無線電與我們的生活息息相關,不僅僅日常用的WIFI、4G手機離不開無線電,日常的廣播、通信、交通、交易等都離不開無線電通信。隨著生活水平的提高,無線電也逐漸成為一項個人愛好,各種類型的收音機、接收機、通信設備等日新月異,給很多人帶來了不少生活樂趣和便利。本文將就一些與無線電相關的基本問題做一些簡介,希望起到拋磚引玉的作用,如有不妥和錯謬之處,歡迎批評指正。
一、無線電波各波段的劃分:
(圖片為無線電波段按頻率和波長進行劃分)
無線電波是由電場和磁場構成的,無線電波中電場和磁場的方向是相互垂直的,電磁波傳播速度接近300,000 km/s(精確值為299,792,485 m/s)。通常的波段計算是這樣的:波長(m-米波段) =300/頻率(MHz-兆赫茲)。電波傳播主要有以下幾種形式:地波、天波、空間波、散射波。
(換算規則:1GHz=1000MHz ;1MHz=1000KHz ; 1KHz=1000Hz ,其中Hz,讀作赫茲。)
在我國,居民常見的廣播和通信的波段覆蓋了低頻(Low Frequency)、中頻(Middle Frequency,MF)、高頻(High Frequency ,HF)、甚高頻(Very High Frequency ,VHF),超高頻(Ultra High Frequency ,UHF)等。每個波段都有自己獨特的傳播特點,利用合適的無線電設備及天饋系統、并遵循每個波段的特點,就能取得較好的效果。在一定的技術和自然條件下,往往會有驚喜的效果,比如遠距離的調頻廣播電臺(FMDX)、跨區域的中波通信臺、 遠距離跨洲際的短波電臺等。
1、地波,就是沿地球表面傳播的無線電波,一般常用于中近距離通信。例如中波廣播就有一部分信號是利用地波傳播的。長波也是可以通過地波傳播的波段之一。
2、天波,也就是電離層傳播的電波,無線電波從地面進入電離層后會發生多次折射,折射方向也會發生改變,并且最終會傳導到地面,從而實現通信。最常見的例子是短波廣播和短波通信。
3、空間波,發射的電波在空間中通過直射和障礙物反射到達接收點的電波是空間波。比如常見的FM調頻廣播、常見的VHF/UHF對講機通信、微波通信等。
4、散射波,發射點發射的電波,通過各種不均勻的介質四面八方反射,最終一部分到達接收點的電波。散射通信也是一種重要的通信方式,在一定的條件下,有較強的抗毀和抗干擾能力。
(電離層高度及各層的情況,覆蓋了D、E1、E2、F1、F2層)
5、電離層概況:大氣層高度在10-20km的是對流層,這里就是各種天氣發生的常見區域。高度在10-50km是同溫層,這里的氣象條件相對穩定,也是眾多航空飛行器活躍的區域。在高度50-400km的高空,由于受到強烈太陽紫外線的照射,各種氣體分子中的電子脫離了原子的束縛,變為自由電子和離子,形成了電離層。紫外線照射強度的不同和各種氣體分子質量等的不同,形成了D、E、F1、F2等具有不同電子密度和厚度的分層,每個電離層具有不同的電波特性。其中高度50-90km的電離層D層,白天存在,夜晚消失,不容易對電磁波形成反射,電波的頻率越低,被吸收的越多。高度90-140km的是電離層E層,通常密度較小,在一些情況下可以反射較高頻率的無線電波,在北半球的6月和12月,容易發生一些有規律的傳播,使得小功率遠距離通信成為可能。高度200-300km是電離層是F1層,高度300-400km是F2層,其中F2層的密度比較大,白天F1層和F2層同時存在,夜晚F1和F2層合并成一層,F2層對電波具有很強的反射能力,這也是短波(HF)遠距離通信傳播的基礎。但是F2層基本上屬于高層大氣,其密度受到太陽輻射和宇宙射線影響較大,因此短波傳播具有一定的不穩定性。在太陽活動高峰期,F1、F2層密度較大,相對較小的通信功率就能取得較遠距離的通信,在太陽活動的低谷,短波傳播就受到很大的影響,通信的效率和距離就減少。在大氣層受到太陽高能粒子沖擊的時候,一些通信很容易受到影響,導致通信干擾和中斷。
(上圖為近年太陽活動周期,包括了幾次波峰和波谷)
二、各常見主要波段傳播特點:
