发展微波通信是我们努力的一个方向

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向科学进军,在十二年内使我国各个学术研究机构和生产部门达到世界上最高的技术水平,是今后我们总的努力方向。因此在无线电信事业的发展中,已经把建设微波通信提到了日程上。这是一项新的具有广阔发展前途的通信方式,需要高等的制造技术,要求有高等的技术水平使它运转。微波通信能否迅速而广泛的采用。将是我们无线电工作者今后努力的成果如何的重要考验。

我们伟大的盟邦苏联在第六个五年计划中,要建立一万公里长的新型微波通信线路。在这种通信线路上,不仅可以通一般电报和电话,还可以传递广播和电视的节目。在这种通信线路上,不只是能通一路电话或电报,而是同时能通几百甚至几千路电报和电话。微波通信这项新的技术,很多无线电工作者都迫切的需要了解。为了促进这项通信技术的迅速发展,下面先作一个简单的介绍。

微波无线电通信,和一般无线电通信一样,是靠无线电波在空中的传播,信号由一方发出。到对方被收下来。所不同的是电波的波长非常短,所以叫做“微波”。无线电波可以按其波长的长短来分段,目前广播收音机所能接收的波长一般是从200公尺到500公尺,这是“中波”波段;比这种波长再长的是“长波”;比这种波长短的电波从10公尺到100公尺是“短波”;比短波再短的都叫做“超短波”,其中1公尺到10公尺的叫“公尺波”,从10公分到1公尺的叫“公寸波”,从1公分到10公分的叫“公分波”。微波主要是指公分波,一个微波的波长只有人们的手指的长短。

无线电波的波长愈短,便是它振荡的频率愈高。相当于微波的振荡频率要高到3000到30000兆周。这实在是一种高速度的振荡,比起声音的每秒钟不过几十到一万多次的振荡频率来,要快几百万倍!

用微波通信有以下几个特点:

1.方向性大而干扰少 无线电广播电台上讲一句话,四面八方都可以听见,用这种方法通无线电话并不适宜,因为只要通话的对方收听得到就够了。这就要求无线电话的电波走一定的方向。无线电技术告诉我们:波长愈短愈容易得到定向的电波发射。对于微波可以用一种像喇叭筒形状的天线,使电波朝着喇叭口的方向发射出去;或加用一种样子像汽车灯头似的天线反射器,使无线电波像光线一样地焦聚到一个方向上。

我们听无线电收音机时,总难免受到人为的电气干扰或自然界的雷电干扰,收音机里发出杂音。用了微波,就不会受到这种干扰,使通信受到障碍。由于微波的传播有方向性,当许多微波电台同时工作时,它们发出的电波各走各的路线,也不会互相干扰。这是一般短波无线电通信所不能够做到的。微波通信像一个人在广阔的原野上自由自在的走路,不会受到阻碍,普通短波无线电通信好像人们在拥挤的热闹大街上走路,一不小心就和别人碰来碰去,不能畅通。

2.多路通信 无线电通信的特点是需要用频率比“信号”高得多的“载波”来传递信号。例如通一路无线电话的信号的频率便是声音的频率,一般用到3000周;要同时通两路电话,最高的信号频率便要到6000周。如果要同时通几十到几百路电话,路数愈多信号的最高频率就愈高,还用长波或短波来传送便有困难。微波的频率极高,因此可以用来传送多路的信号。要传送电视节目,用微波是很适合的;因为电视里代表人物的信号的频率,最高要到几兆周,甚至比一般无线电波的频率本身还要高。

