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電磁波是如何傳輸?shù)模?/h1>
更新時間:2024-01-11 點擊量:422

人類很早就認(rèn)識了光,分清了白晝和黑夜的區(qū)別。但是對于光之外的電磁波,人類卻用了很長的時間去探究,直到天才科學(xué)家麥克斯韋用數(shù)學(xué)的方式推導(dǎo)出了電磁波的存在,并統(tǒng)一了電磁波和光。隨后,人類就開啟了利用電磁波的時代,直到.....

太陽光不僅給我們帶來了光明,還帶來了溫暖,賦予我們"能量“,我們利用電磁波來傳遞我們的聲音,圖像,數(shù)據(jù),直至萬物互聯(lián)。

電磁波的頻譜很寬很寬,我們用來傳遞信息的電磁波稱位無線電波——Radio,而我們射頻工程師的這個專用名稱就來自于無線電波頻率 Radio Frequency。

原則上來說,任何一個頻率的電磁波都可以傳遞信息,但是在現(xiàn)有技術(shù)條件下,為了更有效地發(fā)射和接收電磁波,要求天線的尺寸不小于四分之一波長。頻率過低,波長太長,則天線就變得很大。所以,我們總是要選擇合適的頻率來進(jìn)行信息的無線傳播。

地球是人類賴以生存的條件之一,至今還沒有找到一個比地球更適合人類生存的星球。而人類生存最依賴的就是地球上的水,物和空氣。所以電磁波的傳播也必須考慮到地球上物體的影響,尤其是地面和空氣。根據(jù)通信距離,電磁波頻率的不同,無線電波的傳播方式主要有地波,天波和視線傳播三種。

頻率較低的電磁波(一般小于2MHz),波長比較長,有一定的繞射能力,可沿著彎曲的地球表面?zhèn)鞑ィ@種傳播方式稱為地波傳播,地波的傳播距離遠(yuǎn),在低頻和甚低頻頻段,地波能夠傳播數(shù)百千米,甚至更遠(yuǎn)。

頻率較高的電磁波被稱為高頻電磁波HF,能夠被大氣中的電離層反射,并且再次被大地反射,這樣無線電波就可以傳遞更遠(yuǎn)的距離。根據(jù)地球半徑和電離層的高度,可以計算出來電磁波一次反射距離最遠(yuǎn)可達(dá)4000千米,經(jīng)過多次反射之后,電磁波甚至可以傳播10000千米以上。這種利用大氣電離層反射進(jìn)行傳播的方式就是天波傳播。

現(xiàn)在收音機(jī)AM頻段300kHz~3000kHz,就是利用了電磁波地波和部分天波傳播,所以,有時候甚至可以聽到很遠(yuǎn)距離的廣播信號。但是大氣電離層受陽光照射會發(fā)生改變,因此傳播的穩(wěn)定性會受到影響。

頻率高于30MHz的電磁波將穿透電離層,不能被反射回來,并且波長比較短,沿著地球表面繞射的能力也很弱,因此只能進(jìn)行類似于可見光那樣的直線傳播,這種傳播方式稱為視距傳播。受地球曲度和地表物體的影響,視距傳播的距離比較短,為了增大其傳播距離,有效快捷的方式就是把天線架的再高一點。

但是再高也高不過大山啊,為了傳遞的更遠(yuǎn)一些,可以采用中繼通信的方法,通過中繼站,將無線電信息傳播到遠(yuǎn)處的接收端。

有沒有可能把中繼站也架的高一點呢?這樣會不會省幾個中繼?能不能將中繼站放到天上?于是衛(wèi)星通信就出現(xiàn)了。直接把視距通信距離翻了幾倍。利用三顆地球軌道靜止衛(wèi)星作為中繼站,就可以覆蓋全球通信。

目前應(yīng)用廣泛的衛(wèi)星通信叫做——Starlink,華為 Mate 60 用到的衛(wèi)星通信是我國自主研發(fā)的天通一號衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

除此之外,還可以利用飛艇,氣球或者飛機(jī)作為中繼站,來代替衛(wèi)星通信,這種通信方式被稱為平流層通信,距離地面約17千米到22千米。高度22千米的平流層通信中繼站即可覆蓋約半徑500公里區(qū)域。


幾年前,記得有人提出,用250個充氦飛艇就可以實現(xiàn)覆蓋全球90%以上人口的地區(qū),而且便宜, 后來就沒有聲音了。




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