1、低頻波段(30KHz-300KHz,LW),波長10km-1km,這個波段就是人們常說的長波波段,長波電波可以同時通過天波和地波進行傳播,一般夜間的傳播距離超過白天的傳播距離。在這個波段里面,除了有部分歐洲國家和少數美洲國家還在使用長波廣播外,現在這個波段還有一部分較低的頻率主要是遠程的對潛、對艦通信,因為長波的傳播通信特點,即使在水下一定深度(深度<300m),也可以清晰的接收到關鍵的通信信息。上世紀70年代,頻率更低的甚低頻(頻率<30KHz)也被開發出來用于實現上述遠距離通信目標,因為其對海水和地面的穿透能力更強。這個波段在極端的情況下,比如電離層遭到破壞、核爆等情況下,仍舊有一定的通信傳輸能力。但是由于這個波段的特點,建設長波通信電臺需要非常龐大的天線(天線長度為數千米長至數十千米長)和深埋的地網,以及技術要求頗高的長波電臺,才能保證足夠的通信效率和信號強度,所以民用的長波廣播臺相對是比較少的,更少有全球覆蓋能力的民用長波信號。在我國的北方地區晚間時間,有時候可以收到臨近國家的長波廣播信號,歐洲北部、西部還有一些仍舊在工作的民用長波電臺廣播,但是覆蓋的區域和范圍比較有限。
2、中波廣播波段(300KHz-3000KHz, MF),波長1千米到100米,在歐亞大陸,常見的中波頻率是520KHz-1620KHz,步進9KHz;在北美地區,常見的中波頻率是520KHz-1710KHz,步進10KHz ,一部分收音機需要在不同的地區調整不同的步進才能接收節目。這個波段的廣播主要是區域性的廣播,比如覆蓋一個地區或者一個省、一個州。中波可以同時利用地波和天波傳播,到了晚間,中波可以實現比白天更遠的傳播距離,聽到鄰省或鄰國的信號很常見,也有很多中波遠距離接收愛好者活躍于此。中波相對于長波,不論設備的技術要求還是天線的尺寸的要求都相對容易實現,也是很多城市廣播的重要頻率。但是由于傳播的特點,較容易受到混凝土建筑物的屏蔽和現代城市的各種無線電雜散射干擾,在一些區域,無法實現較好的接收或者有嚴重的背景噪音。在我國一些區域,比如華東地區,有較豐富的中波廣播節目。曾經有德國的愛好者利用農場架設近1km長的環形天線,清晰地接收到來自中國的中波廣播信號,并進行了收聽卡片確認。
3、160米波段(1800Khz-2000KHz,MF),這屬于是業余無線電波段中的中波波段,但是常見的短波電臺也都覆蓋了這一波段。在早期的業余無線電通信中,也是從這一波段開始的,160米波段也是很具有遠距離通信挑戰意義的波段。相對于目前常見的居民小區環境,不僅僅是因為其龐大的天線尺寸,而且也因為這一波段的傳播特性,使得大部分愛好者無法有效使用這一波段進行發射。通常情況下,這一波段的電磁波傳播以地波為主,有效的覆蓋范圍僅在200km-300km以內。在太陽黑子的一般年份,僅僅適合于普通的本地及臨近地區通信,但是在太陽黑子較為活躍的年份,尤其是冬季的傍晚到晚上早些時候,這一波段的遠距離傳播會被打開。常見設備的100W發射功率在這個波段都顯得信號很弱小,很容易被這個波段較大的背景噪音所淹沒,如果需要實現遠距離的雙向通信,還需要體積龐大的高效率天線,并且抓住傳播開通的時機,目前僅有一小部分條件優越的愛好者和俱樂部活動在這一波段。版本較新的收音機也可能覆蓋了這一波段,這一波段主要以CW(等幅電報)的形式進行通信,如果有單邊帶功能的收音機,使用LSB下邊帶并加以微調就有可能收到。
(圖片為地波的傳播)
4、120米波段(2300KHz-2495KHz, MF),這是一個廣播的波段,屬于中波波段,常見的是用于區域性廣播。通常情況下,該波段的背景噪音都很大,受電磁干擾嚴重,白天的傳播距離要小于夜晚,但這個波段活躍的電臺相對較少,價格較低的收音機并不覆蓋這個波段。通常在太陽落山以后容易找到這個波段的信號,主要的廣播是AM調幅的模式。非洲有部分國家使用這一波段進行區域廣播。
5、90米波段(3200KHz-3400KHz, HF),這是一個用于廣播的短波波段,用于較大的區域性廣播,大部分是通過地波進行傳播,晚間天波的傳播會打開,晚間的傳播距離大于白天,一般位于發射點500-1000km范圍內較容易收聽,這個波段的噪音相對較大,但是還是存在一些廣播電臺,主要模式是AM調幅,需要利用相對好的天饋系統容易收到信號。一些面積較大的行政區域,也經常利用這個波段進行覆蓋,晚間的廣播電臺數量多于白天。
6、80米波段(3500KHz-3900KHz,HF),這是屬于業余無線電短波波段的最低頻段,主要的傳播也是通過地波,少部分是通過天波。傳播特性稍微類似于160米波段,在太陽黑子不活躍的年份,傳播一般是在晚上較晚的時候傳播容易打開,而且遠距離傳播的窗口期開通較短,可以覆蓋臨近的地區或臨國。在冬季的晚上,傳播情況會稍微改善。但是該波段也容易受到雷電,或者是其他類型的背景噪音干擾,主要通信模式是CW(等幅報)、LSB(下邊帶)語音、DATA(數據)等。如果想取得較遠的通信距離,需要使用較大的通信功率(power>500W)和相對高效率的天線,日常使用的100W在這個波段的通信效果顯得像QRP小功率一樣,比較困難完成有效的通聯。
