1、微波简史微波简史（一）在了解微波通信的具体工作原理之前，让我们先回顾一下微波通信的发展。微波的发展是与无线通信的发展是分不开的。1901 年马克尼使用 800KHz 中波信号进行了从英国到北美纽芬兰的世界上第一次横跨大西洋的无线电波的通信试验，开创了人类无线通信的新纪元。无线通信初期，人们使用长波及中波来通信。20 世纪 20 年代初人们发现了短波通信，直到 20 世纪 60 年代卫星通信的兴起，它一直是国际远距离通信的主要手段，并且对目前的应急和军事通信仍然很重要。用于空间传输的电波是一种电磁波，其传播的速度等于光速。无线电波可以按照频率或波长来分类和命名。我们把频率高于300MHz 的电磁
2、波称为微波。由于各波段的传播特性各异，因此，可以用于不同的通信系统。例如，中波主要沿地面传播，绕射能力强，适用于广播和海上通信。而短波具有较强的电离层反射能力，适用于环球通信。超短波和微波的绕射能力较差，可作为视距或超视距中继通信。微波的发展历史（一）微波通信是二十世纪 50 年代的产物。由于其通信的容量大而投资费用省（约占电缆投资的五分之一） ，建设速度快，抗灾能力强等优点而取得迅速的发展。20 世纪 40 年代到 50 年代产生了传输频带较宽，性能较稳定的微波通信，成为长距离大容量地面干线无线传输的主要手段，模拟调频传输容量高达 2700 路，也可同时传输高质量的彩色电视，而后逐步进入中容
3、量乃至大容量数字微波传输。80年代中期以来，随着频率选择性色散衰落对数字微波传输中断影响的发现以及一系列自适应衰落对抗技术与高状态调制与检测技术的发展，使数字微波传输产生了一个革命性的变化。特别应该指出的是 80 年代至 90 年代发展起来的一整套高速多状态的自适应编码调制解调技术与信号处理及信号检测技术的迅速发展，对现今的卫星通信，移动通信，全数字 HDTV 传输，通用高速有线/无线的接入，乃至高质量的磁性记录等诸多领域的信号设计和信号的处理应用，起到了重要的作用。国外发达国家的微波中继通信在长途通信网中所占的比例高达50%以上。据统计美国为 66%，日本为 50%，法国为 54%。我国自1
4、956 年从东德引进第一套微波通信设备以来，经过仿制和自发研制过程，已经取得了很大的成就，在 1976 年的唐山大地震中，在京津之间的同轴电缆全部断裂的情况下，六个微波通道全部安然无恙。九十年代的长江中下游的特大洪灾中，微波通信又一次显示了它的巨大威力。在当今世界的通信革命中，微波通信仍是最有发展前景的通信手段之一。微波简史（二）卫星通信方面，从 1945 年克拉克提出三颗对地球同步的卫星可覆盖全球的设想以来，卫星通信真正成为现实经历了 20 年左右的时间。先是诸多低轨卫星的试验，而 1957 年 10 月 4 日原苏联成功发射的世界上第一颗距地球高度约 1600km 的人造地球卫星，实现了对
5、地球的通信，这是卫星通信历史上的一个重要里程碑；1965 年 4 月6 日发射的“晨鸟” （Early Bird）号静止卫星标志着卫星通信真正进入了实际商用阶段，并纳入了世界上最大的商业卫星组织INTELSAT 的第一代卫星系统 IS-I。GEO 商用卫星通信以 INTELSAT卫星系统为典型，从 1965 年 IS-I 以来，至今正式商用的卫星系统历经八代 12 种，目前正在研制第九代卫星系统 IS-IX，预计 2001年发射。微波的发展历史（二）移动通信方面，它的发展至今大约经历了五个阶段：第一阶段为 20 年代初到 50 年代末，主要用于船舰及军用，采用短波频段及电子管技术，至该阶段末期
6、财出现 150MHz 的单工汽车公用移动电话系统 MTS，第二阶段未 50 年代到 60 年代，此时频段扩展到UHF450MHz，器件技术已经向半导体过度，大都为移动环境中的专用系统，并解决了移动电话与公用电话的接续问题；第三阶段为 70 年代初到 80 年代，此时频段已经扩展到 800MHz，美国进行了 AMPS 试验，第四阶段为 80 年代到 90 年代中，第二代数字移动通信兴起并且大规模的发展，并逐步向个人通信发展。出现了 D-AMPS、TACS、ETACS、GSM/DCS、cdmaOne、PDC、PHS、DECTPACS、PCS 等各类系统，频段扩至 900MHz 到 1800MHz，
