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可见光是电磁波吗

归档日期:10-26       文本归类:导航台      文章编辑:爱尚语录

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  可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分,可见光谱没有精确的范围;一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长在400~760nm之间,但还有一些人能够感知到波长大约在380~780nm之间的电磁波。

  正常视力的人眼对波长约为555nm的电磁波最为敏感,这种电磁波处于光学频谱的绿光区域。人眼可以看见的光的范围受大气层影响。

  卫星观测仪器在可见光波段感应地面和云面对太阳光的反射,并把它显示成一张平面图象,即为可见光云图。图像的黑白程度是表示地面和云面的反照率大小,白色表示反照率大,黑色表示反照率小。一般说来,云愈厚,其亮度较亮。

  如果太阳光的照明条件一样,对同样厚的云来说,水滴云比冰晶云要亮。如大厚块的云,尤其是积雨云,为浓白色;中等厚度的云(卷层云、高层云、雾、层云、积云等)为白色;大陆上薄而小块的云区(如晴天积云)为灰白色等。

  可见光是电磁波的一种。电磁波还包括伽马射线 X射线 紫外线 红外线 微波 无线电波 及更低频的波。

  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。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。因为电磁波是按照其频段的特点传播的,此外再无什么规律来约束它。因此,如果两个电台用相同的频率(F)或极其相近的频率工作于同一地区(S)、同一时段(T),就必然会造成干扰。因为现代无线电频率可供使用的范围是有限的,不能无秩序地随意占用,而需要仔细地计划加以利用。所以在国外,不少人将频谱看作大自然中的一项资源,提出频谱的利用问题。

  所谓频谱利用问题包含两方面的问题。即:(1)频谱的分配。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;(2)频谱的节约。

  从频谱利用的观点来看,由于总的频谱范围是有限的,每个电台所占的频谱应力求减少,以便容纳更多的电台和减少干扰。这就要求尽量压缩每个电台的带宽,减小信道间的间隔并减小杂散发射。

  因为电磁波是在全球传播的,所以需要有国际的协议来解决。不可能由某一个国家单独确定。因此,要有专门的国际会议来讨论确定这些划分和提出建议或规定。同时,出于科学的不断发展,这些划分也是不断地改变的。在历史上,关于频谱分配的会议已有多次,如:1906年柏林,1912年伦敦,1927年华盛顿,1932年马德里,1938年开罗,1947年大西洋城和1959年日内瓦会议。

  1959年日内瓦会议制定的将世界划分为三个频率分区示意图。1区为欧洲和非洲;2区为北美洲和南美洲;3区为亚洲和澳洲。

  现在进行频率分配工作的世界组织是国际电信联盟(ITU)。其下设有:国际无线电咨询委员会(CCIR),以研究有关的各种技术问题并提出建议;国际频率登记局(IFRB),负责国际上使用频率的登记管理工作。

  考虑频率的分配和使用主要根据以下各点:(1)各个波段电磁波的传播特性。(2)各种业务的特性及共用要求。其它还要考虑历史的条件,技术的发展等等。

  (3)广播业务:包括电声广播和电视广播。电声广播的频带宽为10千赫,电视的频带宽为8兆赫(某些国家为6兆赫)。

  (4)移动通信业务:在移动电台(车载、舰载、机载等等)与陆上电台之间或移动电台之间的无线)航空移动通信业务:在航空台站与飞机电台之间的通信,或飞机之间的通信。

  (6)航海移动通信业务:在岸-船之间,或船舶之间的无线)陆上移动通信业务:在陆上移动台与基台之间或陆上移动台之间的无线)无线电导航业务:无线电导航(包括海上和空中导航)、测向等业务。它要求稳定地、不间断地工作,并且不允许存在盲区(静区)。

  (10)空间通信业务:在地面站与空间站(卫星或宇宙飞船)之间或在空间站之间的通信。

  (11)无线电天文学业务:就是供无线电天文学用的一种业务。无线电天文学主要是观察星体辐射来的电磁波,例如观察单原子氢的辐射(1420.405MHz)等等。

  (13)业余无线电业务:在国外,有业余无线电爱好者进行无线电通信或研究。这些在国际上是被认可的,并指定适当的频率。

  (16)工、科、医用频率:在工业上、科学或医疗上往往需要用高频率的电流。由于它们的功率往往很大,为了防止它们对通信的干扰,现在也划出一定的频率给它们使用。

  上述的第(11)、(12)、(14)、(15)项业务是公认不应该被干扰的。因此,分配给这些业务使用的频率,其它业务不应该使用,或只在不干扰的条件下才能使用。

  无线电频率通常按频率高低(即波长的长短)来划分波段。波段的划分标准不完全统一,有几种稍有不同的划分方法。波段的划分通常如表1所示。

  此外,在微波频段还流行着一种基于波长划分频段的方法,如表2所示。这种划分最早是基于军用雷达工作频率(波长)保密的需要而制定的,人们只论及某雷达的工作频率所处的工作频段,而不特指其具体的工作频率。其后又将微波元器件的工作频率范围与这种划分进行了某种形式的挂钩。表3给出了微波频段新旧名称对照表。