(圖片為短波傳播單跳的距離)
7、75米波段(3900KHz-4000KHz, HF ),這是一個短波廣播波段,這個波段的傳播距離比90米波段有了一些提高,是一個國際波段,在一些區域基本上白天和晚上都可以覆蓋了,遠距離傳播受到電離層影響比較明顯。這里的廣播電臺數量開始增加,一些國家和地區的廣播也活躍在這個頻段外,ITU國際電信聯盟給每個國家劃分的頻率略有差異。在一些電離層不活躍的時期,這個波段的傳播仍舊有開通的可能,覆蓋一個區域是容易做到的,晚間有廣播電臺會在這個波段出現。
8、60米廣播波段(4750KHz-5060KHz,HF),這是一個地區波段,主要目標是為了解決區域性的廣播,比如一個省或者是一個州,在晚間傳播開通的時候,也能收到臨近國家的信號。這個波段的底噪比75米和90米略有降低,在一些情況下,容易受到大氣閃電等的影響,基本是以AM調幅模式為主,為了較好的接收節目,需要使用有一定效率的天線,也需要注意傳播打開的時間,在傳播開通的時候,相對容易取得較好的收聽效果。
9、60米業余波段(5351.5KHz-5366.5KHz,HF),這個波段業余通信主要是屬于次要的業務,與其他性質的通信電臺共同使用這個波段,帶寬比較窄,主要出于應急通信的目的,解決覆蓋500km范圍內的無盲區通信,個人使用的最大輻射功率被限制在15W,有時候傳播開通的時候,也能收到數千千米外的信號。短波通信里面有一個明顯的現象叫越距,這個波段在一定程度上解決了短波越距的問題。最佳的通信距離是0-40km、50-400km,一般使用CW模式,或者是USB上邊帶語音模式進行通聯,也有比如5358MHz的FT8數據通信。
10、49米廣播波段(5950KHz-6200KHz,HF),這是一個國際波段,也是許多收音機短波開始的低端,這個波段在天波傳播的情況下,可以覆蓋較遠的距離。在發射機使用大功率和高效率天線的情況下,跨區域甚至洲際通信都成為可能,白天和晚上都較容易收到信號,一般晚間可以收到更遠距離的信號,這個波段有較多的廣播電臺。晚間的廣播電臺數量較多,并且清晰度還可以。
11、40米業余波段(7000KHz-7200KHz,HF)是僅次于20米波段的一個遠距離通信波段,很多的業余信號活躍于此。在太陽黑子不活躍的年份,一般在下午晚些時間到深夜傳播開放,可以覆蓋數千公里的通信范圍。在太陽黑子活躍的年份,也可以覆蓋本區域的通信。通常情況下該波段比較適合相鄰兩省的晚間通信,比如國內3區-4區,7區-5區等。這個波段也是常用的晚間DX波段,各種模式的通信整天都比較多,7050KHz以下下一般是CW等幅報模式居多,7050KHz以上是LSB下邊帶和DATA數據通信居多,這個波段根據ITU的規定,在各個國家和地區的頻率范圍略有不同,也是參加各種競賽的熱門波段。
12、31米廣播波段(9500KHz-9900KHz,HF),這是一個國際廣播波段,電離層的傳播幾乎可以整天開通,廣播信號也基本上整天都有,各種廣播電臺的信號比較密集,該波段白天的遠距離傳播效果比其他頻率低的短波波段好,晚間時間的廣播電臺更多。這個波段的廣播電臺較容易覆蓋較大的區域。常見的標準頻率標準時間發波臺就在10.000MHz。
13、30米業余波段(10100KHz-10150KHz,HF)該波段法律開放給愛好者的頻段較窄。不論是在太陽黑子的活躍年份,還是低谷年份,都可以給愛好者提供相對好的遠距離的傳播。在白天的大部分時間里,還有夜晚的部分時間里,該波段都可能打開。而且該波段的傳播會隨著季節變化在任何時間地點打開。該波段在夏季和冬季是有不同的傳播特點,適合1000-4000km內的通信。如果留心該波段的話,有的時候可以帶來一些意外的驚喜,有可能實現DX通信。該波段主要的通信模式是CW和DATA,語音略少,愛好者對這個波段的關注度不如40米波段和20米波段高。
(圖片為各種波的傳播特點)
14、25米廣播波段(11650KHz-12050KHz,HF)這也是一個國際廣播的波段,有很多的廣播電臺活躍在這個波段,可以相對容易的實現遠距離廣播。白天和晚上都能有較好的表現,晚上受電離層傳播的影響,信號的數量會大幅度增多,另外這是一個會受到季節性影響的波段,很多廣播電臺會在夏秋季節和冬春季節更換發射頻率,以實現廣播目標區域的覆蓋。
