無線電波的傳播方式和頻率分配

一、無線電波波段的劃分

無線電信道實為電磁波在空間中傳播的通道，無線電波在空間的傳播速度與光波相同，約為3×108ｍ/s。其波長、頻率、和傳播速度的關(guān)系為：

λ=c/f

可見，頻率與波長之間為倒數(shù)的關(guān)系，因此，無線電波可以按頻率劃分，也可以按波長劃分。根據(jù)無線電波傳播及使用的特點，國際上將其劃分為12個頻段，而通常的無線電通信只使用其中的第4到第11個頻段。無線電頻段和波段的劃分如下表所示：

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二、無線電波的傳播方式

不同頻段的電磁波的傳播方式和特點各不相同，所以它們的用途也就不同。無線電波的傳播方式主要用三種：

1．沿地面?zhèn)鞑サ牡夭ǎ?/p>

中、長波適合地面?zhèn)鞑?，地球表面的?dǎo)電特性較為穩(wěn)定，中、長波的傳播也就較穩(wěn)定，其中長波的波長較長，遇障礙物繞射能力強，傳送距離較遠，多用于導(dǎo)航。

2．靠電離層折射和反射傳播的天波

在1.5MHz～3OMHz范圍的短波波長較短，地面繞射能力弱，且地面吸收損耗較大，主要依靠電離層的折射反射實現(xiàn)遠距離的短波通信。電離層與地球表面之間的多次反射可實現(xiàn)超遠距離的無線電通信，短波廣播和通信具有天線尺寸小，所需發(fā)射功率低，傳輸距離遠，通信成本低的特點，因此，該頻段廣播、通信電臺多，頻段最為擁擠。

3．沿空間直線傳播的空間波

當(dāng)頻率超過3OMHz以上的電波主要沿空間直線傳播。鑒于地球表面是彎曲的，所以這種傳播只限于視線范圍，所以傳播距離近，常將天線架設(shè)在高處山頂以提高覆蓋面。若采用衛(wèi)星通信使空間傳播的覆蓋面積和距離大大增加。

三、頻率的分配

在無線電頻率分配上有一點需要特別注意的，就是干擾問題。如果兩個電臺在同一地區(qū)、同一時段用相同的頻率或頻率過于接近工作，就必然會產(chǎn)生相互干擾。因此無線電頻率不能無秩序地隨意占用，而需要仔細地計劃加以利用。

（1）頻率的分配：即將頻率根據(jù)不同的業(yè)務(wù)加以分配，以避免頻率使用方面的混亂。如我國將88MHz～108MHz分配為調(diào)頻廣播使用，525kHz～1605kHz分配為中波調(diào)幅廣播使用等。

（2）頻譜的節(jié)約：即從頻譜利用的觀點來看，無線電總的頻譜范圍是有限的，每個無線設(shè)備所占的頻譜應(yīng)力求減少，以便容納更多的無線設(shè)備和減少干擾。現(xiàn)代通信系統(tǒng)都力求壓縮每個無線設(shè)備的帶寬，減小信道間的間隔并減小雜散干擾發(fā)射，提高頻譜利用率。

為避免各種信號頻率重疊，相互干擾，要求不同的無線發(fā)射設(shè)備工作在不同的發(fā)射頻率上，采用調(diào)制的方法把要傳送的信號裝載到這些不同頻率的高頻信號上，再經(jīng)天線發(fā)射出去。這樣就避免了相互干擾。

四、天線

天線是一個能量轉(zhuǎn)換器，是無線電設(shè)備必不可少的組成部分。發(fā)射天線能將發(fā)射機饋給的高頻電能轉(zhuǎn)換為向空間輻射的電磁波能，接收天線將在空間傳播的電磁波能轉(zhuǎn)化為高頻電能。一般發(fā)射、接收天線可互換使用，因此，描述天線的主要參數(shù)和特性，如輸入阻抗、方向性系數(shù)、輻射電阻、有效高度、天線增益等對用于發(fā)射的天線和用于接收的天線都適用，具有可逆性。

