在科學界的發展史往往是先發覺一些現象,進而提出假設,進行實驗,確認之後將科技之腳步往前推進,例如牛頓因為蘋果的掉落發現地心引力、萬有引力,而無線電之發明史,卻是先有理論進而實驗發現確實有無線電之存在,到目前為止我們日常之生活皆脫離不了無線電,而這個理論著創始者便是馬克士威爾。


1865年馬克士威爾James Clerk Maxwell將安培定律修正為


其意義為位移密度隨時間變動(也就是電場隨時間變動)的效果和電流密度的效果相同,因此能產生磁場。結合法拉地定律(磁場隨時間變動會產生電場)結合便導出波動方程式,使馬克士威爾能預言預知電磁波傳播之情形。


馬克士威爾為波動方程式貢獻良多,所以我們將規範電磁場行為之波動方程式稱為馬克士威爾方程式,我們在此列出馬克士威爾方程式供大家參考,這些雖屬專業人士之領域,但是我們屬於業餘的玩家總不能只吃豬肉沒看過豬走路,提供給各位以便下次看到時頂禮膜拜之。


 馬克士威爾之預言,1888年才由赫茲(Hertz)利用火花放電振盪器及金屬環證明電磁波之存在,並吻合馬克士威爾之預言,人們為了紀念赫茲之實驗,乃將頻率之單位定名為赫茲Hz,所以當我們在調整頻率時不要忘了這位無線電實驗之先鋒。



而由整個馬克士威爾電磁波的理論推導可得知,電磁波以光速傳播,後來並得以證明。


光速C=3 公分/秒


C=


λ=波長


υ=頻率


由赫茲的實驗證明了電磁波的存在,以現代之眼光看其實驗便可很輕易的發覺電容電感構造,尤其接收端之金屬環最為明顯,環狀部份為電感,兩金屬球用作火花放電的為電容這便是最早的LC振盪,後世經計算,其振盪頻率約在100MHz


在赫茲之實驗發表後科學界大為振奮,許多人便投入了研究無線電之行列,研究看如何實用化,而其中最有成就者首推馬可尼,儘管馬可尼並非第一個將電波實用化者,但是他一生在無線電之通信及改善貢獻茁著,因而被世人稱為無線電之父。


馬可尼於1894年看到了有關赫茲之實驗後便開始研究如何以其傳送模爾斯碼,使無線電波實用化,並於189662日獲得英國無線電專利,在研究期間馬可尼嘗試許多方法新發明,使無線電傳輸距離得以延長,從室內到室外,從12哩一直到橫跨大西洋,終使無線電發揮了長程通訊之優點,更使得航行在海上之船隻,能有著通訊及呼救之管道,如此之貢獻終讓世人感激其貢獻,並於1909年與物理學家布勞恩Karl Braun同獲諾貝爾物理獎。


而我們更可從馬可尼的研究發明中發覺LC振盪線路之利用,更奠定了LC振盪線路之重要性。


從最前面我們一開始的介紹可知,變動的電場可產生磁場,同樣的磁場隨時間變動會產生電場,而無線電之傳播便是靠磁場生電場,電場生磁場不斷的相互交替發生,達到傳播的目的,而這邊需注意的一點便是磁場及電場是相互垂直的,而我們一般以電場之極性方向為電波之極性方向,如電場極性變化垂直於地面我們便稱之為垂直極化電波



而要產生變動之電場便要有一產生變化電壓或電流之線路,我們稱之為振盪線路,由前面馬可尼以及赫茲之實驗相信大家都知道,要產生振盪最重要的還是LC並連線路,當然的這並非振盪線路,但確是振盪線路之主角,由於LC並連線路可產生諧振效果,我們以下慢例子解說。


相信重電學當中大家可瞭解一件事,電感會阻止高頻通過並將電能儲存於磁場中,而電容會阻止低頻通過並將電能儲存於電場中,所以當我們在一個LC並連線突然加給一個電壓時,由於電感會阻止瞬間變化電流,因而電能流向電容並儲存能量於電容器之中,當電容器儲存能量將近飽滿時,此時電感抗降低,電流轉而流向電感,並將能量儲存於磁場中,在因電感自感之原因在將電能釋放存回電容器,週而復始,形成一固定頻率之振盪線路,這便是有名的LC並連諧振,此一線路廣泛使用於收音機,電視,無線電等。



由於在真實上電感器及電容器會消耗電能,也就是電壓之震動幅度會隨時間遞減,就如同盪鞦韆,當用力一擺,鞦韆之擺幅會隨時間遞減,如上圖所示,遞減幅度依其阻力大小(消耗能量大小)而遞減,以上圖所示,阻力d>c>b>a,若要維持擺幅則要不停的於適當時機加上小許之推力,若是時間掌握不當便無法維持擺動,同樣情形於我們之LC振盪,為了要維持振盪,我們便要利用各種線路,使其能保持振盪,出名的像,阿姆斯壯振盪,考畢子振盪,哈特萊振盪等。


LC震盪相當廣泛的被使用,但是由於LC震盪易受溫度氣候之引響,容易產生頻偏,因而為求有穩定的頻率工作條件,目前無線電上接採用石英震盪器,或甚至採用恆溫式石英震盪器,使穩定度提高,<1ppm。



 

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