無線電波與信號探討

張開延

摘要：在1888年，31歲的猶太青年Heinrich Rudolf Hertz（海因里?！?shù)婪颉ず掌潱盟约旱目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果證實(shí)了空間是有電磁波存在。這一偉大發(fā)明象征著無線時代的開始。

關(guān)健詞：電波；無線電；信號

在早期電報機(jī)發(fā)明出來的時候，是要依賴導(dǎo)線傳播的。在Heinrich Rudolf Hertz（海因里?！?shù)婪颉ず掌潱┳C實(shí)了電磁波的存在之后的1889年，一位俄國科學(xué)家發(fā)表了關(guān)于運(yùn)用電磁波進(jìn)行無線電通訊的意見，得到了多方實(shí)驗(yàn)總結(jié)，于1895年世界上第一臺無線電接收機(jī)在俄國問世。

收音機(jī)，也就是一開始被俄國科學(xué)家發(fā)明出來的無線電接收機(jī)，它的組成部份無非由機(jī)械零件、電子零件、磁鐵等簡單零件再加電路組裝而成，通過電流將一系列的信號轉(zhuǎn)換到接收。從而完成了從電磁波振動波帶動喇叭發(fā)出聲音達(dá)到收聽效果這一功能的機(jī)器。聽似簡單的機(jī)器，以當(dāng)時的無線電技術(shù)來說，要完成從信號的分析；再由電磁波的發(fā)射、傳播和接收。通過電波振蕩的產(chǎn)生、放大；電子零件的作用、無線電元件的配合，可算得上是天合之作。

過去了這些年后，收音機(jī)的原理技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于民間，電視機(jī)，錄音機(jī)，手提電話等等。時至今天手提電話的使用頻律之高，可謂時下之最吧。

以前在大白天收聽短波廣播時，聲音很多時候是沙、沙、沙、時大時細(xì)的。到了晚上又好起來了。初時較為攏統(tǒng)的理解為：白天是人們使用電動儀器過于頻繁，而到了晚上，人們的活動相對較少了，才造成這一感覺。

其實(shí)在無線電波中，由于它們有自己各自不同的特點(diǎn)，所以在各自的領(lǐng)域發(fā)揮了它們各自的效能。

微波：接近光的直線傳播，除了鐵質(zhì)的東西，塑料，陶瓷都可以穿得透。而下雪、下雨、大霧會造成微波衰減。

短波：電路簡單，但所能福蓋面小，在一定范圍里往往有些米波段接收很好，頻率靈敏度和選擇性都可以，但有時候卻很差。因短波穿透大氣電離層的能力不強(qiáng)，經(jīng)常被較高的大氣電離層和地表間多次反射、折射傳播，在雷雨多的地區(qū)，影響接收效果是經(jīng)常的事情。

中波：接收簡單，覆蓋范圍廣，發(fā)射功率大，使用性能均勻，但對周圍環(huán)境影響相對也大。

長波：傳播穩(wěn)定，穿透能力強(qiáng)，但天電的干擾嚴(yán)重影響長波的接收效果。

綜合分析，不是所有的無線電波的夜間比白天傳播得更遠(yuǎn)，當(dāng)然有些短波和長波，在適當(dāng)條件下也許是絕對。而造成這一原因主要是信號和電離層的相互作用，并且從夜間改變的相互作用下形成的。電離層是空氣層以外從太陽和宇宙輻射約為50公里范圍內(nèi)通過電離。

也就是說，太陽的X射線，紫外線輻射和更短的波比無線電波長，當(dāng)這些特定的光子吸收產(chǎn)生的在高層大氣中的自由電子時，因?yàn)殡婋x層非常低的分子和原子密度，使自由電子在最終重組在這種方式中的時間很短的時間之前所產(chǎn)生的作用。這些與無線電波之間的關(guān)系，在于從行路的廣播源有沒有無線電波干擾，并最終實(shí)現(xiàn)了電離層。而個中會發(fā)生怎樣的變化，很多時候是取決于多方因素，包括需要注意的是電磁波和自由電子密度的頻率，實(shí)質(zhì)上給予無線電波適當(dāng)?shù)臈l件也許會和來回反彈的地面和低電離層、信號傳輸之間相距越來越遠(yuǎn)。

