認(rèn)識(shí)通信第三章

認(rèn)識(shí)通信陳金鷹博士教授中國(guó)通信學(xué)會(huì)會(huì)士四川省通信學(xué)會(huì)理2如何解決這些應(yīng)用場(chǎng)景的通信呢？上一章回顧有線傳輸通信解決異地間實(shí)時(shí)通信問(wèn)題兩地之間必須架設(shè)長(zhǎng)途線路移動(dòng)的飛機(jī)、艦船地廣人稀的沙漠、海島、邊遠(yuǎn)山區(qū)、湖泊之類(lèi)無(wú)法敷設(shè)線路性?xún)r(jià)比低不值內(nèi)容簡(jiǎn)介3第3章無(wú)線信道的來(lái)龍去脈3.1無(wú)線電波的橫空出世3.2廣播電視引領(lǐng)的媒體革命3.3千姿百態(tài)的無(wú)線電通信41785年法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵鼋⒘苏f(shuō)明兩個(gè)點(diǎn)電荷之間存在相互作用力的庫(kù)侖定律奧斯特發(fā)現(xiàn)電流能使磁針偏轉(zhuǎn)，從而成為第一個(gè)把電與磁聯(lián)系起來(lái)的人3.1.1麥克斯韋方程組預(yù)言的電磁波安培提出了許多重要概念和安培環(huán)路定律3.1無(wú)線電波的橫空出世1820年1831年法拉第提出了著名的電磁感應(yīng)定律5直到1845年上述這些相互作用與中間媒質(zhì)有關(guān)，是通過(guò)中間媒質(zhì)的傳遞而進(jìn)行的關(guān)于電磁現(xiàn)象的學(xué)說(shuō)都以超距作用觀念為基礎(chǔ)認(rèn)為帶電體、磁化體、載流導(dǎo)體間的相互作用都是可以超越中間媒質(zhì)而直接進(jìn)行并立即完成的電磁擾動(dòng)的傳播速度無(wú)限大認(rèn)為只有法拉第主張間遞學(xué)說(shuō)認(rèn)為麥克斯韋在前人成就的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)電磁現(xiàn)象作了系統(tǒng)、全面的研究61855年《論法拉第的力線》發(fā)表了1861年《論物理的力線》發(fā)表了1864年《電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論》發(fā)表了將電磁場(chǎng)理論用簡(jiǎn)潔、對(duì)稱(chēng)、完美的數(shù)學(xué)形式表示了出來(lái)他對(duì)前人和他自己的工作進(jìn)行了綜合概括預(yù)言存在電磁波，認(rèn)為電磁波只可能是橫波，推導(dǎo)出電磁波的傳播速度等于光速71873年《論電和磁》出版了經(jīng)典巨著他系統(tǒng)、全面、完美地闡述了電磁場(chǎng)理論，使這一理論成為經(jīng)典物理學(xué)的重要支柱之一麥克斯韋方程組的積分表達(dá)式麥克斯韋方程組的微分表達(dá)式高斯定律描述電場(chǎng)與空間電荷分布的關(guān)系8麥克斯韋方程組由四個(gè)方程共同組成電場(chǎng)線開(kāi)始于正電荷，止于負(fù)電荷或無(wú)窮遠(yuǎn)。計(jì)算穿過(guò)某給定封閉曲面的電場(chǎng)線數(shù)量，可得包含在這個(gè)封閉曲面內(nèi)的總電荷。揭示了穿過(guò)任意封閉曲面的電通量與該封閉曲面內(nèi)的電荷之間的關(guān)系意義高斯磁定律提出實(shí)際并不存在磁單極子9沒(méi)有孤立磁荷，磁場(chǎng)線沒(méi)有初始點(diǎn)、終止點(diǎn)。磁場(chǎng)線會(huì)循環(huán)或延伸至無(wú)窮遠(yuǎn)。進(jìn)入任何區(qū)域的磁場(chǎng)線，必需從那個(gè)區(qū)域離開(kāi)。揭示了過(guò)任意封閉曲面的磁通量等于零，磁場(chǎng)是一個(gè)無(wú)源場(chǎng)意義法拉第感應(yīng)定律描述時(shí)變磁場(chǎng)怎樣感應(yīng)出電場(chǎng)10一塊旋轉(zhuǎn)的條形磁鐵會(huì)產(chǎn)生時(shí)變磁場(chǎng)，接下來(lái)會(huì)生成電場(chǎng)，使得鄰近的閉合電路因而感應(yīng)出電流。麥克斯韋-安培定律指出磁場(chǎng)可以用兩種方法生成一種是靠原來(lái)安培定律中所描述的傳導(dǎo)電流生成，另一種是靠麥克斯韋修正項(xiàng)描述的時(shí)變電場(chǎng)或稱(chēng)位移電流生成。麥克斯韋修正項(xiàng)意味著時(shí)變電場(chǎng)可以生成磁場(chǎng)，而由于法拉第感應(yīng)定律，時(shí)變磁場(chǎng)又可以生成電場(chǎng)。這兩個(gè)方程在理論上允許自我維持的電磁波傳播于空間。11麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的要點(diǎn)①分立的帶電體或電流之間的一切電的和磁的作用，都是通過(guò)它們之間的中間區(qū)域傳遞的，這些中間區(qū)域可以是真空或是實(shí)體物質(zhì)。②電能或磁能不僅存在于帶電體、磁化體或帶電流的物體中，還分布在周?chē)碾姶艌?chǎng)中。④磁通量既無(wú)始點(diǎn)又無(wú)終點(diǎn)，不存在磁荷。③導(dǎo)體構(gòu)成的電路若有中斷處，電路中的傳導(dǎo)電流將由電介質(zhì)中的位移電流補(bǔ)償貫通，即全電流連續(xù)。且位移電流與其所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的關(guān)系與傳導(dǎo)電流的相同。⑤光波也是電磁波。12所描繪的在變化的磁場(chǎng)周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，在變化的電場(chǎng)周?chē)謱a(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，如此一層層地像水波一樣外推，把交替的電磁場(chǎng)傳到很遠(yuǎn)的地方，這是無(wú)線電波可以在空間傳波的理論基礎(chǔ)。麥克斯韋對(duì)人類(lèi)的重大貢獻(xiàn)建立了一個(gè)完整的、優(yōu)美的方程組，把經(jīng)典的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)統(tǒng)一起來(lái)。131886年赫茲發(fā)明“電流共振器”，使空氣中能夠產(chǎn)生并傳送一定頻率的電磁波赫茲的杰出貢獻(xiàn)麥克斯韋只是從理論上提出電磁場(chǎng)理論，并沒(méi)有從實(shí)驗(yàn)中證明電場(chǎng)與磁場(chǎng)的傳播過(guò)程，所以對(duì)電磁場(chǎng)理論的正確性的認(rèn)識(shí)還不完善。這在當(dāng)時(shí)是除了天然的太陽(yáng)、星星之外，人類(lèi)第一次能夠發(fā)射電磁波。141887年赫茲在一間暗室里做火花實(shí)驗(yàn)，他在兩個(gè)相隔很近的金屬小球上加上高電壓，隨之便產(chǎn)生一陣噼噼啪啪的火花放電。在赫茲把身后放著的一個(gè)沒(méi)有封口的圓環(huán)的開(kāi)口處，調(diào)小到一定程度時(shí)，便看到有火花越過(guò)縫隙。這時(shí)他得出了電磁能量可以越過(guò)空間進(jìn)行傳播的結(jié)論通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)赫茲的發(fā)現(xiàn)具有劃時(shí)代意義，它不但證明了麥克斯韋理論的正確，更重要的是導(dǎo)致了無(wú)線電的誕生，開(kāi)辟了電子技術(shù)的新紀(jì)元，標(biāo)志著從有線電通信向無(wú)線電通信的飛躍。應(yīng)該說(shuō)，從這時(shí)開(kāi)始，人類(lèi)開(kāi)始進(jìn)入了無(wú)線電通信的新時(shí)代。153.1.2無(wú)線電之父的不同說(shuō)法赫茲的遺憾要利用電磁波進(jìn)行通信，需要有一個(gè)面積與歐洲大陸相當(dāng)?shù)木扌头瓷溏R。赫茲的思想局限性使他喪失了引領(lǐng)無(wú)線電通信的先機(jī)。1896年俄國(guó)的波波夫用無(wú)線電波將電文成功地傳送了250米遠(yuǎn)認(rèn)為1895年1895年馬可尼成功地讓無(wú)線電信號(hào)傳輸了2.4公里，這使他成了世界上第一臺(tái)實(shí)用無(wú)線電報(bào)系統(tǒng)的發(fā)明者。16馬可尼實(shí)驗(yàn)的工作原理交變電磁場(chǎng)在金屬片CA與金屬片CB之間的絕緣體中傳輸，因此信號(hào)能在空氣中傳輸。發(fā)送端的交變信號(hào)電容C檢波器電鈴發(fā)聲17馬可尼對(duì)無(wú)線通信應(yīng)用推廣的貢獻(xiàn)1896年獲世界上首個(gè)無(wú)線電報(bào)系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)＠?898年從距岸20英里的海上報(bào)道游艇賽結(jié)果，第一次將無(wú)線通信應(yīng)用媒體報(bào)道1901年完成了越過(guò)3381公里的大西洋無(wú)線通信，證明了無(wú)線電波可以繞地球傳播1909年馬可尼和德國(guó)的布勞恩被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)18沿著馬可尼開(kāi)創(chuàng)的無(wú)線電通信技術(shù)發(fā)展路線，人類(lèi)不斷探索和應(yīng)用無(wú)線電技術(shù)1903年，無(wú)線電話試驗(yàn)成功，使電話通信從此擺脫對(duì)電話線的依賴(lài)，使移動(dòng)條件下的電話通信成為可能。1946年，貝爾系統(tǒng)建立了采用單工方式通信的世界上第一個(gè)公用汽車(chē)電話網(wǎng)。1950年西德、1956年法國(guó)、1959年英國(guó)等國(guó)相繼研制了公用移動(dòng)電話系統(tǒng)。19從1940年代到50年代產(chǎn)生了傳輸頻帶較寬，性能較穩(wěn)定的微波通信，成為長(zhǎng)距離大容量地面干線無(wú)線傳輸?shù)闹饕侄?。其模擬調(diào)頻傳輸容量可達(dá)2700路，也可同時(shí)傳輸高質(zhì)量的彩色電視。