天线理论 - 频谱与传输

在地球大气层中，波的传播不仅取决于波的性质，还取决于环境影响和地球大气层。必须研究所有这些因素，才能了解波在环境中的传播方式。

让我们看看信号传输或接收所处的频谱。根据天线的工作频率范围，可以制造不同类型的天线。

电磁波谱

无线通信基于电磁波的广播和接收原理。这些波可以用它们的频率 (f) 和波长 (λ) lambda 来表征。

下图给出了电磁波谱的图形表示。

低频带

低频带包括频谱的无线电、微波、红外和可见部分。它们可以通过调制波的幅度、频率或相位来用于信息传输。

高频带

高频带包括 X 射线和伽马射线。从理论上讲，这些波更适合信息传播。然而，由于调制困难，这些波在实践中并未得到使用，并且这些波对生物有害。此外，高频波无法很好地穿过建筑物。

频段及其用途

下表描述了频段及其用途 −

频谱分配

由于电磁频谱是一种公共资源，任何人都可以访问，因此已经就频谱内不同频段的使用制定了多项国家和国际协议。各个国家政府为 AM/FM 无线电广播、电视广播、移动电话、军事通信和政府用途等应用分配频谱。

在世界范围内，国际电信联盟无线电通信局 (ITU-R) 下属的一个机构，即世界无线电行政会议 (WARC) 试图协调各国政府的频谱分配，以便制造出可以在多个国家使用的通信设备。

传输限制

影响电磁波传输的四种限制类型是 −

衰减

根据标准定义，"信号质量和强度的下降称为衰减。"

信号强度随着传输介质上距离的增加而下降。衰减程度取决于距离、传输介质以及底层传输的频率。即使在没有其他损伤的自由空间中，传输信号也会随着距离的增加而衰减，这仅仅是因为信号传播的区域越来越大。

失真

根据标准定义，"任何改变信号频率分量或信号幅度水平之间基本关系的变化都称为失真。"

信号失真是干扰信号特性的过程，会增加一些不必要的分量，从而影响信号的质量。这通常发生在 FM 接收器中，接收信号有时会完全受到干扰，输出嗡嗡声。

色散

根据标准定义，"色散是一种现象，其中电磁波的传播速度取决于波长。"

色散是电磁能量在传播过程中扩散的现象。它在光纤等有线传输中尤为普遍。由于色散，快速连续发送的数据突发往往会合并。电线越长，色散的影响就越严重。色散的影响是限制 R 和 L 的乘积。其中 'R' 是 数据速率，'L' 是 距离。

噪声

根据标准定义，"任何干扰所需信号的正确和轻松接收和再现的不需要的能量形式都称为噪声。"

最普遍的噪声形式是热噪声。它通常使用加性高斯模型进行建模。热噪声是由于电子的热扰动引起的，并均匀分布在频谱上。

其他形式的噪声包括 −

• 互调噪声 −由载波频率之和或之差产生的信号引起。

• 串扰 − 两个信号之间的干扰。

• 脉冲噪声 − 由外部电磁干扰引起的高能量不规则脉冲。脉冲噪声可能不会对模拟数据产生重大影响。但是，它对数字数据有明显的影响，导致突发错误。