无线电工作原理

无线电可以非常简单，在世纪之交，这种简单性使得任何人都可以进乐动体育网站5.0行早期实验。它能变得多简单?这里有一个例子:

你的电池/硬币组合是一个无线电发射器!它不会传输任何有用的东西(只是静态的)，也不会传输很远(只有几英寸，因为它没有对距离进行优化)。乐动体育网站5.0但如果你用静电来敲出摩尔斯电码，你实际上可以用这个简陋的设备在几英寸之外进行通信!

如果你想要更精细一点，使用一个金属锉刀和两根电线。将文件的手柄连接到9伏电池的一端。将另一段电线连接到另一个端子上，并在文件中上下运行电线的自由端。乐动体育网站5.0如果你在黑暗中这样做，当电线的尖端与文件的脊线连接或断开时，你将能够看到非常小的9伏火花沿着文件运行。把文件放在AM收音机附近，你会听到很多静电。

在无线电的早期，发射器被称为火花线圈，它们在更高的电压(例如20,000伏特)下产生连续的火花流。乐动体育网站5.0高压产生了巨大的火花就像你看到的火花塞乐动体育网站5.0，它们可以传播得更远。今天，像这乐动体育网站5.0样的发射器是非法的，因为它会把整个无线电频谱但在早期，它工作得很好，而且非常普遍，因为使用无线电波的人并不多。

正如在前一节中所看到的，使用静态传输非常容易。然而，今天所有的收音机都使用连续正弦波传送信息(音频、视频、数据)我们今天使用连续正弦波的原因是，有太多不同的人和设备想要同时使用无线电波。如果你有办法看到它们，你会发现现在你周围确实有成千上万种不同的无线电波(以正弦波的形式)——电视广播，AM和FM广播，警察和消防广播，乐动体育网站5.0卫星电视传输，手机通话，全球定位系统(GPS)信号，等等。乐动体育网站5.0令人惊讶的是，无线电波在今天有如此多的用途无线电频谱是如何工作的为了得到一个想法)。每个不同的无线电信号使用不同的正弦波频率乐动体育网站5.0，这就是它们是如何分开的。

任何无线电设置都有两部分:

发射器接收某种信息(可能是某人的声音、图片等)电视机(如无线电调制解调器或其他设备的数据)，将其编码为正弦波，然后用无线电波传输。接收器接收无线电波并从接收到的正弦波中解码信息。发射机和接收机都使用天线辐射并捕获无线电信号。

一个婴儿监视器就像无线电技术一样简单。乐动-软件在婴儿的房间里有一个发射机和一个接收器，父母用它来听婴儿说话。以下是一个典型的婴儿监控器的一些重要特征:

(不要担心像“调制”和“频率”这样的术语现在没有意义——我们一会儿会讲到它们。)

手机也是一种收音机，是一种更为复杂的设备手机的工作原理详情)。手机包含发射器和接收器，可以同时使用它们，可以理解数百种不同的频率，并可以在频率之间自动切换。乐动体育网站5.0以下是典型模拟手机的一些重要特征:

你可以从一块电池和一根电线开始了解无线电发射机的工作原理。在电磁铁的工作原理，你可以看到，如果你把电池的两个端子之间的电线连接起来，电池通过电线发送电流(电子流)。移动的电子在导线周围产生磁场，这个磁场强到足以影响指南针。乐动体育网站5.0

让我们假设你拿另一根电线，并将其平行于电池的电线，但距离它几英寸(5厘米)。如果你把一个非常灵敏的电压表连接到电线上，那么会发生以下情况:每当你连接或断开电池的第一根电线时，你会在第二根电线上感应到非常小的电压和电流;任何变化的磁场都能在导体中诱导出电场——这是任何发电机背后的基本原理。所以:

需要注意的一件重要的事情是，只有当你连接或断开电池时，电子才会在第二根电线中流动。除非有磁场，否则磁场不会使电子在导线中流动改变．连接和断开电池会改变磁场(将电池连接到导线上会产生磁场，而断开则会使磁场减弱)，所以在这两个时刻，电子会在第二根导线中流动。

要创建一个简单的无线电发射机，你要做的是创建一个快速变化的电流在电线里。你可以通过快速连接和断开电池来做到这一点，就像这样:

更好的方法是在导线中产生连续变化的电流。连续变化波最简单(也是最平滑)的形式是正弦波，如下图所示:

通过产生一个正弦波并让它通过一根电线，你就创建了一个简单的无线电发射机。用几个电子元件就能极容易地产生一个正弦波电容器和一个电感器就能产生正弦波，几个晶体管就能把正弦波放大成强大乐动体育网站5.0的信号(看到了吗振荡器的工作原理有关详情，请浏览乐动体育网站5.0在这里是简单的发射机原理图)。通过将信号发送到天线，你可以将正弦波传输到太空中。

如果你有一个正弦波和一个发射机，用天线将正弦波发射到太空，你就有了一个无线电台。唯一的问题是正弦波不包含任何信息。你需要调节波以某种方式在上面编码信息。有三种常用的方法来调制正弦波:

脉冲调制-在PM中，你只需打开和关闭正弦波。这是一种发送莫尔斯电码的简单方法。PM不是很常见，但是一个很好的例子是发送信号的无线电系统无线电控制的时钟在美国。一个PM发射机就能覆盖整个美国!

