《電子技術(shù)應(yīng)用》
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無線電波的傳播方式
摘要: 無線電波通過多種傳輸方式從發(fā)射天線到接收天線。主要有自由空間波,對流層反射波,電離層波和地波。表面波傳播,就是電波沿著地球表面到達(dá)接收點(diǎn)的傳播方式,如下圖中1所示。電波在地球表面上傳播,以繞射方式可以到
Abstract:
Key words :

無線電波通過多種傳輸方式從發(fā)射天線到接收天線。主要有自由空間波,對流層反射波,電離層波和地波。

表面波傳播,就是電波沿著地球表面到達(dá)接收點(diǎn)的傳播方式,如下圖中1所示。電波在地球表面上傳播,以繞射方式可以到達(dá)視線范圍以外。地面對表面波有吸收作用,吸收的強(qiáng)弱與帶電波的頻率,地面的性質(zhì)等因素有關(guān)。

天波傳播,就是自發(fā)射天線發(fā)出的電磁波,在高空被電離層反射回來到達(dá)接收點(diǎn)的傳播方式。如下圖中2所示。電離層對電磁波除了具有反射作用以外,還有吸收能量與引起信號(hào)畸變等作用。其作用強(qiáng)弱與電磁波的頻率和電離層的變化有關(guān)。

散射傳播,就是利用大氣層對流層和電離層的不均勻性來散射電波,使電波到達(dá)視線以外的地方。如下圖中4所示。對流層在地球上方約10英里處,是異類介質(zhì),反射指數(shù)隨著高度的增加而減小。

外層空間傳播,就是無線電在對流層,電離層以外的外層空間中的傳播方式。如下圖中的5所示。這種傳播方式主要用于衛(wèi)星或以星際為對象的通信中,以及用于空間飛行器的搜索,定位,更蹤等。自由空間波又稱為直達(dá)波,沿直線傳播,用于衛(wèi)星和外部空間的通信,以及陸地上的視距傳播。視線距離通常為50km左右。

無線電波的傳播特性

所謂微波是一種具有極高頻率(通常為300MHz~300GHz),波長很短,通常為1m~1mm的電磁波。在微波頻段,由于頻率很高,電波的繞射能力弱,所以信號(hào)的傳輸主要是利用微波在視線距離內(nèi)的直線傳播,又稱視距傳播。這種傳播方式,雖然與短波相比,具有傳播較穩(wěn)定,受外界干擾小等優(yōu)點(diǎn),但在電波的傳播過程中,卻難免受到地形,地物及氣候狀況的影響而引起反射,折射,散射和吸收現(xiàn)象,產(chǎn)生傳播衰落和傳播失真。

微波擴(kuò)頻通信技術(shù)特點(diǎn)是利用偽隨機(jī)碼對輸入信息進(jìn)行擴(kuò)展頻譜編碼處理,然后在某個(gè)載頻進(jìn)行調(diào)制以便傳輸。屬于中程寬帶通信方式。微波擴(kuò)頻通信技術(shù)來源于軍事領(lǐng)域,主要開發(fā)目的是對抗電子戰(zhàn)干擾。

微波通信與微波應(yīng)用簡介#e#

微波通信與微波應(yīng)用簡介
 
  微波擴(kuò)頻通信具有以下特點(diǎn):

建設(shè)無線微波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)目前無需申請、帶寬較高、建設(shè)周期短; 

一次性投資、建設(shè)簡便、組網(wǎng)靈活、易于管理,設(shè)備可再次利用 ;

相連單位距離不能太遠(yuǎn),并且兩點(diǎn)直線范圍內(nèi)不能有阻擋物; 

抗噪聲和干擾能力強(qiáng),具極強(qiáng)的抗窄帶瞄準(zhǔn)式干擾能力,適應(yīng)軍事電子對抗; 

能與傳統(tǒng)的調(diào)制方式共用頻段; 

信息傳輸可靠性高; 

保密性強(qiáng),偽隨機(jī)噪聲使得信號(hào)不易被發(fā)現(xiàn)而有利于防止竊聽; 

多址復(fù)用,可以采用碼分復(fù)用實(shí)現(xiàn)多址通信; 
 
  設(shè)備使用壽命較長。
  
  除了通信方面,微波在其他地方也大顯身手。首推雷達(dá),現(xiàn)代雷達(dá)大多數(shù)是微波雷達(dá),利用微波工作的雷達(dá)可以使用尺寸較小的天線,來獲得很窄的波束寬度以獲得關(guān)于被測目標(biāo)性質(zhì)的更多的信息。 還有無線電輻射計(jì),微波爐等等。要想具體了解,請看下回分解。

在微波通信中,電磁波的單位是赫茲(Hz)。德國物理學(xué)家赫茲關(guān)于電磁波的實(shí)驗(yàn),為微波技術(shù)的發(fā)展開拓了新的道路,構(gòu)成了現(xiàn)代文明的骨架,后人為了紀(jì)念他,把頻率的單位定為赫茲。讓我們從下面的故事中來了解一下這位偉大的物理學(xué)家。

