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为什么微波能进行远距离通信?为什么要用卫星进行通信?

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说道微波通信,大家也许说不清是怎么回事,可要说到雷达、卫星转播电视节目,大家一定不会陌生。实际上,雷达和通信卫星都是利用微波来发现目标、进行远距离通信的。


那么,为什么让微波担当远距离通信的重任呢?实际上,微波属于电磁波,它和长波、中波、短波都是电磁波家族的成员。科学家发现,微波频段的带宽极宽,它是全部长波、中波和短波频段总和的1000倍般短波通信设备,只能容纳几个话路同时通信,而一套微波通信设备可以让几千个话路同时工作。由于电视图像信号占用很宽的频带,因此,传输电视信号非它莫属。此外,微波波束很窄,方向性很强,使用较低的功率就可将信号传得很远,而且,方向性强的好处还在于可以减弱通信中互相干扰的现象。由于微波通信具有频带宽、携带信息量大、受外界干扰小、建站快、投资较少等优点,人们早就想以微波作为通信的传输手段。


但是,微波波长很短,只有1毫米至1米。在传输信号的长途旅行中,它既不像长波那样,遇到障碍物时可以迈开“长腿”,翻山越岭;也不像短波那样,可以利用空中的电离层来回反射电磁波,实现远距离通信。微波具有近似光波的特性,像光线一样,传输路线是径直向前的,而且,它的反跳能力极强,一遇到阻挡物,就被反射回来。因此,微波只能在空中传播。大家知道,地球是圆形的,而微波只能视距传播,不能顺着地球的圆弧传播。也就是说,微波的传输距离只能限制在可以互相看得见的两点这样一个范围内。即使将发射天线架设在40米高的山上,微波也被地球的“大肚子”所阻挡,传输距离只有50多千米。


有没有办法让微波跑得更远呢?

科学家们想到了“接力赛跑”的办法。参加过运动会的同学都很熟悉接力赛跑吧。在竞争激烈的接力赛跑中,小小接力棒在运动员手中传递着,每个人以最快的速度,跑完各自的路程,接力棒被用最快的速度传到终点。为了将信号传送到远方,微波通信也采用了接力赛跑的方式。人们每隔四五十千米,就建立一个微波中继站;一连串的“微波中继站”,就像古代的烽火台一样,每个中继站都有高耸的天线,把上一个中继站的信号接收下来,加以放大,再传送给下一个中继站。就这样,一站接一站地传送下去,实现了远距离的通信。


为什么要用卫星进行通信?



我们知道,微波通信采用接力的办法,通过建立中继站实现了远距离的通信。但是,这种方式也有很大的缺点。因为地球上有些地方是无法建立中继站的。比如,从我国的北京到美国的纽约,距离有上万千米,中间隔着波涛汹涌的太平洋,如果每隔四五十千米,建立一个中继站,就得在海上建两百多个站,这是不可能做到的。

利用卫星进行通信的思想,最早是由英国科学家、预言家克拉克提出的。1945年2月,克拉克发表了一篇《地球外的中继站》的科学预言论文。他提出利用人造地球卫星作为传送微波信息的中继站,将卫星放到赤道上空约36000千米的同步轨道上。这样,一颗卫星上的中继站所转发的微波,可以覆盖大约三分之一的地球表面。如果布放三颗等距离同步卫星,全球卫星通信即可实现。

1965年4月6日,第一颗通信卫星发射成功。从此,人类真正在天上建立了“中继站”。卫星通信是由一个地面站向卫星发射信号,经过卫星的放大变频等处理,再转发给另一个地面站。一般来说,经卫星的这一“跳”,最远的通信距离可达13000千米,三“跳”即可绕地球一周。



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