話說無線電波

赫茲發(fā)現(xiàn)電磁波以后，首先被用于無線電信之傳遞試驗。最早的無線電訊，借控制火花放電時間，構(gòu)成電碼訊號?；鸹ǚ烹娛且环N波長很短的減幅波，它的振幅衰減極快，且干擾極大，故不能用它做長距離通信。后來俄國人波波夫與意大利業(yè)余無線電家馬可尼同時獨立地發(fā)明天地線制，馬可尼且于天線中加接調(diào)諧電路，試驗越過大西洋電碼通信獲得成功，至此無線電通信開始進(jìn)入實用階段。

　　無線電波的頻率從3×103Hz至3×1011Hz，對應(yīng)的波長為10km至0.1mm。

　　無線電波在空間傳播時，必然要受到大氣層的影響，尤其以電離層的影響最為顯著。電離層是由于從太陽及其他星體發(fā)出的放射性輻射進(jìn)入大氣層，使大氣層被電離而形成的。電離層內(nèi)含有自由電子是影響無線電波的主要因素。

　　電離層對無線電波的主要影響是使傳播方向由電子密度較大區(qū)域向密度較小區(qū)域彎曲，即發(fā)生電波折射。這種影響隨波段的不同而不相同。波長越長，折射越顯著。30MHz以下的波被折回地面;30MHz以上的波，則穿透電離層。另外，電波受電離層的另-影響是能量被吸收而衰減。電離程度越大，衰減越大;波長越長，衰減亦越大。

　　無線電波的傳播方式，因波長的不同而有不同的傳播特性，分為地波、天波和空間波三種形式。

　　地波――沿地球表面空間向外傳播的無線電波。中、長波均利用地波方式傳播。

　　天波――依靠電離層的反射作用傳播的無線電波叫做天波。短波多利用這種方式傳播。

　　空間波――沿直線傳播的無線電波。它包括由發(fā)射點直接到達(dá)接收點的直射波和經(jīng)地面反射到接收點的反射波。超短波的電視和雷達(dá)多采用空間波方式傳播?波段波長頻率傳播方式主要用途

　　長波30000m～3000m10KhZ～100kHZ地波

　　中波300m～200m100kHZ～1500kHZ地波和天波調(diào)幅無線電廣播

　　中短波200m～50m1500kHZ～6000kHZ

　　短波50m～10m6MHZ～30MHZ天波

　　微波米波(VHF)10m～1m30MHZ～300MHZ近似直線傳播調(diào)頻無線電廣播

　　分米波(UHF)1m～0.1m300MHZ～3000MHZ直線傳播電視 雷達(dá) 導(dǎo)航

　　厘米波10cm～1cm3000MHZ～30000MHZ

　　毫米波10mm～1mm30000MHZ～300000MHZ

　　長波是指頻率為300kHz以下的無線電波。由于大氣層中的電離層對長波有強烈的吸收作用，長波主要靠沿著地球表面的地波傳播,其傳播損耗小，繞射能力強。頻率低于30kHz的超長波，能繞地球作環(huán)球傳播。長波傳播時，具有傳播穩(wěn)定，受大氣騷動影響小等優(yōu)點。在海水和土壤中傳播，吸收損耗也較小。由于長波需要龐大的天線設(shè)備，我國廣播電臺沒有采用長波(LW)波段，國產(chǎn)收音機一般都沒有長波(LW)波段。長波段主要用作發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)時間信號、極地通信及海上導(dǎo)航等。

　　中波是指頻率為300kHz～3MHz的無線電波。它可以靠電離層反射的天波形式傳播，也可靠沿地球表面的地波形式傳播。白天，由于電離層的吸收作用大，天波不能作有效地反射，主要靠地波傳播。但地面對中波的吸收比長波強，而且中波繞射能力比長波差，傳播距離比長波短。對于中等功率的廣播電臺，中波可以傳播300km左右。晚上，電離層的吸收作用減小，可大大增加傳播距離。無線電廣播中的中波(MW)頻率范圍我國規(guī)定為535～1605kHz，所以國產(chǎn)收音機的中波(MW)接收頻率范圍為535～1605kHz。

　　短波是指頻率為3～30MHz的無線電波。由于頻率較高波長短，沿地球表面?zhèn)鞑サ牡夭ɡ@射能力差，傳播的有效距離短，而且地球表面礦物質(zhì)之吸收率甚高，故不論發(fā)射電力多大，不出百里以內(nèi)，其沿地面進(jìn)行的電磁波即被吸收以盡。短波以天波形式傳播時，在電離層中所受到的吸收作用小，有利于電離層的反射。經(jīng)過一次反射可以得到100～4000km的跳躍距離。經(jīng)過電離層和大地的幾次連續(xù)反射，傳播的距離更遠(yuǎn)。無線廣播中的短波(SW)頻率范圍我國規(guī)定為2～24MHz，有的收音機又把短波波段劃分為短波(SW1)、短波2(SW2)……

