所谓"广播黄金时代"在50年代随着电视兴起而终结?错了。电视节目本身就是用无线电信号播出的。而今天?无线电无处不在。车里有收音机,手机串流音乐?音乐通过蜂窝塔台的无线电波传来。GPS依赖无线电,家庭Wi-Fi也是。
无线电波是一种电磁辐射,与可见光同类,但处于频谱底端,频率低意味着能量低,对人体无害。(高频高能的X射线或伽马射线则另当别论。)这正是无线电波适合无线通信的原因之一——还能远距离传播,穿透墙壁等障碍物。
无线电依然重要。但你知道吗?用简单材料就能在家自制无线电发射器和接收器。这是个有趣的项目,也是探索酷物理的好借口。
什么是电磁波?
先说什么叫"波"。想象一根长绳,一端绑在门把手上,你站在房间另一头握着另一端。上下抖动手,绳上产生扰动,沿绳传播——这就是波。波传递能量,不传递物质。
拿走绳子呢?你就像个对着空气握手的可怜人。没有介质,就没有波。海浪需要水,声波在太空无法传播,因为没有空气。
但如果抖动的不是绳子,而是电荷(比如电子)呢?电荷产生电场,运动的电荷会制造出变化的电场。而变化的电场又产生变化的磁场,变化的磁场再产生电场——彼此推动,自我维持。这就是麦克斯韦方程组描述的:电磁波不需要介质,能在真空中传播。光就是这样运行的。
无线电波就是频率更低的光,无害,穿透力强,因此被通信业采用。
如何自制
发射端需要快速变化的电流让电子振动。压电打火机就能提供——按下时,压电晶体受挤压变形,内部电荷瞬间分离,产生高压火花。这个快速电流变化就是理想的发射源。
接收端更简单:铝箔揉成球,连一根导线当天线,再接上耳机或LED。发射器的电磁波扫过时,铝箔中的电子被迫跟着振动,微弱电流就被还原出来。
听不到声音,因为这仅是载波,未加载音频信号。但LED会闪烁,耳机里有噼啪声——证明信号确实被截获了。
为什么值得尝试
这个项目揭示了一个常被忽略的事实:无线电从未离开,只是被封装进了黑箱。手机里的射频芯片、基站的天线阵列,本质与手中的铝箔球相同——都是让电子动起来,再捕捉他人的电子振动。
从打火机到5G,变的只是频率和调制方式。物理层百年未变。
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