电磁波的波长分布微波基本知识:什么是微波频率约在300-3X 105MHz的电磁波称为微波,对应的波长范围为1米至一毫米图 1 和图 2 是电磁波谱、微波波段的划分说明,表1 是无线电波谱的划分频率 彼长確赫兹》:咪)彼长波托3 X 104 - 104 - 10 公里 --5:X 105 - 10? - 1'&里 -^x.io6 — io2 — 米 -a:;x 107 - 101 - 1Q 米波 -宴毬 108 - 10° - 1 米 -3 冢 109 - 10-1 - 100 毫米微-3 ^"1010 - 1 嚓- 10 毫米 迅赞1011 - 10^ - 1毫米波3 X 1012'- 10"4 - 10Q 微来 沁1阴:_ 1泸一 1Q.微来3 1014 - 10汁-1 嶽乘3愛1小5 - 1Q;7 - 100纳米 家饗“IB — 1严—1Q納来3 X 1017 - 10"9 - 1 纳乘 茂 X 1018 - 1O-10 - 100 皮米 ^x.1019 - 10-11 - 10 皮来10£° - 10_1£ - 1 皮来 g 1021 - 10"13 - 1Q0 飞米 3 鮫 10^ - 1Q"14 - 10 飞米 3毅10羽—10-15 — 1飞米 3邂1*4 — 10-is — 1皿阿米图 1 电磁波谱孵10m- lwJOMHz - JQONfHz近似貞帥播幷址迹(UHF)iffi—0-lm3O0Mlk - iOOOMHz堪面淮lUCELL- !<]]]3000MHz - ^OOOOMHzlOmiii Lujlu30000MHz - SOOTDOMHz图 2 微波段划分及传播方式表1无线电波谱划分(已被国际电信联盟ITU采纳)表超低频ULF甚低频VLF3kHz —30kHz海下通信和导航系统低频LF30kHz —300kHz通信、芬兰C定位系统无线电航 标、航空中频MF300kHz —3MHz中频广播高频VHF3MHz —30kHz远距通信,短波广播甚咼频HF30MHz —300MHz电视,FM广播,航空通信超咼频UHF300MHz —3GHz雷达、电视(一部分)很高频SHF3GHz —30GHz雷达遥感系统极高频EHF30GHz-300GHz待开发微波波段还可以细分为“分米波”(波长为1米至10 厘米),“厘米波”(波长10厘米至1 厘米)和“毫米波”(波长为1厘米至1毫米)。
波长在1 毫米一下至红外线之间的电磁波称为“亚毫米波”或超微波,这是一个正在开发的波段微波有一下几个主要特点:1、微波波长很短,它和几何光学中光的特点很接近,具有直线传播的性质利用这个 特点,就能在微波波段制成方向性极高的天线系统,也可以收到地面和宇宙空间各种物体反 射回来的微弱回波,从而确定物体的方向和距离,这一特点使得微波技术在雷达中得到广泛 的应用2、微波的电磁振荡周期(10-9-10-12秒)很短,已经和电子管中电子在电极间飞越所 经历的时间(约 10-9)可以比拟,甚至还要小因此,普通电子管已经不能用做微波振荡器、 放大器和检波器,而必须采用原理上完全不同的微波电子管来代替3、微波传输线,微波元件和微波测量设备的线长度与波长具有相近似的数量级因此, 一般无线电元件由于辐射效应和趋肤效应都不能用了,必须采用原理上完全不同的微波元件 来代替4、在低频电路中,电路的尺寸比波上小的多,处理问题时只需采用电路的概念和方法; 在微波波段,电路尺寸已能与波长相比拟,甚至还要小,所以处理问题时必须采用电磁场的 概念和方法5、许多原子和分子发射和吸收的电磁波的波长正好处在微波波段内人们利用这一特 点来研究分子和原子的核结构。
6、微波可以畅通无阻地穿过地球上空的电离层因此,微波波段是无线电波谱中的“宇 宙窗口”,为宇航通讯、导航、定位以及射电天文学的研究和发展提供了广阔的前景无线电无线电是指在自由空间(包括空气和真空)传播的电磁波,是其中的一个有限频带,上 限频率在300GHz (吉赫兹),下限频率较不统一,在各种射频规范书,常见的有三 3KHz~300GHz (ITU —国际电信联盟规定),9KHz~300GHz, 10KHz~300GHz无线电技术是通过无线电波传播信号的技术 无线电技术的原理在于,导体中电流强弱的改变会产生无线电波利用这一现象,通过 调制可将信息加载于无线电波之上当电波通过空间传播到达收信端,电波引起的电磁场变 化又会在导体中产生电流 通过解调将信息从电流变化中提取出来,就达到了信息传递的 目的麦克斯韦最早在他递交给英国皇家学会的论文《电磁场的动力理论》中阐明了电磁波传 播的理论基础他的这些工作完成于1861 年至 1865年之间海因里希•鲁道夫•赫兹(Heinrich Rudolf Hertz)在1886年至1888年间首先通过 试验验证了麦克斯韦尔的理论他证明了无线电辐射具有波的所有特性,并发现电磁场方程 可以用偏微分方程表达,通常称为波动方程。