7、而且除了公众移动电话系统以外，无线寻呼系统，无绳电话系统，集群系统等各类移动通信手段适应用户与市场需求同时兴起；第五阶段为 90 年代中期到现在，随着数据通信与多媒体的业务需求的发展，适应移动数据，移动计算机及移动多媒体的第三代移动通信开始兴起cdma2000,WCDMA,LAS-cdma 等相应的标准应允而生。无线通信技术前景一片光明。近十年来，国内信息网络的发展对通信基础设施提出了越来越高的要求。各种网络接入技术越来越受到人们的重视。网络接入大致上可分为网络接入和单机接入两类。许多技术如DDN、xDSL、56K、ISDN、微波、帧中继、卫星通信等都成为人们的关注对象。迄今，尽管中国电信基础
8、建设取得了极大的发展，但是仍无法满足网络迅速发展的迫切需要。因此，无线微波扩频通信以其建设快速简便等优势成为建立广域网连接的另一重要方式，并在一些城市中（如北京）形成一定规模，是国内城市通信基础设施的有效补充，引起了很多网络建设单位的兴趣。微波扩频通信目前在国内的重要应用领域之一是企事业单位组建 Intranet 并接入 ISP。一般接入速率为 64K-2Mbps，使用频段为 2.4G2.4835GHz，该频段属于工业自由辐射频段，也是国内目前唯一不需要无委会批准的自由频段。无线电波的传播特性无线电波通过多种传输方式从发射天线到接收天线。主要有自由空间波，对流层反射波，电离层波和地波。 表面波
9、传播，就是电波沿着地球表面到达接收点的传播方式，如下图中 1 所示。电波在地球表面上传播，以绕射方式可以到达视线范围以外。地面对表面波有吸收作用，吸收的强弱与带电波的频率，地面的性质等因素有关。 天波传播，就是自发射天线发出的电磁波，在高空被电离层反射回来到达接收点的传播方式。如下图中 2 所示。电离层对电磁波除了具有反射作用以外，还有吸收能量与引起信号畸变等作用。其作用强弱与电磁波的频率和电离层的变化有关。 散射传播，就是利用大气层对流层和电离层的不均匀性来散射电波，使电波到达视线以外的地方。如下图中 4 所示。对流层在地球上方约 10 英里处，是异类介质，反射指数随着高度的增加而减小。 外
10、层空间传播，就是无线电在对流层，电离层以外的外层空间中的传播方式。如下图中的 5 所示。这种传播方式主要用于卫星或以星际为对象的通信中，以及用于空间飞行器的搜索，定位，更踪等。自由空间波又称为直达波，沿直线传播，用于卫星和外部空间的通信，以及陆地上的视距传播。视线距离通常为 50km 左右。 无线电波的传播特性微波通信与应用所谓微波是一种具有极高频率（通常为 300MHz300GHz）,波长很短，通常为 1m1mm 的电磁波。在微波频段，由于频率很高，电波的绕射能力弱，所以信号的传输主要是利用微波在视线距离内的直线传播，又称视距传播。这种传播方式，虽然与短波相比，具有传播较稳定，受外界干扰小等
11、优点，但在电波的传播过程中，却难免受到地形，地物及气候状况的影响而引起反射，折射，散射和吸收现象，产生传播衰落和传播失真。 微波扩频通信技术特点是利用伪随机码对输入信息进行扩展频谱编码处理，然后在某个载频进行调制以便传输。属于中程宽带通信方式。微波扩频通信技术来源于军事领域，主要开发目的是对抗电子战干扰。 微波通信与微波应用简介微波扩频通信具有以下特点： 建设无线微波扩频通信系统目前无需申请、带宽较高、建设周期短；一次性投资、建设简便、组网灵活、易于管理，设备可再次利用 ； 相连单位距离不能太远，并且两点直线范围内不能有阻挡物； 抗噪声和干扰能力强，具极强的抗窄带瞄准式干扰能力，适应军事电子对
