電磁波的頻譜（二）——各頻段的頻率分配

文章出處：http://xianjuhong.com 作者：曾泉   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年10月28日

下面將按波段劃分來討論各波段的特點(diǎn)及其頻率分配。

一、10～200千赫頻段
　　該頻段屬于甚長波和長波的波段，因其傳播特性相近，故并在一起討論。
該波段可以用天波和地波傳播，而主要以地波傳播方式為主。因地波傳播頻率愈高，大地的吸收愈大，故在無線電的早期是向低頻率的方向發(fā)展。天波是靠電磁波在地面和電離層之間來回反射而傳播的。
　　該波段的特點(diǎn)是：（1）傳播距離長，在海水上應(yīng)用數(shù)千瓦的功率可以實(shí)現(xiàn)3000公里的通信。所以目前還有很多海岸電臺(tái)使用長波通信（30～200千赫）。用10～30千赫可以實(shí)現(xiàn)特遠(yuǎn)距離的通信。（2）電離層擾動(dòng)的影響小。長波傳播穩(wěn)定，基本沒有衰落現(xiàn)象。（3）波長愈長，大地或海水的吸收愈小，因此適宜于水下和地下通信。
　　但是它的缺點(diǎn)也是明顯的：（1）容量小。長波整個(gè)頻帶寬度只有200千赫，因此容量有限，不能容納多個(gè)電臺(tái)在同一地區(qū)工作。（2）大氣噪聲干擾大。因?yàn)轭l率愈低大氣噪聲干擾愈大（大氣干擾也和地理位置有關(guān)，愈近赤道、干擾愈大）。（3）需要大的天線。
　　該波段頻率的分配情況。根據(jù)國際規(guī)定，10～200千赫主要用于無線電導(dǎo)航（航空和航海）、定點(diǎn)通信、海上移動(dòng)通信和廣播。
　　被指定的導(dǎo)航用頻率為10～14千赫以及70～130千赫。這是作為遠(yuǎn)距離導(dǎo)航用的，主要是因?yàn)殚L波傳播遠(yuǎn)，且無盲區(qū)。在導(dǎo)航系統(tǒng)中，盲區(qū)是不允許的。在70～130千赫工作的有勞蘭—C系統(tǒng)和臺(tái)卡(Decca)系統(tǒng)。
　　海上移動(dòng)通信主要用于岸-船通信。由于長波的可靠性高，因此，當(dāng)容量不是主要的，而要求高可靠性的遠(yuǎn)距離通信時(shí)，就要用這個(gè)頻段，并且特別適宜在極區(qū)的岸-船通信。船- 岸通信通常不用此頻段，因船上位置有限，不能得到高的天線效率。
　　幾乎整個(gè)波段部分都分配作定點(diǎn)通信用，這在目前是作為短波通信的備份使用的，以便在電離層受到干擾時(shí)使用。目前看來這種需要性已逐漸減小，除了少數(shù)地區(qū)外，大多數(shù)地區(qū)已不用，最后這種用途將被放棄。
在歐洲和非洲，還用150～200千赫作為廣播用頻段。這種長波廣播電臺(tái)的特點(diǎn)是，不論白天黑夜都有相當(dāng)大的穩(wěn)定的服務(wù)區(qū)域。
　　還有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率的播送規(guī)定在20千赫。
　　軍事上，長波是有用的，主要是地下（坑道）通信可以考慮用這個(gè)頻段。這一波段的主要缺點(diǎn)是容量小，天線的尺寸大。因此，地下通信現(xiàn)在仍多數(shù)采用短波。