20世紀(jì)60年代衛(wèi)星通信興起，短波通信一直是國(guó)際遠(yuǎn)距離通信的主要手段，目前的應(yīng)急和軍事通信仍然在使用這種短波通信。自1980年代中期以來(lái)，隨著頻率選擇性色散衰落對(duì)數(shù)字微波傳輸中斷影響的發(fā)現(xiàn)，以及一系列自適應(yīng)抗衰落技術(shù)與高狀態(tài)調(diào)制和檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，使數(shù)字微波傳輸產(chǎn)生了革命性的變化。203.1.3弗萊明從愛(ài)迪生效應(yīng)獲得的啟發(fā)馬可尼的貢獻(xiàn)電信長(zhǎng)途傳輸連續(xù)模擬信號(hào)的長(zhǎng)途傳輸問(wèn)題解決“有”“無(wú)”狀態(tài)的檢測(cè)馬可尼的遺憾未解決信號(hào)的可靠檢波問(wèn)題信號(hào)的放大問(wèn)題使用的金屬屑檢波器故障率高，性能不穩(wěn)定沒(méi)有解決擴(kuò)散衰減和傳輸衰減問(wèn)題211883年美國(guó)發(fā)明家愛(ài)迪生在真空燈泡內(nèi)的碳絲附近放置一塊金屬銅薄片，希望它能阻止碳絲的蒸發(fā)當(dāng)電流通過(guò)碳絲時(shí)，沒(méi)有連接在電路里的金屬薄片中也有電流通過(guò)愛(ài)迪生無(wú)意中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇特的現(xiàn)象他只記錄了這一后人稱(chēng)之為“愛(ài)迪生效應(yīng)”的現(xiàn)象，然后申報(bào)了一個(gè)未找到任何用途的專(zhuān)利。失去了發(fā)明真空二極管的機(jī)遇。221904年英國(guó)人弗萊明發(fā)明了稱(chēng)為“熱離子閥”的特殊燈泡當(dāng)他給金屬片加上高頻交變電壓時(shí)，這個(gè)特殊燈泡輸出的居然是直流電壓世界上第一個(gè)電子管--真空二極管誕生了這一意外的測(cè)試結(jié)果宣布23真空二極管工作原理當(dāng)用燈絲電源給真空二極管內(nèi)部的燈絲供電時(shí)燈絲就會(huì)發(fā)熱，并導(dǎo)致旁邊的負(fù)極金屬片發(fā)熱，使負(fù)極金屬片內(nèi)中的電子獲得能量，部分電子會(huì)逸出到負(fù)極金屬片外部真空中成為可自由移動(dòng)的電子。如果此時(shí)在真空二極管的正極與負(fù)極之間施加如圖所示的高電壓，電子在正電場(chǎng)的作用下，就會(huì)向正極移動(dòng)，從而形成電流。但如果在正極施加的是負(fù)電壓，電子就被吸附到負(fù)極，而正極距燈絲相對(duì)較遠(yuǎn)，沒(méi)有被加熱到有大量電子逸出的程度，因此沒(méi)有足夠的電子能夠從正極被吸引到負(fù)極，因而沒(méi)有電流。24早期的電子二極管體積大需預(yù)熱功耗大易破碎未解決促使人們探索更好的解決方案晶體二極管誕生真空二極管的問(wèn)題25在一定偏置電源作用下可以實(shí)現(xiàn)單向?qū)щ娦岳眠@種特性，他設(shè)計(jì)出了晶體檢波器1874年布勞恩一些礦物晶體在與金屬接觸后會(huì)呈現(xiàn)出非線性特性在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)晶體二極管誕生1906年美國(guó)人皮卡德發(fā)現(xiàn)硅晶體制作的晶體檢波器具有很好的性能?chē)L試了幾千種不同的礦物后26并由此發(fā)現(xiàn)了PN結(jié)1938年肖特基和莫特基于肖特基結(jié)的點(diǎn)接觸晶體二極管發(fā)明最早實(shí)用化的半導(dǎo)體二極管1949年肖克萊并制造出了鍺基PN結(jié)二極管推導(dǎo)出PN結(jié)的電流公式1939年奧爾摻雜不均勻的半導(dǎo)體材料會(huì)出現(xiàn)單向?qū)щ娦园l(fā)現(xiàn)人類(lèi)從此進(jìn)入了半導(dǎo)體時(shí)代27半導(dǎo)體二極管的工作原理碳、硅、鍺的原子外層有4個(gè)價(jià)電子，若摻入少量如硼之類(lèi)的三價(jià)元素雜質(zhì)獲得P型半導(dǎo)體，摻入如磷之類(lèi)的五價(jià)元素雜質(zhì)獲得N型半導(dǎo)體。當(dāng)N區(qū)多余電子向P區(qū)移動(dòng)時(shí)，在兩者邊緣形成負(fù)電荷區(qū)。當(dāng)P區(qū)的空穴向N區(qū)移動(dòng)時(shí)，在兩者邊緣形成正電荷區(qū)。這個(gè)由電荷漂移形成的帶電區(qū)稱(chēng)為PN結(jié)。PN結(jié)加正電源時(shí)，電子在外電場(chǎng)作用下向電源正移動(dòng)，PN結(jié)中的電場(chǎng)減弱，使N區(qū)多余電子可繼續(xù)向P區(qū)移動(dòng)，便在回路中就形成電流。283.1.4無(wú)知法官為福雷斯特免費(fèi)廣告二極管留下的問(wèn)題無(wú)論真空還是半導(dǎo)體二極管，只能檢波整流，不能放大信號(hào)福雷斯特探索的問(wèn)題是如何放大信號(hào)一天，福雷斯特在真空二極管的燈絲和屏極之間封進(jìn)一片不大的錫箔作為第三個(gè)電極。加電后發(fā)現(xiàn)只要把一個(gè)微小變化的電壓加到這第三個(gè)電極上，就能在金屬屏極上接收到一個(gè)與第三個(gè)極輸入信號(hào)變化規(guī)律完全相同，但強(qiáng)度大大增強(qiáng)的電流。291906年6月26日，福雷斯特的真空三極管獲得美國(guó)專(zhuān)利，后人把這一天當(dāng)作真空三極管的誕生日。福雷斯特的電子管包括絲極(陰極)、屏極(陽(yáng)極)和柵極三個(gè)電極。在柵極上施加一個(gè)微弱的負(fù)電壓，由于柵極距絲極很近，從絲極飛出的電子受到柵極的排斥而不能飛到屏極；如果給柵極施加微弱的正電壓，從絲極飛出的電子受到柵極正電壓的吸引而加速，并通過(guò)柵極到達(dá)屏極。當(dāng)柵極上施加的信號(hào)有微弱變化時(shí)，就在屏極上產(chǎn)生較大的電流變化。這就是三極管的放大作用將電子技術(shù)帶入了一個(gè)新時(shí)代30福雷斯特設(shè)計(jì)的真空三極管對(duì)當(dāng)時(shí)推動(dòng)無(wú)線電話、無(wú)線電報(bào)和有線長(zhǎng)途電話所起的作用終端A發(fā)出的語(yǔ)音低頻電話信號(hào)與本地振蕩電路發(fā)出的高頻載波信號(hào)在調(diào)制電路中進(jìn)行調(diào)制，得到載波信號(hào)振幅隨電話信號(hào)幅度變化而變化的振幅調(diào)制（AM）信號(hào)，經(jīng)濾波電路去除掉其他干擾信號(hào)后由真空三極管做成的發(fā)送放大器進(jìn)行放大，最后經(jīng)發(fā)射天線發(fā)送到天空中。31接收端的接收天線接收到該信號(hào)以及其無(wú)線電干擾信號(hào)，經(jīng)選頻電路選出微弱的有用信號(hào)后，由真空三極管做成的高頻接收放大器進(jìn)行放大，再由真空二極管做成的高頻檢波電路進(jìn)行檢波，去除AM信號(hào)中的負(fù)半波部分，然后由濾波電路濾除高頻信號(hào)，還原出終端A發(fā)出的低頻話音電話信號(hào)，最后傳送該信號(hào)給終端B，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線電話通信。盡管馬可尼1895年就發(fā)明了無(wú)線電報(bào)通信，但無(wú)線電話卻是在20世紀(jì)初福雷斯特發(fā)明了真空三極管之后才出現(xiàn)的。32由此可見(jiàn)，福雷斯特發(fā)明的真空三極管對(duì)推動(dòng)電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步所作的貢獻(xiàn)可以稱(chēng)得上是劃時(shí)代的。真空三極管的影響遠(yuǎn)程無(wú)線電話、遠(yuǎn)程無(wú)線電報(bào)、遠(yuǎn)程有線通信實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)進(jìn)行傳感器的弱小信號(hào)檢測(cè)的應(yīng)用領(lǐng)域真空三極管是的基礎(chǔ)當(dāng)做開(kāi)關(guān)器件來(lái)使用，其開(kāi)關(guān)速度要比繼電器快成千上萬(wàn)倍。很快受到計(jì)算機(jī)研究者關(guān)注，并被用到世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)上。333.1.5肖克萊晶體管實(shí)驗(yàn)室的興衰真空三極管留下的問(wèn)題體積大、需預(yù)熱、功耗大、易破碎、壽命短、處理高頻信號(hào)效果差1947年布拉頓和巴丁把音頻信號(hào)放大100倍的點(diǎn)接觸鍺晶體管發(fā)明341951年肖克萊巴丁布拉頓第一個(gè)可靠的結(jié)型晶體管發(fā)明1956年3人分享獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)今天的助聽(tīng)器、收音機(jī)、電視機(jī)、手機(jī)、計(jì)算機(jī)、各種信息采集與控制設(shè)備、衛(wèi)星和探月火箭都是晶體管應(yīng)用的產(chǎn)物。晶體管可以稱(chēng)之為20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一35三極管的工作原理這時(shí)發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（NPN型晶體管為自由電子，PNP型晶體管為空穴）不斷的流向基區(qū)，形成發(fā)射極到基極的電流Ib。外加基極電源Eb于B區(qū)和E區(qū)構(gòu)成的發(fā)射結(jié)上，使得發(fā)射結(jié)正向偏置。IbIb36因基區(qū)很薄，基極較小的偏置電壓，就可使大量發(fā)射區(qū)中的多數(shù)載流子流向基區(qū)，從而在集電極有反向外置電源時(shí)就形成較大的電流，這就是晶體管的放大作用。其次，當(dāng)多數(shù)載流子由發(fā)射區(qū)流向基區(qū)后，逐漸使基區(qū)內(nèi)部充滿了多數(shù)載流子，并在基區(qū)中從發(fā)射結(jié)逐漸流向B區(qū)和C區(qū)構(gòu)成的集電結(jié)。