快速傳送手機訊號

利用手機通話、收發簡訊、傳送或下載影音資料等，已讓我們的溝通方式更加多元化。小小手機為何能快速傳遞高容量的資料，而且訊號如此穩定？

近年來，手機通訊技術一直有重大發展，從1980年代中葉使用類比傳訊、體積大且只有收發話功能的「黑金剛」，至1990年代中葉改採數位傳輸、2G手機出現後，手機功能的演進便一日千里，到了目前的3G手機、黑莓機，不但可以因時、因地、因人做客製化的服務設定，還能即時傳送圖像、音樂、視頻，或者上網瀏覽、購物、多方通訊，甚至提供電話秘書功能……等。然而，不論手機做得多麼精巧，功能多麼繁複，它的運作原理與收音機或廣播電台類似，都是透過電子電路、天線等零件接收與發送電磁波，但傳輸速度比兩者快，發射功率（單位時間發射的電磁波能量）也更低。

以高頻、短波的電磁波快速收發訊號
手機是藉由內建天線發射訊號，該處也是電磁波能量最強的地方。手機接通後，發話方的聲音或影像會先轉譯成電訊號，即變成電流於電路板流動，接著電流從電路板進到天線端，改變天線電荷的分佈與速度，因此感應生成不斷變化的電磁波，並傳送至附近的基地台。基地台天線接收到手機發出來的電磁波後，會再將訊號轉接傳遞至受話者的手機，並轉回成聲音或影像。

台灣科技大學電機系副教授馬自莊表示，手機接收及傳送資訊的速度比收音機及廣播電台快，原因之一是使用高頻、短波的電磁波（註），傳送資料時，單位時間內能傳送的波數較多，即輸送資料量較大。一般調頻頻率約在100MHz（1MHz為每秒振動100萬次），波長約300公分；而台灣的手機頻率則有900MHz或1800MHz兩種，波長分別是33與17公分。

蜂巢式通訊設計提供穩定訊號
短波雖然有助於加快手機的訊號傳輸速度，但也限制了傳輸距離。這是因為波如果遇到遠小於波長的障礙物時，可以繞射繼續前進；但若遇到的障礙物（如高樓或山丘）遠大於波長時，則無法繞射至另一側。為了克服此難題，行動通信系統目前多採用「蜂巢式通訊系統」，即每隔數百公尺至數公里就架設一座基地台，每座基地台只負責一小區域的訊號處理，利用高密度設置基地台來減少訊號因障礙物而消弱的問題，同時可以分攤通話承載量，而且手機也無須發射高功率的電磁波搜尋遠端基地台，可因此降低電磁波的強度。

蜂巢式通訊系統雖然提供穩定的收訊品質，然而仍有通訊死角，例如進入電梯內，會因為電梯「車廂」四週是金屬材質，使訊號變差。馬自莊表示，金屬是一種會屏蔽電磁波的材質，當電磁波從一個介質（空氣）到另一個介質（金屬）時，波速會改變，有一部份波會反射，形成反射波；另一部份則會穿透介質並改變行進方向，形成折射波。電磁波穿透金屬時，還會消耗部份能量，原因是金屬為導體，電磁波會使金屬的電荷重新分配，產生感應電流，將部份能量轉變成熱能；再如現代建築物採用的鋼筋混凝土等材料也會造成訊號減弱；而進入沒有架設基地台的長隧道，電磁波不易繞射進去，訊號也會變得不穩定。