頻話音服務使用短波用于船舶，飛機或孤立地點間的通訊。大多數(shù)情況下，都使用單邊帶技術，這樣相對于調幅技術可以節(jié)省一半的頻帶，并更有效地利用發(fā)射功率。

• 地面中繼式無線電(Terrestial Trunked Radio, TETRA)是一種為軍隊、警察、急救及交通等特殊部門設計的數(shù)字集群電話系統(tǒng)。

電話

• 蜂窩電話或移動電話是當前最普遍應用的無線通信方式。蜂窩電話覆蓋區(qū)通常分為多個小區(qū)。每個小區(qū)由一個基站發(fā)射機覆蓋。理論上，小區(qū)的形狀為蜂窩狀六邊形，這也是蜂窩電話和蜂窩網(wǎng)絡名稱的來源。當前廣泛使用的移動電話系統(tǒng)標準包括：GSM、CDMA和LTE

• 衛(wèi)星電話存在兩種形式：國際海事衛(wèi)星組織和銥星系統(tǒng)。兩種系統(tǒng)都提供全球覆蓋服務。國際海事衛(wèi)星組織使用地球同步衛(wèi)星，需要定向的高增益天線。銥星則是低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)，直接使用手機天線。

• TETRA系統(tǒng)具有無線電話的功能。

電視

• 通常的模擬電視信號采用將圖像調幅，伴音調頻并合成在同一信號中傳播。

• 數(shù)位電視采用H.264圖像壓縮技術，由此大約僅需模擬電視信號1/16的帶寬。

緊急服務

警車用無線電

• 無線電緊急定位信標(emergency position indicating radio beacons, EPIRBs)，緊急定位發(fā)射機或個人定位信標是用來在緊急情況下對人員或測量通過衛(wèi)星進行定位的小型無線電發(fā)射機。它的作用是提供給救援人員目標的精確位置，以便提供及時的救援。

數(shù)據(jù)傳輸

• 數(shù)字微波傳輸設備、衛(wèi)星等通常采用正交幅度調制。QAM調制方式同時利用信號的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(shù)據(jù)量。

• IEEE 802.11是當前無線局域網(wǎng)的標準，采用2GHz或5GHz頻段，數(shù)據(jù)傳輸速率為11 Mbps或54 Mbps。

• 藍牙(Bluetooth)是一種短距離無線通訊的技術。

• IEEE 802.15.4(ZigBee)是低功耗個域網(wǎng)協(xié)議。據(jù)此協(xié)議的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。ZigBee主要適用于自動控制和遠程控制領域，支持地理定位功能，是一種介于無線標記技術和藍牙技術之間的技術提案。Zig-Bee主要特點是工作頻段免執(zhí)照； 1個節(jié)點工作6～24個月；協(xié)議簡單且免費，成本低廉。

辨識

• 利用主動及被動無線電裝置可以辨識以及表明物體身份。（參見射頻識別）

業(yè)余無線電

• 業(yè)余無線電是無線電愛好者參與的無線電臺通訊。業(yè)余無線電臺可以使用整個頻譜上很多開放的頻帶。愛好者使用不同形式的編碼方式和技術。有些后來商用的技術，比如調頻，單邊帶調幅，數(shù)字分組無線電和衛(wèi)星信號轉發(fā)器，都是由業(yè)余愛好者首先應用的。

導航

• 所有的衛(wèi)星導航系統(tǒng)都使用裝備了精確時鐘的衛(wèi)星。導航衛(wèi)星播發(fā)其位置和定時信息。接收機同時接受多顆導航衛(wèi)星的信號。接收機通過測量電波的傳播時間得出它到各個衛(wèi)星的距離，然后計算得出其精確位置。

• Loran系統(tǒng)也使用無線電波的傳播時間進行定位，不過其發(fā)射臺都位于陸地上。

• VOR系統(tǒng)通常用于飛行定位。它使用兩臺發(fā)射機，一臺指向性發(fā)射機始終發(fā)射并象燈塔的射燈一樣按照固定的速率旋轉。當指向型發(fā)射機朝向北方時，另一全向發(fā)射機會發(fā)射脈沖。飛機可以接收兩個VOR臺的信號，從而通過推算兩個波束的交點確定其位置。

• 無線電定向是無線電導航的最早形式。無線電定向使用可移動的環(huán)形天線來尋找電臺的方向。

雷達

• 雷達通過測量反射無線電波的延遲來推算目標的距離。并通過反射波的偏振和頻率感應目標的表面類型。

• 導航雷達使用超短波掃描目標區(qū)域。一般掃描頻率為每分鐘兩到四次，通過反射波確定地形。這種技術通常應用在商船和長距離商用飛機上。

• 多用途雷達通常使用導航雷達的頻段。不過，其所發(fā)射的脈沖經(jīng)過調制和偏振化以便確定反射體的表面類型。優(yōu)良的多用途雷達可以辨別暴雨、陸地、車輛等等。

• 搜索雷達運用短波脈沖掃描目標區(qū)域，通常每分鐘2－4次。有些搜索雷達應用多普勒效應可以將移動物體同背景中區(qū)分開來

• 尋的雷達采用于搜索雷達類似的原理，不過對較小的區(qū)域進行快速反復掃描，通?？蛇_每秒鐘幾次。

• 氣象雷達與搜索雷達類似，但使用圓偏振波以及水滴易于反射的波長。風廓線雷達利用多普勒效應測量風速，多普勒雷達利用多普勒效應檢測災害性天氣。

加熱

• 微波爐利用高功率的微波對食物加熱。（注：一種通常的誤解認為微波爐使用的頻率為水分子的共振頻率。而實際上使用的頻率大概是水分子共振頻率的十分之一。）

動力

• 無線電波可以產(chǎn)生微弱的靜電力和磁力。在微重力條件下，這可以被用來固定物體的位置。

• 宇航動力: 有方案提出可以使用高強度微波輻射產(chǎn)生的壓力作為星際探測器的動力。

射電天文望遠鏡

遙距操控

• 無線電被應用在各種需要遙距控制的設備上。操控者透過發(fā)射器發(fā)出指令而設備上的接收器則根據(jù)所收到來自發(fā)射器的指令對設備上的各部分進行操作。例子有無人架駛偵察機、各種遙控模型、各種機器人等。

天文學

• 是通過射電天文望遠鏡接收到的宇宙天體發(fā)射的無線電波信號可以研究天體的物理、化學性質。這門學科叫射電天文學。