无线电基础知识

1．什么是无线电？什么是电磁波和无线电波？它们是怎样被发现，又是怎样在空中传播应用的?

  若干条金属导线可以实现人的通信和信息的传递，这是不争的事实。一个多世纪前，人们发现了电磁现象，这种东西看不见、摸不着，但它的确存在，区别于有线电的是，利用它是不需要导线的，人们把被利用的电磁波称为无线电。
  在平静水面上投入一块石子，可以引起水波以投入点为中心，向四周传播，水波的震动需要有一个震源振荡而生。由此，我们比较了无线电的传播，它是一种由电磁振荡（如雷达、电台、X光机等）而引发的电场与磁场的波动，和水波在水面波动及其相似，电场与磁场的波动在空间也是以波动形式传播的，这种随时间变化的电场和磁场，我们称为电磁波。
  电磁波的范畴太大了，按照电磁波频率递进的顺序，由低到高可以分为无线电波（长波、中波、短波、超短波和微波）、红外线、可见光、紫外线、X射线、伽玛（γ）射线等等，可见，我们所感兴趣的无线电波仅仅属于电磁波大家族里的一部分。
  电磁波的传播速度约是每秒钟30万公里；电场和磁场的能量在传播过程中是逐渐发散和衰减的。
无线电波在空间传播，根据频率（或者波长）的不同，有着完全不同的传播特性，人们正是根据这些特性的不同而享受着电视实况转播、移动中的相互通信、同城的各类调度、无线上网乃至跨洋可视电话通信；可以发现天体里的任何一颗行星和宇宙的许多奥秘，可以控制天上的航空器、水上的船舶等。
  无线电中的长波和中波主要沿地球表面进行传播，其传播衰耗小、绕射能力强，但容易被大地所吸收，受雷电影响大、传输带宽窄、发射设备和天线都不易小型化。
  短波主要靠电离层反射（天波）传播，其传播距离可达几千公里，相对长波、中波、微波而言，设备和天线都可以做的比较小，但受四季天气影响很大，受电离层变化、太阳耀斑和磁暴影响也很明显。
  超短波和微波主要是以直线视距传播，其传播稳定、能穿透电离层、传输带宽宽，但受地形、地物及雨雪雾影响大，虽然对空可达数万公里，可在地面，受地球曲径及其它影响，传播距离只能有几十公里。
  单独的一个频点可称之为频率，多个连续的频率就像多个音符连接起来形成乐谱一样，我们称之为频谱。
今天的人们通过小小的手机就可以和世界各地的朋友、家人交流，可有谁知道，如今科技发展所获得的这一切，最初是怎样开始的呢?
  其实，无线电的起源，可以追溯到150多年前无线电波的发现。1864年，英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上，建立了完整的电磁波理论。他通过一系列的科学试验，断定了电磁波的存在，并推导出电与光具有同样的传播速度。
  1886~1889年，德国物理学家赫兹通过实验验证了麦克斯韦论证过的比光波的波长更长的电磁波，进一步验证了电磁波的存在。
  1895年马可尼发明了第一台无线电报机，开创了无线电波被实际应用的先河。几乎同时，1895年5月，A·S·波波夫在彼得堡展出了第一台能录下来自闪电的电磁波的接收机。在马可尼向英国邮政局的官员演示他发明的无线电报后不久，1896年无线电首次被正式使用，即在船和海岸之间实现了第一次无线电通信，开创了无线电通信的新纪元。
  1898年，英格兰海岸用无线电报报告，并派救生艇营救海上遇难者。
  1901年12月12日马可尼使无线电信号历史性地跨越大西洋，实现了无线电波的远距离传输。
  1910年电子管的发明，对于无线电报和无线电话的继续发展具有决定性意义。人们用电子管做成的无线电发射机和接收机在法国和美国之间进行了无线电通话试验。
  无线电发射台分别于1920年和1921年出现在美国、英国和法国。前苏联则于1919年就开始了无线电广播的实验。紧接着，德国于1920年进行了无线电广播试验，并于1921年对一场歌剧进行了转播。1927年伦敦-纽约对外开放了无线电话的通信线路。数年后，整个欧洲大陆都能通过无线电话进行通信联系。无线电在两次世界大战中扮演了重要角色，同时战争的刺激也推动了无线通信技术的发展。例如：雷达的出现，使无线电在导航等方面得到重要应用。航空航海需要瞬时和可靠的全球通信，进一步推动了无线电通信技术的发展，双向无线电通信广泛使用,FM/TV广播和微波中继通信等得以发展及应用。
  大约自1930年起，超短波波段的使用，不仅使电视和无线电广播得遂所愿，而且使近距离无线电通信成为现实。随着时间的推移，20世纪60年代微波和通信卫星的出现，使得无线电报、无线电话技术达到了前所未有的发展水平。
  随着科学研究和科学技术的发展，世界日益增长的需求与空间时代的到来，加速了对无线电通信的需求。无线电通信技术的诞生虽然仅有100余年的历史，但对人类生活、社会生产、科学研究和国防建设产生了巨大的影响。在现代生活的各个领域，在现代信息社会中，无线电技术已经渗透到政治、军事、工业、农业、交通、文化、科技、教育和人们日常生活的各个领域，成为一个国家综合国力和发展水平的标志。

2．为什么说无线电频谱是资源?