最后，由于集電結(jié)施加了較大的反向集電極電壓Ec，阻止了集電區(qū)的多數(shù)載流子向基區(qū)進(jìn)行擴(kuò)散，并將聚集在集電結(jié)附近的多數(shù)載流子吸引至集電區(qū)，從而形成集電極電流Ic。cc37晶體管除了具有放大作用外，當(dāng)基極電壓較大時(shí)，可導(dǎo)致集電極電流達(dá)到飽和，集電極與發(fā)射極之間的電壓降到0.2～0.7V。我們常用來(lái)表示數(shù)字信號(hào)的“0”電平。而當(dāng)基極電壓為0.2～0.7V時(shí)，可導(dǎo)致集電極電流為零，稱(chēng)為晶體管截止，此時(shí)集電極與發(fā)射極之間的電壓為外加電源Ec。我們常用這個(gè)電壓來(lái)表示數(shù)字信號(hào)的“1”電平。因此晶體管還可用來(lái)完成數(shù)字電路的邏輯功能0、1電平的產(chǎn)生383.1.6仙童在硅谷的傳奇故事1936年貝爾實(shí)驗(yàn)室的著名物理學(xué)家凱利麻省理工學(xué)院挖博士生肖克萊到1929年擅長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)物理的博士布拉頓貝爾實(shí)驗(yàn)室工作到1945年擅長(zhǎng)固體物理學(xué)普林斯頓大學(xué)數(shù)學(xué)物理博士巴丁貝爾實(shí)驗(yàn)室工作到1945年秋貝爾實(shí)驗(yàn)室批準(zhǔn)凱利的固體物理學(xué)研究課題肖克萊領(lǐng)銜的布拉頓、巴丁半導(dǎo)體研究小組到貝爾實(shí)驗(yàn)室最初的半導(dǎo)體團(tuán)隊(duì)391947年音頻信號(hào)放大100倍1948年貝爾電話實(shí)驗(yàn)室對(duì)外報(bào)道突破巴丁和布萊登獲晶體管發(fā)明專(zhuān)利1949年秋肖克萊提出結(jié)型晶體管的設(shè)想晶體管誕生巴丁、布拉頓最初制成放大倍數(shù)約50的固體器件取名trans-resistor1949年秋斯帕克斯和皮爾遜研制出結(jié)型晶體管1956年秋肖克萊、巴丁和布拉頓獲諾貝爾獎(jiǎng)401955年肖克萊離開(kāi)貝爾實(shí)驗(yàn)室制造科學(xué)測(cè)量設(shè)備公司的經(jīng)理貝克曼創(chuàng)辦公司的財(cái)力支持硅谷了望山肖克萊實(shí)驗(yàn)室股份有限公司肖克萊想一夜暴富的心態(tài)加州舊金山灣區(qū)的圣克拉拉谷老家，現(xiàn)今硅谷憑借“晶體管之父”光環(huán)不超過(guò)30歲的8位輕科學(xué)家找到在得到建立了挑選到41加州理工學(xué)院赫爾尼斯坦福研究所的格里尼克霍普金斯大學(xué)的摩爾菲爾科－福特公司的諾伊斯通用電氣公司的克萊納現(xiàn)代芯片重要貢獻(xiàn)者布蘭克提出平面技術(shù)的拉斯特、羅伯茨肖克萊所稱(chēng)“叛逆八人幫”共事中他們發(fā)現(xiàn)肖克萊除了在研討會(huì)和講演中是令年輕人十分欽佩和仰慕的偉大科學(xué)家外，在企業(yè)管理和經(jīng)營(yíng)技巧方面卻是一竅不通，甚至缺少與人溝通的能力。提議研究集成電路被肖克萊拒絕了，八位年輕人對(duì)于肖克萊逐漸失望，最終選擇向肖克萊遞交辭呈。421960年肖克萊實(shí)驗(yàn)室的人員大量外流，經(jīng)濟(jì)困難克萊維特實(shí)驗(yàn)室賣(mài)給1965年AT&T公司轉(zhuǎn)賣(mài)給1968年被永遠(yuǎn)地關(guān)閉失敗原因制定生產(chǎn)5分/只晶體管這個(gè)在1980年都無(wú)法達(dá)到達(dá)的價(jià)格目標(biāo)計(jì)劃失敗后，集中力量搞基礎(chǔ)研究只推出一種相對(duì)簡(jiǎn)單二極管錯(cuò)失研究集成電路機(jī)會(huì)貪婪、天才、忠誠(chéng)瓦解、雄心、悲劇和突然的毀滅特征歸結(jié)肖克萊實(shí)驗(yàn)室的失敗43如果沒(méi)有肖克萊，8人不會(huì)出現(xiàn)在加州，正是肖克萊的到來(lái)，觸發(fā)了形成硅谷半導(dǎo)體工業(yè)的創(chuàng)業(yè)連鎖反應(yīng)在肖克萊公司的經(jīng)歷使8個(gè)青年人意識(shí)到，建立一個(gè)新的公司，擁有一位合格的領(lǐng)導(dǎo)人和必要的資金也是至關(guān)重要的。一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)他們獲得了仙童照相機(jī)與儀器公司老板費(fèi)爾柴爾德3600美元的種子基金，要求他們開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)商業(yè)半導(dǎo)體器件，并享有兩年的購(gòu)買(mǎi)特權(quán)仙童半導(dǎo)體公司的誕生1957年10月，對(duì)硅谷未來(lái)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的仙童半導(dǎo)體公司誕生了。同時(shí)，史上第一筆風(fēng)險(xiǎn)投資也誕生了。44費(fèi)爾柴爾德攝影器材公司答應(yīng)提供總額為150萬(wàn)美元，制造一種雙擴(kuò)散基型晶體管，以便用硅來(lái)取代傳統(tǒng)的鍺材料，這是他們?cè)谛た巳R實(shí)驗(yàn)室尚未完成卻又不受肖克萊重視的項(xiàng)目。仙童半導(dǎo)體公司的成就1958年1月IBM公司向他們訂購(gòu)了100個(gè)用于該公司電腦存儲(chǔ)器的硅晶體管。1958年底他們的小小公司已經(jīng)擁有50萬(wàn)銷(xiāo)售額和100名員工，依靠技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)，一舉成為硅谷成長(zhǎng)最快的公司。1959年2月，TI工程師基爾比申請(qǐng)第一個(gè)集成電路發(fā)明專(zhuān)利451959年7月他們也向美國(guó)專(zhuān)利局申請(qǐng)了專(zhuān)利。為爭(zhēng)奪集成電路的發(fā)明權(quán)，兩家公司開(kāi)始曠日持久的爭(zhēng)執(zhí)。法院最后判決，也從法律上實(shí)際承認(rèn)了集成電路是一項(xiàng)同時(shí)的發(fā)明。1966年基爾比和諾依斯同時(shí)被富蘭克林學(xué)會(huì)授予巴蘭丁獎(jiǎng)?wù)?，基爾比被譽(yù)為“第一塊集成電路的發(fā)明家”，而諾依斯被譽(yù)為“提出了適合于工業(yè)生產(chǎn)的集成電路理論”的人。1969年461964年仙童半導(dǎo)體公司創(chuàng)始人之一的摩爾博士，以三頁(yè)紙的短小篇幅，發(fā)表了“摩爾定律”。預(yù)言：集成電路上能被集成的晶體管數(shù)目，將會(huì)以每18個(gè)月翻一番的速度穩(wěn)定增長(zhǎng)，并在今后數(shù)十年內(nèi)保持著這種勢(shì)頭。仙童半導(dǎo)體公司營(yíng)業(yè)額近2億美元，這在當(dāng)時(shí)算是天文數(shù)字。1967年47當(dāng)初約定，費(fèi)爾柴爾德?lián)碛袑?duì)仙童半導(dǎo)體的決策權(quán)，并有權(quán)在八年內(nèi)以300萬(wàn)美金收回所有股份。由于發(fā)明集成電路使仙童的名聲大振，公司強(qiáng)制回購(gòu)了8個(gè)創(chuàng)始人的股權(quán)，由缺少對(duì)長(zhǎng)遠(yuǎn)效益專(zhuān)注的職業(yè)經(jīng)理人打理，并抽調(diào)大量利潤(rùn)，投資大量不賺錢(qián)的業(yè)務(wù)，挫傷了大家的積極性。仙童半導(dǎo)體與母公司矛盾加深。鼎盛時(shí)期危機(jī)來(lái)臨48故步自封的仙童公司已開(kāi)始不再符合最初仙童8個(gè)初創(chuàng)人的價(jià)值理念。仙童的殞落大批人才精英，又紛紛出走公司銷(xiāo)售額下滑到不足1.2億美元1968年1969年曾經(jīng)是美國(guó)最優(yōu)秀企業(yè)的仙童半導(dǎo)體公司被法國(guó)外資以3.5億美元售價(jià)接管，曾經(jīng)的輝煌就此香消玉殞。49后仙童時(shí)代的硅谷生機(jī)創(chuàng)辦了阿內(nèi)爾科半導(dǎo)體公司羅伯茨、拉斯特和赫爾尼1961年離開(kāi)仙童赫爾尼1964年離開(kāi)阿內(nèi)爾科先后創(chuàng)辦了聯(lián)碳電子、Intersil等12家公司克萊納1962年離開(kāi)仙童創(chuàng)辦了Edex以及后來(lái)知名的風(fēng)險(xiǎn)投資公司凱鵬華盈諾依斯、摩爾、格魯夫1968年脫離仙童創(chuàng)辦了大名鼎鼎的英特爾公司50回歸到大學(xué)任教格里尼克離開(kāi)仙童布蘭克1969年離開(kāi)仙童曾擔(dān)任過(guò)仙童半導(dǎo)體公司總經(jīng)理的查爾斯.斯波克1967年離開(kāi)仙童來(lái)到國(guó)民半導(dǎo)體公司擔(dān)任CEO，使它從一家虧損企業(yè)快速成長(zhǎng)為全球第6大半導(dǎo)體廠商。曾擔(dān)任過(guò)仙童半導(dǎo)體公司銷(xiāo)售部主任的桑德斯1969年他帶著7位仙童員工創(chuàng)辦高級(jí)微型儀器公司（AMD），目前是僅次于英特爾公司的微處理器生產(chǎn)廠商。51到2013年為止，由仙童公司直接或間接衍生出來(lái)的公司共達(dá)92家，上市的30家公司市值超過(guò)了2.1萬(wàn)億美元。仙童半導(dǎo)體公司是硅谷人才搖籃1980年代初硅谷大約70家半導(dǎo)體公司的半數(shù)，是仙童公司的直接或間接后裔。1969年在森尼維爾舉行的一次半導(dǎo)體工程師大會(huì)上，400位與會(huì)者中，未在仙童工作過(guò)的不到24人。最初的八位創(chuàng)始人后來(lái)曾支持的公司不下2000家。3.1.14硅谷孕育的創(chuàng)新企業(yè)521857年法國(guó)發(fā)明家斯科特發(fā)明了稱(chēng)之為聲波振記器的最早的原始錄音機(jī)，但因不能回放聲音而沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。愛(ài)迪生獲得美國(guó)留聲機(jī)專(zhuān)利，隨后成立公司開(kāi)始商業(yè)運(yùn)用。