电波知识


这就是著名的信号山。The famous Signal Hill in Canada.      百年前,三声短促而且微弱的讯号,向世界宣布了无线电的诞生。一九○一年,扎营守候在讯号山(Signal Hill位于加拿大东南角)的意大利科学家马可尼,终于接收到了从英格兰发出的跨过大西洋的无线电讯号,这个实验向世人证明了无线电再也不是仅限于实验室的新奇东西,而是一种实用的通讯媒介。此后短波用作全球性的国际通讯媒介便开始发达起来了。

     虽然马可尼的试验结果令人相当振奋,可是当时一般人认为无线电传播方式类似光波,发射之后,绝对沿直线方向进行传播,从英国到加拿大,再怎么说也无法完成直线的无线电通讯(因为地球表面是弧形的)。当时的科学理论更证明,从英国发射后的无线电波一定直驱太空,怎么可能扺达加拿大?可是从马可尼用简陋的无线电设备征服长距离通讯的试验记录来看,白天,讯号可以远达七○○英哩,晚间更远达二○○○英哩以上,这些试验数据,使得以往的理论所推断出来的必然结果,开始发生动摇了。

     与此同时,MR.KENNELLY及MR.HEAVISIDE不约而同地分別提出了同样的看法:就是在地球大气层中有电子层的存在,它可以像镜子般,把无线电折射回地球,而不致于沿着直线方向直奔太空,由于这种折射回返的讯号,使得远方的电台可以互相通讯,这种对无线电波有如镜子般作用的电子层称做KENNELLY HEAVISIDE层,但现在一般称之为电离层(lonosphre),而短波远距离广播和通讯之所以如此发达就是受了电离层之益。

     从一九二五年开始,许多科学家便开始进行电离层的研究工作,由向电离层发射无线电脉冲讯号,然后从电离层反射的回波(Echo)中,可以了解到电离层的自然现象,所得到的结果就是:地球上空的电离层就像是一把大伞覆盖着地球,而且随着白天或夜晚或季节的变化而变动,同时发现某些频率可以直接穿过电离层,而有些频率则以不同角度折返回地球表面,虽然对电离层已经有了某种程度的了解,而且短波的国际通讯也有了很大的发展,这六十多年来,科学家从不放过任何继续研究电离层的机会,甚至火箭发射、人造卫星试验及最近的太空穿梭机飞行,都要做有某些实验,以期能更进一步了解电离层的变化规律,最近借助超高速计算机,建立了各种假设的电离层分析模型,科学家希望能够像天气预告那样,可以预测未来几天的电离层状況。

马可尼在那次著名实验中的留影。Marconi in the Receiving Station at Signal Hill 1901,courtesy Marconi Archive.      无线电波:沒有任何一个人,曾经目睹过无线电讯号,因为无线电带着节目讯息从发射天线离开之后,便以光速前进,并以不可见的电、磁场能量存在,虽然眼睛看不见,但是我们仍然可以描述无线电电磁波的规律特性,只是在这过程当中,必须使用一些专有名词,如频率、波长、波段等名词,以下简单地叙述无线电波特性。

     频率:广播电台的发射机是产生无线电波的原动力,那儿首先电流以极为快速地来回摆动,也就是产生振荡,经过发射机的放大和处理,这个讯号够强了,便输送到发射塔的天线,这里也就是实际产生无线电波的地方。参看图1所示,其中曲线代表强度与时间的关系,无线电波是沿着天线流动的电子所产生的,假设曲线的左边是起点,我们可以看出曲线从零点逐渐升高,然后又回到零点,这表示电流在天线上,从一端奔向另一端所产生的无线电波,而当电流从另一端奔回时,便产生了零点基线下方的曲线,这一来回就是一个周期。像图1曲线就是无线电波的频率,例如某MW电台是1,000,000周期/秒,但通常人们习惯把它缩减成1,000千赫(KHz),KHz是Kilo Hertz的缩写,中文称为千赫,意思就是一千个周期,但是在短波波段频率通常更高(3000-30000千赫),为了方便读写,通常用MHz(兆赫)来表示短波频率,MHz是英文Mega Hertz的缩写,而很多场合里,都把KHz及MHz混用,因此最好能分清楚这两种不同单位的意义及其换算,要把KHz转换成MHz时,只要把小数点向前移三位即可。例如:

