空間波基本介紹

空間波傳播距離限于視距范圍，因此又叫視距傳播。超短波和微波不能被電離層反射，主要是在空間直接傳播。其傳播距離很近，易受高山和高大建筑物阻擋，為了加大傳輸距離，必須架高天線(xiàn)，盡管這樣，傳輸距離也不過(guò)50公里左右。

在傳播過(guò)程中，它的強(qiáng)度衰減較慢，超短波和微波通信就是利用直射波傳播的。在地面進(jìn)行直射波通信，其接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)由兩路組成：一路由發(fā)射天線(xiàn)直達(dá)接收天線(xiàn)，另一路由地面反射后到達(dá)接收天線(xiàn)，如果天線(xiàn)高度和方向架設(shè)不當(dāng)，容易造成相互干擾（例如電視的重影）。

1929年埃德溫·哈布爾的劃時(shí)代預(yù)測(cè)：不管你朝哪個(gè)方向看，遙遠(yuǎn)的星系一直都在迅速遠(yuǎn)離人群。換句話(huà)說(shuō)，宇宙在膨脹。在換句話(huà)能否這樣說(shuō)：遙遠(yuǎn)的星系，近星系是否圍繞某些一個(gè)點(diǎn)作相反的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)然最可能是圓周運(yùn)動(dòng)。然而這又怎么解釋呢？什么力量使這兩部分運(yùn)動(dòng)相異呢？大宇宙星系的運(yùn)動(dòng)從上面看是螺旋狀的運(yùn)動(dòng)，是否和小分子原子內(nèi)的電子運(yùn)動(dòng)有共性，這些共性怎么建立起宇宙在運(yùn)動(dòng)，宇宙的自轉(zhuǎn)會(huì)轉(zhuǎn)化為能量嗎？電子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電場(chǎng)，隨著產(chǎn)生磁場(chǎng)（電場(chǎng)和磁場(chǎng)是統(tǒng)一的，一個(gè)是微觀(guān)一個(gè)是宏觀(guān)）。大的星系旋轉(zhuǎn)呢？會(huì)產(chǎn)生時(shí)間和空間的扭曲嗎？如果會(huì)，那么時(shí)間和空間就是不均勻的。它們像現(xiàn)實(shí)生活中的軟糖一樣密度不會(huì)保持恒定。如果保持，是什么力量？它們像軟糖顆粒一樣構(gòu)成了宇宙、時(shí)間、和空間。這么一來(lái)，宇宙、時(shí)間、和空間就是相關(guān)份子顆粒的堆積。那么他們?cè)诘虏剂_意的波動(dòng)學(xué)中會(huì)出現(xiàn)宇宙波、時(shí)間波和空間波。

當(dāng)電波在低空大氣層中傳播時(shí)還要受到地面的影響。地球表面的物理結(jié)構(gòu)例如地形起伏和任意尺寸的人造結(jié)構(gòu)等，都會(huì)對(duì)電波有反射、散射和繞射等作用。特別是在地面視距傳播方式中，地面結(jié)構(gòu)幾何尺寸和波長(zhǎng)的比值不同，對(duì)電波傳播的影響也不同。如當(dāng)天線(xiàn)高架、地面平滑范圍很大時(shí)，往往以反射為主；地面粗糙不平起伏較大時(shí)，必須考慮散射影響；當(dāng)天線(xiàn)低架或障礙物尺寸比波長(zhǎng)小得多時(shí)，則以繞射為主。而在地對(duì)空視距傳播中如同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)，由于發(fā)（收）的另一端處于高達(dá)35800km的高空，再加上天線(xiàn)的方向圖較尖銳，因而可以忽略地面的影響。

空間波（電磁）輻射危害人體的機(jī)理主要是熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)和積累效應(yīng)等。

熱效應(yīng)：人體內(nèi)70%以上是水，水分子受到電磁波輻射后相互摩擦，引起機(jī)體升溫，從而影響到身體其他器官的正常工作。

非熱效應(yīng)：人體的器官和組織都存在微弱的電磁場(chǎng)，它們是穩(wěn)定和有序的，一旦受到外界電磁波的干擾，處于平衡狀態(tài)的微弱電磁場(chǎng)即遭到破壞，人體正常循環(huán)機(jī)能會(huì)遭受破壞。

累積效應(yīng)：熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)作用于人體后，對(duì)人體的傷害尚未來(lái)得及自我修復(fù)之前再次受到電磁波輻射的話(huà)，其傷害程度就會(huì)發(fā)生累積，久之會(huì)成為永久性病態(tài)或危及生命。對(duì)于長(zhǎng)期接觸電磁波輻射的群體，即使功率很小，頻率很低，也會(huì)誘發(fā)想不到的病變，應(yīng)引起警惕！

