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世界无线电日|揭秘无线电:我们为什么离不开无线电?

2019-02-13 15:49来源:光明网

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  【揭秘无线电系列科普】

  “作为一名情报人员,要像了解自己的身体一样,去了解电台,也要像爱惜自己的生命一样,去守护电台……”

  提起无线电,您可能会感到一丝神秘和陌生,在谍战片里,它是永不消逝的主角,而在生活中,它也占据着C位,和我们密不可分。

  现在,我们就一起来揭开它神秘的面纱,看看它是如何服务生活,改变世界的。

  您肯定知道,我们的手机、wifi、蓝牙,运用了无线电。可您知道吗?身份证、公交卡、银行卡,这些卡片里也运用了无线电技术,它们用到了基于无线电原理的RFID射频识别和NFC近场通信技术。的确,小到钱包里的卡片,大到智慧城市,构建万物互联,都离不开无线电。

  (无线电)已经渗透到方方面面了,从一个人早上起床开始,到你睡觉之前,你什么时刻能离得开无线电?首先,我们看新闻吧,电视或者看手机,你离不开,已经成了我们生活的一个重要的、不可分割的、一个必要的部分了。你已经回不到以前的那个纯粹自然了。现在的生活,是在科技武装下的生活,但只是你不知道它背后的东西。无线电的这个功劳,怎么说都不为过,我觉得是大家还都没认识到这一点。

  能够更加便捷地实现远距离信息传递,是人类自古以来的梦想。19世纪,在欧洲工业革命浪潮的推动下,近代科技取得了突破性进展,人们开始认识、利用电磁波,把远距离实时通信的梦想逐步实现。

  1864年,英国科学家麦克斯韦从理论上预测了电磁波和电磁场的存在,计算推导出电磁波与光具有同样的速度。1887年,德国物理学家赫兹通过实验证明了电磁波的存在。1897年5月18日,意大利工程师马可尼跨越14公里海峡的无线电通信实验取得成功,由此开启了无线电应用的新纪元。

  技术一定是和人类的愿望连在一起。这些愿望是驱动力,把不可能变成可能。

  赫兹他本身认为无线电波是存在的,但是他自己都不认为无线电有什么真正的社会用途。真正的用途是从马可尼这些人开始的,这些人一开始也没想到无线电有这么大的用途,也是在慢慢的探索过程中发现的。它的理想是让人类相互沟通。

  无线电是一种利用电磁波传递信息或能量的技术,由于摆脱了导线的束缚,被叫做无线电。

世界无线电日|揭秘无线电:我们为什么离不开无线电?

  电磁波虽无时不在,无处不在,我们却摸不到它。往水面丢一块石头,水波就会向四周一圈圈扩散。电磁波的产生不是靠石头,而是靠电和磁的相互感应,它的传播也不仅限于平面,而是向三维空间扩散。电磁波的速度比水波快多了,它和光速一样,大约是每秒30万公里,等于频率和波长的乘积。电磁波波长越短,频率越高,能量越强。电磁波的来源分两种:一种是天然的,比如雷电、太阳和宇宙射线;一种是人工的,比如高压电线、雷达、广播和wifi。

  电磁波按频率从低到高,可分为无线电波(它波长最长)、红外线、可见光、紫外线、x射线和伽马射线(它波长最短,能量最强)。无线电波的频率在3000GHz以内,它是电磁波大家族中的一员。

  就像开车要各行其道一样,不同的无线电业务,要使用不同的频率。把频率按高低顺序,像乐谱一样排列起来,就是无线电频谱。它是一种特殊的自然资源,和土地、矿山、森林等一样,属于国家所有。无线电频谱蕴含着巨大的价值,是经济发展、国防建设、科学研究和社会管理的重要物质基础,是国家重要的战略资源。

  现如今,我们正处于信息化时代,无线电波充满了整个地球。换句话说,地球是被无线电海洋包围着的。

  由于信息化的传输和测距等需求,因此,航天是离不开无线电波的。卫星从发射到在轨运行的检测,全靠无线电来“抓”。

  无线电通讯在整个嫦娥四号任务中,应该说发挥了重要的作用,正是由于鹊桥中继通讯卫星使得我们地面测控站和数据接收站,能够与着陆器和巡视器建立一个比较稳定可靠的通信联系,保证整个任务的圆满完成。

  无线电的作用,你们平常看到的仅仅是通信或者雷达。雷达,一般老百姓很难见到,实际上军队、航空、航海,复杂的汽车都是有雷达的,雷达用的很多。

  是的,除了利用无线电波的波动特性来传递信息,人们还可以利用无线电波的反射特性实现目标探测,比如雷达、遥测遥感和导航。早期的雷达只能发现目标和测量距离。现在,雷达不仅用于探测较远较大目标,还可以观察近距离目标的细微动作。利用微功率多普勒雷达可以实现对人体的特征识别,以非接触的方式感知人的呼吸、心跳和睡眠等信息,为老人看护和特殊人员管理提供方便。无线电波还具有传输能量的特性,利用它造出微波炉、电磁炉来加热食物,还造出不同的工业设备来加热金属、木材、塑料等物体。综合利用无线电波的这些特性,人们研制出各种各样的医疗器械来检查身体、治疗疾病、守护健康。