15、22米廣播波段(13600KHz-13800KHz,HF)這是屬于廣播的黃金短波波段,不論春夏秋冬,都可以相對容易的實現遠距離的覆蓋,比如跨洲際廣播,很多的廣播電臺就集中在這一頻段內。正常情況下,這個波段也是短波頻段內音質最好的波段。在電離層傳播打開的時候,可以在全段內搜索到密集的短波廣播電臺,在傳播衰落的時候,也相對容易實現跨區域性(半徑<3000km)的廣播,因為短波的電波實現一次跳躍或折射就基本能覆蓋這個區域。
16、20米業余波段(14000KHz-14350KHz,HF)這個波段是短波遠距離通信的黃金波段。不論是太陽黑子活動的一般年份,還是太陽黑子比較活躍的年份,從白天到晚上,都可以實現跨區域的遠距離通信。即使在太陽黑子活動的高峰年份,也是可以實現遠距離的通信。該波段出現了一個有趣的現象,就是“越距現象”,就是在該波段的電波傳播過程中,出現了一個通過地波無法達到,而天波的單次傳播跳躍過去,電波無法達到的一個無線電寂靜區域。通常越距現象出現在省內或與臨近地區通信的情況,越距的范圍根據不同的變化,通常出現在100km-300km距離的通信區域,比如上海和蘇州間。有的時候為了保證通信效果,就需要調整天線的類型和發射仰角,來改善這一種情況,這也是一些無盲區短波天線產生的原因。
(圖片為短波越距現象)
17、19米廣播波段(15100KHz-15600KHz,HF)這是一個國際廣播波段,雖然沒有22米波段的廣播的傳播特點,但也是可以實現較遠距離傳播的波段,基本上全天都有廣播電臺,這個波段晚間的傳播衰減稍大,到了深夜廣播電臺的信號比較少,晚上21:00后至清晨06:00,電波的衰減比較大,在這之前,信號的質量相對較好,廣播電臺的數量比較多。
18、16米廣播波段(17550KHz -17900 KHz,HF)這是一個國際廣播頻率,有一些區域性的廣播電臺活躍于此,白天的信號質量比晚上要好,在傳播開通的時候,也可以收聽到較遠地區的廣播。
19、17米業余波段(18068KHz-18168KHz,HF)這是一個通常不被愛好者注意到的短波波段,由于夾在15m波段和20m波段之間,具有了一些15波段的傳播特性。在太陽黑子活躍度較低的年份,該波段的傳播打開更為經常,傳播打開的窗口期也較長。因為頻段較窄,這個頻段內多為CW和DATA數據信號。
20、15米廣播波段(18900KHz-19020KHz,HF)這是一個國際廣播頻段,但是在這一波段內的廣播電臺數量相對是比較少的,也超出了一些老式收音機的覆蓋范圍。在夏季較容易收到遠距離的信號,冬季表現就略差一些。
21、15米業余波段(21000KHz-21450KHz),這也是一個適合進行短波遠距離通信的波段,在太陽黑子活躍的高峰時期,也可以實現相對可靠的遠距離通信。20m波段也有越距現象,而且更加明顯,越距的距離通常比20m波段要長,在夏季和冬季,本省或臨近區域的通信會相對困難些。而另一些時候,在20米波段傳播相對衰落的情況下,15米波卻仍有較好的遠距離通信效果。在該波段的低端,有許。多的遠距離CW信號,該波段在各種的無線電競賽中,也是拿分的重點波段之一。
22、13米廣播波段(21450 KHz -21850 KHz,HF)這是一個國際廣播頻段,在電離層傳播打開的時候,可以實現遠距離通信。該頻段白天的信號質量好于晚間,因為該頻段的信號在晚間衰落較大,有少數的廣播電臺會使用這個頻段。該波段在正常的情況下,背景噪音小于頻率更低的波段。
23、12米業余波段(24890 KHz -24990 KHz,HF)這是一個業余頻段,但是活躍于此的業余電臺相當于比較少,因為通常情況下,該波段的傳播距離都不是太遠,不適合做DX通信,只適合區域性的通信,該頻段帶寬較窄,一般是CW和DATA模式居多,這個頻段的被關注度比較低。
24、11米廣播波段(25600 KHz -26100 KHz,HF)這是屬于短波波段內的廣播頻段,但是幾乎沒有什么廣播電臺使用這個波段。該波段傳播的距離在正常情況下都有限,不適合遠距離廣播。通常情況下,白天的信號質量好于夜間。在傳播開通的窗口期,可以實現稍遠距離的通信覆蓋。
