无线电波的传播方式和频率分配

一、无线电波波段的划分

无线电信道实为电磁波在空间中传播的通道，无线电波在空间的传播速度与光波相同，约为3×108ｍ/s。其波长、频率、和传播速度的关系为：

λ=c/f

可见，频率与波长之间为倒数的关系，因此，无线电波可以按频率划分，也可以按波长划分。根据无线电波传播及使用的特点，国际上将其划分为12个频段，而通常的无线电通信只使用其中的第4到第11个频段。无线电频段和波段的划分如下表所示：

序号	频段名称	频段范围	波段名称	波长范围	主要用途
1	极低频(ELF)	3～30Hz	极长波	100～10兆米
2	超低频(SLF)	30～300Hz	超长波	10～1兆米
3	特低频(ULF)	300～3000Hz	特长波	100～10万米
4	甚低频(VLF)	3～30kHz	甚长波	10～1万米	音频电话、长距离导航、时标
5	低频(LF)	30～300kHz	长波	10～1千米	船舶通信、信标、导航
6	中频(MF)	300～3000kHz	中波	1000～100米	广播、船舶通信、飞行通信、船港电话
7	高频(HF)	3～30MHz	短波	100～10米	短波广播、军事通信
8	甚高频(VHF)	30～300MHz	米波	10～1米	电视、调频广播、雷达、导航
9	特高频(UHF)	300～3000MHz	分米波	微波	10～1分米	电视、雷达、移动通信
10	超高频(SHF)	3～30GHz	厘料波	10～1厘米	雷达、中继、卫星通信
11	极高频(EHF)	30～300GHz	毫米波	10～1毫米	射电天文、卫星通信、雷达
12	至高频	300～3000GHz	丝米波	10～1丝米

 

二、无线电波的传播方式

不同频段的电磁波的传播方式和特点各不相同，所以它们的用途也就不同。无线电波的传播方式主要用三种：

1．沿地面传播的地波：

中、长波适合地面传播，地球表面的导电特性较为稳定，中、长波的传播也就较稳定，其中长波的波长较长，遇障碍物绕射能力强，传送距离较远，多用于导航。

2．靠电离层折射和反射传播的天波

在1.5MHz～3OMHz范围的短波波长较短，地面绕射能力弱，且地面吸收损耗较大，主要依靠电离层的折射反射实现远距离的短波通信。电离层与地球表面之间的多次反射可实现超远距离的无线电通信，短波广播和通信具有天线尺寸小，所需发射功率低，传输距离远，通信成本低的特点，因此，该频段广播、通信电台多，频段最为拥挤。

3．沿空间直线传播的空间波

当频率超过3OMHz以上的电波主要沿空间直线传播。鉴于地球表面是弯曲的，所以这种传播只限于视线范围，所以传播距离近，常将天线架设在高处山顶以提高覆盖面。若采用卫星通信使空间传播的覆盖面积和距离大大增加。

三、频率的分配

在无线电频率分配上有一点需要特别注意的，就是干扰问题。如果两个电台在同一地区、同一时段用相同的频率或频率过于接近工作，就必然会产生相互干扰。因此无线电频率不能无秩序地随意占用，而需要仔细地计划加以利用。

（1）频率的分配：即将频率根据不同的业务加以分配，以避免频率使用方面的混乱。如我国将88MHz～108MHz分配为调频广播使用，525kHz～1605kHz分配为中波调幅广播使用等。

（2）频谱的节约：即从频谱利用的观点来看，无线电总的频谱范围是有限的，每个无线设备所占的频谱应力求减少，以便容纳更多的无线设备和减少干扰。现代通信系统都力求压缩每个无线设备的带宽，减小信道间的间隔并减小杂散干扰发射，提高频谱利用率。

为避免各种信号频率重叠，相互干扰，要求不同的无线发射设备工作在不同的发射频率上，采用调制的方法把要传送的信号装载到这些不同频率的高频信号上，再经天线发射出去。这样就避免了相互干扰。