  该波段可以用天波和地波传播,而主要以地波传播方式为主。因地波传播频率愈高,大地的吸收愈大,故在无线电的早期是向低频率的方向发展。天波是*电磁波在地面和电离层之间来回反射而传播的。

  该波段的特点是:(1)传播距离长,在海水上应用数千瓦的功率可以实现3000公里的通信。所以目前还有很多海岸电台使用长波通信(30~200千赫)。用10~30千赫可以实现特远距离的通信。(2)电离层扰动的影响小。长波传播稳定,基本没有衰落现象。(3)波长愈长,大地或海水的吸收愈小,因此适宜于水下和地下通信。

  但是它的缺点也是明显的:(1)容量小。长波整个频带宽度只有200千赫,因此容量有限,不能容纳多个电台在同一地区工作。(2)大气噪声干扰大。因为频率愈低大气噪声干扰愈大(大气干扰也和地理位置有关,愈近赤道、干扰愈大)。(3)需要大的天线。

  该波段频率的分配情况。根据国际规定,10~200千赫主要用于无线电导航(航空和航海)、定点通信、海上移动通信和广播。

  被指定的导航用频率为10~14千赫以及70~130千赫。这是作为远距离导航用的,主要是因为长波传播远,且无盲区。在导航系统中,盲区是不允许的。在70~130千赫工作的有劳兰—C系统和台卡(Decca)系统。

  海上移动通信主要用于岸-船通信。由于长波的可*性高,因此,当容量不是主要的,而要求高可*性的远距离通信时,就要用这个频段,并且特别适宜在极区的岸-船通信。船- 岸通信通常不用此频段,因船上位置有限,不能得到高的天线效率。

  几乎整个波段部分都分配作定点通信用,这在目前是作为短波通信的备份使用的,以便在电离层受到干扰时使用。目前看来这种需要性已逐渐减小,除了少数地区外,大多数地区已不用,最后这种用途将被放弃。

  在欧洲和非洲,还用150~200千赫作为广播用频段。这种长波广播电台的特点是,不论白天黑夜都有相当大的稳定的服务区域。

  军事上,长波是有用的,主要是地下(坑道)通信可以考虑用这个频段。这一波段的主要缺点是容量小,天线的尺寸大。因此,地下通信现在仍多数采用短波。

  该频段主要是中波。在中波,电磁波主要的传播方式是地波传播。在这一频段的低端比高端传播得更好。出于频率增高,地面的情况差别已不太显著。在白天,天波基本上为电离层(D层)所吸收,所以不能*天波传播。但到夜间,由于D层消失,由E层反射,天波传播可以达到相当大的距离,但它也是干扰那些用地波传播业务的一个干扰源。

  该频段的特点:主要*地波传播,中等传播距离(数十到数百公里),信号稳定。

  该频段主要用于广播、无线电导航、海上移动通信、地对空通信。由于中波传播的特点,特别适宜于地区性的广播业务。535 ~ 1605千赫是国际规定的广播段。

  在该频段中,200 ~ 415千赫为短距离用的无线千赫为航海导航用,其余均为航空导航用。另外,有1800~2000千赫作为罗兰A系统用。

  该频段的海上移动通信,是在无线电发展的早期就安排了的,即415~525千赫,其中500千赫固定为海上遇难呼救频率,其它任何业务不得使用。为了可用较小的天线设备,海上小艇用此频段的高端,即1800~2000千赫。

  最早的航空移动通信,即地对飞机的通信,就是使用2850~3025千赫。现在许多国家都已将它移到甚高频(米波)频段中去了。但这一个频段仍是需要的,特别是当通信路径包含大量水面时。

  由于历史的原因,该频段的电台显得过于拥挤,所以应该把一些业务转移到其它更合适的频率去。例如,航空和航海的移动通信就应该移出去,而更合理地更新分配该段频率。

  该频段为短波波段。短波电离层通信简单,易于实现,成本低,可用小功率和小得多的天线实现远距离通信,这是其优点。

  但是短波也有严重的缺点,即通信不稳定。要维持全日通信必须更换数个频率。由于电离层的11年周期的影响,当太阳活动性大的时候,可以用到3~30兆赫,而当太阳活动性最小的时候只有3~15兆赫能够应用。所以短波通信必须具有全波段的频率才能适应。