25、10米業余波段(28000KHz-29700KHz,HF)該波段屬于短波波段的高段,通常情況下,不論太陽黑子活躍與否,都可以實現中近距離的通信(距離<300km),而且該波段在傳播開通時的通信質量相對較高。在國內,29.60MHz是許多的愛好者進行NFM通信的熱點頻率,曾經有很多愛好者活躍于此。在傳播打開的時候,該波段可以實現小功率遠距離的傳播,國際間常用28.490MHz的USB上邊帶進行遠距離跨區域語音通信,用這個波段的低端也常用來進行遠距離CW通信。10m波段上,晚間由于電離層密度降低,已經不能對其進行有效的反射,遠距離傳播打開的時候一般是在白天。這一波段也是短波中天線尺寸最小的,繞射的能力也比常見的V/U波段要強,比較適合在車載設備的通信,通常情況下,25W發射功率可以覆蓋半徑20km-30km的區域。
26、6米業余波段(50.000MHz-54.000MHz,VHF)該波段也屬于甚高頻波段,傳播方式接近直接波,能保證視距范圍內的可靠通信。在開闊地帶,可以實現直徑10km-15km的覆蓋范圍,大部分的短波電臺和少數的手持設備,或車載電臺設備都帶有這一波段。該波段是常用的中近距離通信波段,天線尺寸可以做得比短波小許多,1/4波長的垂直GP不超過2米。6m波段在一些特殊的情況下,可以實現遠距離的通信,比如大氣波導現象。原因在于對流層中有許多的冷熱不均的氣團和環流,而更高一層的同溫層卻不受影響,這樣子的大氣物理特性導致甚高頻的電波改變了傳播的方向,使得電磁波沿著對流層和同溫層的夾層傳向遠方,這種現象稱為“大氣波導”現象。一些研究也表明在電離層的E層,會出現電子密度分部不均的區域,導致對甚高頻低端的電磁波發生了散射現象,可以實現遠達2000km左右的通信。曾經記錄有愛好者在這一波段實現了與澳洲的通信(實際距離>8200km)。
27、調頻廣播波段(64.000 MHz -108.000MHz,VHF)這是最常見的廣播波段,數量眾多的收音機都覆蓋了這一波段,這一波段根據各個國家和ITU的劃分,使用不同的頻率,其中俄羅斯和部分東歐國家使用64.000MHz-87.000MHz,日本使用76.000MHz-90.000MHz,我國和大部分國家使用87.000-108.000MHz,大部分廣播的步進是0.100MHz。另外在我國,也有使用64.000 MHz -87.000MHz這一頻段進行廣播的校園和廠礦企業。在這個波段,主要的電臺都是采用FM調頻模式,也有部分測試臺使用數字模式。這個波段主要的傳播特點是接近直線的空間波,可以實現視距范圍內的可靠通信和廣播。在較開闊無障礙物的地帶,利用較好的天線,也可以接收到距離200km范圍內的廣播電臺,這屬于FMDX范圍。另外FMDX受地球曲率的影響,較難超過400km的距離。許多的城市用這個頻段進行各種性質的廣播,在半徑30km-100km范圍內都相對容易接收。這一波段對設備和天線的要求相對不是太高,也是比較容易實現民用的波段,數千瓦的功率和不太龐大的天線已經足以實現較廣的覆蓋范圍。因為這一波段的工作模式為FM,容易實現較高的音質,音質在傳播過程中的損耗也比較小,也是有立體聲廣播最多的波段,在城市中傳播的時候,也是不太容易受到各種雜散射波干擾的頻段。
28、航空頻道(118.000MHz-137.000MHz, VHF),這是屬于航空的專業頻段,一般是屬于飛行器和地面之間互相通信使用。一個機場會同時使用多個頻率進行通信,比如塔臺、飛行器、近進、氣象等。按照法律規定,民用禁止在這個頻段內進行發射,因為容易造成嚴重的事故或錯誤干擾。航空頻道一般在離機場60km半徑范圍內都有可能收到。主要的操作模式是AM調幅模式,很多的通信設備和收音機都帶有這個波段的接收功能。
29、2米波段(144.000MHz-148.000MHz,VHF)這是屬于甚高頻的波段,傳播主要依賴直接波,能在視距范圍內實現可靠的通信,有一定的繞射能力,愛好者主要也是使用該波段進行本地通信。通常情況下,可以通過設立自動差轉通信系統,也就是中繼臺,來實現較遠距離的通信覆蓋面積較大的通信區域。在有效使用中繼臺的情況下,有效通信距離可以覆蓋直徑25km的區域,使得該區域中手持設備或固定設備的愛好者之間能進行有效的溝通,許多的情況下,通過中繼設備的使用,也可以使得區域內愛好者能更好的協調行動,在很大程度上減少了人員和車輛的通信盲區。該波段偶爾可以通過電離層的E層,實現遠距離的傳播,類似一個特殊通道,最遠有過6000km-7000km的通信記錄。該波段也是一個活躍的衛星通信波段,一些國家發射過業余無線電通信衛星,通過使用定向的八木天線,或者自動伺服捕捉信號的衛星天線系統,可以用該波段的設備和天線實現遠距離的通信。
(圖片為VHF和UHF的傳播波型對比)
(VHF和UHF對比,VHF:更長的波,更遠的距離;UHF:更高的頻率,更短的距離)
