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第115章 无线电是如何工作的?

无线电似乎很神秘。我们站在门外,是听不到广播电台的声音或音乐的。从电台的大天线传给我们的,并不是声波,而是携带着声音的电磁辐射光。但是,电台天线发射的不是普通的可见光,而是一种不可见光,即无线电波。

电灯泡或太阳发出的可见光是中等能量的光。还有高能量的光,比如紫外线和X射线,也有低能量的光,比如红外线和无线电波。所有的光都是电磁辐射的一种形式——光子以186000英里(300000千米)每秒的速度进行快速移动。

可见光的波长很短,大概是0.6微米,或者是1/200000英寸。相比之下,无线电波的波长就很长了,从几厘米或几英寸,到300英尺(91米)或更长。

人眼适合处理中等能量的光,这就是为什么我们把这些光叫做可见光。而无线电波的频率和波长都无法被人眼接收,所以我们看不到周围的无线电波。

(实际上,就在此时,无形的无线电波正穿墙而过,并且穿过你,可惜你看不到它。)

那么我们怎样使用无线电波来传送音乐和谈话呢?发射台有一个长天线,用来把无线电波传送给几英里外的听众。每个听众的收音机都装配有一个较小的天线,比如一个金属杆或一条金属丝。

无线电波由电台向各个方向传送,并且能被传送路径上的任何收音机的天线接收。电台以AM或FM的形式广播节目。AM代表调幅,FM代表调频。AM的波长比FM的长。AM波长可能超过300英尺。

当你开车驶过一架大桥的时候,你可能发现车上收音机里AM电台的声音变得断断续续,这是因为AM波正在撞击桥梁。大桥就像是一个巨大的金属天线,所以不是所有的AM波都能到达你的车载天线。相比之下,FM波的波长仅有几英尺,它们可以穿过桥梁空隙。所以,FM台会比AM台更清晰。

信息速递

无线电台利用无线电波作为声音的载体,而广播电视利用无线电波来承载声音和画面。飞机和潜水艇把无线电波作为它们的车头灯(我们称之为雷达),照亮隐藏的物体。医学上的MRI(即核磁共振成像)使用无线电波来探测身体内部。

不管是FM还是AM,无线电的工作原理都是一样的。麦克风接收到电台播音员的声音,并将声波转换为电信号。电信号与原始声波的振动模式相同,所以又被称为“音频信号”。放大器会加强这个音频信号。

同时,电台的振荡器不断产生它自己的电信号,叫做“载波”。声音或音乐产生的声波对载波进行“调制”。调制后产生的综合电信号,即伴音载波,被进一步放大,然后被送往电台的天线。

电信号会刺激天线中的金属原子,使它们的电子也跟着振动。于是,电子发射不可见光,即无线电波,使其在天空中传播开来。由于天线中的电子以声音创造的特殊模式进行振荡,所以发出的无线电波也具有相同模式。

就在此时,无形的无线电波正穿墙而过,并且穿过你。

当无线电波到达你收音机上的天线时,被重新转换为电信号——伴音载波。你的无线电接收器自动将音频信号与载波分开。在电台被合成的信号会被你的收音机分解。然后,音频信号被送达扬声器。

扬声器就像一个反向麦克风:它把音频电信号重新转换为声波。于是,像变魔术一样,你就听到了电台播音员的声音,他正在介绍下一首歌。

天空中的天然电台

想想看,日常生活中存在各种可见光,我们已经习以为常了。可见光来自太阳或其他恒星。月球的岩石表面会反射银色的光。路灯和霓虹灯会产生光线。闪电会产生光。熔岩能发光,发红的电炉子和煤气灶的蓝色火焰都能发光;流星在高层大气中燃烧时能产生光;幽灵一般的深海鱼也能发出光。可见光到处都有,而不仅仅来自人造台灯。

无线电波也到处都有。宇宙在无线电光中呈现红色,可是我们看不到。

一些天体能发射无线电波,比如太阳、其他恒星、木星以及星际间的气体和灰尘。我们怎样才能在隐形的无线电波中看到这些物体呢?我们可以制造一个巨大的“无限电眼”,即“无线电望远镜”。

波多黎哥的阿雷西博有世界上最大的单体无线电望远镜。望远镜的主体是一个抛物面状的铝制天线,直径1000米。无线电望远镜把无线电波中的宇宙画面记录下来,然后用电脑把它转换成我们可以观看的图片。因此,宇宙中某些看似黑暗空洞的地方,在无线电波中像拉斯维加斯一样灯火通明。

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