天赐通讯
地面电磁信号传播


文章出自:博物 2008年第12期 作者: 周团图 

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为什么每个大城市中都有高高的电视塔?为什么在北京能听到调频97.4音乐台,而到广州就听不到了吗?为何国外的电台节目一定要通过短波收听?其实,我们在讲述地球自然环境对人类通讯的影响。

高塔的秘密

超短波的空间波通讯

在上海,我们打开收音机,随着超短波频道调节钮的转动,各种电台广播开始喧闹起来:FM104.5在播着新闻,FM101.7放着流行音乐,FM97.7在大论经济格局,不仅如此,无线电视、手机信号、无线网络……上海空中的电波如同地上的车流人流一样喧闹。抬头看看高耸的东方明珠电视塔,它建得那么高有什么用呢?在很多大城市中都有一些无线电信号高塔,这是因为电视信号和调频(FM)广播都是超短波信号,以直线进行传播的,不能越过高大障碍,因此称为空间波或直线波,这种信号最直接也最稳定。既然以直线传播,那么显然需要发射高度,站得越高,就能覆盖得更远。如果用卫星发射信号,那么几乎能覆盖整个中国了。

斑斓大气层
地球上电磁波的传播与大气息息相关,大气层究竟是什么样子?恐怕只有宇航员说得清楚了,当阳光穿过大气层时,不同的成分、不同的角度,使得大气层呈现出不同的色彩。

跨过山的阻隔

中波和长波的地波通讯

来到城市远郊,我们再打开收音机,会发现在城市中熟悉的超短波FM电台一下子无影无踪,只有一些调幅(AM)的中波电台依然清晰。莫非FM的节目只能在市区“享用”?中波电台又是怎么到达这里的呢?虽然都是电磁波家族的成员,但超短波和中长波的传播方式却差异很大:超短波在传播过程中会被复杂的地形阻挡,而中波则“越野”本领高强,可以绕过高山。这种在岩石、土壤、水体等组成的大地地表附近的空间中传播被称为“地波传播”。曾经那句经典的“小喇叭开始广播了”就是通过中波地波传输的。

通讯的“世界大同”
三颗卫星,很熟悉吧,颇似北京电视台台标的造型。有人曾提出这种猜想,全世界的卫星通讯只需要三颗卫星就足够了。但如今仍有许许多多的通讯卫星在“并肩战斗”。不同类型的电磁波需要不同的发射装置和接收装置,又由于保密信号的存在,这种“三颗卫星包揽全世界通讯”的想法还是一个梦想。

中波电台我们早已司空见惯,但长波广播却很少有人听过。由于长波广播对发射和接收设备要求高,信号也不好,因此中国目前已经没有长波广播,但在北方,如用个长波收音机便有机会听到俄罗斯、蒙古国的节目。

电磁波的“待遇”问题
中波沿着地球表面传播,被电离层吸收,覆盖只有百十公里。短波靠电离层的反射,可以传到上万公里的地方。超短波只能在无明显遮挡的地方以直线传播,因此只能依赖高塔、卫星或者流星余迹传到更远的地方。

利用大气电离层远渡重洋

短波的天波通讯

利用地波传播的长波最多可以收听到临近国家的节目,再远一些几乎是不可能的,那国外的节目怎么办?我们只能望洋兴叹了吗?如果此时你手里有一台短波收音机,便可以听到耳目一新的国外电台节目——比起超短波,短波要长一些,但依然会被群山阻挡。莫非它会另辟蹊径?没错,它就是在另辟蹊“镜”,这个“镜”就是位于高层大气中的电离层。这个“镜子”给不同种类的电磁波的“待遇”不同,超短波可以穿过这个“镜子”——因此卫星通讯通常是超短波的。而中长波则大多被“镜子”吸收,只有短波能反射回地面,这便是“天波”。但电离层受太阳射线的影响而变化,信号传播不稳定,因此我们收听到的短波电台经常强弱飘忽不定。

责任编辑 / 张超 

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