3.2.1愛(ài)迪生與貝利納的留聲機(jī)3.2廣播電視引領(lǐng)的媒體革命1878年愛(ài)迪生的留聲機(jī)53愛(ài)迪生最初的留聲機(jī)，錄音時(shí)間短、聲音小、音質(zhì)不夠清晰、易受曲柄搖動(dòng)速度的影響，且由于磨損大，每個(gè)金屬滾筒只能播放兩三次就需更換。愛(ài)迪生留聲機(jī)的特點(diǎn)為此愛(ài)迪生又與貝爾合作進(jìn)行改進(jìn)，加裝了一個(gè)喇叭形的音筒作為擴(kuò)音器用；用蠟紙筒代替錫箔滾筒；機(jī)箱里裝上了驅(qū)動(dòng)裝置，每次只要上緊發(fā)條，就可以平穩(wěn)地自動(dòng)錄放，提高了聲音的品質(zhì)541888年德裔美國(guó)人埃米爾.貝利納再次改良留聲機(jī)構(gòu)造，使用扁圓盤(pán)狀的碟形涂蠟板作為聲音載體，同時(shí)也可以制成母版復(fù)制，這是黑膠唱片的始祖。貝利納研制成功以蟲(chóng)膠為原料的唱片，發(fā)明了制作唱片的方法。世界最為知名的幾大唱片商標(biāo)，幾乎都與貝利納有關(guān)聯(lián)，因此他被稱(chēng)為“唱片之父”。1901年貝利納的留聲機(jī)55錄音時(shí)，大喇叭用收集到的聲音來(lái)推動(dòng)一個(gè)隨之振動(dòng)的鼓膜，鼓膜帶動(dòng)一個(gè)鋒利的刻刀，刻刀將變化的聲音刻到下面的蠟質(zhì)唱片基面上，最后在蠟表面鍍金形成一張可以播放的唱片。唱片播放時(shí)，鋼針劃過(guò)旋轉(zhuǎn)唱片凹凸的軌道產(chǎn)生振動(dòng)，經(jīng)大喇叭放大聲音后使人聽(tīng)到原來(lái)錄下的聲音。貝利納留聲機(jī)的特點(diǎn)愛(ài)迪生與貝利納都用聲音的強(qiáng)弱來(lái)刻錄載體溝道深淺變化來(lái)記錄聲音。缺點(diǎn)是，使用多次后用容易磨損載體溝道和鋼針，使用壽命較短。56磁帶錄音機(jī)1927年德國(guó)科學(xué)家波弗勞姆采用粉狀磁性物質(zhì)涂布在紙帶或膠帶上進(jìn)行錄音，這種磁帶錄音機(jī)既安全又理想。1955年美國(guó)無(wú)線電公司宣布實(shí)驗(yàn)成功磁帶彩色錄像機(jī)。1982年第一張激光唱片CD誕生。其中，飛利浦公司研發(fā)光盤(pán)盤(pán)片技術(shù)和激光讀取刻錄技術(shù)，索尼公司研發(fā)數(shù)字編碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)將音樂(lè)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并以PCM編碼形式存儲(chǔ)于一張盤(pán)片上。57MP3的誕生1995年德國(guó)青年勃蘭登堡的博士論文中提出MP3技術(shù)，德國(guó)弗勞恩霍夫?qū)W院決定將MP3作為使用MPEG標(biāo)準(zhǔn)AudioLayer3規(guī)格音樂(lè)格式文件的后綴名。1998年韓國(guó)世韓公司推出第一臺(tái)MP3播放器MPmanF10。后來(lái)美國(guó)的帝盟發(fā)現(xiàn)了MP3的市場(chǎng)價(jià)值，開(kāi)發(fā)出帝盟Rio300，一舉風(fēng)靡世界。盛行百年的錄音機(jī)逐漸退出了人們的生活，名噪一時(shí)的企業(yè)也隨之沉淪。電腦、手機(jī)錄制和播放音樂(lè)導(dǎo)致58錄音機(jī)的發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)想往以久的回聽(tīng)過(guò)去聲音、享受名家音樂(lè)、聆聽(tīng)重要講話的夙愿。無(wú)線電廣播之父史特波斐德在肯塔基州穆雷市進(jìn)行了第一次試驗(yàn)廣播，他兒子巴納特成第一個(gè)無(wú)線電廣播演員3.2.2史特波斐德的礦石收音機(jī)實(shí)驗(yàn)1902年但錄音機(jī)只能回放過(guò)去的聲音，人們不能遠(yuǎn)程聽(tīng)到現(xiàn)場(chǎng)直播和表演的聲音錄音機(jī)的遺憾費(fèi)森登在馬薩諸塞州的國(guó)家電器公司128米高的無(wú)線電塔上進(jìn)行了一次廣播1906年59無(wú)線電廣播的工作原理聲波話筒話音信號(hào)高頻振蕩器載波信號(hào)調(diào)制器調(diào)制信號(hào)高頻放大天線發(fā)射射頻信號(hào)廣播電臺(tái)工作原理用戶收音機(jī)工作原理天線接收射頻信號(hào)調(diào)諧回路聲波信號(hào)檢波器選臺(tái)信號(hào)音頻放大音頻信號(hào)喇叭60鄧伍迪和皮卡樂(lè)德最簡(jiǎn)單收音機(jī)天線電感線圈可變電容固定電容選臺(tái)電路礦石作二極管檢波高阻抗耳機(jī)相電容濾波電臺(tái)廣播節(jié)目射頻信號(hào)選臺(tái)信號(hào)半波信號(hào)音頻信號(hào)聲波信號(hào)61阿姆斯特朗超外差收音機(jī)的工作原理1925年，阿姆斯特朗發(fā)明調(diào)頻收音機(jī)。利用音頻信號(hào)調(diào)制載波信號(hào)的頻率，抗干擾能力、音質(zhì)好。調(diào)幅信號(hào)收音機(jī)天線AT輸入回路電容C選臺(tái)高頻信號(hào)fin本振信號(hào)f0混頻中頻信號(hào)fm中頻濾波放大檢波音頻信號(hào)fs前置音頻低通放大功率放大器喇叭發(fā)出音頻聲波62收音機(jī)的出現(xiàn)，解決的是人類(lèi)遠(yuǎn)距離通過(guò)耳朵實(shí)時(shí)聽(tīng)見(jiàn)講演者聲音的需求。在巴黎舉行的世界博覽會(huì)上，法國(guó)人白吉第一次將傳播圖像的實(shí)驗(yàn)，稱(chēng)之為“電視”，電視一詞被沿用至今。3.2.3電視之父的不同命運(yùn)1900年人們更渴望用眼睛實(shí)時(shí)遠(yuǎn)距離看見(jiàn)表演者的形象與動(dòng)作，這就導(dǎo)致了電視機(jī)的誕生收音機(jī)的遺憾63英國(guó)科學(xué)家約瑟夫.梅在無(wú)意中發(fā)現(xiàn)硒元素具有將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿墓怆娞匦裕@為人類(lèi)將光信號(hào)變成電信號(hào)奠定了基本的物質(zhì)條件。1873年德國(guó)電氣工程師尼普柯夫用他發(fā)明的“尼普柯夫圓盤(pán)”，通過(guò)機(jī)械掃描方法首次進(jìn)行了發(fā)送圖像和接收?qǐng)D像的實(shí)驗(yàn)。1883年1、尼普柯夫圓盤(pán)64英國(guó)科學(xué)家貝爾德利用圖片和硒板的方式得到了靜止的圖像1923年貝爾德把一朵“十字花”發(fā)射到3米遠(yuǎn)的屏幕上，這是世界上第一套電視發(fā)射機(jī)和接收器1924年2、機(jī)械電視之父貝爾德根據(jù)“尼普科夫圓盤(pán)”終于制造出了第一臺(tái)能傳輸圖像的機(jī)械式電視機(jī)，這就是電視的雛形。1925年65貝爾德研制出彩色立體電視機(jī)，成功地把圖像傳送到大西洋彼岸，成為衛(wèi)星電視的前奏。1928年貝爾德與德國(guó)豐塞公司在柏林成立了第一家實(shí)驗(yàn)電視臺(tái)并試播電視節(jié)目。1935年貝爾德公開(kāi)展示的世界上第一臺(tái)電視機(jī)66美國(guó)人茲沃利金發(fā)明靜電積貯式攝像管，獲得了利用儲(chǔ)存原理制作電視攝像管的專(zhuān)利。1923年茲沃利金研制成電子電視模型。1924年3、電子電視之父他發(fā)明了電子掃描器，并進(jìn)一步改進(jìn)了電視攝影機(jī)。同年，杜蒙發(fā)明了陰極顯像管1931年茲沃利金研制成功新的電視攝像機(jī)。1928年他研制成功電視攝像管和電視接收器1933年被稱(chēng)之為電子電視之父67美國(guó)人法恩斯沃斯向?qū)＠痔岢隽怂牡?個(gè)專(zhuān)利申請(qǐng)。設(shè)想把觀看的屏幕劃分成許多長(zhǎng)條，就像耕田時(shí)的壟溝一樣，讓電流沿長(zhǎng)條的各點(diǎn)形成黑白區(qū)域。而當(dāng)這些長(zhǎng)條互相緊密疊加起來(lái)的時(shí)候，他認(rèn)為就可以使它們“畫(huà)”出一幅圖像。1927年4、法恩斯沃斯的遺憾法恩斯沃斯傳輸了歷史上第1張?jiān)谝粡埐Ａ厦鎰澯幸坏谰€的電子電視圖像。1928年法恩斯沃斯向記者展示他的電視機(jī)時(shí)，屏幕上顯示的只是郵票大小且模糊不清圖像，但人們可以看出圖像上的物體在動(dòng)。68費(fèi)城富蘭克林學(xué)會(huì)邀請(qǐng)法恩斯沃斯公開(kāi)展出電子電視。1934年法恩斯沃斯開(kāi)始試驗(yàn)傳輸娛樂(lè)節(jié)目。但因二戰(zhàn)，政府發(fā)布命令暫停出售電視機(jī)，這使法恩斯沃斯的希望破滅了。他在33歲時(shí)感到精疲力竭，他拼命地喝酒和服用鎮(zhèn)靜藥來(lái)緩解消沉的意志，結(jié)果最終他神經(jīng)失常了。1936年法恩斯沃斯去世，美國(guó)郵政局1983年出了紀(jì)念他的郵票。1984年承認(rèn)了法恩斯沃斯的地位。1971年69電視通信是一種單點(diǎn)發(fā)送多點(diǎn)接收的單向音視頻信號(hào)傳輸通信方式5、電視傳輸系統(tǒng)的基本原理通過(guò)無(wú)線信道傳輸?shù)碾娨暦Q(chēng)無(wú)線電視通過(guò)視頻電纜或光纖傳輸?shù)碾娨暦Q(chēng)有線電視。有線信道提供的信道比無(wú)線更寬，因此提供的電視頻道更多。70電視信號(hào)的通信過(guò)程攝像技術(shù)來(lái)獲取信息節(jié)目編排技術(shù)來(lái)組織節(jié)目信號(hào)處理技術(shù)來(lái)放大和調(diào)制信號(hào)電視臺(tái)發(fā)送射頻信號(hào)接收端電視機(jī)發(fā)送端利用調(diào)諧選取電視臺(tái)節(jié)目所在的頻道解調(diào)制并放大信號(hào)圖像顯示技術(shù)在電視屏上顯示圖像音頻處理技術(shù)將聲音由喇叭播放利用71（1）電視信號(hào)的發(fā)射雙通道分別放大式電視發(fā)射機(jī)共同放大式電視發(fā)射機(jī)雙伴音立體聲電視發(fā)射機(jī)電視臺(tái)的發(fā)射機(jī)雙通道分別放大式電視發(fā)射機(jī)系統(tǒng)框圖72共同放大式電視發(fā)射機(jī)系統(tǒng)框圖73雙伴音立體聲電視發(fā)射機(jī)系統(tǒng)框圖74利用電視差轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行中繼接力傳輸由于無(wú)線電視臺(tái)采用只能直線視距傳輸?shù)奈⒉l段工作，當(dāng)電視臺(tái)與用戶電視機(jī)之間的距離太遠(yuǎn)時(shí)，地表的彎曲會(huì)阻擋信號(hào)，為了延長(zhǎng)通信距離，有時(shí)還要增加電視差轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行中繼接力傳輸。