《电子技术应用》

无线电波的传播方式

2011/5/10 0:00:00

无线电波通过多种传输方式从发射天线到接收天线。主要有自由空间波,对流层反射波,电离层波和地波。

表面波传播,就是电波沿着地球表面到达接收点的传播方式,如下图中1所示。电波在地球表面上传播,以绕射方式可以到达视线范围以外。地面对表面波有吸收作用,吸收的强弱与带电波的频率,地面的性质等因素有关。

天波传播,就是自发射天线发出的电磁波,在高空被电离层反射回来到达接收点的传播方式。如下图中2所示。电离层对电磁波除了具有反射作用以外,还有吸收能量与引起信号畸变等作用。其作用强弱与电磁波的频率和电离层的变化有关。

散射传播,就是利用大气层对流层和电离层的不均匀性来散射电波,使电波到达视线以外的地方。如下图中4所示。对流层在地球上方约10英里处,是异类介质,反射指数随着高度的增加而减小。

外层空间传播,就是无线电在对流层,电离层以外的外层空间中的传播方式。如下图中的5所示。这种传播方式主要用于卫星或以星际为对象的通信中,以及用于空间飞行器的搜索,定位,更踪等。自由空间波又称为直达波,沿直线传播,用于卫星和外部空间的通信,以及陆地上的视距传播。视线距离通常为50km左右。

无线电波的传播特性

所谓微波是一种具有极高频率(通常为300MHz~300GHz),波长很短,通常为1m~1mm的电磁波。在微波频段,由于频率很高,电波的绕射能力弱,所以信号的传输主要是利用微波在视线距离内的直线传播,又称视距传播。这种传播方式,虽然与短波相比,具有传播较稳定,受外界干扰小等优点,但在电波的传播过程中,却难免受到地形,地物及气候状况的影响而引起反射,折射,散射和吸收现象,产生传播衰落和传播失真。

微波扩频通信技术特点是利用伪随机码对输入信息进行扩展频谱编码处理,然后在某个载频进行调制以便传输。属于中程宽带通信方式。微波扩频通信技术来源于军事领域,主要开发目的是对抗电子战干扰。

微波通信与微波应用简介#e#

微波通信与微波应用简介
 
  微波扩频通信具有以下特点:

建设无线微波扩频通信系统目前无需申请、带宽较高、建设周期短; 

一次性投资、建设简便、组网灵活、易于管理,设备可再次利用 ;

相连单位距离不能太远,并且两点直线范围内不能有阻挡物; 

抗噪声和干扰能力强,具极强的抗窄带瞄准式干扰能力,适应军事电子对抗; 

能与传统的调制方式共用频段; 

信息传输可靠性高; 

保密性强,伪随机噪声使得信号不易被发现而有利于防止窃听; 

多址复用,可以采用码分复用实现多址通信; 
 
  设备使用寿命较长。
  
  除了通信方面,微波在其他地方也大显身手。首推雷达,现代雷达大多数是微波雷达,利用微波工作的雷达可以使用尺寸较小的天线,来获得很窄的波束宽度以获得关于被测目标性质的更多的信息。 还有无线电辐射计,微波炉等等。要想具体了解,请看下回分解。

在微波通信中,电磁波的单位是赫兹(Hz)。德国物理学家赫兹关于电磁波的实验,为微波技术的发展开拓了新的道路,构成了现代文明的骨架,后人为了纪念他,把频率的单位定为赫兹。让我们从下面的故事中来了解一下这位伟大的物理学家。

赫兹是一个短命的物理学家。他于1894年逝世时,年仅37岁,这无疑是物理学界的巨大损失。他从21岁考人柏林大学直到不幸去世,进行科学研究不足15年,然而却建立了永垂青史的功绩。

赫兹以前,由法拉第发现、麦克斯韦完成的电磁理论,因为未经一系列的科学实验证明,始终处于“预想”阶段。把天才的预想变成世人公认的真理,是赫兹的功劳。赫兹在人类历史上首先捕捉到电磁波,使假说变成了现实。

要获得电磁波,就必须建立一个辐射电磁波源,这个电磁波辐射源还应当有足够的功率。名师出高徒,赫兹的恩师赫尔姆霍茨是一位理论和实验俱佳的卓越物理学家。在他的指导和帮助下,赫兹很快制成了电磁波辐射源,当时它被称作赫兹振荡器。

当实验设备基本备齐以后,赫兹投入了实验过程。这时,他作为卡尔斯鲁厄大学的年轻教授,每周需承担20几节课的教学任务,这使他只能从课余挤时间进行实验。

这一天,赫兹正在上课。“今天的课就讲到这里,再见,先生们!”赫兹教授说完,急忙将几页记得密密麻麻的记录纸准备好,焦急地等待最后一个学生离开教室。到下一节课还有三个小时,这段时间应该好好的利用,再作一次实验。

“卡尔,我们开始吧!”他呼唤一直等候他的技师。二人很快把教室讲台当成实验台。这里是赫兹作试验的唯一场所,因为卡尔斯鲁厄大学给他的地方实在是太小了。

赫兹习惯性地首先检查谐振器,将谐振器放到高振荡器有一定距离的地方,使谐振器的平面与振荡器上放电器的轴相吻合。实验开始,赫兹和技师卡尔立刻忙碌起来,过了一个多小时,火花还是没有迸发出来。当把各种可能发生的情况,都进行检查后仍然毫无结果,他们疲惫不堪地坐在桌旁。

赫兹已经记不得这是第几次失败了。从一开始实验,他就像与成功无缘似的,麦克斯韦预言过,电磁振荡波一样可以折射、反射,具有波的一切属性。

在这个房间,他借助振荡器和谐振器已经证实了从电磁辐射源发出的电磁场,就是电磁波。可是,现在他想证明电磁波具有像光一样的反射性能,他打算把 反射的电磁波记录下来,然而却一直没有成功。

冥思苦想,新的思路终于诞生了。经过调谐电磁辐射源的内部要素,加大每秒钟振荡的次数,赫兹终于证明了电磁波具有光一样的反射性能。在以后的工作中,赫兹悉心研究了电磁波的折射、干涉、偏振和衍射等现象,并且证明了它们的传播速度等于光速,这样,赫兹第一个证实了光从其本质上说也是一种电磁波的问题。

1898年,赫兹在应邀担任波恩大学物理学教授的赴任途中,欣闻自己的著作《论电力射线》已经出版,感到无限欣慰。

发现电磁波产生的巨大影响,连赫兹本人也没料到。在他发现电磁波的第二年,有人问他,电磁波是否可以用作无线电通讯,赫兹不敢肯定。赫兹研究电磁波无意中丢下的种子,却很快在异地开花结果了。

在发现电磁波不到6年,意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现了无线电传播,并很快投入实际使用。其他利用电磁波的技术,也像雨后春笋般相继问世。无线电报(1894年)、无线电广播(1906年)、无线电导航(1911年)、无线电话(1916年)、短波通讯(1921年)、无线电传真(1923年)、电视(1929年)、微波通讯(1933年)、雷达(1935年),以及遥控、遥感、卫星通讯、射电天文学……它们使整个世界面貌发生了深刻的变化。

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