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第24章 微波通信是怎么回事?

随着社会生产和生活的需要,世界上的无线电台越来越多,整个世界的空间充满了各种不同频率的电磁波。

20世纪30年代人们开拓出了超短波,实现了电视广播;20世纪40年代,人们又发现了波长更短的微波并不断地对它进行研究和开发。

微波是电磁波大家族中最小的一个成员。它跑得又快又远,“脾气”与光波差不多。别看她身高(波长通常只有几厘米或几毫米,但其本领比长波、短波要大得多。

微波有着自己独特的传播方式,她既有别于长波,也与短波不同。长波“脚踏实地”,是沿地球表面传播的,因而被称为地波。如果要在地面上赛跑,她跑的距离最远,可以得冠军;如果要跨越地面的障碍物,她只要迈开“长腿”,就能轻而易举地翻过高山峻岭,而其他姐妹就只好甘拜下风了。短波是凌空飞行的,因而被称为天波,借助于高空中电离层的反射,她可以传播更远的距离。微波就不同了,她是沿直线在空间传播的,因此被称为空间波(又称直射波。她跑得又快又远,而且十分灵活,可是如果把它射向电离层,她不是像短波那样被电离层反射,而是能穿越电离层而去;她也没有长波那样的统射本领,高山大物就可阻挡住她前进的道路。即使没有什么大障碍物,由于地球的表面是球面,所以当微波在空间传播的距离较远时,也往往被地面所形成的圆弧所阻隔,就如同被一座拱形大桥挡着一般。鉴于上述这些原因,微波在地球上传播的距离,就一般收发天线的高度来说,只能保证50千米左右。要让微波跑得更远些,自然可以用加高天线的办法,但这毕竟要受到一定的限制。尽管世界上最高的电视发射天线已高达600多米,而其传播距离也只有150多千米。

微波有着其姐妹们无法比拟的优点,可又碰到了不少麻烦,有没有办法克服这些弱点呢?

科学家们开动了脑筋,首先加强微波的功率。为了达到这一目的,科学家进行了一系列探索。他们从平时使用的手电筒上得到启示。手电筒的小灯泡光本来向四面八方散射的,但由于采用了“铜碗”这个抛物面反射镜反射,它就变成了沿一定方向前进的平行射线,而且由于集中了光束,功率加强,射程就远了。科学家们用此法进行微波传送果然效果好了,但是如何绕过障碍物呢?科学家从运动会上的接力赛跑中受到启发。在20世纪50年代,创造出了一种微波接力通信,即微波中继通信的方式,就是每隔50千米左右,建立一个微波接力站,即中继站,让它自动地把前一站发来的微波信号接收下来并加以放大,再转发到下一站去,就好像接力赛跑一样,一站接一站地把信号转送到远方。

在一条微波通信干线上,除了中间要设立许多接力站外,两端还必须设立终端站。终端站除像接力站那样具备收发微波信号的设备外,还设有各种转换和控制设备,以把电视台、电信局送来的电报、电话、电视、传真等各种信号变换为微波信号发送出去,或是把收到的微波信号变换为电报、电话、电视、传真等信号,送到电视台、电信局,再转发到各个用户,从而达到通信的目的。

但是,在微波通信方面一次真正的突破是在1957年。为什么这样说呢?前面讲过,微波通信的中继站和终端站,就像接力赛跑中的接力站。每一个中继站自动地把前一站发来的信号接收下来,加以放大,然后再转发到下一站去,如果通信线路很长很长,就要建造许许多多的中继站,要花费多大的人力物力。此外,微波是直射的,凡是处以地平线以下或是中间障碍物较大的地方,还是无法进行通信。上述两个微波通信中的难题,困扰着科学家。到了1957年,前苏联成功地发射了第一颗人造卫星,才完全解决了微波通信中的这两大难题,从而打开了电信事业的新天地。

卫星上设置了自动微波接收装置。上面装有微波收发机,既可接收地面发去的信号,又可把这些信号放大处理后,再转发到另一个地面站,以实现两地间的通信。请注意,一颗卫星如果使相距一万多千米的两个地方实现通信,改为架设地面中继站的话,至少需要200个中继站。不仅如此,在这个卫星所覆盖的地区之内,任何两点,不管是远隔重洋,还是横阻着高山大川,或是深藏于地平线下,都可以通过卫星实现通信。这样一来过去的难题都迎刃而解了。又因为微波在穿透地球大气层时不会受到大气的影响,所以利用卫星进行微波通信是不会失真的。再一个突出优点是通信容量大,一个通信卫星可提供成千上万路电话和许多路电视。卫星的出现,不能不说是微波通信上的一个重大突破。

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