  同时,短波还有严重的衰落,必须采用分集接收才能得到较稳定的通信。通常采用频率分集,这就是说需要占用两个频率,这对本来已经拥挤的短波波段是一个困难的问题。

  短波通信时,使用某一频率,利用天波只能到达某一距离以外(因为如果距离再近,必须提高仰角,这时电磁波将穿过电离层而不反射回来),而地波传播又只能到达较近的距离。所以,在这两个距离之间,既收不到地波也收不到天波,称为盲区或静区(图1)。这是短波波段所特有的。因此短波波段不能用于导航。

  在短波波段,利用地波传播通信是很少的,因为短波波段的地波传播极近,稍远一点衰减就极大。因此,除军用战术小型电台还采用短波地波通信外,其它地方是很少采用的。

  由于历史的原因,短波存在的问题是波段太拥挤。同时由于短波传播远,它又容易产生互相干扰,因此,频谱利用是一个问题。当前解决的办法是:(1)采用单边带,把现有的短波电台都改为单边带。CCIR已建议在1973年以前把全部移动电台都改为单边带.而固定电台超过100瓦的则在1967年以前己全部改为单边带。(2)把不是必需在本波段的定点通信业务都移出这个波段。短程广播不允许再在这个波段开设。

  短波主要用于定点通信、航海和航空移动通信、广播、热带广播及业余无线. 定点通信

  分配于这个波段的比较多,共有25段,分布于整个波段之内,这里就不一一列举。由于这一波段电台太挤,互相干扰,因此已采取措施。例如将100瓦以上的电台均改为单边带制,或改为独立边带制。并建议将一部分高频固定通信业务改用100兆赫以上的多路系统或改用电缆通信。

  航海用的移动通信用于船岸之间,范围从4063千赫至27.50兆赫,共分十段。主要用于远距通信。航空用的远程通信使用高频频率,因为在飞机上远程通信必须*电离层反射,用超短波不能达到这么远。用较低的频率,则飞机上不允许装大体积的天线,所以一般用短波波段(分为航线业务和非航线兆赫。为了不致干扰其它业务,经过国际协议,大都限制在一个范围不大的窄频带内。这种业务使用的电台要求在1973年全部改为单边带。

  短波波段是远程广播的唯一合适的波段。国际协议划给短波广播的共七段,即5.95~ 6.2兆赫,9.5~9.77兆赫,11.7~11.975兆赫,15.1~15.45兆赫,17.7~17.9兆赫,21.45~21.75兆赫,25.6~26.1兆赫。另有7.1~7.3兆赫是供东半球国家使用的。这一频段特别拥挤,根据1963年统计,在这些频段内共有130个国家和地区的2000部短波广播发射机。其中55%是对国外广播的,现在就更拥挤了。

  在热带地区,大气干扰相对很大,中波广播的干扰噪声水平很高,所以本地广播也用短波波段(5兆赫以下)。有三个波段分配给它们,即3.2~3.4兆赫,3.9~4.0兆赫,4.75~5.06兆赫。为了保证它们的地区性而不干扰其它通信,这些电台的最大辐射方向必须是向上的。

  这一部分只占短波频谱的极小部分。它通常作为近距通信,现在建议将此部分业务移到甚高频或特高频(米波及分米波)波段中去。

  业余无线电业务在国外是特有的,所以国际上也划分一部分频带供业余无线电爱好者使用。这部分电台也被建议向超高频波段移动。

  在这个频段为工、科、医业务划出两个频率来,13.56兆赫和27.12兆赫(两者是谐波关系),并被严格限制在这两个频率上。

  其次,在这个频段还有标准频率业务。其频率为5兆赫、10兆赫、15兆赫、20兆赫和25兆赫。

  这一波段是甚高频(米波)和特高频(分米波)的一部分。这一波段是一个“中间”波段。它基本上不能被电离层反射,但在米波波段的低端还可以被反射(在太阳活动性高的年份以及E1层),一般在60兆赫以下。这往往也是构成干扰的一个原因。

  地波传播的距离更短,但是军用战术电台还有用地波作短距离通信的。主要是用这个波段的低端。

  在该频段起主要作用的传播方式是视距内的空间波传播,以及对流层散射和电离层散射。

  和高频波段相比,该频段的优点是,对于低容量系统可以用小尺寸天线。明显地,这种特点特别适宜于移动通信。在无线电中继系统中,采用较高一些频率,虽然传播损耗增加,但是高的天线增益可以补偿这部分损耗。因此,采用这个频段的高频端是合适的,而且容量也可增大,可以通过更多的路数。

