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无线通信科普之长波通信

2022-05-31 17:52:24

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  电子科技神乎其技,一日千里的进步成果,常叫人有夸父追日的无奈感,注定永远赶不上似的。真空管才发明没多久,今日的电子材料发达程度,其不知道是要人如何是好,可以说是爱喜参半;喜的是功能齐全的 IC 零件充斥市场,选用非常方便;忧的是电子线路越来越像是由一些小型黑盒子组成,某些传统的迷人技艺,就要靠边站,无以从中得到乐趣和启发。真空管时代的设备不仅体积庞大,工作频率也受到很大的限制;如今,几百 MHz 是稀松平常的事,而且动辄上到GHz,对于这些早期的传统技艺也就不算稀奇。如今,电子零件与科技工艺发达结果,实用的无线电领域已经直逼光谱,这是不是意味着频率越高,越好应用呢?那倒未必,因为属于频率极低的超长波,依然有它迷人之处。

  我们来看看比一般 AM 广播频率还低的领域内,有哪些特点是值得探讨的。我们首先要了解这段频谱的特性,然后再看看有哪些长波的前辈,开路先锋到长波里去奋斗。还有,长波内到底有哪些常驻的讯号,这些都是哪些人在使用?1750 公尺波段究竟是怎么回事?长波的传导特性有什么特别之处?最后,还要探讨长波接收机,天线等附属设备。

  长波波段

  谈到长波,我们先得找出在整个频谱领域内,长波是指哪一段。一般实用的无线电频谱,可以低到几Hz,高达300GHz,涵盖如此广泛的漫长频谱,一般习惯切割成好几段,并且给它一个名称,好方便应用;例如提到「高频」,就知道是指 3MHz~30MHz 这一段频谱。而频谱最低的那一段是指直流到 3Hz之间,它叫「超低频」;再上来是指 3Hz~3KHz 这一段,称做「特低频」;而「极低频」是指介于 3KHz~30KHz 这一段。频率再往上升,30KHz-300KHz之间,就称为「低频」。

  通常在无线电通讯中,提到「低频」,就是指俗称长波的这一段,当然,有时也可以涵盖 300KHz 以下的所有频谱。长波传导特性频率这么低,究竟电波是怎么传导的呢?并无概括性的答案,这得要看频率低到什么程度。比 AM 广播还低些的所谓「长波」,其传导特性,与 AM 广播讯号相去不远。

  一般 AM 广播讯号主要是靠着地波传导,一般说来,传送距离约在100多公里,但是在夜间,偶尔也可以借着电离层的折射,传送到好几千公里远,国内许多 AM 电台就曾收到来自国外听友的许多收听报告,例如位在彰化八卦山风景区大佛旁的「国声电台」,就曾收到来自丹麦的收听报告;而在入秋深夜,在台湾也很容易可以收听到来自日本、韩国、越南、印度尼西亚等东南亚国家的AM 广播。

  有许多原因造成长波可以传导到很远的地方,其中之一就是「电离层」,这些含有带电粒子的电离层,分布在离地表高 50-400 公里之间,这对长波而言,电离层与地表之间就构成了像是导波管般。一般 AM 讯号很容易被电离层或是地表所吸收,但是对长波而言,被吸收的比例就更少了,因此也就可以在这导波管中传得更远。

  电离层对于长波的折射算是还很稳定,因此,长波与短波相较之下,更有利于远距离通讯。因为短波很容易受到电离层的影响,所以前一小时还好端端的讯号,下一小时可能就完全收听不到,而且也会随着日落日出及春夏秋冬季节的变化,而有很大程度的影飨。因此,世界各地依然有些强功率的长波广播电台运作着,因为不论是白天、黑夜、任何季节,这长波讯号都可以很可靠地传送到极远的地方。

  对于固定功率下,波长越长,地波所能传送的距离越远,频率到了相当低的程度,可能就涵盖整个地球,这封远距离通讯可说是最有利了,可惜的是,频率太低,天线就必须要很长,而且发射功率也要极强。一般频率极低的长波,天线是架设在两座山之间,或者是埋设在地下。

  白天靠地波,夜晚靠天波

  在白天,长波可以说是靠地波沿着地表传散开来,可以传到多远的地方,就完全要看地表对电波的阻抗大小。但是当频率降低时,例如 100KHz,这波长与地球表面及电离层之间,恰似一导波管,很容易使这讯号跑遍半个地球;频率再低一点的话,讯号甚至可以跑遍整个地球,及穿入到海面下。

  当然,长波也会有天波成份;当频率不断上升,到达 300KHz 以上时,天波传导就很明显,尤其是到了夜间,底端的 D、E 电离层消失,更可以把长波讯号及 AM 广播讯号,借着天波,传送到极远的地方。

  白天,一小部分的天波是由底端的 D 电离层折射,大部分都被电离层吸收了,到了夜晚,会吸收低频讯号的 D、E 电离层会转弱,甚至消失,于是讯号就有机会碰到更高的 F 电离层,并且被它所折射,这样就可以把讯号传到更远的地方。

  长波最怕的是大气干扰,大气背景总是有很大的噪声存在,尤其是在热带区域,不停地打雷,使得大气背景噪声更强。另外,家庭电器也是干扰长波讯号的祸首之一;行走中的汽车,工厂的变压器,也会制造出干扰长波的噪声来源。因此,接收长波讯号就变成需要耐心及配合高超的技艺,才能发展好的兴趣。