  无线电频谱如同土地、矿产、水资源一样存在于大自然中，是一种有限的自然资源，属于国家所有。与其它有型资源不同的是：这种不可缺少的自然资源，人们看不见、摸不到，但它在现代社会的经济快速发展中却有着重极其要的意义；而且，既然是资源，那么它就一定不是“取之不尽用之不竭”的，人类必须为自己的生存和子孙后代而善待资源。对于无线电这类资源，不使用是一种浪费，使用不当同样也是一种浪费，因为闲置不用并不利于社会的进步与发展。
  无线电频谱不受地域、空域、时域和行政区域、国家边界的限制，所以开发和利用这些资源在国际上有着严格管理规定，不得随意使用无线电频谱，以避免造成相互干扰，这些是所有国家都必须要遵守的最为基本的原则。
  人们利用无线电技术、合理开发并充分利用无线电频谱资源，搭建空中桥梁，实现语音、数字、图像、数据等信息的快速传递，已广泛运用于国民经济的各个行业和社会生活的各个领域，与广大人民群众的物质文化及社会生活息息相关，无线电频谱资源已经成为经济、社会发展不可或缺的基本要素之一，是维护国家主权和利益，实现经济发展与构建和谐社会的重要保障。国家鼓励对无线电频谱资源进行开发、利用和科学研究。目前，国际电联已对3K赫兹-3000G赫兹范围内的无线电频谱的应用进行了规划，并且提出各频段的开发和应用都必须符合规划的要求。

3．为什么要对无线电频谱的使用进行管理?

  无线电频谱极易受到外界影响。
  人为噪声、自然噪声、宇宙噪声以及高压输电线、高频电熔炉等工、科、医电子设备等都可能对空中传播的电磁波产生干扰。为了合理、充分地利用无线电频谱，确保各种无线电业务正常工作，必须根据无线电频谱的特性，综合采用法律、行政、经济、技术等手段，对频谱的使用进行规划、审批、监督管理，科学合理地使用频谱资源。
  无线电频谱为人们在生产和生活中所广泛应用。使用无线电资源为救援救护、航空航海安全、突发事件处理和公共安全等服务提供通信保障。例如，救护车在开往医院的途中就可利用无线电发出病人的心脏情况等信息，为医生提供到达前的诊断，方便救治方案的确定；交警利用无线电进行交通管理，为车辆的安全运行提供道路状况、车辆定位等信息，便于疏导交通及紧急救援；雷达和无线电通信在航空航海中承担着重要的导航任务，航空航海中使用雷达获得飞机和船舶位置以防止碰撞，在夜间或能见度差的情况下保证飞机的安全起飞与着陆；利用无线电通信可在恶劣天气时，指挥船舶和飞机安全避险以及遇险时的有效搜索和救援。在我们的家庭生活中，无线电的应用也是无所不在，如：电视广播、移动通信、无线报警系统、无绳电话、遥控等。无线电的广泛应用有赖于对无线电频谱的有效管理。无线电频谱管理是行政管理和科学技术的结合，确保无线电通信设备间不产生有害干扰，并能进行有效的工作和服务，是各国无线电管理部门最基本的任务。

4．无线电信号是怎样发送和接收的?