四、天线

天线是一个能量转换器，是无线电设备必不可少的组成部分。发射天线能将发射机馈给的高频电能转换为向空间辐射的电磁波能，接收天线将在空间传播的电磁波能转化为高频电能。一般发射、接收天线可互换使用，因此，描述天线的主要参数和特性，如输入阻抗、方向性系数、辐射电阻、有效高度、天线增益等对用于发射的天线和用于接收的天线都适用，具有可逆性。

例如，某根天线用作发射天线时，它向某一方向的辐射最强，而用作接收天线时，它对来自这个方向来的电磁波的接收能力也同样是最强的。

1、天线的主要特性和参数

（1）天线的方向性

方向性是指天线向一定方向辐射或接收来自某一方向的电磁波的能力。不同的天线向空间辐射电磁波时，向各方向辐射的场强是不同的，这说明天线发射电磁能时是有方向性的。

（2）天线的方向性系数（天线增益）

为了精确地表征天线的方向性，尤其是对于定向天线(引向天线)，常用方向性系数和天线增益来表示天线的性能。向各方向均匀辐射的理想点源天线称为均匀辐射器并用作比较基准。

方向性系数是表示天线方向特性的量，用D表示。任一定向天线的方向性系数是指在接收点产生相等电场强度的条件下，理想的非定向天线的总辐射功率P∑0与该定向天线的总辐射功率P∑之比，即

方向性系数D反映了天线向某一方向集中辐射电磁波的能力。它以非定向天线作为比较的标准。所谓理想的非定向天线是指各方向均匀辐射的理想点源天线，这种天线向各个方向的辐射是均匀的，其立体方向性图是以天线为中心的球面(即通过球心的任一平面均呈圆形)。

（3）天线的输入阻抗

天线的馈电端，即天线和馈线的连接端馈人的信号电压与信号电流的比值，称为天线的输入阻抗ZA=UA/IA。ZA包括输人电阻和输入电抗机两部分，输入阻抗中的电抗分量会减少从天线进入馈线的有效信号功率，所以，应尽量减小电抗分量。

天线的输入阻抗会随天线的长度和工作波长的变化而变化。例如，基本半波振子的长度为半波长时，其输入阻抗ZA=73.1+j42.5(Ω),若将振子长度缩短3%-5%，则可消除电抗分量 ，使输入阻抗呈纯阻性，即ZA=73.1Ω，通常标称为75Ω。

可以证明，折合半波振子的输入阻抗为基本半波振子输入阻抗的4倍，约292.4Ω，通常标称为300Ω。

（4）天线效率

天线效率是指从天线辐射出去的功率P∑，与输入到天线的总功率PA之比，用η表示。

η=P∑/PA

输入功率P∑包括辐射功率、天线振子本身的损耗、匹配不良的损耗等，η<1。

（5）天线增益

天线增益G与前面的方向性系数D相比较，它们的差别在于D是实际辐射出去的功率之比，而G则是输入到天线的功率之比。因此，增益G不但决定于天线的方向性，还决定于天线的效率。

由于理想的非定向天线认为是无损耗的，即效率为1，输入功率PAD就等于辐射功率P∑0，故定向天线的效率η=P∑/PA，所以PA=P∑/η，由此可得

由上式可见，天线增益G是天线方向性系数和天线效率的乘积。在工程上，天线增益G常表示为

需要注意的是，测试天线增益用的标准天线为理想的无方向性天线，但在实际操作中，也多有以半波对称振子作为参考天线的。因此，在查阅天线增益数据时，应查看采用何种天线作为参考天线。

天线的特性参数除上述主要参数外还有有效高度、频带宽度、描述天线方向性的主瓣宽度、主副瓣比等，可参考有关资料。

2、无线通信常用天线

天线的种类繁多，用途各异，无线电通信中常见的有线状天线、阵列天线和广口天线三大类。

常见的几种天线示意图