很顯然，在發(fā)揮廣播的過程中具有重要作用，但它的變化不斷使事情變得更機(jī)器化。也許可以解釋為白天人們都處于活動狀態(tài)，對講機(jī)和干擾電波的設(shè)備等無線電設(shè)備都在頻繁使用著，所以造成過大的干擾，有的頻率就被屏蔽了。晚上除了家庭接收電視以外，無線電的使頻律相對變少，機(jī)車馬達(dá)，電動馬達(dá)，火花放電等外來干擾因素的減少而得以緩解。所以一些信號弱的頻率就可以傳得更遠(yuǎn)，收音機(jī)的信號也就隨之增強(qiáng)了。但真正太陽短波輻射被地面接收后，晚上地面釋放出長波輻射，白天短波輻射振動更高頻，而晚上長波輻射振動長而緩。正因?yàn)橄蛲廨椛涞牟ㄩL與其溫度成反比，溫度愈高其最強(qiáng)輻射的波長愈短，溫度愈低輻射的波長愈長.所以這樣同樣可以解釋無線電波為何晚上比白天傳播得更遠(yuǎn)。當(dāng)由于物體溫度越高它在輻射中，短波輻射所占比重相對越大，相比長波輻射中所占比重隨之也越大。

太陽光中有短波輻射的同時也有長波輻射.鑒別長短波輻射的辦法，最為簡單有效的就是看輻射的顏色，短波輻射的光譜呈紫色，長波輻射的光譜呈紅色，紫外線是典型的短波輻射，紅外線是典型的長波輻射，也就是說光是介于紫外線、紅外線二者中間的，所以，光的顏色越靠近紫色它的波長就越短，光的顏色越是靠近紅色，它的波長就越長.另外，日光是由七種顏色組成的，從而也可以看出它并不是單一的短波輻射。

就以當(dāng)時的對講機(jī)為例，對講機(jī)是短波調(diào)頻的無線電話機(jī)，人們都將功率小、體積細(xì)的手提式無線電話機(jī)叫做“對講機(jī)”，當(dāng)然亦有人叫“步談機(jī)”或者“步話機(jī)”。而將功率大、體積較大的可裝在車（船）等交通工具或固定使用的無線電話機(jī)通常就被叫做“電臺”。

從收音機(jī)到無線對講機(jī)，是經(jīng)歷了一系列的研發(fā)和改進(jìn)才有今天手機(jī)無敵的現(xiàn)象。大家都知道，大空氣層里，布滿了各種不同頻率的無線電波，它們有的是大自然中天然存在的，有的是人類活動中產(chǎn)生出來的，有的更是人們有目的地制造的。無線電波縱橫交錯地在大空氣中是以光速傳播著，利用發(fā)射和設(shè)備傳送著無線電信號。對于簡易的調(diào)頻調(diào)制電路裝置的對講機(jī)來說，它的聲音是要依靠電磁波來完成，電磁波發(fā)射功率的大小是直接關(guān)系到無線對講機(jī)收發(fā)的效能，當(dāng)然對講機(jī)與對講機(jī)之間的匹配性和傳輸距離的遠(yuǎn)近等因素，也會造成對講機(jī)收接效能的強(qiáng)弱有一定的影響，同樣電波設(shè)備的干擾更是會直接干擾對講機(jī)的收發(fā)，在某種特定環(huán)境下，由于短波會經(jīng)電離層反射達(dá)到幾千甚至乎上萬公里的距離，和長波、超長波相比較，相對傳輸容量較大，所以天線方向性也較強(qiáng)，這樣也可以理解為對講機(jī)只要在相互匹配情況下，可以發(fā)揮其最大的功效。所以有可能遠(yuǎn)距離的通信、廣播、航海移動通信、還有超視距雷達(dá)等，有時候白天使用短波效果也不錯的。

總結(jié)語

當(dāng)通過無線電波或?qū)Ь€傳送出來的聲音和圖像達(dá)到一定的圖文效果的時候，實(shí)情已經(jīng)進(jìn)入了當(dāng)今電子科技的進(jìn)步和發(fā)達(dá)層面，如果將通信網(wǎng)絡(luò)加以暢通、流量最大化，通信信號便于處理，無線電波可以達(dá)到更好的效果，擴(kuò)干擾性能穩(wěn)定，那么無線電波通信不但能夠遠(yuǎn)距離傳送信息，在民間，當(dāng)人們可以隨時隨地通過無線通信設(shè)備如對講機(jī)，手機(jī)，電腦等工具輕松收發(fā)圖文信息，在合理的范圍內(nèi)享受到價格低廉且優(yōu)質(zhì)的電信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，便利的維護(hù)程序，有效的保護(hù)私密制度，將會更好的體現(xiàn)到電子科技的發(fā)達(dá)給人們帶來不一樣的生活和享受。

參考文獻(xiàn)

[1]劉 鋒，段 紅，熊慶旭，徐 楨.信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008，25（3）.

[2]許 波，陳曉平，姬 偉，毛彥欣.“信號與系統(tǒng)”課程教學(xué)改革思考與實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2008（1）.

（作者單位：長江大學(xué)）