常有人问:为什么冬天收听广播比夏天来得清楚?为什么夏天闪电的同时,收音机里发出喀喇喀喇的杂声,妨碍收听?这类问题应该怎样回答呢?
这种妨碍收听广播或通信的杂声,叫做“天电杂声”。天电杂声与所需要的无线电波同时传进收音机,天电杂声强度够大时,就妨碍收听。夏天,天电杂声比冬天来得大,特别是本地发生雷雨的时候,天电杂声最强。
一、天电杂声的来源
天电杂声来自雷电——包括本地的和远地的。雷电不只发出响声、闪光,而且还发出无线电波。无线电发明家波波夫最早发现雷电产生无线电波。他制造的世界上第一架无线电接收机就是用来接由雷电产生的无线电波的,叫雷电纪录器。他又依据雷电产生无线电波的原理,制成了火花式发射机。
雷雨发生时,带有相反电荷的云和云之间,或云和地之间构成了功率巨大的“火花式发射机”,每当一次闪电,就发出很强的电波。这电波具有脉冲性质,振幅很大,但脉冲的时间最多不过千分之几秒。
二、天电杂声的特点
雷电产生的电波脉冲具有很宽的频带,从长波段直到超短波段都可以收到。然而它的强度与频率成反比例,随着频率增高,强度逐渐减小。所以在本地打雷时,收听中波广播干扰很强,但收短波段时,干扰就轻得多。超短波段天电杂声干扰更轻。
无线电波的强度还与传播距离成反比例。离开发生雷电的地方愈远,天电杂声强度愈小。在中波波段,白天无线电波靠地面波沿着地球表面传播(向天空发射的电波被电离层吸收)衰减很快,因此白天雷电对中波广播所起的干扰范围大概不超过200公里。晚间电离层吸收作用减弱,中波可以被反射到远处,雷电对中波广播的干扰范围就大大扩大。
在短波段,因短波不论日夜都可以被电离层反射,所以不论日夜,雷电的干扰范围都很大。
在长波段,日夜电波传播情形差不多,雷电干扰范围都很大。
天电杂声不仅来自本地雷电,而且还来自远方的雷电。以地球之大,同时发生雷电的地方很多,估计地球上同时有1800处打雷,每秒钟有10O个闪电,这些闪电产生的干扰电波从远处传来,就构成了连续不断的天电杂声。这就是本地并未打雷,也有天电杂声的原因。因为它是连续传来的,所以听起来辨别不出喀喇喀喇的声音,而且一种连续的沙沙声。
地球上发生雷电最多的地区是天电杂声的主要发源地,这些地区杂声最强,叫做“天电杂声中心”。这些地区都在热带,如南洋群岛、非洲中部、中美洲、南美洲北部等。
越离开热带,打雷越少。在极圈内平均每年只有二天打雷。海洋上打雷比陆地少,平原比山地少,内陆比沿海少。
我国的天电杂声除本地雷电外,主要来自最近的天电杂声中心,即南洋群岛。南方既多打雷,又与天电杂声中心相距不远,天电杂声最强。西北地区既少打雷,又距天电杂声中心远,天电杂声就轻。
夏季打雷最多,春秋两季次之,冬季最少。因此,夏季天电杂声最强,春秋季次之,冬季最轻。夜间冬季杂声强度在中波段约为夏季的十分之一。在一天中雷电发生在下午和晚间最多,早晨最少。
图1为我国中部地区夏季平均天电杂声强度曲线。