  诗人卡蒙斯有诗曰:陆止于此,海始于斯。在人类征服自然,探索世界的过程中,航海曾是一项充满危险的活动。无线电技术最早被应用于航海,目前已在岸船通信、导航定位、应急救援等方面得到了广泛应用,成为现代航海技术的重要组成部分。大型船舶都专设报房,并配备各种无线电台、雷达导航、卫星导航和卫星通信设备,使航海更加安全。

  航空领域更是离不开无线电。飞机工作的全程都必须保持不间断的无线电联络。无线电导航为飞机提供准确的方向、距离和位置信息;无线电通信实现机场调度指挥和地空联络;无线电监视准确测定飞机的位置、速度。无线电在航空事业中发挥了十分关键的作用。

  航海、航空、航天,以及其他很多活动都要密切关注天气的变化。借助无线电技术,综合利用各种气象雷达、无线电探空仪和气象卫星,可以对天气变化趋势进行预报,为我们日常生活和各行各业提供气象信息服务。我国成为世界上天气预报最准确的国家之一,无线电当然功不可没。

  无线电在军事领域有大量的应用,而且起着非常卓著的战功。在我们建国初期和建国斗争过程中,无线电无论是接收发报,在战争、地下斗争中,起着至关重要的作用。

  电子战、信息战应该说是现代战争,乃至未来战争当中至关重要的一种作战手段或者样式。

世界无线电日|揭秘无线电:我们为什么离不开无线电?

  电磁频谱安全是国家安全的一个非常重要的组成部分。所以,我们从今天开始,应该进一步加强对电磁频谱的安全管理、合理应用,能够更加科学的安排,无论是在平时还是在战时,或者应急情况下。这样才能够更好的维护好我们的电磁频谱安全和整个国家的安全。我们将来不仅要着眼于维护高边疆、远边疆,同时还要更好的维护我们的电磁边疆。

  战争是一种特殊的竞争,特殊的场景,苛刻的要求,曾一度引领着相关科技的进步。二战就使雷达等无线电技术得到了迅速发展。现在,最灵敏的无线电装置被用在了天文观测领域,用它来仰望星空,探索宇宙奥秘,搜寻地外文明。

  射电天文望远镜是目前为止最灵敏的接收无线电波的装置。我引用SKA总干事菲利普·戴尔蒙德的一句话:至今为止,世界很多国家都有望远镜,这些望远镜接收能量的总和都小于一片雪花跌落在地面上,碰撞地面产生的能量。形容我们要接收的信号是非常微弱的,要求的灵敏度是非常高的。应该说现在接收电磁波信号最灵敏的装置就是射电天文望远镜,没有超过它的了。

世界无线电日|揭秘无线电:我们为什么离不开无线电?

  无线电频谱不仅是科学家的研究对象,也因其独特的资源属性和巨大的经济价值,成为经济学家的研究课题。美国经济学家科斯,早在1959年就提出了以拍卖方式来分配无线电频谱资源的方案。

  频谱资源,我们应将其视为需要有为政府进行有效市场设计的资源产品类型,资源的微观运作必须依托有效的市场,因为这个资源的属性是全国甚至于全人类有限、定量的。单纯政府分配会丧失效率,单纯市场所有也会有市场失灵;而有为的政府设计和有效的市场运作相结合,又恰恰是林毅夫教授所提出的新结构经济学的要义。

  2016年底,中共中央和国务院办公厅在《关于创新政府配置资源方式的指导意见》中提出:对无线电频率等非传统自然资源,要推进市场化配置进程,完善资源有偿使用制度。对地面公众移动通讯等商用无线电频率资源,要逐步探索引入招投标,拍卖等竞争性方式进行配置。

  随着多年来对无线电频谱资源的开发和利用,我国已经成为当之无愧的无线电应用大国,移动通信和移动互联网用户数稳居世界首位。

  截止到2018年5月,我国的移动通讯用户总数是14.7亿用户。其中,中国移动9亿用户,中国联通2亿用户,中国电信2.7亿用户。

  通过我们无线电管理工作者一代一代的努力,我们国家的无线电应用已经深入到我们日常生活的方方面面。

  高铁的安全控制就需要使用无线电信号。共享单车、移动支付和网购也离不开无线电,因为所有的操作,都需要无线电把信息传出去。展望未来,我们国家的5G通信,包括物联网、车联网、工业互联网,包括自动驾驶都与无线电紧密相关,离不开无线电的支撑。

  下一步,无线电管理工作者的任务就是如何使宝贵的频率资源满足人们对无线电频率的需求,这里边就需要提高频谱资源的使用效率。

  为引起人们对无线电所具有的独特价值的重视,联合国教科文组织将每年的2月13日定为“世界无线电日”。那么,无线电的价值到底有多大?下一集《无形的财富》将和您一起了解无线电频谱资源的巨大价值。

  联合出品:光明网 河北省秦皇岛无线电管理局

  监 制:邵建华

  出品人:栗 威

  制 片:杨伟峰

  策 划:金 赫

  编 导:杨伟峰 吴 涛

  摄 像:吴 涛 王 博

  特 效:吴 涛 李文博

  剪 辑:杨伟峰 吴 涛

  翻 译:杨建兴 陈 隆

  版 权:侯梦婷 孔春梅

 

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