12、抗； 能与传统的调制方式共用频段； 信息传输可靠性高； 保密性强，伪随机噪声使得信号不易被发现而有利于防止窃听； 多址复用，可以采用码分复用实现多址通信； 设备使用寿命较长。 除了通信方面，微波在其他地方也大显身手。首推雷达，现代雷达大多数是微波雷达，利用微波工作的雷达可以使用尺寸较小的天线，来获得很窄的波束宽度以获得关于被测目标性质的更多的信息。 还有无线电辐射计，微波炉等等。要想具体了解，请看下回分解。赫兹与微波（上）在微波通信中，电磁波的单位是赫兹（Hz） 。德国物理学家赫兹关于电磁波的实验，为微波技术的发展开拓了新的道路，构成了现代文明的骨架，后人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹。让我
13、们从下面的故事中来了解一下这位伟大的物理学家。 赫兹是一个短命的物理学家。他于 1894 年逝世时，年仅 37 岁，这无疑是物理学界的巨大损失。他从 21 岁考人柏林大学直到不幸去世，进行科学研究不足 15 年，然而却建立了永垂青史的功绩。赫兹以前，由法拉第发现、麦克斯韦完成的电磁理论，因为未经一系列的科学实验证明，始终处于“预想”阶段。把天才的预想变成世人公认的真理，是赫兹的功劳。赫兹在人类历史上首先捕捉到电磁波，使假说变成了现实。要获得电磁波，就必须建立一个辐射电磁波源，这个电磁波辐射源还应当有足够的功率。名师出高徒，赫兹的恩师赫尔姆霍茨是一位理论和实验俱佳的卓越物理学家。在他的指导和帮助
14、下，赫兹很快制成了电磁波辐射源，当时它被称作赫兹振荡器。当实验设备基本备齐以后，赫兹投入了实验过程。这时，他作为卡尔斯鲁厄大学的年轻教授，每周需承担 20 几节课的教学任务，这使他只能从课余挤时间进行实验。这一天，赫兹正在上课。 “今天的课就讲到这里，再见，先生们！”赫兹教授说完，急忙将几页记得密密麻麻的记录纸准备好，焦急地等待最后一个学生离开教室。到下一节课还有三个小时，这段时间应该好好的利用，再作一次实验。“卡尔，我们开始吧！”他呼唤一直等候他的技师。二人很快把教室讲台当成实验台。这里是赫兹作试验的唯一场所，因为卡尔斯鲁厄大学给他的地方实在是太小了。 赫兹与微波（下）赫兹习惯性地首先检查谐
15、振器，将谐振器放到高振荡器有一定距离的地方，使谐振器的平面与振荡器上放电器的轴相吻合。实验开始，赫兹和技师卡尔立刻忙碌起来，过了一个多小时，火花还是没有迸发出来。当把各种可能发生的情况，都进行检查后仍然毫无结果，他们疲惫不堪地坐在桌旁。 赫兹已经记不得这是第几次失败了。从一开始实验，他就像与成功无缘似的，麦克斯韦预言过，电磁振荡波一样可以折射、反射，具有波的一切属性。 在这个房间，他借助振荡器和谐振器已经证实了从电磁辐射源发出的电磁场，就是电磁波。可是，现在他想证明电磁波具有像光一样的反射性能，他打算把 反射的电磁波记录下来，然而却一直没有成功。 冥思苦想，新的思路终于诞生了。经过调谐电磁辐射
16、源的内部要素，加大每秒钟振荡的次数，赫兹终于证明了电磁波具有光一样的反射性能。在以后的工作中，赫兹悉心研究了电磁波的折射、干涉、偏振和衍射等现象，并且证明了它们的传播速度等于光速，这样，赫兹第一个证实了光从其本质上说也是一种电磁波的问题。 1898 年，赫兹在应邀担任波恩大学物理学教授的赴任途中，欣闻自己的著作论电力射线已经出版，感到无限欣慰。 发现电磁波产生的巨大影响，连赫兹本人也没料到。在他发现电磁波的第二年，有人问他，电磁波是否可以用作无线电通讯，赫兹不敢肯定。赫兹研究电磁波无意中丢下的种子，却很快在异地开花结果了。 在发现电磁波不到 6 年，意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现了无线电传播，并很快投入实际使用。其他利用电磁波的技术，也像雨后春笋般相继问世。无线电报（1894 年） 、无线电广播（1906 年） 、无线电导航（1911 年） 、无线电话（1916 年） 、短波通讯（1921 年） 、无线电传真（1923 年） 、电视（1929 年） 、微波通讯（1933 年） 、雷达（1935 年） ，以及遥控、遥感、卫星通讯、射电天文学它们使整个世界面貌发生了深刻的变化。