二、200～3000千赫頻段
　　該頻段主要是中波。在中波，電磁波主要的傳播方式是地波傳播。在這一頻段的低端比高端傳播得更好。出于頻率增高，地面的情況差別已不太顯著。在白天，天波基本上為電離層（D層）所吸收，所以不能靠天波傳播。但到夜間，由于D層消失，由E層反射，天波傳播可以達(dá)到相當(dāng)大的距離，但它也是干擾那些用地波傳播業(yè)務(wù)的一個(gè)干擾源。
　　該頻段的特點(diǎn)：主要靠地波傳播，中等傳播距離（數(shù)十到數(shù)百公里），信號(hào)穩(wěn)定。
　　該頻段主要用于廣播、無線電導(dǎo)航、海上移動(dòng)通信、地對(duì)空通信。由于中波傳播的特點(diǎn)，特別適宜于地區(qū)性的廣播業(yè)務(wù)。535 ~ 1605千赫是國際規(guī)定的廣播段。
　　在該頻段中，200 ~ 415千赫為短距離用的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，其中285～325千赫、405～415千赫為航海導(dǎo)航用，其余均為航空導(dǎo)航用。另外，有1800～2000千赫作為羅蘭A系統(tǒng)用。
　　該頻段的海上移動(dòng)通信，是在無線電發(fā)展的早期就安排了的，即415～525千赫，其中500千赫固定為海上遇難呼救頻率，其它任何業(yè)務(wù)不得使用。為了可用較小的天線設(shè)備，海上小艇用此頻段的高端，即1800～2000千赫。
　　最早的航空移動(dòng)通信，即地對(duì)飛機(jī)的通信，就是使用2850～3025千赫?，F(xiàn)在許多國家都已將它移到甚高頻（米波）頻段中去了。但這一個(gè)頻段仍是需要的，特別是當(dāng)通信路徑包含大量水面時(shí)。
　　標(biāo)準(zhǔn)頻率在本波段有2500千赫。
　　由于歷史的原因，該頻段的電臺(tái)顯得過于擁擠，所以應(yīng)該把一些業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到其它更合適的頻率去。例如，航空和航海的移動(dòng)通信就應(yīng)該移出去，而更合理地更新分配該段頻率。