75（2）電視信號(hào)的接收還原位于用戶家的電視接收機(jī)將接收的電視信號(hào)還原成可視圖像和可聽(tīng)聲音信號(hào)電視接收機(jī)框圖761902年人們當(dāng)時(shí)無(wú)法解釋馬可尼用無(wú)線電波直線傳播的信號(hào)，是如何通過(guò)彎曲的地球表面的阻擋從英國(guó)到達(dá)加拿大的。亥維賽認(rèn)為在大氣上部存在著一個(gè)帶電粒子層，它能夠把從地面發(fā)出的無(wú)線電波反射回地面。這個(gè)帶電粒子層被命名為亥維賽－肯涅利層。3.3.1亥維賽假設(shè)的電離層3.3千姿百態(tài)的無(wú)線電通信1911年771924年愛(ài)德華.阿普頓爵士嘗試著改變英國(guó)BBC廣播公司發(fā)射機(jī)的頻率，然后在劍橋大學(xué)記錄下來(lái)所接收到的信號(hào)強(qiáng)度，以觀查沿地面直接傳播的波與從帶電粒子層反射回來(lái)的波之間發(fā)生干涉時(shí)信號(hào)的增強(qiáng)效應(yīng)。結(jié)果，接收機(jī)接收到的信號(hào)完全證實(shí)了他的設(shè)想，驗(yàn)證了存在能反射電磁波的大氣電離層的假設(shè)。781927年經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)后，阿普頓發(fā)現(xiàn)約在230公里處還存在一個(gè)反射能力更強(qiáng)的后來(lái)被稱(chēng)之為阿普頓層的高空電離層。阿普頓的為環(huán)球無(wú)線電通信提供了重要的理論依據(jù)，從此無(wú)線電事業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新紀(jì)元。他還還開(kāi)辟了對(duì)電離層以及該層受太陽(yáng)位置和太陽(yáng)耀斑活動(dòng)影響的研究領(lǐng)域。為此阿普頓獲得了1947年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。79隨高度而細(xì)分的電離層80無(wú)線電波在電離層中的傳播電離層的濃度對(duì)工作頻率的影響很大，當(dāng)電離層濃度高時(shí)，電波折射得越多，對(duì)高頻反射強(qiáng)；當(dāng)電離層濃度低時(shí)對(duì)低頻反射強(qiáng)。在一定條件下，從電離層的D層到F2層的峰值處，電波到達(dá)某一高度后將開(kāi)始全反射向下傳播返回地面。對(duì)于不同頻率的電波，進(jìn)入電離層后的傳播路徑不同，頻率越高，電離層對(duì)它的吸收少，越容易穿出電離層。81當(dāng)電波在電離層中傳播時(shí)，會(huì)與中性粒子發(fā)生碰撞，導(dǎo)致電波能量損失。當(dāng)電離層中的電子足夠多，而電波的能量又不夠高時(shí)，電子將對(duì)吸收大量甚至全部電波。F層在白天能把較高頻率的電波反射回地面，而到了晚上由于電子密度的降低，較高頻率的電波會(huì)穿透電離層。因此晚上短波的通信頻率應(yīng)比白天低。例如甚低頻電波一般只能在電離層底部和地面之間進(jìn)行傳播。長(zhǎng)波、中波、短波會(huì)在電離層的不同高度被反射，波長(zhǎng)越短反射越多。超短波、微波在一般情況下可以穿透電離層而不返回地面。電離層對(duì)無(wú)線電通信、衛(wèi)星導(dǎo)航定位、雷達(dá)探測(cè)等都會(huì)產(chǎn)生重要影響82所有的無(wú)線電波都是按一定頻率交替變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)由近向遠(yuǎn)的擴(kuò)散波，不同頻率傳輸衰減不同。由于人們很難做出全頻段無(wú)線電設(shè)備，因此各種無(wú)線電通信設(shè)備都是只適用于某一確定頻段范圍的設(shè)備，這就導(dǎo)致了各種各樣無(wú)線電通信技術(shù)的出現(xiàn)。3.3.2特性迥異的無(wú)線電波83即頻率f是周期T的倒數(shù)，頻率的單位是赫茲（Hz），1赫茲表示電場(chǎng)或磁場(chǎng)變化一個(gè)周期需要一秒鐘的時(shí)間。周期的單位為秒。c為30萬(wàn)公里/秒的光速。波長(zhǎng)λ的單位為公里或米。電場(chǎng)和磁場(chǎng)的交替變化速度，我們常用頻率f來(lái)表示，有時(shí)也用周期T或波長(zhǎng)λ來(lái)表示。他們之間的關(guān)系如公式(3-1)和公式(3-2)所示：

(3-1)λ=c×T(3-2)84(3-3)1、無(wú)線電信號(hào)的傳輸衰減當(dāng)攜帶信息的無(wú)線電波信號(hào)在自由空間中由近向遠(yuǎn)傳播時(shí)，其信道是無(wú)導(dǎo)線引導(dǎo)的，故稱(chēng)為無(wú)線電傳輸。無(wú)線電通信是以電磁波的擴(kuò)展方式進(jìn)行能量的傳輸，因此能量在信號(hào)的傳輸方向上存在固有衰減，且信號(hào)能量密度隨距離按球面擴(kuò)張衰減。固有的信號(hào)衰減計(jì)算公式Lbs=32.5+20lgf+20lgd其中：Lbs為自由空間損耗，以分貝(dB)為單位，f為電磁波頻率，d為傳輸距離。不同頻率f的在相同距離d的傳輸過(guò)程中所受到的衰減隨著頻率增加而增加。85(3-4)接收站接收設(shè)備接收到的無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算公式RSS=Pt+Gt+Gr-Lc-Lbs其中：RSS為信號(hào)接收強(qiáng)度，以分貝(dB)為單位，Pt為發(fā)射機(jī)發(fā)射功率，Gt為發(fā)射機(jī)的發(fā)射天線增益，Gr為接收機(jī)的接收天線增益，Lc為電纜和纜頭的衰耗，Lbs為自由空間損耗。對(duì)于一個(gè)點(diǎn)狀天線發(fā)射的無(wú)線電信號(hào)，能量均勻地分布在球面上。如天線發(fā)出的信號(hào)能量為P，當(dāng)信號(hào)傳輸?shù)骄嚯x為R的地點(diǎn)時(shí)，其能量密度ρ隨著距離的增加，某點(diǎn)所能獲取的無(wú)線電信號(hào)的能量密度與距離平方的倒數(shù)成正比。

(3-5)862、無(wú)線電波常見(jiàn)的傳播方式（1）地波傳播沿大地與空氣的分界面?zhèn)鞑サ碾姴ń械乇砻娌ǎ?jiǎn)稱(chēng)地波。其傳播途徑主要取決于地面的電特性。地波在傳播過(guò)程中，能量隨距離增加逐漸被大地吸收。波長(zhǎng)越短，信號(hào)減弱越快，因而傳播距離較近。地波傳播不受氣候影響，可靠性高。超長(zhǎng)波、長(zhǎng)波、中波無(wú)線電信號(hào)均利用地波進(jìn)行傳播，短波近距離通信也利用地波進(jìn)行傳播。872、無(wú)線電波常見(jiàn)的傳播方式（2）直射波傳播直射波又稱(chēng)為空間波，是由發(fā)射點(diǎn)經(jīng)空間直線傳播到接收點(diǎn)的無(wú)線電波。直射波的能量衰減較慢，一般限于視距范圍的通信。利用直射波傳播進(jìn)行通信的方式有超短波和微波通信。制約直射波通信距離的因素主要是地球表面弧度和山地、樓房等障礙物，因此超短波和微波通信的天線要求盡量高架。由于微波可以穿透電離層，因此可以進(jìn)行地面站與衛(wèi)星之間的直射微波通信或衛(wèi)星導(dǎo)航通信。88（3）天波傳播天波是由天線向高空輻射的電磁波，遇到大氣電離層折射后返回地面的無(wú)線電波。電離層只對(duì)短波波段的電磁波產(chǎn)生反射作用，因此天波傳播主要用于短波遠(yuǎn)距離通信，或電臺(tái)通信。89（4）散射傳播散射傳播是由天線輻射出去的電磁波投射到低空大氣層或電離層中不均勻介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生散射，其中一部份到達(dá)接收點(diǎn)。散射傳播距離遠(yuǎn)，但是效率低，不易操作，使用較少。但散射通信的保密性強(qiáng)，常用于軍事通信。903.無(wú)線電通信的頻率劃分為了適應(yīng)無(wú)線電波傳輸受頻率影響的特點(diǎn)，人們將無(wú)線電信號(hào)按頻率的不同劃分為多個(gè)不同的頻段。表3-1無(wú)線電頻段的劃分波段名稱(chēng)頻率波長(zhǎng)γ（Gammarays）伽馬射線300EHz～30EHz1pm～10pmHX（HardX-rays）硬X光30EHz～3EHz10pm～100pmSX（SoftX-Rays）軟X光3EHz～300PHz100pm～1nmEUV（Extremeultraviolet）遠(yuǎn)紫外線300PHz～30PHz1nm～10nmNUV（Nearultraviolet）近紫外線30PHz～3PHz10nm～100nmNIR（Nearinfrared）近紅外線3PHz～300THz100nm～1μmMIR（Moderateinfrared）中紅外線300THz～30THz1μm～10μmFIR（Farinfrared）遠(yuǎn)紅外線30THz～3THz10μm～100μmRadiowaves：無(wú)線電波THF（Tremendouslyhighfrequency）至高頻3THz～300GHz10dmm～1mmEHF（Extremelyhighfrequency）(Microwave）極高頻300GHz～30GHz1mm～1cmSHF（Superhighfrequency）(Microwaves)超高頻30GHz～3GHz1cm～1dmUHF（Ultrahighfrequency）特高頻3GHz～300MHz1dm～1mVHF（Veryhighfrequency）甚高頻300MHz～30MHz1m～1damHF（Highfrequency）高頻30MHz～3MHz1dam～1hmMF（Mediumfrequency）中頻3MHz～300kHz1hm～1kmLF（Lowfrequency）低頻300kHz～30kHz1km～10kmVLF（Verylowfrequency）甚低頻（VLF）甚低頻30kHz～3kHz10km～100kmVF（Voicefrequency）（UltralowfrequencyULF）音頻/特低頻3kHz～300Hz100km～1MmSLF（Superlowfrequency）超低頻300Hz～30Hz1Mm～10MmELF（Extremelylowfrequency）極低頻30Hz～3Hz10Mm～100MmTLF（Tremendouslylowfrequency）至低頻3Hz～0.3Hz100Mm～1GMmTEF（TremendouslyExtremelylowfrequency）至極低頻0.3Hz～0Hz1GMm～10GMm其中，頻率約為300MHz～300GHz的無(wú)線電波頻段，又被稱(chēng)之為微波頻段，波長(zhǎng)約在1m～1mm之間。