1906年圣诞前夜,雷吉纳德•菲森登(Reginald Fessenden)在美国麻萨诸塞州采用 外差法实现了历史上首次无线电广播菲森登广播了他自己用小提琴演奏“平安夜”和朗诵 《圣经》片段位于英格兰切尔姆斯福德的马可尼研究中心在1922 年开播世界上第一个定 期播出的无线电广播娱乐节目关于谁是无线电台的发明人还存在争议1893年,尼科拉•特斯拉(Nikola Tesla)在美国密苏里州圣路易斯首次公开展示了 无线电通信在为“费城富兰克林学院”以及全国电灯协会做的报告中,他描述并演示了无 线电通信的基本原理他所制作的仪器包含电子管发明之前无线电系统的所有基本要素古列尔莫•马可尼(Guglielmo Marconi )拥有通常被认为是世界上第一个无线电技术 的专利,英国专利12039号,“电脉冲及信号传输技术的改进以及所需设备”尼科拉•特斯拉1897年在美国获得了无线电技术的专利然而,美国专利局于1904 年将其专利权撤销,转而授予马可尼发明无线电的专利这一举动可能是受到马可尼在美国 的经济后盾人物,包括汤玛斯•爱迪生,安德鲁•卡耐基影响的结果1909年,马可尼和 卡尔•费迪南德•布劳恩(Karl Ferdinand Braun)由于“发明无线电报的贡献”获得诺贝 尔物理学奖。
1943 年,在特斯拉去世后不久,美国最高法院重新认定特斯拉的专利有效这一决定 承认他的发明在马可尼的专利之前就已完成有些人认为作出这一决定明显是出于经济原 因这样二战中的美国政府就可以避免付给马可尼公司专利使用费1898 年,马可尼在英格兰切尔姆斯福德的霍尔街开办了世界上首家无线电工厂,雇佣 了大约 50 人无线电的用途无线电的最早应用于航海中,使用摩尔斯电报在船与陆地间传递信息现在,无线电有 着多种应用形式,包括无线数据网,各种移动通信以及无线电广播等以下是一些无线电技术的主要应用:通信:十五声音* 声音广播的最早形式是航海无线电报它采用开关控制连续波的发射与否,由 此在接收机产生断续的声音信号,即摩尔斯电码 调幅广播可以传播音乐和声音调幅广播采用幅度调制技术,即话筒处接受的 音量越大则电台发射的能量也越大 这样的信号容易受到诸如闪电或其他干扰源的干扰 调频广播可以比调幅广播更高的保真度传播音乐和声音对频率调制而言,话 筒处接受的音量越大对应发射信号的频率越高调频广播工作于甚高频段( Very High Frequency, VHF)频段越高,其所拥有的频率带宽也越大,因而可以容纳更多的电台。
同 时,波长越短的无线电波的传播也越接近于光波直线传播的特性 调频广播的边带可以用来传播数字信号如,电台标识、节目名称简介、网址、 股市信息等在有些国家,当被移动至一个新的地区后,调频收音机可以自动根据边带信息 自动寻找原来的频道航海和航空中使用的话音电台应用VHF调幅技术这使得飞机和船舶上可以使 用轻型天线 政府、消防、警察和商业使用的电台通常在专用频段上应用窄带调频技术这 些应用通常使用5KHz的带宽相对于调频广播或电视伴音的16KHz带宽,保真度上不得不 作出牺牲 民用或军用高频话音服务使用短波用于船舶,飞机或孤立地点间的通讯大多 数情况下,都使用单边带技术,这样相对于调幅技术可以节省一半的频带,并更有效地利用 发射功率陆地中继无线电(Terrestial Trunked Radio, TETRA)是一种为军队、警察、 急救等特殊部门设计的数字集群系统 蜂窝或移动是当前最普遍应用的无线通信方式蜂窝覆盖区通常 分为多个小区每个小区由一个基站发射机覆盖理论上,小区的形状为蜂窝状六边形,这 也是蜂窝名称的来源当前广泛使用的移动系统标准包括:GSM, CDMA和TDMA运 营商已经开始提供下一代的3G移动通信服务,其主导标准为UMTS和CDMA2000。