三、3～30兆赫頻段
　　該頻段為短波波段。短波電離層通信簡單，易于實(shí)現(xiàn)，成本低，可用小功率和小得多的天線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，這是其優(yōu)點(diǎn)。
　　但是短波也有嚴(yán)重的缺點(diǎn)，即通信不穩(wěn)定。要維持全日通信必須更換數(shù)個(gè)頻率。由于電離層的11年周期的影響，當(dāng)太陽活動(dòng)性大的時(shí)候，可以用到3～30兆赫，而當(dāng)太陽活動(dòng)性最小的時(shí)候只有3～15兆赫能夠應(yīng)用。所以短波通信必須具有全波段的頻率才能適應(yīng)。
　　同時(shí)，短波還有嚴(yán)重的衰落，必須采用分集接收才能得到較穩(wěn)定的通信。通常采用頻率分集，這就是說需要占用兩個(gè)頻率，這對(duì)本來已經(jīng)擁擠的短波波段是一個(gè)困難的問題。
　　此外它還受電離層擾動(dòng)的影響，大氣等自然干擾也比較大。
　　短波通信時(shí)，使用某一頻率，利用天波只能到達(dá)某一距離以外（因?yàn)槿绻嚯x再近，必須提高仰角，這時(shí)電磁波將穿過電離層而不反射回來），而地波傳播又只能到達(dá)較近的距離。所以，在這兩個(gè)距離之間，既收不到地波也收不到天波，稱為盲區(qū)或靜區(qū)（圖1）。這是短波波段所特有的。因此短波波段不能用于導(dǎo)航。
在短波波段，利用地波傳播通信是很少的，因?yàn)槎滩úǘ蔚牡夭▊鞑O近，稍遠(yuǎn)一點(diǎn)衰減就極大。因此，除軍用戰(zhàn)術(shù)小型電臺(tái)還采用短波地波通信外，其它地方是很少采用的。
　　由于歷史的原因，短波存在的問題是波段太擁擠。同時(shí)由于短波傳播遠(yuǎn)，它又容易產(chǎn)生互相干擾，因此，頻譜利用是一個(gè)問題。當(dāng)前解決的辦法是：（1）采用單邊帶，把現(xiàn)有的短波電臺(tái)都改為單邊帶。CCIR已建議在1973年以前把全部移動(dòng)電臺(tái)都改為單邊帶．而固定電臺(tái)超過100瓦的則在1967年以前己全部改為單邊帶。（2）把不是必需在本波段的定點(diǎn)通信業(yè)務(wù)都移出這個(gè)波段。短程廣播不允許再在這個(gè)波段開設(shè)。
　　短波主要用于定點(diǎn)通信、航海和航空移動(dòng)通信、廣播、熱帶廣播及業(yè)余無線電等。
　　1. 定點(diǎn)通信
　　分配于這個(gè)波段的比較多，共有25段，分布于整個(gè)波段之內(nèi)，這里就不一一列舉。由于這一波段電臺(tái)太擠，互相干擾，因此已采取措施。例如將100瓦以上的電臺(tái)均改為單邊帶制，或改為獨(dú)立邊帶制。并建議將一部分高頻固定通信業(yè)務(wù)改用100兆赫以上的多路系統(tǒng)或改用電纜通信。
　　2. 航海和航空移動(dòng)通信
　　航海用的移動(dòng)通信用于船岸之間，范圍從4063千赫至27.50兆赫，共分十段。主要用于遠(yuǎn)距通信。航空用的遠(yuǎn)程通信使用高頻頻率，因?yàn)樵陲w機(jī)上遠(yuǎn)程通信必須靠電離層反射，用超短波不能達(dá)到這么遠(yuǎn)。用較低的頻率，則飛機(jī)上不允許裝大體積的天線，所以一般用短波波段（分為航線業(yè)務(wù)和非航線業(yè)務(wù)），范圍從2.852兆赫到l 8兆赫。為了不致干擾其它業(yè)務(wù)，經(jīng)過國際協(xié)議，大都限制在一個(gè)范圍不大的窄頻帶內(nèi)。這種業(yè)務(wù)使用的電臺(tái)要求在1973年全部改為單邊帶。
　　3. 廣播業(yè)務(wù)
　　短波波段是遠(yuǎn)程廣播的唯一合適的波段。國際協(xié)議劃給短波廣播的共七段，即5.95～ 6.2兆赫，9.5～9.77兆赫，11.7～11.975兆赫，15.1～15.45兆赫，17.7～17.9兆赫，21.45～21.75兆赫，25.6～26.1兆赫。另有7.1～7.3兆赫是供東半球國家使用的。這一頻段特別擁擠，根據(jù)1963年統(tǒng)計(jì)，在這些頻段內(nèi)共有130個(gè)國家和地區(qū)的2000部短波廣播發(fā)射機(jī)。其中55％是對(duì)國外廣播的，現(xiàn)在就更擁擠了。
　　4. 熱帶廣播業(yè)務(wù)
　　在熱帶地區(qū)，大氣干擾相對(duì)很大，中波廣播的干擾噪聲水平很高，所以本地廣播也用短波波段（5兆赫以下）。有三個(gè)波段分配給它們，即3.2～3.4兆赫，3.9～4.0兆赫，4.75～5.06兆赫。為了保證它們的地區(qū)性而不干擾其它通信，這些電臺(tái)的最大輻射方向必須是向上的。
　　5. 車輛移動(dòng)電臺(tái)
　　這一部分只占短波頻譜的極小部分。它通常作為近距通信，現(xiàn)在建議將此部分業(yè)務(wù)移到甚高頻或特高頻(米波及分米波)波段中去。
　　6. 業(yè)余無線電業(yè)務(wù)
　　業(yè)余無線電業(yè)務(wù)在國外是特有的，所以國際上也劃分一部分頻帶供業(yè)余無線電愛好者使用。這部分電臺(tái)也被建議向超高頻波段移動(dòng)。
　　7. 工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療業(yè)務(wù)
　　在這個(gè)頻段為工、科、醫(yī)業(yè)務(wù)劃出兩個(gè)頻率來，13.56兆赫和27.12兆赫（兩者是諧波關(guān)系），并被嚴(yán)格限制在這兩個(gè)頻率上。
　　其次，在這個(gè)頻段還有標(biāo)準(zhǔn)頻率業(yè)務(wù)。其頻率為5兆赫、10兆赫、15兆赫、20兆赫和25兆赫。

