無線電波概述

赫茲發現電磁波以后，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，構成電碼訊號。火花放電是一種波長很短的減幅波，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余無線電家馬可尼同時獨立地發明天地線制，馬可尼且于天線中加接調諧電路，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入實用階段。

　　無線電波的頻率從3×103Hz至3×1011Hz，對應的波長為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出的放射性輻射進入大氣層，使大氣層被電離而形成的。電離層內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域向密度較小區域彎曲，即發生電波折射。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。它包括由發射點直接到達接收點的直射波和經地面反射到接收點的反射波。超短波的電視和雷達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近似直線傳播調頻無線電廣播

　　分米波(UHF)1m～0.1m300MHZ～3000MHZ直線傳播電視 雷達 導航

　　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，能繞地球作環球傳播。長波傳播時，具有傳播穩定，受大氣騷動影響小等優點。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備，我國廣播電臺沒有采用長波(LW)波段，國產收音機一般都沒有長波(LW)波段。長波段主要用作發射標準時間信號、極地通信及海上導航等。

　　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)頻率范圍我國規定為535～1605kHz，所以國產收音機的中波(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，沿地球表面傳播的地波繞射能力差，傳播的有效距離短，而且地球表面礦物質之吸收率甚高，故不論發射電力多大，不出百里以內，其沿地面進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。經過一次反射可以得到100～4000km的跳躍距離。經過電離層和大地的幾次連續反射，傳播的距離更遠。無線廣播中的短波(SW)頻率范圍我國規定為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，根據波的衍射特性，當波長大于或相當于障礙物的尺寸時，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，繞過障礙物的本領就很差了。

　　地球是個良導體，地球表面會因地波的傳播引起感應電流，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的距離，而短波和微波則不能。

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

　　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，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。長波沿地面傳播的距離要遠得多，但發射長波的設備龐大，造價高，所長波很少用于無線電廣播，多用于超遠程無線電通信和導航等。

　　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，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，即發生電離，產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，發射天線和接收天線都建得很高，但也只能達到幾十千米。在進行遠距離通信時，要設立中繼站。由某地發射出去的微波，被中繼站接收，進行放大，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定。電視、雷達采用的都是微波。
　　現在，可以用同步通信衛星傳送微波。由于同步通信衛星靜止在赤道上空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、雷達以及其他無線電設備中發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，都少不了天線。