這段電磁頻譜包括分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波等波段。91微波的基本性質(zhì)通常呈現(xiàn)為穿透、反射、吸收三個(gè)特性。微波可以幾乎不被吸收地穿越玻璃、塑料和瓷器。而對(duì)金屬類(lèi)東西，則會(huì)反射微波，因此可用作雷達(dá)探測(cè)。表3-2拉丁字母代號(hào)表示的更細(xì)的波段劃分波段名稱(chēng)頻率范圍波長(zhǎng)范圍P波段230～1000MHz1300.00～300.00mmL波段1～2GHz300.00～150.00mmS波段2～4GHz150.00～75.00mmC波段4～8GHz75.00～37.50mmX波段8～12GHz37.50～25.00mmKu波段12～18GHz25.00～16.67mmK波段18～27GHz16.67～11.11mmKa波段27～40GHz11.11～7.50mmU波段40～60GHz7.50～5.00mmE波段60～90GHz5.00～3.33mmF波段90～140GHz3.33～2.14mmQ波段30～50GHz10.00～6.00mmV波段50～75GHz6.00～4.00mmW波段75～110GHz4.00～2.73mmD波段110～170GHz2.73～1.76mm微波穿越水和食物等時(shí)會(huì)因被這些物體所吸收而使這些物質(zhì)發(fā)熱，因此可用微波來(lái)殺菌、消毒和烹調(diào)。924.無(wú)線通信的分類(lèi)我國(guó)無(wú)線電應(yīng)用可劃分為42種業(yè)務(wù)，包括固定業(yè)務(wù)、移動(dòng)業(yè)務(wù)、廣播業(yè)務(wù)、無(wú)線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)等。每種業(yè)務(wù)都必須在特定的無(wú)線電頻率規(guī)劃內(nèi)開(kāi)展業(yè)務(wù)。表3-3各無(wú)線電頻段的應(yīng)用領(lǐng)域頻帶號(hào)頻帶名稱(chēng)波段名稱(chēng)傳播特性主要用途1至極低頻（TEF）極至長(zhǎng)波或千兆米波

0至低頻（TLF）至長(zhǎng)波或百兆米波

1極低頻（ELF）極長(zhǎng)波

2超低頻（SLF）超長(zhǎng)波

3特低頻（ULF）特長(zhǎng)波

4甚低頻（VLF）甚長(zhǎng)波空間波為主海岸潛艇通信、遠(yuǎn)距離通信、超遠(yuǎn)距離導(dǎo)航、5低頻（LF）長(zhǎng)波地波為主越洋通信、中距離通信、地下巖層通信、中距離導(dǎo)航6中頻（MF）中波地波與天波船用通信、業(yè)余無(wú)線電通信、移動(dòng)通信7高頻（HF）短波天波與地波遠(yuǎn)距離短波通信、國(guó)際定點(diǎn)通信8甚高頻（VHF）米波（超短波）空間波電離層散射通信（30MHz～60MHz）、流星余跡通信、人造電離層通信（30MHz～144MHz）、空間飛行體通信、移動(dòng)通信9特高頻（UHF）分米波空間波小容量微波中繼通信（352～420MHz）、對(duì)流層散射通信（0.7GHz～1GHz）、中容量微波通信（1.7GHz～2.4GHz）10超高頻（SHF）厘米波空間波大容量微波中繼通信（3.6GHz～4.2GHz）、大容量微波中繼通信（5.85GHz～8.5GHz）、數(shù)字通信、衛(wèi)星通信、國(guó)際海事衛(wèi)星通信（1.5GHz～50GHz）11極高頻（EHF）毫米波空間波再入大氣層時(shí)的通信、波導(dǎo)通信12至高頻（THF）絲米波或亞毫米波空間波自由空間激光通信93（1）長(zhǎng)波通信長(zhǎng)波通信是利用波長(zhǎng)長(zhǎng)于1公里，頻率低于300kHz的電磁波進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)臒o(wú)線電通信，亦稱(chēng)低頻通信。長(zhǎng)波（10km～1km）甚長(zhǎng)波（100km～10km）特長(zhǎng)波（1000km～100km）超長(zhǎng)波（10000km～1000km）極長(zhǎng)波（100000km～10000km）波段可細(xì)分為通信94①長(zhǎng)波通信的特點(diǎn)

長(zhǎng)波（LF）主要沿地球表面以地波的形式傳播，傳播比較穩(wěn)定。依不同的輻射功率和波長(zhǎng)，傳播的距離達(dá)數(shù)百至數(shù)千公里甚至上萬(wàn)公里。在150kHz以上的頻率高端，大氣噪聲較小，天線效率較高，被用于海上通信，也適用于地下通信。在30kHz～60kHz的頻率低端，地波能穿透一定深度的海水。②甚長(zhǎng)波通信的特點(diǎn)

甚長(zhǎng)波（VLF）主要靠大地與電離層低端之間形成的波導(dǎo)進(jìn)行傳播。甚長(zhǎng)波通信的特點(diǎn)是系統(tǒng)龐大、Q值高、回路電壓很高、通帶較窄。③超長(zhǎng)波通信的特點(diǎn)

超長(zhǎng)波（SLF）傳播十分穩(wěn)定，在海水中的傳播衰減約為甚長(zhǎng)波的十分之一，頻率為75赫時(shí)，衰減約為0.3分貝／米，因而對(duì)海水穿透能力很強(qiáng)，可深達(dá)100米或更多。95（2）中波通信中波（MF）通信指利用波長(zhǎng)為1000m～100m，頻率為300kHz～3000kHz的電磁波進(jìn)行的無(wú)線電通信。中波通信的電磁波既可利用地波傳播，也可利用天波傳播。白天，由于電離層D層對(duì)中波的強(qiáng)烈吸收，使其不能依靠電離層反射的天波傳播，主要靠地波傳播。夜間，電離層D層消失，E層的電子密度下降，高度上升，對(duì)中波的吸收急劇減少。根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)《國(guó)際無(wú)線電規(guī)則》的頻率劃分，526.5kHz～1606.5kHz頻段的中波用作廣播，廣播頻段以下的中波常用于中近程無(wú)線電導(dǎo)航，飛機(jī)、艦船的無(wú)線電通信及軍事地下通信等。96（3）短波通信短波（HF）通信指利用波長(zhǎng)為100ｍ～10ｍ，頻率為3MHz～30MHz的電磁波進(jìn)行的無(wú)線電通信。短波通信中所發(fā)射的電波要經(jīng)電離層的反射才能到達(dá)接收設(shè)備，是遠(yuǎn)程通信的主要手段。由于電離層的高度和密度容易受晝夜、季節(jié)、氣候等因素的影響，所以短波通信的穩(wěn)定性較差，噪聲較大。在山區(qū)、戈壁、海洋等地區(qū)，超短波覆蓋不到的地區(qū)，主要依靠短波。97（4）微波通信微波通信指使用波長(zhǎng)在0.1毫米至1米之間的電磁波進(jìn)行的通信。地面微波接力通信對(duì)流層散射通信流星余跡通信衛(wèi)星通信空間通信移動(dòng)通信微波通信微波通信由于其頻帶寬、容量大、可以用于各種電信業(yè)務(wù)的傳送，如電話、電報(bào)、數(shù)據(jù)、傳真以及彩色電視等。我國(guó)微波通信廣泛應(yīng)用L、S、C、X、K波段。98（5）自由空間光通信自由空間光通信以激光光波為載體，在真空或大氣中傳遞信息的一種寬帶光通信方式。按照傳輸光信號(hào)所采用的介質(zhì)的不同光通信系統(tǒng)光纖通信自由空間光通信（FSO）水下光通信99國(guó)際電信聯(lián)盟將地球與宇宙飛行器之間的通信定義為宇宙無(wú)線電通信，簡(jiǎn)稱(chēng)為宇宙通信、空間通信。由于人們很難做出全頻段無(wú)線電設(shè)備，因此各種無(wú)線電通信設(shè)備都是只適用于某一確定頻段范圍的設(shè)備，這就導(dǎo)致了各種各樣無(wú)線電通信技術(shù)的出現(xiàn)。3.3.3地球與嫦娥、天問(wèn)之間的密語(yǔ)近空通信深空通信宇宙通信1001、近空通信近空通信指地球上的通信實(shí)體與距離地球小于2百萬(wàn)公里的空間中的地球軌道上的飛行器之間的通信。這些飛行器包括各種人造衛(wèi)星、載人飛船、航天飛機(jī)等，飛行器飛行的高度從幾百公里到幾萬(wàn)公里不等。地球與嫦娥飛船之間的通信就屬于近空通信。101傳統(tǒng)航空器的主要運(yùn)行空間距地面20公里下面的近空間空域航天器的運(yùn)行空間距地面100公里以上的空域是近空通信近空間飛行器是指運(yùn)行在近空間范圍的飛行器研究熱點(diǎn)方面平流層飛艇浮空氣球高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)表3-4幾種近空間飛行器的設(shè)計(jì)思想和主要特點(diǎn)類(lèi)型設(shè)計(jì)思想主要特點(diǎn)平流層飛艇采用航空飛行器的設(shè)計(jì)思想，具有較大的氣囊，內(nèi)中充滿輕質(zhì)氣體，依靠空氣浮力來(lái)平衡飛行器的重力，依靠螺旋槳的推力來(lái)克服阻力?？啥c(diǎn)懸停、可進(jìn)行低速水平飛行，機(jī)動(dòng)性好浮空氣球具有較大的氣囊，充灌輕質(zhì)氣體，無(wú)推進(jìn)動(dòng)力裝置，依靠空氣浮力進(jìn)入近空間。優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、成本低，缺點(diǎn)是阻力大、定點(diǎn)與機(jī)動(dòng)性差。高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)采用航空飛行器的設(shè)計(jì)方法，采用太陽(yáng)能、氫燃料電池等新能源，輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，依靠空氣動(dòng)力達(dá)到近空間?？