电波旅行的途径

无线电波从天线出发，开始了自己的旅行。它们兵分路：一路沿着崎岖不平的地面——地波；一路在天地之间跳跃前进——天波；另一路在大气层中只走直路勇往直前——空间波。

鞭状天线发射出的电波就是沿着地面走的。地球是个导体，具有引导无线电波传播的能力。它们翻山越岭，有时遇到苍松叠翠的群山，有时又会碰上巍然矗立的建筑，地波都能越过它们，以光一样的速度继续自己的旅途。但是它们的耐力较差，有的跑上几分之一秒已经“累”得不行了，有的跑过万分之一秒就耗尽了自己的“体力”，倒下去再也跑不动了。为什么电波在奔跑时也会“疲劳”呢？我们知道，地球是个导体，但并不是理想的导体。地波传播时在地球表面产生感应电流，将一部分能量消耗在地球表面。再说地面上的地形是很复杂的，有平地、高山、湖泊等等，它们对待电波的态度是不同的。如果电波经过的是干燥的土地，这种地面就会像海绵吸水一样吞吃着电波。如果是潮湿的土地，电波会损失得小一些。正像人在长跑中要消耗体力一样，无线电波在奔跑中也不断消耗体力，越走越弱，直到消耗完为止说起来地波的命运竟跟它的身长密切相关哩。不同“身长”的电波具有不同的脾气，在奔跑的旅途中，就有不同的命运。所谓“身长”实际上就是电波的波长超长波和长波具有较强的绕射本领，它们在地面上进行远距离赛跑时，可以迈开“长腿”，轻而易举地翻山越岭，跨过任何障碍，把人们所需的信息送到很远的地方。如果让地波沿着海面传播，由于海水的导电性能很好，“体力”消耗要少得多。所以人们用长波做远距离导航和越洋通信但是发射这种长波需要很大的能量，所以发射台和天线的体积和重量都很大，用作移动通信看来是不合适的短波只会向前直闯，沿地面跑时，没有多远就消失得无影无踪了，不可能作远距离传输，但它却能跳跃式地传播到很远的地方。

说起来还有一个有趣的故事呢在无线电通信发展的早期，人们认为短波的传播距离近，没有什么使用价值，把它送给业余无线电爱好者使用有一年，罗马郊外的一个小镇失了大火，烧坏了通往罗马城里的电话线路，看来已经没有希望请求城里的消防队来救援了。说来也巧，这个小镇有一个业余无线电爱好者，他用自制的短波无线电台向空中发出了紧急呼救信号。奇怪的是电波传到了北欧丹麦的哥本哈根，而近在咫尺的罗马城却没有收到这个信号。哥本哈根的人意外地收到这个呼救信号后，立刻用有线电报告诉罗马，请他们火速派消防队前去救援，最后总算把大火扑灭了。这个现象引起了人们的惊讶和重视。什么原因呢？经过研究，人们找

到了天波传播的独特规律声音碰到房屋或高山，会反射回来形成回音，光照射到镜面时也会发生反射。无线电波也有这种反射的本领。可是天空中除了云层，四周都空空荡荡，是否存在着反射无线电波的物质呢？人们发现，大气高空层中的确存在着反射体——电离层，无线电波依靠它的反射能够回到地面。人们把经由电离层反射到地面的无线电波称为“天波”

那么电离层是怎么回事呢？

谁都知道，包着地球的是厚厚的大气层，大气本来不带电，但是大气高空层由于受到太阳光中紫外线的照射，会产生大量的电子和离子，这种现象叫做“电离”。电离了的空气层，就叫“电离层”。

由于大气层受太阳照射的程度随高度、季节、昼夜变化以及不同纬度而各异，因此电离层上下各部分的电离程度也是不同的。一般说来，越接近地面，电离程度越弱，高空的电离程度则较强。电离层有一种古怪的脾气：它能吸收电波。波长愈长的电波愈容易被“吃掉”。当然多少总有一部分电波虎口余生地逃出来，这就是被反射回来的天波难怪，我们在中午很难收听到远处的长波、中波电台，原来是烈日当空，连接近地面的大气层也强烈地电离了，它把长波和中波大口大口地“吞没”掉了。可是太阳下山后，特别是在深夜，收音机里的电台好像多了起来，这是因为夜间离地面较近的电离层逐渐消失，远处电台的电波能被反射到地面的缘故。

短波有着与众不同的性格，它不容易被电离层吃掉，可以被电离层反射。从天空反射回来之后，又像皮球一样从地面跳起。这样几次反射弹跳之后就把信号传送到遥远的地方了。电力不大的短波电台，正是由于这个缘故，才能传到比长波远得多的地方。