　　超短波是指波長為1～10m(頻率為30～300MHz)的無線電波。它的頻率很高，波長很短，繞射能力很弱，地面上不大的障礙物，對它都有較大影響，地的吸收能力也很強，一般不適于地波方式傳播。由于超短波的頻率高，電離層無法反射，所以也不適于天波方式傳播。超短波主要靠空間波方式傳播，以直線傳播為主，由于有地球曲率的影響，傳播距離較短，不得不靠增加天線高度來增加通信距離。當(dāng)考慮大氣折射時，實際有效傳播距離d可用下式計算：

　　其中h1和h2分別為發(fā)射和接收天線的高度，單位為m;d的單位為km。所以，使用超短波段的廣播電視和調(diào)頻立體聲廣播，傳播距離有限，一般只有幾十公里，為增加其傳播距離，可采取架高發(fā)射、接收天線和接力通信等措施。

　　波長不同的電磁波有不同的傳播特性，這里只介紹無線電波的傳播。通常，無線電波有三種傳播方式：地波、天波和沿直線傳播的波。

　　地波沿地球表面附近的空間傳播的無線電波叫地波。地面上有高低不平的山坡和房屋等障礙物，根據(jù)波的衍射特性，當(dāng)波長大于或相當(dāng)于障礙物的尺寸時，波才能明顯地繞到障礙物的后面。地面上的障礙物一般不太大，長波可以很好地繞過它們。中波和中短波也能較好地繞過，短波和微波由于波長過短，繞過障礙物的本領(lǐng)就很差了。

　　地球是個良導(dǎo)體，地球表面會因地波的傳播引起感應(yīng)電流，因而地波在傳播過程中有能量損失。頻率越高，損失的能量越多。所以無論從衍射的角度看還是從能量損失的角度看，長波、中波和中短波沿地球表面可以傳播較遠(yuǎn)的距離，而短波和微波則不能。

　　地波的傳播比較穩(wěn)定，不受晝夜變化的影響，而且能夠沿著彎曲的地球表面達(dá)到地平線以外的地方，所以長波、中波和中短波用來進(jìn)行無線電廣播。

　　由于地波在傳播過程中要不斷損失能量，而且頻率越高(波長越短)損失越大，因此中波和中短波的傳播距離不大，一般在幾百千米范圍內(nèi)，收音機在這兩個波段一般只能收聽到本地或鄰近省市的電臺。長波沿地面?zhèn)鞑サ木嚯x要遠(yuǎn)得多，但發(fā)射長波的設(shè)備龐大，造價高，所長波很少用于無線電廣播，多用于超遠(yuǎn)程無線電通信和導(dǎo)航等。

　　天波依靠電離層的反射來傳播的無線電波叫做天波。什么是電離層呢?地球被厚厚的大氣層包圍著，在地面上空50千米到幾百千米的范圍內(nèi)，大氣中一部分氣體分子由于受到太陽光的照射而丟失電子，即發(fā)生電離，產(chǎn)生帶正電的離子和自由電子，這層大氣就叫做電離層。

　　電離層對于不同波長的電磁波表現(xiàn)出不同的特性。實驗證明，波長短于10m的微波能穿過電離層，波長超過3000km的長波，幾乎會被電離層全部吸收。對于中波、中短波、短波，波長越短，電離層對它吸收得越少而反射得越多。因此，短波最適宜以天波的形式傳播，它可以被電離層反射到幾千千米以外。但是，電離層是不穩(wěn)定的，白天受陽光照射時電離程度高，夜晚電離程度低。因此夜間它對中波和中短波的吸收減弱，這時中波和中短波也能以天波的形式傳播。收音機在夜晚能夠收聽到許多遠(yuǎn)地的中波或中短波電臺，就是這個緣故。

　　沿直線傳播的電磁波微波和超短波既不能以地波的形式傳播，又不能依靠電離層的反射以天波的形式傳播。它們跟可見光一樣，是沿直線傳播的。這種沿直線傳播的電磁波叫空間波或視波。

　　地球表面是球形的，微波沿直線傳播，為了增大傳播距離，發(fā)射天線和接收天線都建得很高，但也只能達(dá)到幾十千米。在進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信時，要設(shè)立中繼站。由某地發(fā)射出去的微波，被中繼站接收，進(jìn)行放大，再傳向下一站。這就像接力賽跑一樣，一站傳一站，把電信號傳到遠(yuǎn)方。直線傳播方式受大氣的干擾小，能量損耗少，所以收到的信號較強而且比較穩(wěn)定。電視、雷達(dá)采用的都是微波。

　　現(xiàn)在，可以用同步通信衛(wèi)星傳送微波。由于同步通信衛(wèi)星靜止在赤道上空36000km的高空，用它來做中繼站，可以使無線電信號跨越大陸和海洋。

　　天線是收音機、電視機、雷達(dá)以及其他無線電設(shè)備中發(fā)射和接收無線電波的裝置。凡是利用無線電波傳遞信息的系統(tǒng)，都少不了天線。