煽焖贆C(jī)動(dòng)1022、深空通信深空通信指地球上的通信實(shí)體與距離地球等于或大于2百萬(wàn)公里的進(jìn)入太陽(yáng)系的飛行器之間的通信。深空通信最突出的特點(diǎn)是信號(hào)傳輸?shù)木嚯x極其遙遠(yuǎn)。例如，探測(cè)木星的“旅行者l號(hào)”航天探測(cè)器，從1977年發(fā)射后1979年才到達(dá)木星，飛行航程6.8億公里。信號(hào)從航天器發(fā)回地球需要經(jīng)過(guò)37.8分鐘。類(lèi)似地，我國(guó)的“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器與地球之間的通信延遲可以長(zhǎng)達(dá)22.3分鐘，也屬于深空通信。103我國(guó)發(fā)射的天鏈衛(wèi)星是我國(guó)深空通信前哨站，天鏈衛(wèi)星可為我國(guó)的飛船提供中繼控制信號(hào)。天鏈衛(wèi)星是極其重要的航天基礎(chǔ)設(shè)施，其監(jiān)控范圍比地面測(cè)控站、海上航天測(cè)控船大20倍，而且隨時(shí)在軌。由天鏈衛(wèi)星組成的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)被譽(yù)為衛(wèi)星的衛(wèi)星，是航天器太空運(yùn)行的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，可為航天器提供跟蹤、測(cè)控、數(shù)據(jù)中繼等多種服務(wù)。104德國(guó)科學(xué)家赫茲在證實(shí)電磁波的存在時(shí)，發(fā)現(xiàn)電磁波在傳播過(guò)程中遇到金屬物會(huì)被反射回來(lái)，就像光會(huì)被鏡面反射一樣。當(dāng)時(shí)赫茲并沒(méi)有想到如何利用這一現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行雷達(dá)探測(cè)，因而與發(fā)明雷達(dá)失之交臂。3.3.4瓦特對(duì)熒光屏亮點(diǎn)的研究1887年波波夫發(fā)現(xiàn)每當(dāng)聯(lián)絡(luò)艦“伊林中尉號(hào)”在兩艦之間通過(guò)時(shí)，通信就會(huì)中斷。他記載了障礙物對(duì)電磁波傳播的影響，并在試驗(yàn)記錄中提出了利用電磁波進(jìn)行導(dǎo)航的可能性。但令人遺憾的是，他沒(méi)有將此想法付諸實(shí)踐，這可以說(shuō)是雷達(dá)思想的萌芽。1897年105瓦特在觀察無(wú)線電設(shè)備接收回來(lái)的電磁波圖像時(shí)，熒光屏上出現(xiàn)了一連串亮點(diǎn)。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，這些光點(diǎn)顯示的正是被實(shí)驗(yàn)室附近一座大樓所反射的無(wú)線電回波信號(hào)。瓦特馬上想到，既然在熒光屏上可以清楚地顯示出被建筑物反射的無(wú)線電信號(hào)，那天空中的飛機(jī)是不是也可以在熒光屏上得到反映呢？1934年1935年瓦特將雷達(dá)裝在載重汽車(chē)上進(jìn)行了試驗(yàn)。在飛機(jī)距離雷達(dá)12公里時(shí)，雷達(dá)上的無(wú)線電接收裝置果然收到了被飛機(jī)反射回來(lái)的無(wú)線電回波信號(hào)。就這樣，世界上第一臺(tái)雷達(dá)試制成功了。106雷達(dá)技術(shù)已達(dá)完全實(shí)用的地步，出現(xiàn)了具有地對(duì)空搜索、空對(duì)地搜索轟炸、空對(duì)空截?fù)艋鹂亍澄易R(shí)別功能的雷達(dá)技術(shù)。1939年常規(guī)幅度調(diào)制脈沖雷達(dá)工作原理

R為飛機(jī)與雷達(dá)間單程距離，c為光在大氣中的傳輸速率，Δt為無(wú)線電波來(lái)回路程所花費(fèi)總時(shí)間。107預(yù)警雷達(dá)線性調(diào)頻脈沖雷達(dá)脈沖多普勒雷達(dá)合成孔徑雷達(dá)全息矩陣?yán)走_(dá)數(shù)字雷達(dá)無(wú)源和有源相控陣列雷達(dá)雷達(dá)種類(lèi)108我國(guó)開(kāi)始使用一種叫做司南的磁性指向器來(lái)確定方位。后來(lái)在逐步掌握了利用磁石對(duì)鋼鐵進(jìn)行人工磁化的方法后，制造出了中國(guó)古代四大發(fā)明之一的指南針。3.3.5從指南針到北斗導(dǎo)航的探索公元前475年到公元前221年按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在制作的指南針的磁針紅色端N為磁針的北極，磁針?biāo){色端S為磁針的南極。109美國(guó)軍方起動(dòng)了一個(gè)叫做子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)的項(xiàng)目，并于1964年投入使用。該系統(tǒng)用5到6顆衛(wèi)星組成衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行定位，衛(wèi)星每天最多繞過(guò)地球13次，但該系統(tǒng)不能定位高度，定位精度也較差。1958年美國(guó)陸?？杖娪致?lián)合研制了新一代全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）。在經(jīng)過(guò)耗資300億美元的不斷改進(jìn)后，到1994年，全球覆蓋率達(dá)到98%的24顆GPS衛(wèi)星星座布設(shè)完成。這24顆衛(wèi)星在離地面2.02萬(wàn)公里的高空上，每四顆一組沿六條軌道繞地球運(yùn)行，以12小時(shí)的周期環(huán)繞地球。1970年代110用戶測(cè)量系統(tǒng)中4顆衛(wèi)星發(fā)來(lái)信號(hào)的傳播時(shí)間，然后完成一組包括4個(gè)方程式的數(shù)學(xué)模型運(yùn)算得出用戶位置。GPS采用的時(shí)間測(cè)距法實(shí)現(xiàn)定位。衛(wèi)星導(dǎo)航原理時(shí)間測(cè)距定位多普勒測(cè)速定位用戶測(cè)量實(shí)際接收到的信號(hào)頻率與衛(wèi)星發(fā)射的頻率間的多普勒頻移，并根據(jù)衛(wèi)星軌道參數(shù)，算出用戶的位置。目前國(guó)際上成熟的導(dǎo)航系統(tǒng)有美國(guó)的GPS、俄羅斯的格洛納斯（GLONASS）、歐洲的伽利略（GALILEO）以及我國(guó)的北斗（BD）衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。111時(shí)間測(cè)距定位原理用戶手中的GPS接收機(jī)可接收到的信息包括：用于授時(shí)的準(zhǔn)確至納秒級(jí)的時(shí)間信息；用于預(yù)報(bào)未來(lái)幾個(gè)月內(nèi)衛(wèi)星所處概略位置的預(yù)報(bào)星歷；用于計(jì)算定位時(shí)所需衛(wèi)星坐標(biāo)的廣播星歷，精度為幾米至幾十米；以及GPS系統(tǒng)信息，如衛(wèi)星狀況等。112北斗導(dǎo)航系統(tǒng)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的空間段由5顆靜止軌道衛(wèi)星、3顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和27顆中圓地球軌道衛(wèi)星等組成。35顆衛(wèi)星在離地面2萬(wàn)多公里的高空以固定周期環(huán)繞地球運(yùn)行，任意時(shí)刻，在地面上的任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星。系統(tǒng)每小時(shí)可容納540000用戶。113移動(dòng)地理信息系統(tǒng)GIS通過(guò)GIS可完成空間數(shù)據(jù)管理和分析、GPS/BD定位和跟蹤，利用手機(jī)完成數(shù)據(jù)獲取功能，借助移動(dòng)通信技術(shù)完成圖形、文字、聲音等數(shù)據(jù)的傳輸，可提供移動(dòng)條件下的電子地圖與導(dǎo)航，并可進(jìn)行遠(yuǎn)程對(duì)地圖上的目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制。1143.3.6馬里亞納海溝傳來(lái)的聲音中國(guó)的奮斗者號(hào)載人潛水器成功下潛到10909米深的馬里亞納海溝，創(chuàng)造了載人深潛的新紀(jì)錄。2020年由于海水中有非常多帶電離子，是電的良導(dǎo)體，所以電磁波在海水中衰減很快。此外，海水中還有很多微粒障礙物，因而人類(lèi)無(wú)法進(jìn)行水下遠(yuǎn)距離通信。解決與水下某固定點(diǎn)的通信時(shí)可以用水下電纜。但要解決水下移動(dòng)設(shè)備之間或與地面的通信問(wèn)題，只能用水下無(wú)線通信。包括以電磁波、光波、聲波為信號(hào)載體的水下電磁波通信、水下光通信和水聲通信。1151、水下電磁波通信水下電磁波通信是一種利用無(wú)線電波作為載體進(jìn)行信息傳輸?shù)乃峦ㄐ欧绞胶Ｋ碾妼?dǎo)率隨海區(qū)鹽度、深度、溫度變化而不同，約為3～5西門(mén)子/米（S/m），高出純靜水電導(dǎo)率5～6個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)平面電磁波傳播而言，海水是有耗媒質(zhì)，這決定了平面電磁波在海水中的傳播衰減較大。116電磁波信號(hào)在水中傳播時(shí)隨深度將急劇下降。頻率愈高，衰減愈大，穿透深度愈小。當(dāng)電磁波頻率為100赫芝時(shí)，穿透深度約為25米，每米衰減約0.34分貝；頻率為10千赫芝時(shí)，穿透深度僅為2.5米左右，每米衰減約3.4分貝。當(dāng)希望將電磁波信號(hào)送入較深的海水時(shí)，就需要適當(dāng)降低工作頻率。這就決定了水下電磁波通信只能是遠(yuǎn)距離、低頻率、淺深度的通信。例如，占地達(dá)數(shù)平方公里的發(fā)射機(jī)輸出功率幾百千瓦的水下電磁波通信系統(tǒng)，通信距離在水面可達(dá)數(shù)千公里，但收信深度在甚低頻通信時(shí)僅幾米至幾十米。1172、水下光通信水下光通信是一種利用光波作為傳輸載體的水下無(wú)線光通信（UWOC）方式海水對(duì)波長(zhǎng)為450～550nm的藍(lán)綠光的衰減比對(duì)其它波段光的衰減要小很多。藍(lán)綠激光的最大穿透深度可達(dá)600米，因此水下光通信主要采用該波段。制約水下光通信性能的因素包括水對(duì)光信號(hào)的吸收、水中的懸浮粒子和浮游生物、湍流和氣泡等使光產(chǎn)生嚴(yán)重的散射、水中環(huán)境光對(duì)光信號(hào)的干擾。118一種水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念