各國(guó)科學(xué)家經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究證明：長(zhǎng)期接受電磁輻射會(huì)造成人體免疫力下降、新陳代謝紊亂、記憶力減退、提前衰老、心率失常、視力下降、聽(tīng)力下降、血壓異常、皮膚產(chǎn)生斑痘、粗糙，甚至導(dǎo)致各類(lèi)癌癥等；男女生殖能力下降、婦女易患月經(jīng)紊亂、流產(chǎn)、畸胎等癥。

自由空間傳播的菲涅爾區(qū)

理論和實(shí)踐都已證明，可以把電波傳播所經(jīng)歷的空間區(qū)域分成重要的空間區(qū)域和非重要的空間區(qū)域。前者是指對(duì)傳播到接收點(diǎn)的能量其主要作用的那部分空間，而后者則是指其余的空間區(qū)域，它對(duì)電波傳播的影響不明顯。因此，只要前一種區(qū)域符合自由空間的條件，就可以認(rèn)為電波是在自由空間內(nèi)傳播了。而在工程上常常把第一菲涅爾區(qū)和最小菲涅爾區(qū)當(dāng)作對(duì)電波傳播起主要作用的空間區(qū)域，只要它們不被阻擋，就可獲得近似自由空間傳播的條件。

視距距離

由于地球是球形，凸起的地表面會(huì)擋住視線(xiàn)。實(shí)際上，直射波傳播所能達(dá)到的距離應(yīng)考慮到大氣的不均勻性對(duì)電波傳播軌跡的影響，求視距距離的公式應(yīng)考慮到氣象因子的影響，

視距傳播的基本傳播模型

按對(duì)傳播到接收點(diǎn)的能量其主要作用的那部分空間即第一菲涅爾區(qū)是否被地形、地物遮擋來(lái)考慮地形對(duì)電波傳播的影響。

（1）第一菲涅爾區(qū)完全沒(méi)有被遮擋

這時(shí)收發(fā)2點(diǎn)之間的距離d滿(mǎn)足d<0.7d0，即處于亮區(qū)當(dāng)中。傳播的衰減中值除了自由空間傳播衰減外，主要考慮地面反射波的干涉衰減Ai。

（2）第一菲涅爾區(qū)被部分遮擋

這時(shí)收發(fā)2點(diǎn)之間的距離d滿(mǎn)足0.7d0

這種情況是因?yàn)樘炀€(xiàn)架設(shè)高度不夠高，或通信距離較遠(yuǎn)，接收點(diǎn)落到了陰影區(qū)里。這時(shí)傳播主要以繞射為主，具體計(jì)算很復(fù)雜，地形對(duì)其的影響還要根據(jù)具體的實(shí)際情況進(jìn)行分析。

微波接力通信是利用空間波傳輸?shù)囊环N通信。由于微波的頻率極高，頻帶很寬，能夠傳送大量的信息，微波通信已被廣泛應(yīng)用。為了加大傳輸距離，在傳送途中，每隔一定距離都要建一個(gè)接力站，象接力賽跑一樣，把信息傳到遠(yuǎn)處。地球表面弧度和山地、樓房等障礙物，因此超短波和微波天線(xiàn)要求盡量高架。

空間波通信

調(diào)幅廣播可以傳播音樂(lè)和聲音。調(diào)幅廣播采用幅度調(diào)制技術(shù)，即話(huà)筒處接受的音量越大則電臺(tái)發(fā)射的能量也越大。這樣的信號(hào)容易受到諸如閃電或其他干擾源的干擾。調(diào)頻廣播可以比調(diào)幅廣播更高的保真度傳播音樂(lè)和聲音。對(duì)頻率調(diào)制而言，話(huà)筒處接受的音量越大對(duì)應(yīng)發(fā)射信號(hào)的頻率越高。調(diào)頻廣播工作于甚高頻段（VeryHighFrequency，VHF）。頻段越高，其所擁有的頻率帶寬也越大，因而可以容納更多的電臺(tái)。同時(shí)，波長(zhǎng)越短的無(wú)線(xiàn)電波的傳播也越接近于光波直線(xiàn)傳播的特性。調(diào)頻廣播的邊帶可以用來(lái)傳播數(shù)字信號(hào)如，電臺(tái)標(biāo)識(shí)、節(jié)目名稱(chēng)簡(jiǎn)介、網(wǎng)址、股市信息等。在有些國(guó)家，當(dāng)被移動(dòng)至一個(gè)新的地區(qū)后，調(diào)頻收音機(jī)可以自動(dòng)根據(jù)邊帶信息自動(dòng)尋找原來(lái)的頻道。

空間波電話(huà)

蜂窩電話(huà)或移動(dòng)電話(huà)是當(dāng)前最普遍應(yīng)用的無(wú)線(xiàn)通信方式。蜂窩電話(huà)覆蓋區(qū)通常分為多個(gè)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)由一個(gè)基站發(fā)射機(jī)覆蓋。理論上，小區(qū)的形狀為蜂窩狀六邊形，這也是蜂窩電話(huà)名稱(chēng)的來(lái)源。當(dāng)前廣泛使用的移動(dòng)電話(huà)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)包括：GSM，CDMA和TDMA。少數(shù)運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開(kāi)始提供下一代的3G移動(dòng)通信服務(wù)，其主導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)為UMTS和CDMA2000。衛(wèi)星電話(huà)存在兩種形式：INMARSAT和銥星系統(tǒng)。兩種系統(tǒng)都提供全球覆蓋服務(wù)。INMARSAT使用地球同步衛(wèi)星，需要定向的高增益天線(xiàn)。銥星則是低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)，直接使用手機(jī)天線(xiàn)。

