互动科普

这个世界满是无线电波。在我们的周围，各种各样的机器正在发射、接受着无线电波，不要说全部，光是我们身边的东西就已经数不清了，比如手机、收音机、无线电波表、电视、无线键盘、无线耳机……等等。

无线电波究竟是什么呢？

无线电波看不见、摸不到，但人眼可以看到的光（可见光）是无线电波的伙伴。无线电波以每秒约30万公里的速度传播，相当于在1秒钟内环绕地球7圈半，与光速相同。无线电波和光都属于传播电场和磁场振动的“电磁波”，本质上它们是相同的。

就好像可见光有红色和蓝色一样，无线电波也有不同的种类。泛泛地说，无线电波是指“在1秒内振动3000～3000吉次（3×10³～3×10¹²）的电磁波”。1秒内振动的次数叫做“频率”，1秒内重复一次振动的话就是1赫兹。因此，无线电波的频率在3千赫到3000吉赫之间，频率差距有10亿（10⁹）倍。一般以频率相差10倍为界，将无线电波进一步细分为9种频率范围（带、段）。

频率不同，也就意味着波长不同。无线电波的频率与波长的乘积是一定的，频率越高则波长就越短，频率越低则波长就越长。随着频率的不断降低，无线电波的波长，可以从头发粗细的0.1毫米扩展到100公里。

此外，在波的种种性质中，“振幅”很容易与波长混淆。其实，振幅是指波的高度，振幅越大的无线电波越强（能量大）。

通过无线电波传递0和1的原理

我们都知道，通过无线电波可以传递信息，而要实现这一点，就必须“调制”   （Modulation）。这是一种可以将一种波形变换成另外一种波形的技术。

调制有各种各样的方式。比如结合音波的波形，来调节无线电波的振幅（Amplitude）的调幅（AM），以及调节频率（Frequency）的调频（FM），都被用于广播。在收音机上，一般都标着AM和FM的字样，它们就分别代表着调幅和调频这两种调制方法。

在数字电视信号和手机通信中，声音及图像都是作为数字信息进行传递的，数字信息的最小单位为1比特，它包含“0”或“1”的信息。而这种信息的传递，是依靠改变无线电波的“波峰、波谷的位置”的调相（PM）进行的。

 如何用无线电波传递信息？

以上就是无线电波传递信息的三种方式。以“0”和“1”罗列的数字信息，表现为插图最上端的波形。（1）AM（调幅)，是结合想传递的波形，调整波的高度（振幅：Amplitude）的方式。（2）FM（调频)，则是改变波的频率（Frequency）的方式。(3）用于手机的方式是PM（调相)，它保持了振幅和频率不变，而改变了波的波峰/波谷的位置（相位：Phase)。如果将发信端的规则与收信端共享，就可以恢复原来的波形。在实际PM时，每传递1比特信息需要数十个波峰/波谷。

结合目的对9种无线电波加以区分地使用

在电磁波中，为什么选中了无线电波用于通信呢？

在通信技术中，“不能将信息传递给对方”是最让人头疼的。我们知道，在大雾中光无法传递到远处，而频率更高的电磁波（例如X射线）也同样容易受到大气中灰尘及水滴的影响（被散射）而逐渐减弱。相比之下，频率稍低的无线电波则不易发生散射。

同样的情况，也适用于无线电波的9种分类之间的区分。也就是说，频率越低的无线电波越不易在大气中发生散射，相反，频率越高的无线电波越容易发生散射。专家介绍说，10兆赫以上的无线电波，会在雨、云中发生散射并大幅减弱。

由于频率不同而呈现出的这些性质上的差异，却可以被通信技术巧妙地利用。

比如，频率最低的无线电波“超长波”（3～30千赫的无线电波）及“长波”（30～300千赫的无线电波）不易在大气中散射，传播距离也最远，可以达到1000公里范围，所以被用于大范围内的广播，比如广播标准时间。

接下来频率较低的无线电波是“中波”（300千赫～3兆赫，1兆=100万）和“短波”（3～30兆赫），在距地面约100公里左右的电离层中它们能够被反射，进而抵达地面。所以，它们适合在天空或海洋等辽阔空间的通信，除了用于航空及渔业通信外，还被用于AM广播及面向海外遥远国家和地区的无线广播。

像这样频率低的无线电波虽然可以用于远距离的通信，但是也有缺点。由于频率低，它所能传送的信息量比较少。每传递1比特数据就需要3个波峰波谷。1千赫的中波在1秒内会产生1000个波峰波谷，因此每秒只能传送333比特（约20个汉字）的信息。

然而，如果使用100兆赫的“甚高频”（VHF：Very High Frequency，30～300兆赫）的无线电波的话，由于每秒可以产生1亿个波峰/波谷，那么每秒就可以传递3333万比特（约208万个汉字）的信息。这就是为什么AM只能用于传输信息量较小的声音广播，而VHF却能用于传输信息量大得多的电视影像的缘故。

（本文发表于《科学世界》2013年第6期）