从有线到无线
利用无线电波在空间传送声音、文字、图像的通信方式,总称为“无线电通信”。无线电通信是航空、航天、航海中的主要通信方式,其优点是不受线路限制,也节省了线路投资;其缺点是保密性差,容易受外界干扰的影响。
早在 19 世纪 60 年代,苏格兰物理学家麦克斯韦就已预言,有可能产生
以光速传播的电磁波。但是直到 20 年后德国物理学家赫兹才证明,这种电磁波是一种辐射,“无线电”这个词就是从“辐射”一词派生出来的。赫兹用高压交变电流在两个金属球之间击出火花,并且发现,这种火花会产生一种电磁辐射。只要用一个带小缺口的环,就能测到这种辐射。
然而,真正使无线电派上用场的,却是一个半英国血统、半意大利血统的人,名叫马可尼。他的母亲是英国人,父亲是意大利人。马可尼一家住在意大利波伦亚郊外的维拉格里丰别墅里。从 16 岁起,马可尼就爱上了科学实验。1895 年,在他 21 岁时,他在顶楼的两间屋子里,搞了一个无线电实验室,这两间屋子原先是用来放养蚕的簸箕的。
马可尼先将信息送过养蚕房,接着发现,如果在发射机和接收机上安上天线和地线,就可以加大传送的距离。于是,他让弟弟拿着接收机跑离房屋, 越跑越远⋯⋯1895 年 9 月,他们在两座山之间,在相互看不见的情况下传送信息,结果成功了——他的弟弟按预先的约定鸣响了象征胜利的枪声。
马可尼发明的无线电通信,现在已发展成多种通信手段。
短波通信是利用频率为 3 至 30 兆赫,波长为 10 至 100 米的无线电波进行通信的。这种通信靠的是地波和天波,而天波靠的是电离层的反射。短波通信设备简单,灵活性大,但因受电离层昼夜、季节变化的影响,可靠性和稳定性都较差。在发生太阳磁暴、极光、核爆炸时,电离层发生骚动,通信极不稳定,严重时会完全中断。
微波中继通信利用的是频率在 1000 兆赫以上,波长在 30 厘米以下的电磁波。它一般沿着直线传播信号,绕射能力很弱。由于地球表面是个球体, 两地距离稍远便无法“直视”,因而就不能直接通信。为了克服这种缺陷, 在作长途通信时,要采用接力方式,通常每隔 50 公里设一个增音中继站。微波中继通信的优点是频带范围宽,通信容量大,传播质量稳定,因此目前使用范围很广,但它的保密性能不如有线通信。
卫星通信是把人造地球卫星作为空中中继站,转发或反射无线电信号。
通信两端的地面站,通过卫星上的转发器,接收和发送信息。
今天,国际性的卫星组织主要有“国际电信卫星组织”、“国际海事卫星组织”、“国际人造卫星组织”和“阿拉伯卫星组织”,其中“国际电信卫星组织”是政府间的商用通信机构,它成立于 1964 年 11 月,当时有 11 个国家参加。1965 年,该组织向地球静止轨道发射了第一颗卫星,称为“晨鸟”。这种同步卫星离地面约 3.6 万公里,一颗卫星可供地球上 1/3 的地区使用,覆盖面相当于经度 120 度,因此用 3 颗卫星即可实现全球通信。
1991 年 8 月 15 日,欧洲阿丽亚娜航天公司从法属圭亚那的库鲁太空中心发射一枚阿丽亚娜 44L 型火箭,把国际通信组织的一颗安泰尔萨特 V1—FS 型通信卫星送上了天空,该卫星是至今被送上天的最大民间通信卫星,其直径为 3.6 米,高 11.8 米,重量达 4.296 吨。它被置于地球西经 14°30′的
赤道上空,其覆盖面可达北美、南美、欧洲和非洲。它有 12 万条电话线路可供用户同时通话,另外还可转播电视和数据等。
卫星通信系统中的地面站是指设置在地球上,同卫星联系的地面设施。地面站一般由跟踪系统、天线设备、发射和接收设备、控制设备、电源设备等组成。收发两用户之间的通信联络是通过地面站设备对收到的和发出的信号进行处理而完成的。