振幅调制-既有AM电台，也有图片部分电视信号使用振幅调制来编码信息。在振幅调制中，正弦波的振幅(峰峰电压)发生变化。例如，一个人的声音产生的正弦波被叠加到发射机的正弦波上，以改变其振幅。

频率调制-调频广播电台和数百种其他无线技术(包括a乐动-软件电视信号如无绳电话、移动电话等)使用调频。FM的优点是它在很大程度上不受静电的影响。在调频中，发射机的正弦波频率根据信息信号的变化非常微小。

一旦你用信息调制了正弦波，你就可以传输信息了!

这里有一个真实的例子。当你把汽车的AM收音机调到某个电台时——例如，调频盘上的680——发射器的正弦波以68万赫兹的频率发射(正弦波每秒重复68万次)。DJ的声音通过改变发射机正弦波的振幅被调制到载波上。对于大型调幅电台，放大器将信号放大到50000瓦左右。然后天线将无线电波发送到太空中。

那么，你汽车上的AM收音机(一个接收器)是如何接收发射机发出的68万赫兹信号并从中提取信息(DJ的声音)的呢?以下是步骤:

你从扬声器里听到的是DJ的声音!

在调频收音机中，探测器是不同的，但其他一切都是一样的。在调频中，探测器将频率的变化转化为声音，但天线、调谐器和放大器在很大程度上是相同的。

在强AM信号的情况下，事实证明，你可以创建一个简单的无线电接收器，只有两个部分和一些电线!这个过程非常简单——以下是你需要的:

现在你需要找到并靠近AM无线电台的发射塔(在一英里/1.6公里左右)才能工作。下面是你该做的:

现在，如果你把耳塞塞进耳朵里，你就会听到广播电台——这是最简单的无线电接收器!如果你离电台很远，这个超级简单的项目就行不通了，但它确实证明了无线电接收器可以有多简单。

下面是它的工作原理。你的有线天线正在接收各种各样的无线电信号，但因为你离一个特定的发射机太近了，所以这并不重要。附近的信号比其他任何信号都要大几百万倍。因为你离发射机太近了，天线也会接收到很多信号能源——足够开耳机了!因此，你不需要调谐器或电池或其他任何东西。如上一节所述，二极管作为AM信号的检测器。所以你可以听到电台，尽管没有调谐器和放大器!

水晶收音机套件，无线电Shack出售(28-178)包含两个额外的部分:一个电感器和一个电容器．这两个部分组成了一个调谐器，使收音机有了额外的范围。看到振荡器的工作原理获取详细信息。

你可能已经注意到，几乎你看到的每个收音机(比如你的手机，你汽车里的收音机等)都有一个天线．天线有各种形状和大小，这取决于天线试图接收的频率。天线可以是任何东西，从又长又硬的电线(就像大多数汽车上的AM/FM无线电天线一样)到像天线一样奇怪的东西卫星天线．无线电发射机也使用极高的天线塔来传输信号。

无线电发射机天线背后的想法是将无线电波发射到太空中。在接收机中，其思想是尽可能多地接收发射器的功率并将其供应给调谐器。对于数百万英里外的卫星来说，美国国家航空航天局使用直径达200英尺(60米)的巨大碟形天线!

最佳无线电天线的大小与天线试图发射或接收的信号频率有关。这种关系的原因是光速乐动体育网站5.0，以及电子可以移动的距离。光速是每秒18.6万英里(每秒30万公里)。在下一页中，我们将使用这个数字来计算现实生活中的天线尺寸。

假设您正在尝试为无线电台680 AM建立一个无线电塔。它正在发射频率为68万赫兹的正弦波。在正弦波的一个周期中，发射器将在天线中向一个方向移动电子，切换并将它们拉回来，切换并将它们推出，再切换并将它们移动回来。换句话说，在正弦波的一个周期中，电子会改变四次方向。如果发射机以68万赫兹的速度运行，这意味着每个周期在(1/68万)0.00000147秒内完成。四分之一是0.0000003675秒。在光速下，电子可以在0.0000003675秒内移动0.0684英里(0.11公里)。这意味着68万赫兹的发射机的最佳天线尺寸约为361英尺(110米)。所以AM电台需要非常高的发射塔。另一方面，对于工作频率为900,000,000 (900mhz)的手机，最佳天线尺寸约为8.3厘米或3英寸。 This is why cell phones can have such short antennas.

你可能已经注意到你车里的AM无线电天线不是300英尺长——它只有几英尺长。如果你把天线做得更长，接收效果会更好，但城市里的调幅电台太强大了，所以你的天线长度是否合适并不重要。

你可能想知道，为什么当无线电发射机传输东西时，无线电波想要以光速在空间中传播，远离天线。为什么无线电波可以传播数百万英里?为什么天线周围没有磁场，靠近天线，就像你看到的连在电池上的电线?乐动体育网站5.0一个简单的思考方法是:当电流进入天线时，它确实在天线周围产生了一个磁场。我们还看到，磁场会在靠近发射器的另一根电线上产生电场(电压和电流)。事实证明，在太空中，天线产生的磁场在太空中诱发了电场。这个电场又在空间中诱导出另一个磁场，这个磁场又诱导出另一个电场，这个电场又诱导出另一个磁场，如此循环。乐动体育网站5.0这些电场和磁场(电磁场)在空间中以光速相互诱导，远离天线向外传播。

最初发表于2000年12月7日