四、30～1000兆赫頻段
　　這一波段是甚高頻（米波）和特高頻（分米波）的一部分。這一波段是一個(gè)“中間”波段。它基本上不能被電離層反射，但在米波波段的低端還可以被反射（在太陽活動(dòng)性高的年份以及E1層），一般在60兆赫以下。這往往也是構(gòu)成干擾的一個(gè)原因。
　　地波傳播的距離更短，但是軍用戰(zhàn)術(shù)電臺(tái)還有用地波作短距離通信的。主要是用這個(gè)波段的低端。
在該頻段起主要作用的傳播方式是視距內(nèi)的空間波傳播，以及對(duì)流層散射和電離層散射。
　　和高頻波段相比，該頻段的優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)于低容量系統(tǒng)可以用小尺寸天線。明顯地，這種特點(diǎn)特別適宜于移動(dòng)通信。在無線電中繼系統(tǒng)中，采用較高一些頻率，雖然傳播損耗增加，但是高的天線增益可以補(bǔ)償這部分損耗。因此，采用這個(gè)頻段的高頻端是合適的，而且容量也可增大，可以通過更多的路數(shù)。
　　對(duì)流層散射在某些場合代替了無線電接力系統(tǒng)，因?yàn)樗梢圆挥弥欣^站，一跳數(shù)百公里，同時(shí)還可具有大容量(多路傳輸)，而這在低頻率是不可能的。
　　該頻段頻率的分配情況。主要分配在廣播、陸上移動(dòng)通信、航空移動(dòng)通信、海上移動(dòng)通信、定點(diǎn)通信、空間通信、雷達(dá)等。
　　1.廣播業(yè)務(wù)
　　調(diào)頻廣播分配在88～108兆赫，而電視廣播則分配在41～100兆赫，170～216兆赫，470～960兆赫（各個(gè)國家有所不同）。
　　陸上移動(dòng)通信主要是車輛電臺(tái)或背負(fù)電臺(tái)使用，其主要頻段在500兆赫以下。在較低頻率端，由于大氣噪聲干擾較大，故不宜在城市中應(yīng)用（因城市人為噪聲電平也高）。城市中宜用在450兆赫左右。
　　2.航空移動(dòng)通信
　　空對(duì)地通信使用118～139兆赫。它們?yōu)榻嘁苿?dòng)通信，以視距方式進(jìn)行。當(dāng)飛行高度為1500米時(shí)，視距約為130公里。當(dāng)高度為12000米時(shí)，約為320公里。這種通信大都采用預(yù)調(diào)波道方式接通無線電話。
海上移動(dòng)通信主要用于港內(nèi)水路上、海港范圍內(nèi)或公海上船舶之間（短距）通信。其中156.8兆赫為國際規(guī)定的甚高頻段呼救頻率。
　　3.定點(diǎn)通信
　　幾乎在30～1000兆赫的整個(gè)范圍內(nèi)都有。其工作方式有視距、對(duì)流層散射和電離層散射多種。但是從目前看，工作在這個(gè)頻率范圍內(nèi)的電臺(tái)增加不快。原因是，如果工作在大于1000兆赫的頻率，其天線增益大大提高，而且大容量，容易多路化，對(duì)干擾的控制也容易些。所以頻率采用在1干兆赫以上的電臺(tái)更多一些。
電離層散射則工作在30～60兆赫的范圍，最小的通信距離為1200公里。它要求高功率和大天線，這是其缺點(diǎn)，但它能比高頻的天波傳播提供更可靠的通信。
　　對(duì)流層散射則用米波和分米波進(jìn)行超視距的遠(yuǎn)距離通信，它比短波信道優(yōu)越，它可以一跳遠(yuǎn)達(dá)800公里（此時(shí)幾個(gè)話路），或在較近的距離上傳送120話路。
　　4.空間通信
　　目前分配在此波段的有：
136～137兆赫——空間研究的遙測和跟蹤用。
137～138兆赫一一操作系統(tǒng)的遙測和跟蹤用。
400～401兆赫——供氣象衛(wèi)星用。
401～402兆赫——供空間遙測用。
　　5.航空導(dǎo)航等應(yīng)用
　　108～118兆赫分配給盲目著陸系統(tǒng)。75兆赫為航空機(jī)場信標(biāo)用。420～460兆赫為無線電高度計(jì)用。
　　6.無線電天文學(xué)用
　　只指定了幾個(gè)窄波段供無線電天文學(xué)使用，即38、80、405、610兆赫等。其它還有雷達(dá)（指定在216～225、400～450、890～942兆赫）、業(yè)余無線電，及標(biāo)準(zhǔn)頻率和授時(shí)信號(hào)業(yè)務(wù)。工、科、醫(yī)用頻率則指定為40.68兆赫。