空間波電視

通常的模擬電視信號(hào)采用將圖像調(diào)幅，伴音調(diào)頻并合成在同一信號(hào)中傳播。數(shù)字電視采用MPEG-2圖像壓縮技術(shù)，由此大約僅需模擬電視信號(hào)一半的帶寬。無(wú)線(xiàn)電緊急定位信標(biāo)（emergencypositionindicatingradiobeacons，EPIRBs），緊急定位發(fā)射機(jī)或個(gè)人定位信標(biāo)是用來(lái)在緊急情況下對(duì)人員或測(cè)量通過(guò)衛(wèi)星進(jìn)行定位的小型無(wú)線(xiàn)電發(fā)射機(jī)。它的作用是提供給救援人員目標(biāo)的精確位置，以便提供及時(shí)的救援。

空間波數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)字微波傳輸設(shè)備、衛(wèi)星等通常采用正交幅度調(diào)制（QuadratureAmplitudeModulation，QAM）。QAM調(diào)制方式同時(shí)利用信號(hào)的幅度和相位加載信息。這樣，可以在同樣的帶寬上傳遞更大的數(shù)據(jù)量。IEEE802.11是當(dāng)前無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。它采用2GHz或5GHz頻段，數(shù)據(jù)傳輸速率為11Mbps或54Mbps。

空間波導(dǎo)航

所有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都使用裝備了精確時(shí)鐘的衛(wèi)星。導(dǎo)航衛(wèi)星播發(fā)其位置和定時(shí)信息。接收機(jī)同時(shí)接受多顆導(dǎo)航衛(wèi)星的信號(hào)。接收機(jī)通過(guò)測(cè)量電波的傳播時(shí)間得出它到各個(gè)衛(wèi)星的距離，然后計(jì)算得出其精確位置。Loran系統(tǒng)也使用無(wú)線(xiàn)電波的傳播時(shí)間進(jìn)行定位，不過(guò)其發(fā)射臺(tái)都位于陸地上。VOR系統(tǒng)通常用于飛行定位。它使用兩臺(tái)發(fā)射機(jī)，一臺(tái)指向性發(fā)射機(jī)始終發(fā)射并象燈塔的射燈一樣按照固定的速率旋轉(zhuǎn)。當(dāng)指向型發(fā)射機(jī)朝向北方時(shí)，另一全向發(fā)射機(jī)會(huì)發(fā)射脈沖。飛機(jī)可以接收兩個(gè)VOR臺(tái)的信號(hào)，從而通過(guò)推算兩個(gè)波束的交點(diǎn)確定其位置。

空間波雷達(dá)

雷達(dá)通過(guò)測(cè)量反射無(wú)線(xiàn)電波的延遲來(lái)推算目標(biāo)的距離。并通過(guò)反射波的極化和頻率感應(yīng)目標(biāo)的表面類(lèi)型。導(dǎo)航雷達(dá)使用超短波掃描目標(biāo)區(qū)域。一般掃描頻率為每分鐘兩到四次，通過(guò)反射波確定地形。這種技術(shù)通常應(yīng)用在商船和長(zhǎng)距離商用飛機(jī)上。多用途雷達(dá)通常使用導(dǎo)航雷達(dá)的頻段。不過(guò)，其所發(fā)射的脈沖經(jīng)過(guò)調(diào)制和極化以便確定反射體的表面類(lèi)型。優(yōu)亮的多用途雷達(dá)可以辨別暴雨、陸地、車(chē)輛等等。搜索雷達(dá)運(yùn)用短波脈沖掃描目標(biāo)區(qū)域，通常每分鐘2－4次。有些搜索雷達(dá)應(yīng)用多普勒效應(yīng)可以將移動(dòng)物體同背景中區(qū)分開(kāi)來(lái)。尋的雷達(dá)采用于搜索雷達(dá)類(lèi)似的原理，不過(guò)對(duì)較小的區(qū)域進(jìn)行快速反復(fù)掃描，通?？蛇_(dá)每秒鐘幾次。氣象雷達(dá)與搜索雷達(dá)類(lèi)似，但使用圓極化波以及水滴易于反射的波長(zhǎng)。有些氣象雷達(dá)還利用多普勒效應(yīng)測(cè)量風(fēng)速。

電磁波自由空間波數(shù)定義：2π的自由空間距離內(nèi)所包含的波長(zhǎng)數(shù)，通常用k₀表示。

電磁波自由空間波數(shù)計(jì)算表達(dá)式為：