無線系列-無線通信頻段與電波傳播
（原創文章，轉載請與作者聯繫）
0.前言
利用電磁波的輻射和傳播經過空間傳送信息的通信方式稱之爲無線電通信
（Radio Communication）也稱之爲無線通信利用無線通信可以傳送電報、電話、傳真、數據、圖像以及廣播和電視節目等通信業務。
無線通信初創時期使用的頻率較低頻率範圍較窄波段主要限於長波和中波隨着科學技術的不斷進步使用的頻率範圍逐步擴大目前無線通信使用的頻率從超長波波段到亞毫米波段包括亞毫米波以下以至光波無線通信使用的頻率範圍和波段見表1-1。
在一些歐美日等西方國家常常把部分微波波段分爲L S C X Ku K Ka等波段或稱子波段如表1-2所示
2.無線通信所涉及到的地球大氣層.
無線通信中的電磁波傳播會涉及到地球大氣層，這裏主要介紹一下地球大氣
層的有關知識。
地球上面的大氣層的結構如圖所示。地球大氣層中最低的一層是對流層，其厚度平均約10~20 公里，由於其貼近地表面，大氣的溫度隨着高度增加而下降，空氣對流十分頻繁。所謂「對流」的稱謂就是基於「空氣對流劇烈」而確定的。對流層的平均高度隨地域變化而有所差異，溫帶地區爲10~12 公里，赤道附近爲16~18 公里。在對流層集中了大氣中90%以上的水氣和3/4以上的大氣質量。.
在對流層的上面一-層是平流層，又稱同溫層，距地面約20~40 公里。在平流層上面是電離層。
電離層是地球大氣層的一部分。處於這種高度的大氣，其對流作用甚小，在太陽的輻射作用以及宇宙射線的影響下產生電離，形成相當多的離子和自由電子。按離地球表面的高度，電離層依次分爲D層、E層、F,層和F2層等四層，如圖1-2所示。在白天，這四層電離層均存在;在晚上，D層消失，F,層和F2層合併爲一層(這時仍稱爲F2層)。
3.無線通信的電磁波傳播
無線通信中的電磁波按照其波長的不同具有不同的傳播特點，下面按波長分述如下:
（1）極長波(極低頻ELF)傳播
極長波是指波長爲1~10萬公里(頻率爲3-30Hz)的電磁波。理論研究表明,這一波段的電磁波沿陸地表面和海水中傳播的衰耗極小。
（2）超長波(超低頻SLF)傳播
超長波是指波長1千公里至1萬公里(頻率爲30 -300Hz)的電磁波。這一波段的電磁波傳播-十分穩定，在海水中衰耗很小(頻率爲75Hz 時衰耗係數爲0.3dB/m)對海水穿透能力很強，可深達100m以上。
（3）甚長波(甚低頻VLF)傳播
甚長波是指波長10公里~100公里(頻率爲3~30kHz)的電磁波。無線通信中使用的甚長波的頻率爲10~30kHz， 該波段的電磁波可在大地與低層的電離層間形成的波導中進行傳播，距離可達數千公里乃至覆蓋全球。
（4）長波(低頻LF)傳播
長波是指波長1公里~10公里(頻率爲30~300kHz)的電磁波。其可沿地表面傳播(地波)和靠電離層反射傳播(天波)。天波雖然可由電離層反射傳播較遠，但電離層對其吸收較強，且由於低層電離層參數變化大，極不穩定，衰落嚴重。地波傳播主要與大地的導電率有關，傳播較爲穩定，在陸地-般傳播距離爲幾十到幾百公里。
當天波、地波同時存在時，會產生相互干涉,也會形成衰落。當地波在海面上傳播時，由於海水導電率高，因而電磁波衰耗較小，傳播距離比陸地要遠得多，可達數百乃至數千公里。該波段的低端(30~60kHz)的電磁波能穿透一-定深度的海水，可用於對潛艇通信。
（5）中波(中頻MF)傳播
中波是指波長100 米~1000米(頻率爲300~3000kHz) 的電磁波。中波可沿地表面傳播(地波)和靠電離層反射傳播(天波)。中波沿地表面傳播時，受地表面的吸收較長波嚴重。中波的天波傳播與晝夜變化有關。
在白天，電離層的D層對中波吸收較爲嚴重，中波難以天波的形式傳播，只能靠地波傳播。在夜間，電離層的D層消失，E層電子密度下降，高度上升，對中波的吸收減小，因而中波可由電離層的E層反射。在夜間，中波除靠地波傳播之外，還靠天波傳播。
（6）短波(高頻HF)傳播
短波是指波長爲10 米~100米(頻率爲3~30MHz)的電磁波。短波可沿地表面傳播(地波)，沿空間以直接或繞射方式傳播(空間波)和靠電離層反射.傳播(天波)。由於地表面對短波的吸收強烈(與中波相比)，且隨頻率的升高而明顯增大。因而，短波的地波傳播一般不超過幾十公里 (在短波的低端)。短波的空間波傳播主要是靠電波的直射和繞射傳播。空間波傳播方式不是短波的主要傳播方式。
短波的天波傳播是短波傳播的主要方式。短波的天波傳播與電離層的變化(晝夜變化，季節和年的變化，以及磁暴、太陽黑子變化、核爆炸等)密切相關，也與天線的仰角和工作頻率密切相關。由於電離層折射係數的梯度分佈及與頻率的關係，短波的傳播過程中存在着多徑效應，因而存在着嚴重的衰落現象。
（7）超短波(甚高頻VHF)傳播
超短波是指波長爲1米~10米(頻率爲30~300MHz)的電磁波。由於地表面對超短波的吸收嚴重，同時也由於超短波對電離層的穿透能力強，其在電離層中的折射係數趨近於1，因而經電離層反射(天波)的能量很小。
所以超.短波難以靠地波和天波傳播，而主要以直射方式(即所謂的「視距」方式)傳播。另外，由於對流層中的大氣湍流氣團對超短波有散射作用，因而超短波利用這種散射作用，可實現超短波的「超視距」傳播，超短波具有- -定的繞射傳播能力，其頻率越高，繞射能力也就越差。
（8）微波傳播
微波是指波長小於1米(頻率高於300MHz)的電磁波。目前又按其波長的不同，分爲分米波(特高頻UHF)、釐米波(超高頻SHF)、亳米波(極高頻EHF)和亞亳米波(至高頻THF)。
微波的傳播類似於光波的傳播，是一種視距傳播。其主要在對流層內進行。總的說來，這種傳播方式比較穩定，但其傳播也受到大氣折射和地面反射的影響。另外，對流層中的大氣湍流氣團對微波有散射作用。利用這種散射作用可實現微波的超視距傳播。
（9）激光傳播
鑑於光也是一種電磁波，而激光是相干性好的單色光。因而激光的傳播也是-一種電磁波的傳播。
激光在大氣中的傳播主要是視距傳播，易受氣候影響。大氣中的氧、氮、二氧化碳、水蒸汽等對激光信號有吸收作用;大氣分子密度的不均勻和懸浮在大氣中的塵埃、煙、水晶、鹽粒子、微生物和微小水滴對光信號均有散射作用，由地球表面的空氣對流引起的大氣湍流可對激光傳播產生光束偏轉、光束擴散和光速閃爍，某些波長的激光(如λ=0.5μm的蘭綠激光)可在水中傳播。
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