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电磁波是如何传输的?

更新时间:2024-01-11 点击量:219

人类很早就认识了光,分清了白昼和黑夜的区别。但是对于光之外的电磁波,人类却用了很长的时间去探究,直到天才科学家麦克斯韦用数学的方式推导出了电磁波的存在,并统一了电磁波和光。随后,人类就开启了利用电磁波的时代,直到.....

太阳光不仅给我们带来了光明,还带来了温暖,赋予我们"能量“,我们利用电磁波来传递我们的声音,图像,数据,直至万物互联。

电磁波的频谱很宽很宽,我们用来传递信息的电磁波称位无线电波——Radio,而我们射频工程师的这个专用名称就来自于无线电波频率 Radio Frequency。

原则上来说,任何一个频率的电磁波都可以传递信息,但是在现有技术条件下,为了更有效地发射和接收电磁波,要求天线的尺寸不小于四分之一波长。频率过低,波长太长,则天线就变得很大。所以,我们总是要选择合适的频率来进行信息的无线传播。

地球是人类赖以生存的条件之一,至今还没有找到一个比地球更适合人类生存的星球。而人类生存最依赖的就是地球上的水,物和空气。所以电磁波的传播也必须考虑到地球上物体的影响,尤其是地面和空气。根据通信距离,电磁波频率的不同,无线电波的传播方式主要有地波,天波和视线传播三种。

频率较低的电磁波(一般小于2MHz),波长比较长,有一定的绕射能力,可沿着弯曲的地球表面传播,这种传播方式称为地波传播,地波的传播距离远,在低频和甚低频频段,地波能够传播数百千米,甚至更远。

频率较高的电磁波被称为高频电磁波HF,能够被大气中的电离层反射,并且再次被大地反射,这样无线电波就可以传递更远的距离。根据地球半径和电离层的高度,可以计算出来电磁波一次反射距离最远可达4000千米,经过多次反射之后,电磁波甚至可以传播10000千米以上。这种利用大气电离层反射进行传播的方式就是天波传播

现在收音机AM频段300kHz~3000kHz,就是利用了电磁波地波和部分天波传播,所以,有时候甚至可以听到很远距离的广播信号。但是大气电离层受阳光照射会发生改变,因此传播的稳定性会受到影响。

频率高于30MHz的电磁波将穿透电离层,不能被反射回来,并且波长比较短,沿着地球表面绕射的能力也很弱,因此只能进行类似于可见光那样的直线传播,这种传播方式称为视距传播。受地球曲度和地表物体的影响,视距传播的距离比较短,为了增大其传播距离,有效快捷的方式就是把天线架的再高一点。

但是再高也高不过大山啊,为了传递的更远一些,可以采用中继通信的方法,通过中继站,将无线电信息传播到远处的接收端。

有没有可能把中继站也架的高一点呢?这样会不会省几个中继?能不能将中继站放到天上?于是卫星通信就出现了。直接把视距通信距离翻了几倍。利用三颗地球轨道静止卫星作为中继站,就可以覆盖全球通信。

目前应用广泛的卫星通信叫做——Starlink,华为 Mate 60 用到的卫星通信是我国自主研发的天通一号卫星通信系统。

除此之外,还可以利用飞艇,气球或者飞机作为中继站,来代替卫星通信,这种通信方式被称为平流层通信,距离地面约17千米到22千米。高度22千米的平流层通信中继站即可覆盖约半径500公里区域。


几年前,记得有人提出,用250个充氦飞艇就可以实现覆盖全球90%以上人口的地区,而且便宜, 后来就没有声音了。




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