30、70厘米波段(430.000MHz-440.000MHz,UHF)這是屬于本地通信的黃金波段,該波段的傳播主要是靠直接波,也就是傳播的路徑接近直線。該波段的天線通常都體積比較小,而且可以有更寬的頻帶,在一些城市里都能取得較好的通信效果。有的時候,該波段在樓宇密布的現代城市里,通信的效果要好于2m波段,這也是因為該波段提供了更強的繞射能力。許多城市的愛好者。為了擴大這一波段的覆蓋范圍,通常會使用架設位置相對高度較高的中繼臺,這樣子可以使常見的5W手持設備的覆蓋范圍達到直徑15km左右,大大的擴展了通信覆蓋范圍,提高了通信質量。該波段的不論車載還是手持設備的體積,都遠遠小于短波,天線的物理長度也相對較小,很多的車載電臺和手持設備,都同時提供了V/U兩個波段,極大的方便了愛好者們通過這一波段進行本地通信,這一波段的傳播特性,也使得車隊之間,愛好者之間,更容易的建立起通信,協調各種行動。需要注意的是,該波段業余通信業務僅是次要業務,一些情況下,需要避讓主要通信業務。
31、23厘米業余微波波段(1260.000MHz-1300.000MHz,UHF),這是屬于業余無線電使用的微波頻段,帶寬比較大,約有40MHz,這個波段常見FM、DATA、SSTV等模式的通信,該頻段最大的許可功率是10W。該頻段經常被用于各種測試,支持該頻段的通信設備相對有限。該頻段主要是視距內空間波傳播,地面通信時覆蓋的范圍也相對有限。
三、部分通信模式簡介
1、FM調頻(Frequency Modulation),調頻,全稱“頻率調制”。使載波的瞬時頻率按照所需傳遞信號的變化規律而變化的調制方法。它是一種使受調波瞬時頻率隨調制信號而變的調制方法。實現這種調制方法的電路稱調頻器,廣泛用于調頻廣播、電視伴音、微波通信、鎖相電路和掃頻儀等方面。對調頻器的基本要求是調頻頻移大、調頻特性好、寄生調幅小。由調頻方法產生的無線電波叫調頻波,其基本特征是載波的振蕩幅度保持不變,振蕩頻率隨調制信號而變。調頻(FM),就是高頻載波的頻率不是一個常數,是隨調制信號而在一定范圍內變化的調制方式,其幅值則是一個常數。與其對應的,調幅就是載頻的頻率是不變的,其幅值隨調制信號而變。
2、AM調幅(Amplitude Modulation),使載波的振幅按照所需傳送信號的變化規律而變化,但頻率保持不變的調制方法。調幅在有線電或無線電通信和廣播中應用甚廣。調幅使高頻載波的振幅隨信號改變的調制(AM)。其中,載波信號的振幅隨著調制信號的某種特征的變換而變化。
補充資料:調頻與調幅的區別
(1)調頻比調幅抗干擾能力強:
外來的各種干擾、加工業和天電干擾等,對已調波的影響主要表現為產生寄生調幅,形成噪聲。調頻制可以用限幅的方法,消除干擾所引起的寄生調幅。而調幅制中已調幅信號的幅度是變化的,因而不能采用限幅,也就很難消除外來的干擾。
另外,信號的信噪比愈大,抗干擾能力就愈強。而解調后獲得的信號的信噪比與調制系數有關,調制系數越大,信噪比越大。由于調頻系數遠大于調幅系數,因此,調頻波信噪比高,調頻廣播中干擾噪聲小。
(2)調頻波比調幅波頻帶寬:
頻帶寬度與調制系數有關,即:調制系數大,頻帶寬。調頻中常取調頻系數大于1,而調幅系數是小于1的,所以,調頻波的頻帶寬度比調幅波的頻帶寬度大得多。
(3)調頻制功率利用率大于調幅制:
發射總功率中,邊頻功率為傳送調制信號的有效功率,而邊頻功率與調制系數有關,調制系數大,邊頻功率大。由于調頻系數mf大于調幅系數ma,所以,調頻制的功率利用率比調幅制高。
3、SSB單邊帶(Single Side Band),單邊帶信號從本質上來說也是一種調幅信號,它出自于調幅又區別于調幅。調幅波是一個載波幅度跟隨調制音頻幅度變化而變化的調制方式。只有清楚的知道調幅波的頻譜特征才能準確的掌握單邊帶。如下圖,1KHz的調制信號對10MHz的載波信號進行調制,將得到一個調幅信號(AM)。對這個調幅信號進行分解將得到如下的頻譜。頻率低于載頻的譜線為下邊帶(LSB-Lower Side Band),頻率高于載頻的譜線為上邊帶(USB-Upper Side Band)。上邊帶和下邊帶統稱為單邊帶,在實際通信中,短波頻段低于10.000MHz的使用下邊帶,高于10.000MHz的使用上邊帶。
(單邊帶示意圖)
