无线电波（也叫射电波）是已知光谱中波长最长的一种电磁辐射。通常把波长在1毫米以上（对应频率为300吉赫兹（GHz）以下）的电磁波称为无线电波，有时也会把波长1毫米以上10米以下的电磁波称为微波，而波长10米以上的电磁波称为无线电波。

和其它类型的光一样，无线电波在真空中以光速传播，并具有极化的物理属性。无线电波是由正在加速的带电粒子产生的，例如随时间变化的电流。得益于其较长的波长，无线电波可以绕开尺度小于其波长的障碍物传播。自然界中人们常见的无线电波来自闪电和很多天体系统，整个宇宙中也弥漫着微波背景辐射。天文学领域的无线电天文学（也叫射电天文学）就是专门使用无线电波研究天体和宇宙的分支。无线电波也可以通过无线电波发射器人工产生。发射出的无线电波携带的信号可以被无线电波接收器接收并进行信号处理。无线电波被广泛应用于固定和移动无线电通信，例如广播、雷达、导航、通信卫星、无线计算机网络等等。

历史

苏格兰数学物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell, 1831-1879）于1867年提出了麦克斯韦电磁理论，其中预测了耦合的电场和磁场可以作为电磁波在空间中传播。1887年，德国物理学家海因里希·鲁道夫·赫兹（Heinrich Rudolf Hertz, 1857-1894）在实验室中人工产生了长波长的电磁波，即无线电波，从而实现了麦克斯韦电磁理论的预言，因此无线电波曾被称为赫兹波。后续研究发现无线电波具有和可见光相同的波动特性，包括反射、折射、衍射和偏振等等物理现象，并且速度和可见光一致，因此无线电波被认为是一种肉眼不可见的光。意大利发明家古列尔莫·乔瓦尼·马里亚·马可尼侯爵（Guglielmo Giovanni Maria Marconi, 1874-1937）和德国物理学家卡尔·费迪南德·布劳恩（Karl Ferdinand Braun, 1850-1918）开发并改良了可以实用的无线电发射机和接收机，因此两人分享了1909年的诺贝尔物理学奖。无线电通信于1900年左右开始商业化应用。

物理性质

和其它种类的电磁波一样，无线电波是带电粒子在加速时辐射产生的。地球大气层中的闪电等自然现象都可以产生并加速带电粒子，太阳、各种星体和星系等天体也可以加速大量带电粒子，它们都是常见的无线电波源。温度非常低的物体的黑体辐射也会产生大量无线电波，例如宇宙微波背景辐射即大约2.7K（约零下270摄氏度）的黑体辐射。人工产生的无线电波一般是由随时间变化的电流产生的。一种被称为无线电发射器的电子设备可以将随时间振荡的电流施加到天线上，再将电流的能量以无线电波的形式辐射出去。这些无线电波可以被连接到无线电接收器的另一个天线接收。

在真空中，无线电波以光速传播。当穿过介质时，无线电波的传播速度会根据介质的物理性质减慢。在地球大气中，无线电波的传播速度非常接近光速。

根据量子力学的观点，无线电波也可以被看作是一系列称为光子的不带电的基本粒子流动。然而单个无线电光子的能量非常小，一般不超过1毫电子伏（约

焦耳，即一百万亿亿分之一焦耳），绝大多数的自然或人工无线电波源都可以在极短时间内发射巨大量的无线电波光子。因此，除了一些分子电子跃迁过程（例如发射微波光子的微波激射器中的原子）外，无线电波的发射、传播和吸收不需要量子力学的描述，而多使用经典麦克斯韦方程进行定量描述。

与其它横波一样，无线电波也具有一种被称为极化的属性。经典麦克斯韦电磁理论认为无线电波有两种极化模式：线极化的无线电波的振荡电场主要沿着一个垂直于传播方向的平面上变化；而圆极化的无线电波的振荡电场则绕着传播方向为轴旋转。这两种极化模式可以同时存在，形成椭圆极化模式。量子力学认为无线电波的极化是由光子的自旋决定。光子可以具有右手自旋和左手自旋两种自旋态。而线极化的无线电波则是由处于右旋和左旋自旋状态的光子的量子叠加形成的。