发送：
  无线电通信是利用电磁波在空间的传播来传递信息的。
  电磁波又是怎样把信息传递出去的呢?我们以话音为例说明无线电信号发送的基本原理：
  我们知道，人的耳朵能听到频率大约在20~20千赫兹范围内的声音，通常把这一频率范围称为音频。声波在空气中传播的速度很慢，大约每秒传播340米，而且衰减很快，一个人无论怎样高声喊叫，他的声音也不会传得太远就是这个原因。为了把声音传递到几公里以外甚至更远，常用的方法是把声音变成电信号，然后，再设法把电信号传递出去。将声音变成电信号的任务一般由话筒来完成。当指挥员对着话筒讲话时，话筒就输出相应的电压，这个电压的变化规律与声音的变化规律相同。经过话筒变换后的电信号怎样才能传输到很远处呢?
  我们知道，交变的电磁振荡可以利用天线向空中辐射。但是天线必须要有合适的尺寸，无线电波才可以有效辐射。具体地说，天线长度必须和电磁振荡波的波长相比拟，才能高效地辐射电磁振荡。
  声音信号的频率约为20赫兹~20000赫兹，其波长范围为15千米~15000千米，想要制造出与此尺寸相当的天线显然是很困难的。因此，直接把音频信号辐射到空中去也并不容易，即使辐射出去，各个电台所发出的声音信号频率都几乎相同，它们在空中混在一起，收听者也是无法选择所要接收的信号的。
  人们发现，在实际生活中男声不如女声传的远，而女声的频率的确比男生的频率高，那么“在一定条件下，高频比低频传得远”这个结论便产生了，科学家们随后产生了这样一个设想：如果要达到同一个目的地，走路肯定不如坐车快，而且还需要一定的体力，如果传送低频（音频）也能够象坐车那样，到地方再下车，不就完成了低频（音频）的远传了吗？因此，便又产生了使用不同的高频电磁波，把音频信号“寄载”到这种高频电磁波上，由天线发射出去。这样，不同的发射机可以采用不同的高频电磁波频率，使彼此互不干扰，这样，天线的尺寸不是也可以设计的比较小了吗？
  实践证明，科学家的设想是非常正确的。无线电发射机便是实现这个设想的综合体；它产生高频，完成声与电的转换；还完成低频与它的“寄载”，最后，经过天线把一个合成的电磁波送入了太空。
发射机中，产生高频电磁波的部分叫做“高频振荡器”，把音频信号“寄载”（用音频信号去控制高频振荡的某一参数）到高频振荡波上的过程叫做“调制”，经过调制以后的高频振荡波称为“已调信号”。利用传输线把已调信号送到天线上，就可以把已调信号辐射出去，传送到远方。综合归纳起来，发射机必须完成四大任务：
（1）把声音变换成电信号。
（2）产生一定功率的高频振荡波。
（3）用音频信号去控制高频振荡波的某一参数，即调制。
（4）发送电磁波。
  要完成这四项任务，发射机必须包括发送端变换器（发话时为话筒）、高频振荡器、调制器、高频放大器、发射天线和电源。
接收：
  无线电波传输到接收地点后，接收机的任务是把空中传送来的电磁波接收下来，并把它恢复成为原来的信号。
  接收电磁波的任务是由接收天线来完成的。
  这里需要注意的是，由于无线电台的数量很多，在同一时间里接收天线所接收到的信号中，不仅包括我们希望收到的电台信号，还包括着若干个我们不需要收听的其他频率的信号。这些无线电波之所以采用了各种不同的载波频率，其目的就是让接收者按照电台载波频率的不同，设法“选择”出自己所要接收的信号。
  因此，“选择性”成为无线电接收机质量的一个重要指标。
  由接收机中的“选择性电路”选择所要接收的某个电台发射的电磁波，利用它直接去推动耳机（收信装置）是不行的，还必须先去掉它曾经被“寄载”的高频，把它恢复成原来的音频信号。这种从高频电磁波中检取出音频信号的过程叫做解调，相应的部件叫做解调器。把检波器输出的音频信号送到耳机，才可以收听到所需要的信号，所谓“从汽车上下来的还是上车的那个人”，通信就实现了。

5．什么是电台? 为什么不能随意设置、使用无线电台（站）?设置、使用无线电台（站）要注意哪些问题?

  无线电波有两种输出方式，一种是发射；一种是辐射。
  电台则是指那些专门用来发射或者接收无线电波的设备。
  辐射无线电波的设备不能称为电台。
  电台是一个笼统的概念，电台所涵括的内容是很多的，但只要是电台都应具备以上特性。
  在无线电管理业务中，经常涉及到的电台通常是指卫星通信业务中的空间电台和地球站，工作在无线电微波频段上的微波电台，无线电广播、电视发射台及其无线转播和摄像设备，短波通信设备，移动通信基站，直放站和用户终端（即各类手机和车载电话），无线电对讲机，固定和车载无线电收发信设备，雷达和各类无线接入设备等。
  和所有的汽车共同用一条道路相类似，所有的无线电台（站）都共用同一个无线电频谱进行通信。如果没有科学管理，必然会造成相互干扰，甚至会因此引发重大事故。因此，全世界都十分重视无线电频率的管理和协调。第二次世界大战期间，世界性国际合作基本停顿，唯独世界无线电频率管理始终维持正常协调，由此可见无线电管理的重要性。
  根据国际《无线电规则》，我国已颁发了一系列关于无线电管理的法律、法规和规章，在满足需要的同时，对无线电台（站）的设置、使用有严格的规定。因此，任何单位或个人都不能未经履行相关手续而随意设置和使用无线电台（站）。
  设置、使用无线电台（站）应首先向无线电管理机构提出申请，这是最重要的一步。经过无线电管理机构审核批准、指配工作频率后，再去购买无线电台（站）设备进行设置。有的用户先购买了设备，但由于无线电管理机构批准的频率不在该设备的频段内，或技术参数不符合规定要求而不能使用，将会给用户带来损失。其次，不能轻信设备销售商的宣传，而应直接到无线电管理机构咨询和申请，这一点是十分重要的。有些设备销售商出于经济利益，宣称某频段的频率不用申请，或某无线电设备随便使用，都是不负责任的行为，最后遭受损失的将是用户自己。