微波通信-奇妙的电与磁

时间:2024-11-12 19:35:02关键词:微波通信,奇妙的电与磁

微波通信-奇妙的电与磁

20世纪30年代,电磁波的应用进入微波阶段。微波通常是指波长为1米~1毫米的电磁波,相应的频率为300~300000兆赫。现在,微波已广泛用于通信、雷达以及其他许多科学领域中,微波炉及微波治疗仪早已进入了人们的日常生活中。

微波通信-奇妙的电与磁

短波通信问世以后,曾经兴旺过一段时间,但是它也有一些缺点。短波通信主要依靠天波传输,以电离层为中继,但电离层的状态很不稳定,季节的更换、昼夜的交替、气候的变化等因素,都可以引起电离层的变化,进而引起短波通信过程的波动,甚至会中断。短波通信还存在有天波与地波都传输不到的寂静区域,如果接收电台在这些区域内,就无法接收到短波信号,通信就无法进行。此外,电离层有好几个分层,同一频率的信号会沿着不同的途径反射到接收地点,这就是短波通信的“多径效应”;它也会使接收质量大大降低。再加上在短波通信波段内电台日趋拥挤,因此,短波通信已经不能满足人们的通信需要了。

为了满足新的要求,1929年克拉维开始进行微波通信的试验。1930年他在美国新泽西州的两个电台之间,用直径为3米的抛物面天线进行了微波通信。同一年,还有人开始用微波进行无线电广播。1933年,在克拉维的主持下,从英国的莱普尼列到法国的圣·因格列维特,开通了第一条商业用微波通信线路。

1936年,索思沃思提出了超高频波导管的理论,并发明了微波用的波导管。简单地说,波导管就是把电磁波限制在其内部的一种空心金属管。波导理论的建立以及波导管的实验与应用,促使微波技术日趋完善。

微波通信-奇妙的电与磁

1937年,美国物理学家瓦里安兄弟制出了双腔速调管振荡器,1939年,英国物理学家兰、德尔和布特制造出了多腔磁控管。这是两种微波电子管,它们可以分别以不同的方式,产生连续的微波振荡。这些研究成果为微波技术的形成和发展奠定了基础。

在第二次世界大战期间,微波技术的研究是围绕着军用雷达的研制进行的,从而推动了微波元器件、高功率微波管、微波电路、微波测量等技术的研究与开发。

第二次世界大战以后,微波技术的应用范围扩大到了通信领域。利用同轴电缆进行微波传输,频率可高达几千兆赫。若要传输频率更高、能量更大的微波时,就得用波导管了。在波导管内,微波以电场与磁场交替变化的电磁波的形式通过,如同在一个自由空间里传播的电磁波一样。使用波导管进行微波通信,主要包括通常的微波接力通信和卫星通信。

微波通信-奇妙的电与磁

微波接力通信是靠中继站接力传输来实现微波信号远距离传送的。微波是沿直线传播的,它不受大气层和电离层的反射。由于地球表面是球形曲面,如果在地面进行微波通信,就必须把天线架设到一定的高度,使发射天线与接收天线之间没有物体阻挡,彼此可以“互视”。为了进行远距离通信,就必须采用与接力赛类似的方法,相隔一定的距离建立一个接力站,即中继站。将中继站架设在高塔上或山顶上,微波在每个中继站被放大之后再传送出去。微波接力通信是现代通信中的主要手段之一。