  对流层散射在某些场合代替了无线电接力系统,因为它可以不用中继站,一跳数百公里,同时还可具有大容量(多路传输),而这在低频率是不可能的。

  该频段频率的分配情况。主要分配在广播、陆上移动通信、航空移动通信、海上移动通信、定点通信、空间通信、雷达等。

  调频广播分配在88~108兆赫,而电视广播则分配在41~100兆赫,170~216兆赫,470~960兆赫(各个国家有所不同)。

  陆上移动通信主要是车辆电台或背负电台使用,其主要频段在500兆赫以下。在较低频率端,由于大气噪声干扰较大,故不宜在城市中应用(因城市人为噪声电平也高)。城市中宜用在450兆赫左右。

  空对地通信使用118~139兆赫。它们为近距移动通信,以视距方式进行。当飞行高度为1500米时,视距约为130公里。当高度为12000米时,约为320公里。这种通信大都采用预调波道方式接通无线电话。

  海上移动通信主要用于港内水路上、海港范围内或公海上船舶之间(短距)通信。其中156.8兆赫为国际规定的甚高频段呼救频率。

  几乎在30~1000兆赫的整个范围内都有。其工作方式有视距、对流层散射和电离层散射多种。但是从目前看,工作在这个频率范围内的电台增加不快。原因是,如果工作在大于1000兆赫的频率,其天线增益大大提高,而且大容量,容易多路化,对干扰的控制也容易些。所以频率采用在1干兆赫以上的电台更多一些。

  电离层散射则工作在30~60兆赫的范围,最小的通信距离为1200公里。它要求高功率和大天线,这是其缺点,但它能比高频的天波传播提供更可*的通信。

  对流层散射则用米波和分米波进行超视距的远距离通信,它比短波信道优越,它可以一跳远达800公里(此时几个话路),或在较近的距离上传送120线.空间通信

  108~118兆赫分配给盲目着陆系统。75兆赫为航空机场信标用。420~460兆赫为无线.无线电天文学用

  只指定了几个窄波段供无线兆赫等。其它还有雷达(指定在216~225、400~450、890~942兆赫)、业余无线电,及标准频率和授时信号业务。工、科、医用频率则指定为40.68兆赫。

  该频段属于分米波到厘米波的波段(30厘米至3厘米)。在1959年日内瓦举行的无线电会议上,已经将此波段分配给定点及移动通信、导航、雷达、气象、无线电天文学、空间通信、业余无线电和工、科、医使用。

  该频段的传播特点是视距传播,大气噪声低,但在某些频率区域(3厘米波长),大气(水汽)吸收比较大。另外,该频段也用散射方式传播。由于该频段尚不太拥挤,因此,目前的分配问题不大。

  该频段频率的分配情况。定点通信和移动通信业务在该频段范围,主要是无线电微波接力系统,多以极大容量进行。另外,由于对流层散射通信的发展,也有很多固定通信站使用对流层散射。

  移动通信在该频段以车辆电台形式出现的比较少,多数是属于临时性的定点通信(即属于可运式设备),运动中通信则极少使用这个波段。

  在该频段中,由于没有大气噪声的干扰,同时波长短的天线的波束容易做得很窄,所以无线电导航和雷达特别合适。在l000~10000兆赫的范围内,有18%分配给导航用,而有30%分配给雷达和定位。事实上,在该频段的导航,基本上也是采用雷达技术。

  该频段是空间通信的最重要的波段,这是因为这个频段频带宽,可以容纳大量的信道。同时,目前无线电技术的发展和电磁波传播的情况都适于这个波段。在3400~8500兆赫范围内,共分配200兆赫供通信卫星使用,它和小功率移动通信共用。

  2.无线兆赫。这分别是对原子氢和氢氧根(OH)离子的辐射观察的频段。另外分配了2690~2700及4990~5000兆赫,供观察连续频谱的辐射之用。

  该频段基本上是毫米波波段。目前只分配到40千兆赫(8毫米波长),再高尚未作分配。

  10~30千兆赫的传播情况基本上是光的传播特性,但它的传播损耗在高频段的高端比低端的损耗要大,并受雨的影响较大。不过高的天线增益可以补偿这部分损耗。目前这部分的低端比较适合无线电中继(接力)通信、空间通信、雷达、导航、无线千兆赫(这是光波的下限),除了激光以外,还未能很好的加以利用。有待于以后的研究和发展。

  频率的分配主要是根据电磁波传播的特性(即各种信道的特性)和各种设备通信业务的要求而确定的,但是也要考虑一些其它因素。例如,历史的发展,国际的协定,各国的具体政策,目前使用的状况和干扰的避免等。因此,国际的频率分配虽然是确定了,但各国还可以在此基础上根据自已国家的具体情况和政策,给以具体的分配。

  军事上频率的划分,一般的原则是相同的。但是由于军用的范围广,要求高,所以主要是根据通信手段的要求和信道传输特性来决定,而不完全受国际频率分配的限制。但是有些频率,如呼救等等,是不应占用和干扰的。另外,由于民用已经使用了这些频率,因此,在选定频率时,也要考虑这些频率的干扰。

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