五、1000～10000兆赫頻段
　　該頻段屬于分米波到厘米波的波段（30厘米至3厘米）。在1959年日內(nèi)瓦舉行的無線電會(huì)議上，已經(jīng)將此波段分配給定點(diǎn)及移動(dòng)通信、導(dǎo)航、雷達(dá)、氣象、無線電天文學(xué)、空間通信、業(yè)余無線電和工、科、醫(yī)使用。
該頻段的傳播特點(diǎn)是視距傳播，大氣噪聲低，但在某些頻率區(qū)域（3厘米波長），大氣（水汽）吸收比較大。另外，該頻段也用散射方式傳播。由于該頻段尚不太擁擠，因此，目前的分配問題不大。
　　該頻段頻率的分配情況。定點(diǎn)通信和移動(dòng)通信業(yè)務(wù)在該頻段范圍，主要是無線電微波接力系統(tǒng)，多以極大容量進(jìn)行。另外，由于對(duì)流層散射通信的發(fā)展，也有很多固定通信站使用對(duì)流層散射。
　　移動(dòng)通信在該頻段以車輛電臺(tái)形式出現(xiàn)的比較少，多數(shù)是屬于臨時(shí)性的定點(diǎn)通信（即屬于可運(yùn)式設(shè)備），運(yùn)動(dòng)中通信則極少使用這個(gè)波段。
　　在該頻段中，由于沒有大氣噪聲的干擾，同時(shí)波長短的天線的波束容易做得很窄，所以無線電導(dǎo)航和雷達(dá)特別合適。在l000～10000兆赫的范圍內(nèi)，有18％分配給導(dǎo)航用，而有30％分配給雷達(dá)和定位。事實(shí)上，在該頻段的導(dǎo)航，基本上也是采用雷達(dá)技術(shù)。
　　1.空間通信
　　該頻段是空間通信的最重要的波段，這是因?yàn)檫@個(gè)頻段頻帶寬，可以容納大量的信道。同時(shí)，目前無線電技術(shù)的發(fā)展和電磁波傳播的情況都適于這個(gè)波段。在3400～8500兆赫范圍內(nèi)，共分配200兆赫供通信衛(wèi)星使用，它和小功率移動(dòng)通信共用。
　　2.無線電天文學(xué)業(yè)務(wù)
　　分配為1400～l427兆赫及16644～16684兆赫。這分別是對(duì)原子氫和氫氧根（OH）離子的輻射觀察的頻段。另外分配了2690～2700及4990～5000兆赫，供觀察連續(xù)頻譜的輻射之用。
工、科、醫(yī)用頻率分配2450±50兆赫。

六、10000兆赫以上的頻段
　　該頻段基本上是毫米波波段。目前只分配到40千兆赫（8毫米波長），再高尚未作分配。
10～30千兆赫的傳播情況基本上是光的傳播特性，但它的傳播損耗在高頻段的高端比低端的損耗要大，并受雨的影響較大。不過高的天線增益可以補(bǔ)償這部分損耗。目前這部分的低端比較適合無線電中繼（接力）通信、空間通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、無線電天文學(xué)等應(yīng)用。
　　從40干兆赫到3000千兆赫（這是光波的下限)，除了激光以外，還未能很好的加以利用。有待于以后的研究和發(fā)展。

七、結(jié)論
　　頻率的分配主要是根據(jù)電磁波傳播的特性（即各種信道的特性）和各種設(shè)備通信業(yè)務(wù)的要求而確定的，但是也要考慮一些其它因素。例如，歷史的發(fā)展，國際的協(xié)定，各國的具體政策，目前使用的狀況和干擾的避免等。因此，國際的頻率分配雖然是確定了，但各國還可以在此基礎(chǔ)上根據(jù)自已國家的具體情況和政策，給以具體的分配。
　　軍事上頻率的劃分，一般的原則是相同的。但是由于軍用的范圍廣，要求高，所以主要是根據(jù)通信手段的要求和信道傳輸特性來決定，而不完全受國際頻率分配的限制。但是有些頻率，如呼救等等，是不應(yīng)占用和干擾的。另外，由于民用已經(jīng)使用了這些頻率，因此，在選定頻率時(shí)，也要考慮這些頻率的干擾。

主要信息來源于參考資料：
[1] 江林.無線電波傳播概要及頻譜利用.北京：國防工業(yè)出版社，1974
[2] 劉瑞揚(yáng) 王毓民.鐵路車號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)原理及應(yīng)用.北京：中國鐵道出版社，2003
編輯整理：曾泉