天线发射的无线电波的极化模式由金属天线元件的方向决定。例如，偶极天线由两个共线的金属棒组成。如果棒是水平的，它会辐射沿水平方向线极化的无线电波；而如果棒是垂直的，则无线电波沿垂直方向线极化。无线电波的接收天线必须和发射天线具有相同的极化，否则会严重影响接收质量，甚至完全无法接收到信号。自然和人工产生的无线电波也可能是非极化的，即不相干的多列不同极化状态的无线电波进行混合，导致其中的极化模式相互抵消形成非极化的无线电波。

应用

无线电波比其它种类的电磁波更广泛用于通信，因为它具有良好的传播特性。无线电波能够较容易的绕过各种障碍物，包括建筑物、山脉、植被等等，而且可以在任何天气环境中进行通信。得益于无线电干涉观测技术，无线电天文学可以以极高的分辨率观测各种发射无线电的天体系统，在天文学中有广泛应用。知名的无线电天文学成果包括1964年发现的宇宙微波背景辐射和2019年公布的M87星系中心超大质量黑洞的照片。

无线电通讯

在无线电通信系统中，信号通过无线电波在空间中传输。在发送端，无线电发射器可以将随时间变化的电流形式表现的信号使用无线电波发射出去。这个被称为调制信号的信息可以是来自麦克风的声音的音频信号，来自视频摄像机的移动图像的视频信号，或者来自计算机的数据的数字信号等等。在发射器中，电子振荡器会产生一个在无线电频率上振荡的交流电流，被称为载波。调制信号用于调制载波，改变其波长频率振幅等物理性质。调制后的载波被放大并应用于天线。被放大的振荡电流将天线中的电子前后推动，产生振荡的电场和磁场，将能量以无线电波的形式从天线辐射出去。许多发射器的无线电波可以同时传播而彼此互不干扰。

而在接收器中，接收到的无线电波的振荡电场和磁场可以造成接收天线中的电子前后推动，产生一个微小的振荡电流。这就是发射天线中振荡电流的一个较弱的复制品。这个电流被应用于无线电接收器，用于提取信息信号。接收器首先使用滤波器将目标无线电信号与天线接收到的其它无线电信号分离开。接收器中的滤波器具有一个调谐电路，类似共振器，共振频率被设置为目标无线电信号的频率。目标无线电信号因此造成调谐电路共振，并将该信号传递给接收器的其它部分。而调谐电路会阻碍其它频率的无线电信号。然后接收器可以放大信号使其变强，最后在解调器中提取波长频率振幅等物理信息从而还原调制信号。解调后的信号则可以用于产生声音图像等信息，与人类用户进行交互。

然而这种方法还是会造成同一频率的无线电信号相互干扰接收。为了防止不同用户之间的干扰，无线电波的人工生成和使用受到严格的法律规定，由一个名为国际电信联盟（ITU）的国际组织进行协调。ITU将无线电频谱根据频率划分为多个无线电频段，有不同的用途。

无线电传播

不同频率的无线电波在地球环境中具有不同的传播特性：长波可以绕过像山脉这样的障碍物并顺着地球的轮廓传播（地波），较短波长的波可以经由电离层返回到地面进行传播（天波），而更短的波长几乎不会衍射，主要沿直线传播，因此传播距离基本限于视野范围内。

研究无线电波的传播方式对于无线电通讯系统的设计至关重要。无线电波在不同环境中传播时会经历反射、折射、极化、衍射和吸收等现象。不同频率的无线电波在地球环境中会经历以上多种不同的物理过程，因此某些无线电频段比其它频段更适合特定的用途。实际应用中无线电系统主要使用四种不同的无线电传播技术进行通信。

直线传播：无线电波从发射天线直线传播到接收天线。直线传播并不一定需要视线畅通的路径，因为较低频率的无线电波可以衍射绕过建筑物和植被等障碍物。这是在30 MHz以上频率的无线电通讯方式，包括手机、调频广播、电视广播和雷达等等。在地球表面，直线传播受到视线地平线的限制，大约64公里。通过使用碟形天线传输微波，点对点微波中继链路可以将电话和电视信号传输到视线地平线范围内的长距离上，而地面站可以与数十亿英里外的卫星和航天器进行通信。

间接传播：通过衍射和反射，无线电波可以到达超出视线范围的点。衍射使得无线电波能够绕过各种障碍物，无线电波也可以经由墙壁、地面、车辆等表面反射。这些传播方式常用于短程无线通信系统中，如手机、无绳电话、对讲机和无线网络。这种模式的一个缺点是多路径传播，即无线电波可能通过多个路径从发射天线传播到接收天线，造成信号相互干涉，导致信号衰减和其它接收问题。