短波在传播中还有一个有趣的现象，那就是存在着“静区”，也称“死区”，就是说离发射机很近和很远的地方可以收到信号，偏偏在不远不近的地方却什么信号也收不到。这是为什么呢？从图中我们可以看到，静区是地波跑不到，天波又跑过头的地方，所以收不到信号。

从罗马城郊发出的求救信号，用的是短波，所以哥本哈根听到了，而罗马却没听见。

从短波的传播特性来看，只要选择合适的波长，即使是发射功率很小的电台，也有可能通达很远的地方，因而它的设备简单，灵活机动。在第二次世界大战中，报务员只要携带一部小小的无线电台，就可以深入敌后，随时与远方的总部联络，报告敌情，给敌人以有力的打击。他们用的都是短波电台。短波电台还用于海上航行的船只进行远距离的移动通信。

但是使用短波有利也有弊。既然电离层随着季节、昼夜和地理环境的不断变化而有改变，短波信号往往从不同高度的电离层，通过不同的传播途径反射回来，所以接收到的信号，也会随着这些变化而时强时弱。接收信号的强度像潮水般地时涨时落现象叫做“衰落”。

短波通信的稳定性和可靠性较差，它受季节、昼夜变化影响大。当太阳发生磁爆时，电离层极不稳定，有时甚至会使通信完全中断。所以现代移动通信已经不用短波了。

我们再来看看超短波，它的命运如何呢？超短波的波长在 1 米和 10 米之间，它在地面上行走时损耗很大，传不了多远就消耗完了。如往天上走，它会穿出电离层，永不回到地球上来。它的绕射本领不强，且不说大山，就是房子也会把它挡住。我们居住的大地是球形的，严格地说，两点之间总是弯曲的。超短波既然连一幢房子都越不过去，因此只能利用它在地球上互相看得见的两点之间进行通信，也就是“视距通信”。手持无线电话、汽车电话等，使用的就是超短波。既然超短波只能沿直线传播，为什么我们在室内、大楼后面那些看不见对方的地方，也能使用无线电话呢？原来超短波很容易被反射，我们使用无线电话时接收的电磁波通常不是由对方天线直接发射出来的，而是经过许多障碍物的反射后才到达我们的接收天线的。反射的时候总有能量损失，这就是为什么无线电话在大楼后面、立交桥下声音变小的原因还有别的问题。反射电磁波的建筑物和地面都不是光滑的，总有岩石、杂草和树木，电波行进在这种区域时，会产生散射现

象。这也使得电波能量有所损失。再说，移动通信的电波主要在大气层靠近地面的对流层中传播，它随着气流、温度的变化而变化。还有，移动电话随着汽车或使用人在不停地运动，这样，周围的建筑物的相对位置在不断变化，这使得到达接收机的无线电信号在短时间内就有很大的起伏，这种现象叫做“快衰落”。它对移动通信的影响很大。接收无线电波时，不仅仅有直接来自发射天线的无线电波，而且还有来自不同建筑物的反射波，这些直射波和反射波的总合才是无线电话接收到的电波。

无线电波传播时，还会受到各种干扰。它不但受到雷电和太阳射电的干扰，还受到许多人为噪声的干扰。比如，工厂的高频电炉、高频热处理设备以及汽车内燃机点火时的杂波等干扰，轻则使得通信质量下降，重则可使通信中断。看来无线电波的旅途真坎坷，要到达目的地还真不容易呀微波又怎样呢？

微波的波长小于 1 米。它的传播道路同样是径直向前，属于视距传播。虽然它翻障碍的能力更差，但它反跳能力很强，一遇到阻挡物就要被反射回来，就像我们拿小镜子对着太阳，照在镜子上的太阳光被镜面反射一样。如果用它进行地面上的移动通信，让它在曲曲弯弯的街道上行走，那肯定是到处碰壁，通信非常困难。但让它做点对点的通信则有很好的效果。于是人们在相距几十公里的高山上建起了一连串的“微波中继站”，就像古代的烽火台一样，每个站都把上一个中继站的信号接收下来，加以放大，再传送给下—个中继站。这些微波站所用的天线就是锅底一样的“抛物面天线”。还有通信卫星，它“站得高，看得远”，能同时“看”见地球表面 1／3 的地方。人们把微波信号用抛物面天线送上卫星，再由卫星送到地球的每一个角落。中央电视台就是通过微波接力和通信卫星这样两个途径，把节目送到祖国各地的。

通信卫星广泛用于远距离通信。移动电话用无线电波和基地台取得了联系，基地台又把你的信号送到卫星地面站，这样，无论你走到哪里，只要手持大哥大电话，全球通信就在你的手中了。