无线电通信的新发展

1895年，伟大的俄罗斯科学家波波夫发明了无线电。这门新兴的学科，首先应用在通信方面。六十多年来，特别在最近几年，无线电通信得到了极大的发展，从范围而言，已上天入地；应用的波段，从超长波扩展到紫外线光波；通话路数从几十路增加到几百、几千路甚至有可能达到十几万路；采用的技术，从宏观世界深入到微观世界。现在把近代无线电通信发展情况概括成四个方面分述如下。

传送一路电话通信要占4千赫宽的频段，而传送一路电视要占6兆赫宽的频段。如果同时传送几千路电话或几路电视，使用频率就已超出短波范围了。因此，必须扩展通信频段，利用频率高达几万乃至几十万兆赫的超短波。

超短波在传播时差不多是沿直线前进的，而且不能像短波那样可以从地球上空的电离层反射回来。由于超短波的这种传播特点，在弯曲的地球表面上通信距离就受到了很大的限制，在地平线以下的地方很难收到。一般通信距离限制在所谓视距范围内，只有50—60公里。为了实现远距离通信，必须每隔几十公里设一个接力站，把收来的电磁波加以放大，再送给下一个站，依次相传，这就是目前所广泛采用的无线电多路接力通信。

很明显，这种接力通信方式在一条线路上要设很多的接力站，需要大量设备，很不经济。能不能减少接力站，也就是增加接力站间的距离？这个问题促使科学家们进一步研究新的通信方式，如散射通信、流星余迹通信、波导通信等等。

超短波散射通信

上面已谈到，超短波不能从电离层反射回到地球上，又不能沿地球表面的弯曲路径传播，那么，照理在直线距离以外就不可能收到超短波信号了。但是，实际上有时在直线距离以外很远的地方还能收到电视信号，这个现象又怎样解释呢？原来，离地面10公里左右有一个大气对流层，它经常有小规模的骚乱，使大气的温度、压力、湿度等不均匀，各点的电介质常数不均匀，因此电磁波射上去时，被照射的地方好像是一面表面粗糙的镜子，把射来的电磁波四处反射。也好像那里有很多方向很乱的小天线，形成了一个副辐射源。这种现象，就叫做对流层散射。这样，离发射地点很远的地方也能收到超短波信号了。不过，因为发射到接收地点的电磁波，仅仅是射上去的极微小的一部分，所以要想收到足够强的信号，必须加强发射功率。实际上，利用对流层发射的通信系统，发射机功率高达50千瓦，并且要用大直径的抛物面天线。接收方面采用分集式接收法。通信距离，如果通一路电视，可达到600公里。这不算极限，还有可能增加到1500公里左右。波长用在10厘米到10米之间。

除对流层外，电离层由于电离子密度的不均匀性，也能产生散射现象。利用这种现象的通信叫做电离层散射通信。因为电离层比对流层高得多，所以通信距离更远，现在实验的结果是2000公里。但是这种通信的路数较少，只有2—3路。

散射通信已实际应用。有一条散射通信电路长达一万多公里，中间只设有6个接力站。不过，有关散射通信的理论和实际应用中的很多问题，还没有解决好。

米波流星余迹通信

利用散射的电磁波作通信，发射功率必须大。有没有能够反射超短波段电磁波的东西可以利用以降低发射功率呢？结果找到了流星。

流星每昼夜进入大气层的数目很多，有10\(^{1}\)0个之多，如果都能落在地面上，平均每平方公里差不多就有200个。这些流星与大气摩擦时，产生高热，使周围的分于离子化，形成一条离子带，长达几公里。这种离子带每米内自由电子的数量约自1010至10\(^{16}\)超短波射到离子带时，能够被反射回来。因此，利用流星的余迹可以实现反射通信。不过流星不是经常有的，没有流星或离子化程度不足时怎么办呢？现在解决的办法是采用一种存储器，它把电报或电话等信号存储起来，等到有流星而且电离强度足够大时，再自动快速发出。

根据实验，利用流星余迹通信，用6—10米的波段，不复杂的天线，几百瓦的发射功率，可通1千多公里。但是，对这种通信方式，还研究得很不够，例如它与其它通信方式比较，优缺点如何？能通多少路电话？尚未得出结论。

以上所谈的几种通信方式所用的波长都不能太短。太短，例如在3厘米时，大气的吸收作用就很严重，损失太大。波长不能太短，可以利用的波段就不能太宽，通信路数就不能太多。此外，这些通信方式多少都要受到天时的影响，有衰落，保密性也不强。有没有其它通信方法可以克服这些缺点呢？

能够满足这些要求的一种方法是波导通信。它利用空心的圆金属管——圆波导来传输电磁波，采用毫米波段（1毫米到10毫米），有可能通十几万路电话或者200个彩色电视节目。关于这方面的问题，已有所介绍（见1961年第1期），这里就不再谈了。

人类征服宇宙的时代已经到来，这不能不对无线电通信提出新的课题。宇宙飞船之间、飞船与地面之间的通信怎样实现？地球卫星能否帮助地面之间的通信？这些问题使人们发生了极大的兴趣。