陸基系統(tǒng)天基系統(tǒng)空基系統(tǒng)一般藍(lán)綠激光對(duì)潛通信系統(tǒng)1193、水下聲波通信水下聲波通信是一種利用聲波作為載體進(jìn)行信息傳輸?shù)乃峦ㄐ欧绞铰暡ㄔ诤Ｃ娓浇牡湫蛡鞑ニ俾蕿?520米/秒，比電磁波的速率低5個(gè)數(shù)量級(jí)。與電磁波和光波相比較，聲波在海水中的衰減相對(duì)較小，因此，水聲是一種有效的水下通信手段。影響聲波水下傳輸因素包括不同時(shí)間、深度和頻段聲能量在深海的球面擴(kuò)展和在淺海的柱面擴(kuò)展傳播損失，海洋中潮汐、湍流、海面波浪、風(fēng)所形成的噪聲，地震、火山活動(dòng)和海嘯產(chǎn)生的噪聲，海洋生物所產(chǎn)生的生物噪聲，行船及工業(yè)噪聲等。120聲波在傳播時(shí)因不同路徑長(zhǎng)度的差異，到達(dá)接收點(diǎn)的聲波能量和時(shí)間不相同，從而引起信號(hào)的衰落、造成波形畸變，使得信號(hào)的持續(xù)時(shí)間和頻帶被展寬。海水介質(zhì)中的含鹽量在空間分布上不均勻，且隨機(jī)時(shí)變，使聲波在傳輸過(guò)程中也隨機(jī)變化。聲波信道的變化造成脈沖響應(yīng)具有時(shí)變性，影響通信性能。受海水中內(nèi)波、水團(tuán)、湍流等的影響，多徑結(jié)構(gòu)通常是時(shí)變的。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，多徑效應(yīng)造成的碼間干擾是影響水聲通信數(shù)據(jù)傳輸率的主要因素。121我國(guó)的奮斗者號(hào)載人潛水器深潛馬里亞納海溝，充分利用了多種水下通信技術(shù)。包括水下聲波通信、水下光通信、水下光纜通信、水下無(wú)線電通信、水面衛(wèi)星通信等。1223.3.7莫霍洛維奇眼中的地殼當(dāng)莫霍洛維奇研究距克羅地亞境內(nèi)薩格勒布約40公里的地震記錄時(shí)，發(fā)現(xiàn)在地震產(chǎn)生P波的縱波之后還有一個(gè)明顯的P波群。通過(guò)分析他認(rèn)為在地表下50公里深度處應(yīng)該存在一個(gè)間斷面。1909年后經(jīng)進(jìn)一步的觀測(cè)證實(shí)，這一間斷面不僅在歐洲，而且在全球都普遍存在。就這樣，莫霍洛維奇揭示了大地結(jié)構(gòu)不是均勻的，而是存在斷層，這為地震預(yù)報(bào)、大陸漂移解釋提供了新的思路。后人為了紀(jì)念莫霍洛維奇對(duì)地震研究的貢獻(xiàn)，將莫霍洛維奇發(fā)現(xiàn)的這個(gè)間斷面命名為莫霍洛維奇間斷面，或簡(jiǎn)稱(chēng)為莫霍面。123現(xiàn)在人們已經(jīng)知道，莫霍界面以上的物質(zhì)才是我們熟知的地殼，而莫霍界面以下的物質(zhì)則是我們不太熟悉的地幔。莫霍洛維奇間斷面這一層的巖漿可以流動(dòng)，大陸在這些巖漿上面非常緩慢地朝著某個(gè)方向移動(dòng)，這就是板塊漂移。巖漿溫度約1100℃，巖漿噴發(fā)出地表形成熔巖，熔巖冷卻后又固化變成巖石，這個(gè)過(guò)程不斷繼續(xù)，熔巖不斷冷卻便形成了火山。124通過(guò)對(duì)于莫霍面以及其上面的地殼的研究，為人類(lèi)利用大地進(jìn)行地下通信提供了理論基礎(chǔ)。地殼指地球表層70～80公里厚的堅(jiān)硬部分上區(qū)為沉積巖層，分布于地面下3～7公里和海洋底下1～2公里，電導(dǎo)率較高，約為10-1～10-4西/米；中區(qū)主要是花崗巖和玄武巖，分布于沉積巖層以下直至35～40公里深處的莫霍斷層,電導(dǎo)率可低于10-6～10-11西/米；莫霍層以下，溫度隨深度急劇增高，游離電荷增多，電導(dǎo)率隨深度迅速增高，類(lèi)似地球上空的電離層，稱(chēng)熱電離層。125這樣在沉積層和熱電離層之間的莫霍斷層中，就形成了一個(gè)低電導(dǎo)率的同心球殼層，即所謂的地殼波導(dǎo)。利用地下不同深層的不同導(dǎo)電特性，就可以有針對(duì)性地提出與之相適應(yīng)的地下通信技術(shù)。地下通信是將發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和天線設(shè)置在地下工事、隧道或礦井內(nèi)的無(wú)線電通信方式。地下通信承載信息的是電磁波，地下通信以地殼或地面波為傳播媒質(zhì)。地下通信定義當(dāng)電磁波在地下傳播媒質(zhì)中傳播時(shí)，主要傳播方式包括穿過(guò)有損媒質(zhì)的傳播、沿低電導(dǎo)率層的傳播、以地下人為巷道作為空間波導(dǎo)的傳播、泄漏饋電傳播。1261、巖層通信巖層通信的特點(diǎn)是選擇電導(dǎo)率適當(dāng)?shù)膸r層或利用高電導(dǎo)率巖層間的波導(dǎo)，通過(guò)巖層傳遞電波。優(yōu)點(diǎn)：不受外界天電、工業(yè)和其他無(wú)線電臺(tái)的干擾，信號(hào)穩(wěn)定性好，隱蔽保密，但一般要求有兆瓦級(jí)大功率的電臺(tái)和使用長(zhǎng)波。①透過(guò)巖層模式需要開(kāi)鑿幾百米至一兩公里深的豎井，天線穿過(guò)高電導(dǎo)率的覆蓋層，垂直伸入低電導(dǎo)率的巖層，讓電磁波在低電導(dǎo)率的巖層中傳播路徑。為了減少電磁波的衰減須使用較低的頻率，一般用長(zhǎng)波或甚長(zhǎng)波。127②地下波導(dǎo)模式使用兆瓦極的大功率和更低的頻率，并且?guī)r層電導(dǎo)率約低于10-7S/m，讓電磁波在覆蓋層下緣與莫霍層上緣間來(lái)回反射進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播。128③“上－越－下”模式天線水平架設(shè)在地下，電磁波自天線輻射出來(lái)，首先向上穿出地層。按a傳播路徑，電磁波經(jīng)折射沿地面?zhèn)鞑?，到達(dá)接收地域后，再經(jīng)折射向下透入地層到達(dá)接收天線，工作頻率通常選在中波或長(zhǎng)波波段。b傳播路徑是利用天波傳輸，通信距離可達(dá)數(shù)百公里。1292、泄漏電纜通信泄漏電纜通信主要由非屏蔽的高頻泄漏電纜、基臺(tái)或轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備、中繼器、功率分配器等組成。泄漏電纜是一種專(zhuān)門(mén)用于泄漏高頻電磁波的電纜，電纜外導(dǎo)體不是全屏蔽的，開(kāi)有泄漏槽或稀疏編織，因此在泄漏電纜內(nèi)部傳輸?shù)囊徊糠中盘?hào)就通過(guò)泄漏槽或稀疏編織的孔泄漏到電纜附近外部空間，提供給移動(dòng)的接收機(jī)，達(dá)到將無(wú)線電信號(hào)送入封閉空間的目的。130外部移動(dòng)信號(hào)也可以通過(guò)泄漏槽或稀疏編織的小孔穿過(guò)電纜外層導(dǎo)體進(jìn)入泄漏電纜內(nèi)部，加上必要的設(shè)備，可以與基臺(tái)組成泄漏通信系統(tǒng)，以滿足沿泄漏電纜在一定范圍內(nèi)的移動(dòng)通信。電纜漏泄通信的特點(diǎn)的是在礦井或隧道內(nèi)架設(shè)漏泄電纜，依靠電纜漏泄的電磁場(chǎng)和無(wú)線電臺(tái)天線的耦合來(lái)進(jìn)行無(wú)線電通信。1313、地下通信技術(shù)進(jìn)行地下礦藏的探測(cè)利用對(duì)大地某區(qū)域加以電場(chǎng)和磁場(chǎng)，然后在周?chē)A(yù)定區(qū)域探測(cè)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的變化，從而判斷該區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法稱(chēng)之為電磁探礦法，或TEM法。132正演法利用不同礦藏有不同的導(dǎo)電率這一特性，事先將不同已知礦藏在地下不同深度的電場(chǎng)和磁場(chǎng)值預(yù)先測(cè)試并記錄下來(lái)的過(guò)程稱(chēng)。反演法到要探測(cè)礦藏的地區(qū)用同樣的方法在地面鋪設(shè)回路，再在地下打孔安裝接收探頭，測(cè)量附近電場(chǎng)和磁場(chǎng)的變化情況，最后與正演結(jié)果比對(duì)，從而判斷該區(qū)域地下是否存在某種礦藏。地下通信技術(shù)還可用于探測(cè)地雷、檢測(cè)高速公路質(zhì)量和鐵路軌道鋪設(shè)質(zhì)量，如探測(cè)某處是否存在斷裂，因?yàn)樵跀嗔烟帟?huì)導(dǎo)致電磁場(chǎng)異常。1331952年，抗美援朝進(jìn)入到陣地戰(zhàn)階段。針對(duì)美軍絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的空炮火力，志愿軍構(gòu)筑坑道工事，依托坑道進(jìn)行堅(jiān)守防御作戰(zhàn)。當(dāng)時(shí)前線部隊(duì)使用的通信步話機(jī)，通信距離較近，而且在坑道內(nèi)部由于大地的屏蔽作用往往無(wú)法使用。步話機(jī)員將天線埋在坑道內(nèi)實(shí)現(xiàn)了地下遠(yuǎn)距離通信聯(lián)絡(luò)。地下通信在軍事通信中具有重要價(jià)值134第3章無(wú)線信道的來(lái)龍去脈 3.1無(wú)線電波的橫空出世 3.1.1麥克斯韋方程組預(yù)言的電磁波3.1.2無(wú)線電之父的不同說(shuō)法3.1.3弗萊明從愛(ài)迪生效應(yīng)獲得的啟發(fā)3.1.4無(wú)知法官為福雷斯特免費(fèi)做廣告