地波：在2 MHz以下的低频段，即中波和长波频段，由于衍射作用，无线电波可以越过山丘和山脉弯曲，并以地波的形式传播到地平线之外，沿着地球的轮廓行进。这使得中波和长波广播站的覆盖范围可以超出地平线，延伸到数百英里之外。随着频率的降低，损耗减小，可达到的传输距离增加。军事超低频（VLF）和极低频（ELF）通信系统可以在地球的大部分区域进行通信。VLF和ELF无线电波也可以穿透水域达到数百米的深度，因此它们被用于与潜艇进行通信。

天波：在中波和短波波长下，无线电波会在大气层的一个被称为电离层的带电粒子导电层上反射。因此，以一定角度指向天空的无线电波可以经由电离层反射回地面传播到远超过视线地平线的距离。这被称为跳频或天波传播。通过多次反射，可以实现洲际距离的通信，在20世纪上半叶广泛使用。天波传播受大气条件的变化影响，夜间和冬季相对可靠，而其它时期则不太稳定。由于其不可靠性，天波通信大多已被放弃。目前仍在使用的包括军事超视距（OTH）雷达系统、一些自动化系统、业余无线电爱好者和短波广播电台用于跨国广播。

在微波频率下，大气层可以吸收无线电波，因此随着频率的增加，实际无线电通信系统的传输范围会减小。在约20 GHz以下，大气衰减主要是由水蒸气引起的。在20 GHz以上300 GHz以下的波段，其它大气成分也会开始吸收无线电波，造成实际传输距离只有不到1公里。

无线电天文学

无线电天文学是天文学的一个分支，研究无线电频率下的天体。无线电天文学先驱卡尔·吉德·央斯基（Karl Guthe Jansky, 1905-1950）于1933年首次报告了来自银河系的无线电辐射。现在的观测已经确认了许多不同的无线电辐射源，包括恒星、星系、类星体、脉冲星、快速射电暴和宇宙微波背景辐射等等。

无线电天文学使用大型无线电望远镜进行观测。可以单独使用一座天线，也可以利用无线电干涉技术将多座天线的观测结合。干涉技术使无线电天文观测可以达到很高的分辨率，因为分辨率是由天线之间的距离而不是天线自身的大小决定。

地球表面的无线电观测受制于大气层及周围环境。低频无线电受到电离层的限制，电离层会反射频率低于其特征等离子体频率的波，因而减弱地面望远镜能接收到的无线电信号。水蒸气则会干扰较高频率的无线电，因此高频无线电观测的天文台必须建在非常干燥的地区，以尽量减少大气中水蒸气的干扰。地球上的无线电设备也会引起信号干扰，所以无线电天文台大都建在偏远的地方以避免人为信号噪音。

与物质的相互作用

无线电波属于非电离辐射，这意味着它们的能量不足以将电子从原子或分子中分离出来，也不足以打破化学键，引发化学反应或造成DNA损伤。无线电波被材料吸收的主要效应是使其发热，类似于热源如电暖器或木火所辐射的红外波。波的振荡电场使极性分子来回振动，增加温度；这就是微波炉烹饪食物的原理。然而，与主要被物体表面吸收并引起表面加热的红外波不同，无线电波能够穿透表面，将能量深入到材料和生物组织内部。无线电波穿透的深度随频率降低而减小，并且还取决于材料的电阻率和介电常数。例如，2.45 GHz的微波炉可以穿透大部分食物的内部，大约2.5至3.8厘米（1至1.5英寸）的范围。无线电波已经在医疗疗法中应用于人体100年，用于深部组织的热疗，促进血液流动和愈合。它也可以用于产生更高的温度来杀死癌细胞。

无线电波有可能对人体产生危害。近距离观察无线电波源可能会灼伤眼睛的晶状体。足够强的无线电波束甚至能够穿透眼睛加热晶状体，足以导致白内障。除了热效应以外，无线电波也有可能造成非热效应的健康危害。国际癌症研究机构（IARC）将射电磁场分类为对人类和动物的影响具有“有限证据”。有研究表明个人接触手机产生的射电磁场存在癌症风险。

无线电波可以通过导电金属板或金属网进行屏蔽，这种设备称为法拉第笼。只要金属网的孔小于无线电波波长的大约百分之五，就可以屏蔽无线电波。