电离层对电磁波信号的影响

无线电通信是将需要传送的声音、文字、数据、图像等电信号调制在无线电波上,经空间和地面传至对方的通信方式,如图2.23所示。无线电的发明是众多科学家共同研究的成果,也是历史发展的产物。

1873年,英国物理学家J·C·麦克斯韦在其《电学和磁学论》一书中,总结和发展了19世纪前期对电磁现象的研究成果,从理论上证明了电磁在空间是以相当于光的速度传播的,光的本质是电磁波,从而建立了电磁理论。1887年德国物理学家H·R·赫兹在实验中发现了电磁波,验证了麦克斯韦的电磁理论。电磁理论的建立和电磁波的发现,为无线电通信的产生创造了条件。1895年俄国物理学家A·C·波波夫和意大利物理学家G·马可尼,分别成功地进行了无线电通信试验。

图2.23　无线电

无线电通信的最大魅力在于,借助无线电波具有的波动传递信息的功能,人们可以省去敷设导线的麻烦,实现更加自由、更加快捷、无障碍的信息交流和沟通。从无线电波的特性来看,如同光波一样,无线电波可以反射、折射、绕射和散射传播。由于电波特性不同,有些电波能够在地球表面传播,有些能够在空间直线传播,有些能够从大气层上空反射传播,有些电波甚至能穿透大气层,飞向遥远的宇宙空间。

无线电通信所用的频率,分为12个频段。根据频率和波长的差异,无线电通信大致可分为长波通信、中波通信、短波通信、超短波通信和微波通信。

长波通信(3~30 k Hz)。长波又称地波,主要沿地球表面进行传播,也可在地面与电离层之间形成的波导中传播,传播距离可达几千千米甚至上万千米。长波能穿透海水和土壤,因此多用于海上、水下、地下的通信与导航业务。

中波通信(30 k Hz~3 MHz)。中波在白天主要依靠地面传播,夜间可由电离层反射传播。中波通信主要用于广播和导航业务。

短波通信(3~30 MHz)。短波主要靠电离层发射的天波传播,经电离层一次或几次反射,传播距离可达几千千米甚至上万千米。短波通信适用于应急、抗灾通信和远距离越洋通信。

超短波通信(30~300 MHz)。超短波对电离层的穿透力强,主要以直线视距方式传播,比短波的天波传播方式稳定性高,受季节和昼夜变化的影响小。由于频带较宽,超短波通信被广泛应用于传送电视、调频广播、雷达、导航、移动通信等业务。

微波通信(300 MHz~300 GHz)。微波主要是以直线视距传播,但受地形、地物以及雨雪雾影响大。其传播性能稳定,传输带宽更宽,地面传播距离一般在几十千米。能穿透电离层,对空传播可达数万千米。微波通信主要用于干线或支线无线通信、移动通信和卫星通信。

无线电波是怎么传播声音和图像信号的呢?无线电广播与电视都是利用电磁波来传播信号的。在无线电广播中,人们先将声音信号转变为电信号,然后将这些电信号由高频振荡的电磁波带着向周围空间传播。而在另一地点,人们利用接收机接收到这些电磁波后,又将其中的电信号还原成声音信号,这就是无线广播传送的大致过程。而在电视中,除了要像无线电广播中那样处理声音信号外,还要将图像的光信号转变为电信号,然后也将这两种信号一起由高频振荡的电磁波带着向周围空间传播,而电视接收机接收到这些电磁波后又将其中的电信号还原成声音信号和光信号,从而显示出电视的画面和喇叭里的声音。

当前无线电技术呈现出以下几大趋势:模拟技术向数字技术升级;窄带与宽带数字技术融合;更有效利用频谱资源;提供综合应用移动通信解决方案。