例如，某根天線用作發(fā)射天線時，它向某一方向的輻射最強，而用作接收天線時，它對來自這個方向來的電磁波的接收能力也同樣是最強的。

1、天線的主要特性和參數(shù)

（1）天線的方向性

方向性是指天線向一定方向輻射或接收來自某一方向的電磁波的能力。不同的天線向空間輻射電磁波時，向各方向輻射的場強是不同的，這說明天線發(fā)射電磁能時是有方向性的。

（2）天線的方向性系數(shù)（天線增益）

為了精確地表征天線的方向性，尤其是對于定向天線(引向天線)，常用方向性系數(shù)和天線增益來表示天線的性能。向各方向均勻輻射的理想點源天線稱為均勻輻射器并用作比較基準(zhǔn)。

方向性系數(shù)是表示天線方向特性的量，用D表示。任一定向天線的方向性系數(shù)是指在接收點產(chǎn)生相等電場強度的條件下，理想的非定向天線的總輻射功率P∑0與該定向天線的總輻射功率P∑之比，即

方向性系數(shù)D反映了天線向某一方向集中輻射電磁波的能力。它以非定向天線作為比較的標(biāo)準(zhǔn)。所謂理想的非定向天線是指各方向均勻輻射的理想點源天線，這種天線向各個方向的輻射是均勻的，其立體方向性圖是以天線為中心的球面(即通過球心的任一平面均呈圓形)。

（3）天線的輸入阻抗

天線的饋電端，即天線和饋線的連接端饋人的信號電壓與信號電流的比值，稱為天線的輸入阻抗ZA=UA/IA。ZA包括輸人電阻和輸入電抗機兩部分，輸入阻抗中的電抗分量會減少從天線進入饋線的有效信號功率，所以，應(yīng)盡量減小電抗分量。

天線的輸入阻抗會隨天線的長度和工作波長的變化而變化。例如，基本半波振子的長度為半波長時，其輸入阻抗ZA=73.1+j42.5(Ω),若將振子長度縮短3%-5%，則可消除電抗分量 ，使輸入阻抗呈純阻性，即ZA=73.1Ω，通常標(biāo)稱為75Ω。

可以證明，折合半波振子的輸入阻抗為基本半波振子輸入阻抗的4倍，約292.4Ω，通常標(biāo)稱為300Ω。

（4）天線效率

天線效率是指從天線輻射出去的功率P∑，與輸入到天線的總功率PA之比，用η表示。

η=P∑/PA

輸入功率P∑包括輻射功率、天線振子本身的損耗、匹配不良的損耗等，η<1。

（5）天線增益

天線增益G與前面的方向性系數(shù)D相比較，它們的差別在于D是實際輻射出去的功率之比，而G則是輸入到天線的功率之比。因此，增益G不但決定于天線的方向性，還決定于天線的效率。

由于理想的非定向天線認為是無損耗的，即效率為1，輸入功率PAD就等于輻射功率P∑0，故定向天線的效率η=P∑/PA，所以PA=P∑/η，由此可得

由上式可見，天線增益G是天線方向性系數(shù)和天線效率的乘積。在工程上，天線增益G常表示為

需要注意的是，測試天線增益用的標(biāo)準(zhǔn)天線為理想的無方向性天線，但在實際操作中，也多有以半波對稱振子作為參考天線的。因此，在查閱天線增益數(shù)據(jù)時，應(yīng)查看采用何種天線作為參考天線。

天線的特性參數(shù)除上述主要參數(shù)外還有有效高度、頻帶寬度、描述天線方向性的主瓣寬度、主副瓣比等，可參考有關(guān)資料。

2、無線通信常用天線

天線的種類繁多，用途各異，無線電通信中常見的有線狀天線、陣列天線和廣口天線三大類。

常見的幾種天線示意圖