卫星存在两种形式:INMARSAT和铱星系统两种系统都提供全球覆盖服 务INMARSAT使用地球同步卫星,需要定向的高增益天线铱星则是低轨道卫星系统,直 接使用天线电视* 通常的模拟电视信号采用将图像调幅,伴音调频并合成在同一信号中传播 数字电视采用 MPEG-2 图像压缩技术,由此大约仅需模拟电视信号一半的带宽 紧急服务* 无线电紧急定位信标 (emergency position indicating radio beacons, EPIRBs),紧急定位发射机或个人定位信标是用来在紧急情况下对人员或测量通过卫星进 行定位的小型无线电发射机它的作用是提供给救援人员目标的精确位置,以便提供及时的 救援数据传输*数字微波传输设备、卫星等通常采用正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modula ti on, QAM)QAM调制方式同时利用信号的幅度和相位加载信息这样,可以在同 样的带宽上传递更大的数据量 IEEE 802.11 是当前无线局域网(Wireless Local Area Network, WLAN)的 标准它采用2GHz或5GHz频段,数据传输速率为11 Mbps或54 Mbps。
蓝牙(Blue tee th)是一种短距离无线通讯的技术辨识 *利用主动及被动无线电装置可以辨识以及表明物体身份参见射频识别)其它 *业余无线电是无线电爱好者参与的无线电台通讯业余无线电台可以使用整个 频谱上很多开放的频带爱好者使用不同形式的编码方式和技术有些后来商用的技术,比 如调频,单边带调幅,数字分组无线电和卫星信号转发器,都是由业余爱好者首先应用的导航*所有的卫星导航系统都使用装备了精确时钟的卫星导航卫星播发其位置和定 时信息接收机同时接受多颗导航卫星的信号接收机通过测量电波的传播时间得出它到各 个卫星的距离,然后计算得出其精确位置 Loran系统也使用无线电波的传播时间进行定位,不过其发射台都位于陆地上VOR 系统通常用于飞行定位它使用两台发射机,一台指向性发射机始终发射 并象灯塔的射灯一样按照固定的速率旋转当指向型发射机朝向北方时,另一全向发射机会 发射脉冲飞机可以接收两个VOR台的信号,从而通过推算两个波束的交点确定其位置无线电定向是无线电导航的最早形式无线电定向使用可移动的环形天线来寻 找电台的方向雷达 *雷达通过测量反射无线电波的延迟来推算目标的距离并通过反射波的极化和 频率感应目标的表面类型。
导航雷达使用超短波扫描目标区域一般扫描频率为每分钟两到四次,通过反 射波确定地形这种技术通常应用在商船和长距离商用飞机上多用途雷达通常使用导航雷达的频段不过,其所发射的脉冲经过调制和极化 以便确定反射体的表面类型优亮的多用途雷达可以辨别暴雨、陆地、车辆等等 搜索雷达运用短波脉冲扫描目标区域,通常每分钟2-4 次有些搜索雷达应 用多普勒效应可以将移动物体同背景中区分开来* 寻的雷达采用于搜索雷达类似的原理,不过对较小的区域进行快速反复扫描 通常可达每秒钟几次 气象雷达与搜索雷达类似,但使用圆极化波以及水滴易于反射的波长风廓线 雷达利用多普勒效应测量风速,多普勒雷达利用多普勒效应检测灾害性天气加热* 微波炉利用高功率的微波对食物加热注:一种通常的误解认为微波炉使用 的频率为水分子的共振频率而实际上使用的频率大概是水分子共振频率的十分之一 动力* 无线电波可以产生微弱的静电力和磁力在微重力条件下,这可以被用来固定 物体的位置 宇航动力: 有方案提出可以使用高强度微波辐射产生的压力作为星际探测器 的动力天文学* 是通过射电天文望远镜接收到的宇宙天体发射的无线电波信号可以研究天体 的物理、化学性质。
这门学科叫射电天文学附录:无线电频率无线电波含有迅速振动的磁场振动的速度就是波的频率,以赫兹**为单位1 赫兹等于每秒振动一下一千赫(kHz)等于1000赫兹不同频率的波段用来发射各种不同的信息无线电频带无线电按波长和频率分长波:中波:波长>1000, 频率 3000KHZ-30 KHz波长 100M-1000M,频率 300 KHz- 3000 KHz短波:波长 100M-10M, 频率 3MHz〜30MHz超短波:波长1M-10M, 频率30MHz -300MHz,亦称甚高频(VHF)波、米波微波:波长 1M-1MM, 频率 300MHz-300KMHz,无线电按用途分:民用、商用、军用民用:一般指我们听得无线广播,一般没有这样高的波段 商用:机场、通讯运营商使用的无线电; 军用:军事用途一般私人是不允许私自架设电台的,小心被抓。