3.接力传送 普通无线电通信甲地发,乙地收,无论甲、乙两地距离多远都是这样。距离远了就加强发射机的电力并提高接收机的灵敏度来完成通信。但是微波在空中的传播像光线一样(光波实际是波长更微小的电磁波),差不多是走直线的,这正像我们人的视线一样。可是地球是个球形的,在地球上登得高才能望得远;那么,要用微波向很远的地方通信,是否需要把发射微波的天线架在极高的铁塔上或是高山上呢?事实上这是不可能做到的。如想从北京通到上海,要造一个铁塔在塔顶上能望见上海是绝不可能的事。因此,远距离微波通信是靠加“中继站”像接力赛跑的办法来完成的。中继站把接收下来的信号又很快的重新发送出去。无论经过多少中继站,时间上会感到有丝毫的延迟。只要多加中继站,便可以构成全国的微波通信网,便是由北京到广州,或是到乌鲁木齐的通信也不困难。用微波来通信,中继站自然是用两套微波收、发设备(包括电源和天线),把往来的信号向两个相反的方向接转。现在中继站的运用已经达到自动化,不要值机人员,只需要定期进行维护检修;终端站只需要用一套微波收、发设备(包括天线铁塔和电源设备),终端站上还需要有一种把电话、电报、电视信号等合在一起的一种“发送终端设备”,合成信号从这里再送到微波发射机发出去收到对方来的信号,也是合成信号,必须要有另一种“接收终端机”把它们变成为电话、电报、电视等个别信号,分开来送到电报局、电话局或是电视电台去。

上面所谈的是微波通信的几个特点。在微波通信中如果有一个中继站发生故障,全线通信就要停止,这显然是一件很不容易的事。首先是所有设备的设计和制造必须特别良好,必须维护到都能够很可靠的工作,还要有不断的电源供应。尽管这些都能够做到,每一个中继站和终端站的设备中,使用着上千的电子管,总难免有一个电子管寿命终了,使整个通信中断。因此现代微波通信线路的布置一般是两条以上的通信线路并行的。几条并行的线路使用着某共同终端站和中继站的房屋设备,甚至合用天线和铁塔。当其中有一条发生故障时,机器本身可以自动地借用其他无障碍的线路继续传递信号,使通信不至中断。

在微波通信中,每经一次中继站转接,重发出的信号和接收下来到信号要完全一样。否则,接转次数愈多,总失真的程度便愈大,甚至这边说话那边听不懂都可能。就像人们口头传消息,愈传愈讹,最后内容发生很大歪曲一样。在有失真的情况下传递音乐节目或电视节目,所得到的必然是不悦耳的音乐和模糊不清的形像。此外,每次接转也不能增加噪声,否则,噪声也随接转次数而增大,对通信同样会有妨碍。

由于要同时符合有高度的可靠性,不失真和不产生杂音这些要求,所以制造微波通信设备的无线电工业,和维护微波通信设备,都需要达到一定高的技术水平。

苏联在 1932—1934年就开始建立超短波通信线路,那时还只能应用超短波段中较长的公尺波和公寸波;到 1934—1936年间,便在莫斯科的郊区10至15公里的距离间使用60公分的无线电波进行电话通信试验。在大战以前的年代中,基本上还是试验阶段。战后,微波技术得到了迅速发展。现在,在苏联和其他科学技术比较先进的国家,微波通信已经由实验阶段进到实际应用的阶段,成为多路通信和传递电视节目的一种主要方法。微波电路可以跨过江河或湖沼,有它的许多便利和优点。目前保证通信所用的微波发射机发出的电力,只需要几瓦或甚至不到一瓦。从经济观点来看,和电缆通信设备相比较,路数愈多(几百路),微波通信愈经济。全世界实际使用微波通信的线路总长度,现在已经有几万公里,大部分都是最新型的设备。我国城市的人口密度逐渐增加,大城市间需要的电话电路数量已经很庞大,采用微波通信是最经济实用的方法。当我国电视发展以后,要把北京发出的电视节目送到全国各城市,让这些城市的人们欣赏,用微波传送就能达到这个目的。微波中继站电源问题的解决,要靠全国电力输送网的发展,在我国经济建设事业的全面发展中,将逐渐给我们提供更多的有利条件。(南京工学院无线电工程系教授 王端骧)

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图1 🔍原图 (1840×917)