無(wú)線(xiàn)電波的傳播方式和頻率分配

一、無(wú)線(xiàn)電波波段的劃分

無(wú)線(xiàn)電信道實(shí)為電磁波在空間中傳播的通道，無(wú)線(xiàn)電波在空間的傳播速度與光波相同，約為3×108ｍ/s。其波長(cháng)、頻率、和傳播速度的關(guān)系為：

λ=c/f

可見(jiàn)，頻率與波長(cháng)之間為倒數的關(guān)系，因此，無(wú)線(xiàn)電波可以按頻率劃分，也可以按波長(cháng)劃分。根據無(wú)線(xiàn)電波傳播及使用的特點(diǎn)，國際上將其劃分為12個(gè)頻段，而通常的無(wú)線(xiàn)電通信只使用其中的第4到第11個(gè)頻段。無(wú)線(xiàn)電頻段和波段的劃分如下表所示：

序號	頻段名稱(chēng)	頻段范圍	波段名稱(chēng)	波長(cháng)范圍	主要用途
1	極低頻(ELF)	3～30Hz	極長(cháng)波	100～10兆米
2	超低頻(SLF)	30～300Hz	超長(cháng)波	10～1兆米
3	特低頻(ULF)	300～3000Hz	特長(cháng)波	100～10萬(wàn)米
4	甚低頻(VLF)	3～30kHz	甚長(cháng)波	10～1萬(wàn)米	音頻電話(huà)、長(cháng)距離導航、時(shí)標
5	低頻(LF)	30～300kHz	長(cháng)波	10～1千米	船舶通信、信標、導航
6	中頻(MF)	300～3000kHz	中波	1000～100米	廣播、船舶通信、飛行通信、船港電話(huà)
7	高頻(HF)	3～30MHz	短波	100～10米	短波廣播、軍事通信
8	甚高頻(VHF)	30～300MHz	米波	10～1米	電視、調頻廣播、雷達、導航
9	特高頻(UHF)	300～3000MHz	分米波	微波	10～1分米	電視、雷達、移動(dòng)通信
10	超高頻(SHF)	3～30GHz	厘料波	10～1厘米	雷達、中繼、衛星通信
11	極高頻(EHF)	30～300GHz	毫米波	10～1毫米	射電天文、衛星通信、雷達
12	至高頻	300～3000GHz	絲米波	10～1絲米

二、無(wú)線(xiàn)電波的傳播方式

不同頻段的電磁波的傳播方式和特點(diǎn)各不相同，所以它們的用途也就不同。無(wú)線(xiàn)電波的傳播方式主要用三種：

1．沿地面傳播的地波：

中、長(cháng)波適合地面傳播，地球表面的導電特性較為穩定，中、長(cháng)波的傳播也就較穩定，其中長(cháng)波的波長(cháng)較長(cháng)，遇障礙物繞射能力強，傳送距離較遠，多用于導航。

2．靠電離層折射和反射傳播的天波

在1.5MHz～3OMHz范圍的短波波長(cháng)較短，地面繞射能力弱，且地面吸收損耗較大，主要依靠電離層的折射反射實(shí)現遠距離的短波通信。電離層與地球表面之間的多次反射可實(shí)現超遠距離的無(wú)線(xiàn)電通信，短波廣播和通信具有天線(xiàn)尺寸小，所需發(fā)射功率低，傳輸距離遠，通信成本低的特點(diǎn)，因此，該頻段廣播、通信電臺多，頻段最為擁擠。

3．沿空間直線(xiàn)傳播的空間波

當頻率超過(guò)3OMHz以上的電波主要沿空間直線(xiàn)傳播。鑒于地球表面是彎曲的，所以這種傳播只限于視線(xiàn)范圍，所以傳播距離近，常將天線(xiàn)架設在高處山頂以提高覆蓋面。若采用衛星通信使空間傳播的覆蓋面積和距離大大增加。

三、頻率的分配

在無(wú)線(xiàn)電頻率分配上有一點(diǎn)需要特別注意的，就是干擾問(wèn)題。如果兩個(gè)電臺在同一地區、同一時(shí)段用相同的頻率或頻率過(guò)于接近工作，就必然會(huì )產(chǎn)生相互干擾。因此無(wú)線(xiàn)電頻率不能無(wú)秩序地隨意占用，而需要仔細地計劃加以利用。

（1）頻率的分配：即將頻率根據不同的業(yè)務(wù)加以分配，以避免頻率使用方面的混亂。如我國將88MHz～108MHz分配為調頻廣播使用，525kHz～1605kHz分配為中波調幅廣播使用等。

（2）頻譜的節約：即從頻譜利用的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，無(wú)線(xiàn)電總的頻譜范圍是有限的，每個(gè)無(wú)線(xiàn)設備所占的頻譜應力求減少，以便容納更多的無(wú)線(xiàn)設備和減少干擾?，F代通信系統都力求壓縮每個(gè)無(wú)線(xiàn)設備的帶寬，減小信道間的間隔并減小雜散干擾發(fā)射，提高頻譜利用率。

為避免各種信號頻率重疊，相互干擾，要求不同的無(wú)線(xiàn)發(fā)射設備工作在不同的發(fā)射頻率上，采用調制的方法把要傳送的信號裝載到這些不同頻率的高頻信號上，再經(jīng)天線(xiàn)發(fā)射出去。這樣就避免了相互干擾。

四、天線(xiàn)