赫茲是一個(gè)短命的物理學(xué)家。他于1894年逝世時(shí),年僅37歲,這無疑是物理學(xué)界的巨大損失。他從21歲考人柏林大學(xué)直到不幸去世,進(jìn)行科學(xué)研究不足15年,然而卻建立了永垂青史的功績。

赫茲以前,由法拉第發(fā)現(xiàn)、麥克斯韋完成的電磁理論,因?yàn)槲唇?jīng)一系列的科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明,始終處于“預(yù)想”階段。把天才的預(yù)想變成世人公認(rèn)的真理,是赫茲的功勞。赫茲在人類歷史上首先捕捉到電磁波,使假說變成了現(xiàn)實(shí)。

要獲得電磁波,就必須建立一個(gè)輻射電磁波源,這個(gè)電磁波輻射源還應(yīng)當(dāng)有足夠的功率。名師出高徒,赫茲的恩師赫爾姆霍茨是一位理論和實(shí)驗(yàn)俱佳的卓越物理學(xué)家。在他的指導(dǎo)和幫助下,赫茲很快制成了電磁波輻射源,當(dāng)時(shí)它被稱作赫茲振蕩器。

當(dāng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備基本備齊以后,赫茲投入了實(shí)驗(yàn)過程。這時(shí),他作為卡爾斯魯厄大學(xué)的年輕教授,每周需承擔(dān)20幾節(jié)課的教學(xué)任務(wù),這使他只能從課余擠時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

這一天,赫茲正在上課。“今天的課就講到這里,再見,先生們!”赫茲教授說完,急忙將幾頁記得密密麻麻的記錄紙準(zhǔn)備好,焦急地等待最后一個(gè)學(xué)生離開教室。到下一節(jié)課還有三個(gè)小時(shí),這段時(shí)間應(yīng)該好好的利用,再作一次實(shí)驗(yàn)。

“卡爾,我們開始吧!”他呼喚一直等候他的技師。二人很快把教室講臺(tái)當(dāng)成實(shí)驗(yàn)臺(tái)。這里是赫茲作試驗(yàn)的唯一場所,因?yàn)榭査刽敹虼髮W(xué)給他的地方實(shí)在是太小了。

赫茲習(xí)慣性地首先檢查諧振器,將諧振器放到高振蕩器有一定距離的地方,使諧振器的平面與振蕩器上放電器的軸相吻合。實(shí)驗(yàn)開始,赫茲和技師卡爾立刻忙碌起來,過了一個(gè)多小時(shí),火花還是沒有迸發(fā)出來。當(dāng)把各種可能發(fā)生的情況,都進(jìn)行檢查后仍然毫無結(jié)果,他們疲憊不堪地坐在桌旁。

赫茲已經(jīng)記不得這是第幾次失敗了。從一開始實(shí)驗(yàn),他就像與成功無緣似的,麥克斯韋預(yù)言過,電磁振蕩波一樣可以折射、反射,具有波的一切屬性。

在這個(gè)房間,他借助振蕩器和諧振器已經(jīng)證實(shí)了從電磁輻射源發(fā)出的電磁場,就是電磁波??墒?,現(xiàn)在他想證明電磁波具有像光一樣的反射性能,他打算把 反射的電磁波記錄下來,然而卻一直沒有成功。

冥思苦想,新的思路終于誕生了。經(jīng)過調(diào)諧電磁輻射源的內(nèi)部要素,加大每秒鐘振蕩的次數(shù),赫茲終于證明了電磁波具有光一樣的反射性能。在以后的工作中,赫茲悉心研究了電磁波的折射、干涉、偏振和衍射等現(xiàn)象,并且證明了它們的傳播速度等于光速,這樣,赫茲第一個(gè)證實(shí)了光從其本質(zhì)上說也是一種電磁波的問題。

1898年,赫茲在應(yīng)邀擔(dān)任波恩大學(xué)物理學(xué)教授的赴任途中,欣聞自己的著作《論電力射線》已經(jīng)出版,感到無限欣慰。

發(fā)現(xiàn)電磁波產(chǎn)生的巨大影響,連赫茲本人也沒料到。在他發(fā)現(xiàn)電磁波的第二年,有人問他,電磁波是否可以用作無線電通訊,赫茲不敢肯定。赫茲研究電磁波無意中丟下的種子,卻很快在異地開花結(jié)果了。

在發(fā)現(xiàn)電磁波不到6年,意大利的馬可尼、俄國的波波夫分別實(shí)現(xiàn)了無線電傳播,并很快投入實(shí)際使用。其他利用電磁波的技術(shù),也像雨后春筍般相繼問世。無線電報(bào)(1894年)、無線電廣播(1906年)、無線電導(dǎo)航(1911年)、無線電話(1916年)、短波通訊(1921年)、無線電傳真(1923年)、電視(1929年)、微波通訊(1933年)、雷達(dá)(1935年),以及遙控、遙感、衛(wèi)星通訊、射電天文學(xué)……它們使整個(gè)世界面貌發(fā)生了深刻的變化。

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