一.無線電的發現過程
無線電的誕生 九十幾年前,“嘀、嘀、嘀”三聲微弱而短促的訊號,通過電波傳過2500公里的大西洋對岸,從此向世界宣布了無線電的誕生。那是1901年12月12日,扎營守候在位于加拿大東南角的紐芬蘭(Newfoundland)訊號山(Signal Hill)的馬可尼,用氣球和風箏駕設接收天線,終于接收到從英國西南角的寶竇(Poldhu),用大功率發射電臺發送“ S”字符的國際莫爾斯電碼......。這是有史以來第一次人類跨過大西洋的無線電通訊,這個實驗向世人說明了無線電再也不是僅限于實驗室的新奇東西,而是一種實用的通訊媒介。這一消息轟動了全球,激發了廣大無線電愛好者濃厚興趣,推動了業余無線電運動蓬勃發展。
雖然馬可尼的試驗結果令人相當振奮,可是當時一般人認為無線電行徑類似光波,發射之后,絕對是呈直線前進,從英國到加拿大,再怎么說一定是無法完成直線的無線電通訊(因此球表面是弧形的),當時的科學理論更證明,從英國發射后的無線電波一定直驅太空,怎么可能 達加拿大 可是從馬可尼用簡陋的無線電設備征服長距離通訊的試驗記錄看來,白天,訊號可以遠達700英哩,晚間更遠達2,000英哩以上,這些試驗數據,使得以往的理論所推展出來的必然結果,開始發生動搖了。
與此同時KENNELLY君及HEAVISIDE君不約而同地分別提出了同樣的看法:就是在地球大氣層中有電子層的存在,它可以像鏡子般,把無線電折射回地球,而不致于直奔太空,由于這種折射回返的訊號,使得遠方的電臺才得以互相通訊,這種對無線電波有如鏡子般作用的電子層稱做KENNELLY HEAVISIDE層,但現今一般稱之為電離層(lonosphre),而短波之所以如此發達就是受了電離層之賜。
遠從一九二五年開始,許多科學家便開始進行電離層的探堪工作,經由向電離層發射無線電脈沖訊號,然后從電離層折反的回聲(Echo)中,可以了解到電離層的自然現象,所得到的結果就是:地球上空的電離層就像是一把大傘涵蓋了地球,而且隨著白天或夜晚或季節的變化而變動,同時發現某些頻率可以穿過電離層,而有些頻率則以不同角度折返地表,雖然對電離層已經掀開了面紗而有了某種程度的了解,使得短波的國際通訊有了很大的發展,但是這六十多年來,科學家均不放過任何繼續研究電離層的機會,甚至火箭發射、人造衛星試驗及最近的太空梭飛行,均設計有某些實驗,以期能更進一步了解電離層,最近借超高速電腦的幫助,透過假設的模型最后希望能夠像氣象般,可以預測未來幾天的電離層狀況。
無線電的發展史,在很大程度上就是人們對各波段進行研究、運用的歷史。首先被運用的是長波段,因為長波在地表激起的感生電流小、電波能量損失小,而且能夠繞過障礙物。但長波的天線設備龐大、昂貴,通訊容量小,這促使人們尋求新的通訊波段。本世紀二十年代,業余無線電愛好者發現短波能傳播到很遠的距離。1931年出現了電離層理論,電離層正象赫茲所說的鏡子。它最適于反射短波。短波電臺既經濟又輕便,它在電訊和廣播中得到了普遍應用。但是電離層受氣象、太陽活動及人類活動的影響,使通信質量和可靠性下降,此外短波段容量也滿足不了日益增長的需要。短波段為3MHz~30MHz,按每個短波臺占4KHz頻帶計算,僅能容納幾千個電臺,每個國家只能分得很有限的電臺數,電視臺(8MHz)就更擠不下了。從四十年代開始,世界上發展了微波技術。微波已接近光頻,它沿直線傳播,而且能穿過電離層不被反射,所以微波需經中繼站或通訊衛星將它反射后傳播到預定的遠方。
二.無線電的應用 1.無線電在軍事上的應用