4、CW等幅報(Continuous Wave)電報是一種最早用電的方式來傳送信息的、可靠的即時遠距離通信方式,它是19世紀30年代在英國和美國發展起來的。電報信息通過專用的交換線路以電信號的方式發送出去,該信號用編碼代替文字和數字,通常使用的編碼是摩爾斯編碼。等幅報通過電鍵控制產生短信號“ . ”(點)和長信號“ — ”(劃),并利用其不同組合表示不同的字符,從而組成通信所用的單詞和句子。等幅報所需要的設備最簡單,占用帶寬較窄,發射效率較高,并且具有惡劣條件下通信距離最遠最可靠的特點。
5、RTTY無線電傳(Radioteletype),無線電傳是一種對設備要求相對較低的數據通信,一般用“移頻鍵控”(FSK)的方式發射,使用鍵盤進行操作。發出的信號以不同的頻率表示“1” 或“0”,用若干個“1”和“0”的不同組合代表不同的字符。RTTY常用2125Hz代表“1” (也稱為“記號”或Mark),2295Hz代表“0” (也稱為“空號”或Space)。也有以1275Hz代表“1”,1445Hz代表“0” 然后再把這兩種頻率的信號去調制高頻信號。發射出去的信號則是兩個高頻—高頻的基本頻率與上述兩個音頻之差。在進行RTTY操作時,調制解調器把鍵盤操作產生的字符信息轉換成由兩個不同頻率組成的“五位碼”(Baudot),再用這些表示數據“0”或“1”的一串串音頻信號通過單邊帶調制發射出去。接收端再利用同樣的原理還原出來。
6、PSK31數據通訊(Phase Shift Keying, 31 Baud),這是一種無線電常用的數據通信模式。根據香農理論,在確定的帶寬里面,對于給定的信號SNR其傳送的無差錯數據速率存在著理論上的極限值,從另一個方面來理解這個理論,可以認為,在特定的數據速率下,信號的帶寬和功率(或理解成SNR)可以互相轉換,這一理論成功地使用在傳播狀態極端惡劣的短波段,在這里具有活力的通信方式比快速方式更有實用意義。PSK31就是這一理論的成功應用,這是新出現的優秀窄帶數字方式,使用極窄的帶寬,并且因為她的信號速率總保持在每秒31.25比特,所以把這種方式稱為PSK31,主要由SP9VPC和G3PLX兩位火腿發展起來的。
目前由于技術的發展,還出現了許多新型的通信模式,比如C4FM、D-Star、APRS、JT65、FT8 等,這些通信方式的出現,都有各自的優缺點和適用范圍,也補充完善了傳統的通信方式,使得通信更加靈活便捷。
四、常見的天線形式簡介
1、LW長線天線(Long Wire Antenna),長線天線是一種很常見的天線形式,在早期應用較多,主要就是一根長的電線,可以采用從1.5平方毫米到6平方毫米的金屬線,一般建議為使用多股軟銅線,對改善帶寬和阻抗有幫助。長線天線的長度為諧振頻率的1/2或1/4波長。長線天線計算公式是:天線長度=300*縮短系數/2*(諧振頻率MHz),諧振頻率一般指需要工作的主要頻率,縮短系數=0.93~0.97之間,根據情況具體調整。長線天線常見的是使用1:9巴倫,或者是不使用巴倫。在使用1:9巴倫時,主振子為長線天線,副振子需要匹配1/4或1/8波長的振子。長線天線常見的架設形式是水平架設和倒L架設,這兩種架設方式的極化方式是不同的,水平架設一般是水平極化,而倒L架設包括了垂直極化和水平極化兩種極化方式。
(圖為HF波段長線天線和1:9巴倫)
2、DP半波偶極天線(Dipole Antenna)這也是一種相對比較常見的天線形式,主要形式是對稱的2個振子,一般使用1:1的巴倫。半波偶極天線的每個振子長度=300*縮短系數/4*諧振頻率,諧振頻率為MHz,其中的縮短系數=0.93~0.97不等。每個振子均為諧振頻率波長的1/4左右。這種類型的天線可以水平架設、倒V架設、傾斜架設。每種架設方式的輻射仰角和通信距離有一定的差異。
(圖A為自由空間中偶極天線方向圖,圖B為偶極天線三維空間的方向圖。)
3、溫頓天線(Windom Antenna),溫頓天線是饋電點在偏離中心約17%的地方的天線。這種天線可以工作在基本諧振頻率的偶次倍數上,溫頓天線有2根長度不等的天線,一般使用1:4的巴倫,也有使用1:6巴倫的,不過需要謹慎。溫頓天線的計算公式是:振子1長度=300*縮短系數*0.33/2*諧振頻率;振子2長度=300*縮短系數*0.66/2*諧振頻率,其中的縮短系數根據具體情況調整,縮短系數=0.93~0.97不等。溫頓天線也是一種可以同時工作在多個波段的天線。
(圖為溫頓天線示意圖)