曲线Ⅰ表示强度与频率成反比,并且在短波波段减弱得特别快。
由曲线Ⅱ可见2兆周附近强度很低,以后又随着频率增高而上升,然后又下降。2兆周附近杂声强度低是因为白天电离层对这一段电波吸收作用最大的缘故。本地打雷时,天电杂声要比平常大好几倍。
当频率高于30兆周,也就是在超短波段,只有当本地打雷时才引起天电杂声干扰。
三、克服或减轻天电杂声干扰的方法
1.提高广播或通信电波的强度
最通常的方法是使无线电广播或电报、电话的信号强度(在接收地点)高过于杂声强度相当数值。两者之间的比值叫做“信号杂声比”。这原理等于在人声嘈杂的地方,两人说话要高声一样。
要使无线电广播节目的质量良好,信号杂声比,应不低于100倍(即40分贝),至少限度也须不低于30倍。
由图1可知,在我国中部,夏季晚间中波广播波段的天电杂声强度约为15每公尺微伏左右,为了达到信号要声比100倍,需要的中波广播电波强度就不应低于1500每公尺微伏。在南方,应不低于2500每公尺微伏。为了产生这样高的晚间天空波电场强度,省的中波广播电台的有效发射电力应达到100至150千瓦。
白天,天电杂声很低,中波广播电台的服务面积主要取决于收音机的灵敏度。为了达到一般收音机良好收听的标准,地面波电场强度应不低于200每公尺微伏。150千瓦中波发射台的服务范围约为300至400公里。
无线电话所需的信号杂声比约为30倍,比广播为低,又由于短波波段的天电杂声较轻,且往往使用定向发射天线,需要的发射机电力远比广播为小。用定向天线,用于国内通话的短波发射机电力最多不过5千瓦。
无线电报所需的信号杂声比更低,只要几倍。
2.使用定向接收天线
当所需要的无线电波与天电杂声来自不同的方向时(最好是相反的方向),可以用定向接收天线来显著地克服或减轻天电杂声干扰。定向接收天线有两个功用:提高接收机接收到的无线电信号的强度;降低同时接收到的杂声强度。但是,当所需无线电波与杂声来自同一方向,这样做是无效的。

常用的短波定向接收天线有鱼骨天线、菱形天线两种。
接收中波和长波广播常用行波天线。这种天线构造简单,由一根单铜线构成,用绝缘子架在木杆上,伸向广播电波到来的方向。长度至少相当于所接收电波的波长数。天线愈长,定向作用愈显著。天线终端串接上一个500欧电阻后接地。天线始端接在收音机的天线接头上,收音机的地线接头则接地。如果县广播站有条件,可以采用这种天线。

普通的Г形接收天线也有一些定向作用。它的方向是在靠垂直线的方向上,水平线愈长,定向作用愈显著。例如,当广播电台位于北方,天线的水平线应南北向,垂直线应在北边。
3.缩窄接收机的频带宽度
天电杂声强度与接收机频带宽度的平方根成正比例。缩窄接收机的频带宽度,也就是提高其选择性,可以减轻杂声。
接收无线电话,当可听频带宽度有3千周,仍可保证通话。把接收机的频带宽度缩到3千周,比6千周时降低天电杂声强度30%。
然而,缩窄频带是有一定限度的,尤其缩窄频带会影响收听广播的音质,因高频部分被削掉,声音发闷。
高级接收机中设有调节频带宽度的装置。
上述三种方法,也可以用来克服或减轻各种电器发生的工业干扰。
4.用杂声限制线路来减轻本地雷电干扰
本地雷电产生的杂声电波具有脉冲性质,时间很短,振幅很大。故可以用在脉冲干扰到来的时候暂时停止接收机工作的办法来减轻干扰影响。接收机瞬时停止工作,人耳是不能分辨出的。
下面介绍一种比较简单的杂声限制线路。有一支二极管接在低放部分的电压放大级后面。当杂声脉冲到来的瞬间,二极管成为短路状态,使得后一级低放管暂时停止工作。二极管阴极上有正电压,使杂声限制作用只在脉冲杂声高于所需信号时发生。

这种方法对于脉冲性质的工业干扰也都是有效的,但对于连续性质的干扰,如远地传来的天电杂声则是无效的。
5.使用天电杂声较轻的波段
在热带地区,长、中波段天电杂声太大,不能用来广播,所以有些国家采用杂声较轻的中短波段来广播,印度尼西亚就是这样。
在超短波波段中,天电杂声只限于本地打雷产生的,而且强度也低,所以超短波广播受到的干扰要比长、中波大为减轻。而且,在超短波波段中有条件使用频率调制,良好收听调频广播所需的信号杂声比只要10倍。
超短波调频广播还有其他显著的优点,如不受别的电台干扰,音质好等,因此近年来发展很快。(张思)