无线通信起源和发展现状

无线通信的起源和发展现状

一、电磁波学说的提出

目前我们生活中所用到的无线通信是基于“电磁波”进行传输,所以无线通信的起源就不得不提到“电磁波”,可以说“没有电磁波的发现就不会有现在的无线通信”。

1、电磁感应

提到“电”和“磁”,我们能轻易想到中学物理课上的“电生磁”、“磁生电”,我们脑海中一定会出现一个人名“法拉第”。
在19世纪前,电学和磁学是两个不同的学科,虽然有学者在电或磁的实验中察觉到二者微妙的变化,但鲜少有人将二者联系并深入研究。

直到,1820年,Oersted(奥斯特)发现了电流的磁效应。
之后几年,迈克尔.法拉第在进行电学和磁学实验时,发现了电场和磁场的相互作用和影响,他手中移动的一块磁铁竟然产生了电流波动,这就是著名的电磁感应现象。

变化的磁场产生了电场,反之亦然,变化的电场也会产生磁场,电磁的联系被呈现在世人面前。

具体而言,如果一个导体被放置在一个变化的磁场中,或者导体自身在磁场中运动,那么在导体的两端将产生一个感应电动势,这是由于磁场变化引起的电场变化,进而导致了电位差的变化。

2、电磁波学说

1865年,麦克斯韦在总结法拉第以及楞次、诺伊曼等诸多科学家在电磁研究上的成果,最终形成4个电磁场方程式,提出了电磁波学说,系统、全面、完美的阐述了电磁理论体系。

麦克斯韦方程用抽象的数学公式表达,但我们只需要理解麦克斯韦方程所实现的是什么即可。通俗来讲,就是变化的电场或磁场会产生一组“黄金搭档”——电产生磁,磁产生电。
电场是矢量场,既有大小也有方向;如果电场发生振动,比如在方向上每秒发生N次“向上”和“向下”的交替转换,那么产生的磁场也会按相同频率振动。这就是从他的方程组中推导出的结果,接着将振动的磁场代入另一个方程组,结果将产生一个电脉冲场;将这个电脉冲场代入最初的方程组,就会发现整个事件在延续,电变为磁,前后交替。
所有这些现象最终导致的效应是,整个电场和磁场的“大杂烩”会以一种波的方式传递到空间中去,这就是电磁波。

3、电磁波的证实

电磁波首先由詹姆斯·麦克斯韦于1865年预测出来,而后由德国物理学家海因里希·赫兹于1887年至1888年间在实验中证实存在。

赫兹用一个振荡电偶极子产生了电磁波,在历史上第一次验证了电磁波的存在。

二、无线电发展

电磁波的发现和进一步的研究证实,让许多科学家意识到可以利用电磁波向远处发送信号以实现通信,即“无线通信”概念的提出。

俄国科学家波波夫多次重复赫兹实验,于1894年改进了赫兹实验装置,利用撒了金属粉末的检波器,通过架在高空的导线,记录了大气中放电现象,是世界上第一台无线电接收机。一年后,他又在相距250m的大楼之间表演了无线电通信,传送世界上第一份无线电报。

1897年马可尼用无线电实现了人类历史上第一次海对地的无线通信,这一年被认为是无线通信的开端,无线射频技术正式诞生。之后,马可尼致力于用无线电进行通信,不断改进扩大通信的距离,1901年,他又实现了跨越大西洋传输无线电信号。马可尼被称为“无线电之父”,是无线通信“祖师爷”。

20世纪初,无线电波传播理论不断发展,短波实验广播成功,超外差接受系统被发明(至今仍是许多无线电接收机的主要工作方式)

一战和二战时,无线电被应用于军事领域,无线电通信得到了进一步发展,出现了早期的雷达和电视以及广播电台等。
二战结束后,无线电的作用被人们广泛接受,电子元器件得到发展,可以将电磁波调制成更高频率。
20世纪末,微电子技术和微处理器高速发展,无线电通信系统进入个人领域,如“大哥大”移动电话通信。

三、无线通信当今发展和现状

无线通信如今已在我们生活中无处不在,如路由器、手机、蓝牙、无人机、共享单车使用等。移动通信极大推动了无线通信射频技术的发展,例如手机的发展,对射频系统和器件提出更高的要求。

当下,射频和微波技术的未来充满希望,随着“5G”的普及和更高技术的出现,如物联网连接、人工智能产品等,人们越来越需要更高的频率和更先进的系统来支持更快、更可靠的无线通信。