目前应用在宇宙航行里的无线电通信系统有二：一为无线电遥控遥测所用的通信系就，一为无线电传真、电视、电报、电话等等。

遥控遥测用通信系统

为了修正飞船的航行参数，地面控制中心要发布命令。命令的种类繁多，达十几种。在飞船上所要测量的数据也很多，有几十种。传送这些命令和数据，就需要无线电多路通信系统。实现多路通信的方法与一般所用的相同，通常采用频率划分法和时间划分法。

频率划分法是把各种数据或者各种命令转换成不同频带的电信号，彼此各占一个频带，互不干扰。在接收方面利用滤波器把这些频带分开，得出各路的电信号，再转换成各种命令或数据。

时间划分法的原理是这样的。实际上，每一路通信占用的时间并不一定要连续。理论研究证明，可以用分隔的脉冲来发送各种消息，脉冲间的间隔时间取到135微秒，消息并不会失真。例如我们在说话时，中间如有135微秒的停顿，谁也觉察不出来。每个分隔的脉冲的持续时间不到1微秒，所以在这135微秒的间隔内可以容纳很多个脉冲。如果充分利用这段间隔，用电子开关依次把各路接入公共的发送和接收设备，电子开关每换接一次，每路就依次发一个脉冲，这样在每一个135微秒内，都能发送一个脉冲，就实现了多路通信。很明显，时间划分法的通信路数受每个脉冲的持续时间和135微秒的限制。目前时间划分法已能通60路。这种方法适合传送慢变化数据，如温度、压力等等。

无线电传真、电视、电报和电话

在人造地球卫星上与地面的通信，由于距离近，方法和设备基本上与地面上的相同。不过问题多，要求严。首先，收发信设备必须体积小，重量轻；其次必须可靠、稳定、使用寿命长；再次，能量消耗要小。

与月球通信就不简单了。因为距离远，信号弱，信号与干扰噪音相差不多，必须应用通信论（信息论）中所提出的各种抗干扰方法。例如，苏联传送月球背面的照片花了十多秒钟，约等于拍摄时间的一百倍。这种方法就是通信论中所谓的延长传输时间法，可以使信号强度大为增加，不用很大的发射功率就能够接收。与金星、火星通信，问题更多。除了必须采用各种抗干扰方法以外，还必须加大发射功率，加大天线面积，提高接收机的灵敏度。为了提高接收机的灵敏度，采用了低噪音的放大器，如参量放大器、量子放大器等等。如果距离更远，还需要在空中设立接力站。

利用地球卫星的洲际通信

利用地球卫星作远距离通信有两个设想。一个设想为无源式，是把卫星作为电磁波的反射体，如图1所示。在这图上，卫星相对于地球而言是静止的，也就是说卫星绕地球一周的时间恰好与地球自转一周的时间相同。这种卫星的高度在36000公里左右，轨道是圆的。无源式所用的卫星体积要很大，才能有效地反射，并且发射功率也必须大，接收机灵敏度也必须高。

第二个设想为有源式。卫星上装有接力用的收发信设备，把地球上送来的信号放大后再发回地面，如图2所示。如果把三个卫星放在一定的椭圆轨道上，可以使全地球都收到信号。用有源式的接力方法，发送功率可以小得多，天线也可以小。

月亮是一个天然的无线电通信接力站。在地面上两处能同时见到月亮时就可用月亮进行反射通信。无源式月球反射通信可能通电报和电话，通电视还有困难。

为了扩展可用波段，人们已开始探索利用红外线、可见光、紫外线甚至γ射线作通信。利用这些光线作宇宙通信也很有利，因为波长短，天线的增益较强，用不大的功率，可以传输较长的距离。

红外线波长短于1毫米，可见光在5×10（-4）毫米附近，紫外线更短。在军事上已经应用红外线作光学通信，可是只能通一路电报，效率不高。用紫外线作脉冲光学通信也在研究中，有人认为它可以与有线通信相竞争。

最近有人把电视摄象机的输出去调制红外线，红外线的振荡功率为1瓦，红外线束直径为O．25毫米，估计可以在2200万公里内可靠地进行频带宽度为10千赫的通信。如果距离缩短到几十万公里，可能传送一路电视。

地下无线电通信就是把发射台和接收合安装在地下几十米的深处。这种通信的优点是设备安全可靠，不受飓风、炮火、核爆炸的影响。

地下通信的特点首先在于采用超长波（波长为几十公里）。这是因为地球是导体，电磁波在里面传播的损失较大，波长长一些，传播损失可以小一些，但可用频率范围很窄。

电磁波在地下的传播是相当复杂的。从天线发出的电波，一部分直接从地下传播，叫做直接波。还有一部分，射到地球表面，因为介质参数的变化，产生散射，成为散射波。散射波又叫副波，将沿地球表面传播，受到的消耗比较小，远距离通信依靠副波，见图3。

地下通信的天线也是一个大问题。波长长，天线也要长，并且不能与地球接触。现在试用的方法是把天线放在充满室气的腔洞里，与地球绝缘。

实验报导，天线埋在地下90米深处，在十多公里外接收，实际情况与理论计算相符。

水下通信与地下通信情况相似。目前已建有功率为1000千瓦的超长波发射站，可以传达命令给潜水艇。(叶培大)