飛速發展的軍事通信技術 19世紀30年代以后,隨著科學技術的發展,軍事通信技術和手段產生了一系列根本性的革命。1837年美國人莫爾斯發明了最早的電磁式電報機和點劃組合的莫爾斯電碼,引發了軍事通信發展史上的第一次技術革命;1895年意大利人馬克尼和俄國人波波夫成功地進行了無線電通信試驗,引發了軍事通信發展史上的第二次技術革命;兩次世界大戰之間,無線電通信技術實現了三大突破:1923年實現了短波通信;1931年實現了微波通信;1936年建立了超短波接力通信;1957年前蘇聯率先發射第一顆人造地球衛星之后,軍事通信便進入了衛星太空通信時代。尤其伴隨集成電路技術的一系列革命以及后來計算機、通信衛星和網絡技術的崛起和空前發展,使得人類信息技術實現了世紀大飛躍,成為單兵作戰武器平臺的戰斗力倍增器。
定位現代戰場的GPS 20世紀,美國曾在“星球大戰計劃”中開始建立GPS系統。如今,地球上任何一點、任何時刻都可以接收到來自太空軌道的衛星信號,且三維定位精度、速度精度、時間精度等空前提高。直到今日,新的定位系統在美軍采取的多項軍事行動中均發揮了重要作用。通過GPS系統,各指揮機構能時刻掌握前方部隊執行任務的位置,單兵可以憑借自身的信息平臺在面臨危險時,可以迅速向求援部隊報告自己的準確方位,及時請求緊急空中支援;空中待命的支援戰機,可以快速準確地提供高精度救援。1995年,俄羅斯完成了自己的太空定位工程計劃,從而使單兵作戰能力有了顯著提高。據悉,歐洲聯盟新近也投巨資啟動了“伽利略”衛星導航系統,該計劃將于2008年建成并投入使用。
單兵武器作戰平臺的信息系統大都采用小型電腦和無線電子系統構成,它使用微型的全球定位系統衛星接收機,通過電腦提供士兵所在的具體位置,同時可提供其他士兵所在位置,使士兵之間可以互相配合作戰,使戰場態勢盡收眼底, “一目了然”。目前,由于綜合導向技術取得突破,從而克服了全球定位系統易受障礙物阻擋和無線電干擾所造成的信號丟失。
2.無線電在通信的應用
1983年,美國的哥倫比亞號航天飛機執行STS-09任務,SAREX小組(Shuttle/Space Amateur Radio Experiment team)促成了W5LFL/歐文加利特(Owen Garriott)成為第一個在太空中業余無線電的宇航員。歐文當時使用的是一臺Motorola 2米FM對講機和一副安裝在窗戶上的天線。“這里是W5LFL在哥倫比亞號航天飛機上呼叫…”,歐文在STS-09航天飛機任務中的業余時間,與地球上的業余無線電臺進行了上百個QSO,開創了業余無線電聯絡在人類宇航中的歷史。從那以后,各國的業余無線電小組,其中以美國的SAREX,德國的SAFEX,俄羅斯的MIREX為核心的隊伍,不斷地發展在美國的航天飛機、俄羅斯的和平號太空站上的業余無線電通信設備。
三.無線電的未來
軟件無線電(Software Radio)是無線電通信方面的一種新的變革。它的核心技術是用寬頻帶無線接收機來代替原來的窄帶接收機,將寬帶的模擬/數字和數字/模擬變換器盡可能地靠近天線,而將電臺的功能盡可能多地采用軟件來實現。 ——最初提出“軟件無線電”概念的是Jeo Mitola,1992年5月在美國通信系統會議上首次提出了這種概念。很快就在世界各國引起了注意,特別是軍方的注意。這是因為現代軍事通信對無線電通信系統的可靠性、兼容性、互通性、靈活性以及抗干擾、抗毀性、保密、安全等都有更高的要求。美國軍方與Hazeltine公司研制了一種名為“Speakeasy”(易通話)軟件無線電臺,實現了美軍通用的多頻段、多功能的無線電平臺,能兼容軍隊現有的各種電臺,能同時處理4種以上不同的調制波形。這種電臺可以稱得上是一種帶有天線的、能進行話音和數據傳輸的“掌上電腦”。通信的業務包括話音、數據和視頻圖像等,因此被認為是未來發展的趨勢。 ——軟件無線電的出現,是無線電通信從模擬到數字、從固定到移動后,由硬件到軟件的第三次變革。被認為是繼模擬通信技術、數字通信技術之后的第三代無線通信技術。 ——從已經研制出來的軟件無線電臺來看,其結構和功能具有良好的可擴展性,是未來無線電通信的發展方向。