4、八木天線(Yagi Antenna),八木天線于上個世紀20年代被發明出來,是一種比較復雜的天線,使用多個平行振子,八木天線具有較強的方向性,適合遠距離通信使用,常見的有VHF/UHF八木天線、短波八木天線等。八木天線是一種多單元端射陣列,至少包括一個單獨的激勵單元和一個單獨的寄生單元,這些單元被平行安放在一根支撐桿上并且相互分開。當無源單元被安放在激勵單元后面,與最大輻射方向相反時,稱為反射器;當被安放在無源單元前面時,則稱為引向器。八木天線使用在V/U頻段時,尺寸相對較小,可以接收數十千米至數百千米范圍內的信號,八木天線使用在短波時,尺寸比較大,可以比較容易的接收上萬千米遠的信號。
(2單元八木天線示意圖)
5、小環天線(Loop Antenna),小環天線也是一種常見的天線,通常將1/10波長的環狀天線稱為小環天線,小環天線是一個線圈。小環天線中的電流分布與一個線圈的電流分布是相同的。該天線具有一定的方向性和抗干擾性,在一些場合下適用于接收。小環天線的發射效率相對受限。
(圖為計算所得的小環天線方向圖)
6、GP天線,這是一種常見的簡單天線形式,一般采用1/4諧振頻率波長的振子和1/4波長的地網安裝即可。一些GP天線帶有加感線圈或者是陷波器,可以在一定程度上縮短物理尺寸,或者是兼顧多個波段的使用。該天線的極化方式呈垂直極化,適合DX遠距離通信。這種類型的天線背景噪音較偶極天線略大,對干擾信號和背景噪音比較敏感,但是架設相對容易。
現實中,天線的種類遠不止這些,還有很多類型的天線應用在技術的各個層面,天線也是一門非常專業的學科,各種類型的天線也在不斷的發展和改良中。很多高性能的天線對材料、場地、技術、和資金要求很高,所遇到的問題也遠非普通的無線電愛好者所能解決。因此文章僅介紹了部分常見易制作的天線類型。
五、常見無線電操作技巧
1、關于接收遠距離的FMDX,一般需要注意找到沒有障礙物的高點位置,使用接收機或收音機的拉桿天線就可以接收,如果收音機有外接天線插口,盡量使用VHF波段的八木天線指向需要接收的電臺方位容易接收。在一些天氣情況下,有可能有意外的FMDX電臺出現。
2、關于中波接收,一般城市里有較多的中波波段雜散射干擾,加上現代建筑物多為鋼筋水泥建造,對中波的信號有較強的屏蔽作用。如果使用收音機,需要盡量放置到窗口位置,或者靠近窗口使用額外的中波外接天線改善接收效果。如果使用專門的通信設備或者是短波電臺,用簡單的長線就可以清晰接收中波廣播,因為靈敏度比較高。
3、接收航空波段,使用帶有該波段的接收機或收音機,使用相對長度較長的GP天線或者是成品玻璃鋼天線、長線天線都可以較容易接收。使用VHF波段的八木天線,能接收較遠距離的機場信號。
4、接收短波單邊帶信號,如果使用短波電臺和專業接收機,只需要調整到對應的上/下邊帶就可以接收。如果使用收音機,也需要盡量使用相應的邊帶,并且調整BFO或微調,使語音足夠清晰,遇到干擾時,需要注意調整帶寬設置。由于單邊帶通信信號并非像廣播一樣隨時都有,而且普遍功率遠低于廣播電臺(大部分發射功率<100W),需要耗費一定的時間進行守聽才能捕捉到信號,且多為技術性交流。
5、接收CW信號,因為靈敏度足夠高,短波電臺和接收機直接使用CW模式就足以接收清晰的信號。使用收音機和收信機,需要使用下邊帶模式或報務模式,并且調整BFO拍頻震蕩或者是微調,使CW的音調清晰穩定即可。CW信號一般位于業余頻段的低端50-100KHz范圍內,需要有一定的抄收能力。如果有相對專業的接收機,也可以使用電腦軟件對CW進行解碼,解碼有一定的錯誤率。
6、數據通信,需要使用專業接收設備、通信設備或SDR軟件無線電接收機等,并且通過接收設備與電腦進行聯接,安裝合適的軟件才能進行解碼或雙向通信,數據通信的模式比較多,每種數據通信也有相對固定的頻率范圍。
7、收音機如果有3.5mm的外接接口,就可以使用各種類型的外接天線,一般3.5mm插頭中心為正極,側面為負極,如果需要接外接天線可以使用M頭與3.5mm的轉換線。另外很多收音機的抗過載能力有限,不宜引入過強信號。如果有BNC或者是其他類型天線接口,比如S2000,就可以直接使用50歐阻抗的饋線和接頭與天線進行聯接,如果是通信設備,一般都是M接頭或者是N接頭。
結語:本文旨在提供一個接觸各類無線電的思路和引導,以幫助各位朋友更好的理解、使用好各種無線電技術和設備。由于無線電技術高深復雜、文章篇幅及筆者專業素養有限,文章難免出現不妥和錯謬之處,如果有問題各位歡迎批評指正。如果有進一步的興趣和問題也歡迎隨時跟帖討論。73!
編輯:‘黃飛’
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