     5900 KHz = 5.9MHz 18000KHz = 18 MHz 1 MHz = 1000 KHz = 1000,000 Hz 注意:对于调频广播,为了简便读写,也是用MHz(兆赫)来表示。图1

     波长:短波广播中常常听到的另一种称呼"米波段"或"公尺波段"(Meter Band),这指的就是波长,也就是从天线发射出去的电波一个周期之间的距离。假设图2中的无线电波是15MHz,那么它的波长指的就是从A点到B点的距离。如果每秒的周期数目加倍,就变成30MHz,也就是图3。观察图2、图3两波形,便可发现15MHz每周期中含有30MHz两个周期,也就是说频率愈高,波长就愈短。

     频率与波长的关系和转换:如何把波长转换成频率,或做相反的转换呢?虽然一个电台以固定的频率广播,但是 "波长"也常被拿来使用。例如,在说明短波传导状況时,使用31米波段,比使用"9500KHz到9900千赫/KHz"(这是在31米波段內规划用做国际短波广播的频率范围)简单多了。把频率换算波长的的公式是波长(米/公尺)=300,000,000/频率(兆赫/MHz),分子300,000,000米/公尺是无线电波在大气中的传播速度(即光速),所以15兆赫(MHz)的波长是,波长=300000000/15000000=20米/公尺。当然短波广播规定有许多的频率范围,要记住这些频率与相对的波长是挺麻烦的,但是只要抓住一个要领,便不成问题了。首先记得一个频率与波长的关系,例如15兆赫(MHz)是20米,然后频率增加一倍,波长便减半,相反的频率减半,波长便加倍。例如15MHz是20米,那么30MHz就是10米,而7.5MHz则是40米,这样就容易多了。

     在我们了解了频率与波长之间的关系后,当短波电台报出频率及相对波长时,我们更可较容易地在收音机的刻度表上找到该收听的位置,因为传统型(指针式)短波收音机的刻度表上,都有波长或米波段的标示。

     如果上述太复杂,您也可以这样简单地理解:频率是用来表示某电台的精确位置;而波长却是用来表示该电台的大概位置,米波段是用来表示某小段频率范围。

     如19米波段表示频率15.10–15.60兆赫范围。(请参考后文的国际广播米波段表)

     白天,在广州,您可以在短波19米波段收听到中央人民广播电台第一和第二套节目,准确频率为15.48,15.50,15.55兆赫。

     无线电频谱:通常无线电波所指的是从极低频10KHz到极超高频的顶点30GHz(Giga Hertz),因为超出这个范围以外的无线电频谱,其特性便有很大不同了,例如光线、X射线等,而在上述10KHz到30GHz,通常划分成七个区域,参看下表,其中高频3~30MHz就是我们所讨论的短波。

     无线电频谱的划分:
     极低频 VLF Very Low Frequency频率范围 10KHz - 30KHz
     低频 LF(俗称长波LW)Low Frequency 频率范围 30KHz - 300KHz
     中频 MF (俗称中波MW)Medium Frequency 频率范围 30KHz - 3000KHz
     高频 HF (俗称短波SW)High Frequency 频率范围 3MHz - 30MHz
     极高频 VHF(俗称超短波,而频率在88-108MHZ范围的民用广播则俗称为调频电台FM)Very High Frequency 频率范围 30MHz - 300MHz
     超高频 UHF Ultra High Frequency 频率范围 300MHz - 3000MHz
     极超高频 SHF Super High Frequency 频率范围 3000MHz - 30000MHz

     国际短波广播波段:全世界所有的无线电频率之使用,皆是由国际电信联合会所分配。国际电信联合会(ITU : International Telecommunication Union)是一个隶属于联合国的国际电信管理组织,定期召集各会员国开会决定无线电频率的分配及使用。而ITU所制定的国际短波广播波段共有13个。各米波段都有一定的频率范围,您也许会觉得奇怪,从2.3-26.1MHZ被分成13段,为什么不连贯在一起呢?这是因为:在高频的频谱內(3-30MHz),国际电信管理组织(ITU)有规定,除了国际短波广播外,还有很多其它通讯的用途。您可以很容易地在收音机说明书上找到米波段的划分表。