天線(xiàn)是一個(gè)能量轉換器，是無(wú)線(xiàn)電設備必不可少的組成部分。發(fā)射天線(xiàn)能將發(fā)射機饋給的高頻電能轉換為向空間輻射的電磁波能，接收天線(xiàn)將在空間傳播的電磁波能轉化為高頻電能。一般發(fā)射、接收天線(xiàn)可互換使用，因此，描述天線(xiàn)的主要參數和特性，如輸入阻抗、方向性系數、輻射電阻、有效高度、天線(xiàn)增益等對用于發(fā)射的天線(xiàn)和用于接收的天線(xiàn)都適用，具有可逆性。

例如，某根天線(xiàn)用作發(fā)射天線(xiàn)時(shí)，它向某一方向的輻射最強，而用作接收天線(xiàn)時(shí)，它對來(lái)自這個(gè)方向來(lái)的電磁波的接收能力也同樣是最強的。

1、天線(xiàn)的主要特性和參數

（1）天線(xiàn)的方向性

方向性是指天線(xiàn)向一定方向輻射或接收來(lái)自某一方向的電磁波的能力。不同的天線(xiàn)向空間輻射電磁波時(shí)，向各方向輻射的場(chǎng)強是不同的，這說(shuō)明天線(xiàn)發(fā)射電磁能時(shí)是有方向性的。

（2）天線(xiàn)的方向性系數（天線(xiàn)增益）

為了精確地表征天線(xiàn)的方向性，尤其是對于定向天線(xiàn)(引向天線(xiàn))，常用方向性系數和天線(xiàn)增益來(lái)表示天線(xiàn)的性能。向各方向均勻輻射的理想點(diǎn)源天線(xiàn)稱(chēng)為均勻輻射器并用作比較基準。

方向性系數是表示天線(xiàn)方向特性的量，用D表示。任一定向天線(xiàn)的方向性系數是指在接收點(diǎn)產(chǎn)生相等電場(chǎng)強度的條件下，理想的非定向天線(xiàn)的總輻射功率P∑0與該定向天線(xiàn)的總輻射功率P∑之比，即

方向性系數D反映了天線(xiàn)向某一方向集中輻射電磁波的能力。它以非定向天線(xiàn)作為比較的標準。所謂理想的非定向天線(xiàn)是指各方向均勻輻射的理想點(diǎn)源天線(xiàn)，這種天線(xiàn)向各個(gè)方向的輻射是均勻的，其立體方向性圖是以天線(xiàn)為中心的球面(即通過(guò)球心的任一平面均呈圓形)。

（3）天線(xiàn)的輸入阻抗

天線(xiàn)的饋電端，即天線(xiàn)和饋線(xiàn)的連接端饋人的信號電壓與信號電流的比值，稱(chēng)為天線(xiàn)的輸入阻抗ZA=UA/IA。ZA包括輸人電阻和輸入電抗機兩部分，輸入阻抗中的電抗分量會(huì )減少從天線(xiàn)進(jìn)入饋線(xiàn)的有效信號功率，所以，應盡量減小電抗分量。

天線(xiàn)的輸入阻抗會(huì )隨天線(xiàn)的長(cháng)度和工作波長(cháng)的變化而變化。例如，基本半波振子的長(cháng)度為半波長(cháng)時(shí)，其輸入阻抗ZA=73.1+j42.5(Ω),若將振子長(cháng)度縮短3%-5%，則可消除電抗分量 ，使輸入阻抗呈純阻性，即ZA=73.1Ω，通常標稱(chēng)為75Ω。

可以證明，折合半波振子的輸入阻抗為基本半波振子輸入阻抗的4倍，約292.4Ω，通常標稱(chēng)為300Ω。

（4）天線(xiàn)效率

天線(xiàn)效率是指從天線(xiàn)輻射出去的功率P∑，與輸入到天線(xiàn)的總功率PA之比，用η表示。

η=P∑/PA

輸入功率P∑包括輻射功率、天線(xiàn)振子本身的損耗、匹配不良的損耗等，η<1。

（5）天線(xiàn)增益

天線(xiàn)增益G與前面的方向性系數D相比較，它們的差別在于D是實(shí)際輻射出去的功率之比，而G則是輸入到天線(xiàn)的功率之比。因此，增益G不但決定于天線(xiàn)的方向性，還決定于天線(xiàn)的效率。

由于理想的非定向天線(xiàn)認為是無(wú)損耗的，即效率為1，輸入功率PAD就等于輻射功率P∑0，故定向天線(xiàn)的效率η=P∑/PA，所以PA=P∑/η，由此可得

由上式可見(jiàn)，天線(xiàn)增益G是天線(xiàn)方向性系數和天線(xiàn)效率的乘積。在工程上，天線(xiàn)增益G常表示為

需要注意的是，測試天線(xiàn)增益用的標準天線(xiàn)為理想的無(wú)方向性天線(xiàn)，但在實(shí)際操作中，也多有以半波對稱(chēng)振子作為參考天線(xiàn)的。因此，在查閱天線(xiàn)增益數據時(shí)，應查看采用何種天線(xiàn)作為參考天線(xiàn)。

天線(xiàn)的特性參數除上述主要參數外還有有效高度、頻帶寬度、描述天線(xiàn)方向性的主瓣寬度、主副瓣比等，可參考有關(guān)資料。

2、無(wú)線(xiàn)通信常用天線(xiàn)

天線(xiàn)的種類(lèi)繁多，用途各異，無(wú)線(xiàn)電通信中常見(jiàn)的有線(xiàn)狀天線(xiàn)、陣列天線(xiàn)和廣口天線(xiàn)三大類(lèi)。