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特性，还取决于环境影响和地球大气层各层。为了了解波如何在环境中传播，必须研究所有这些因素。

让我们看一下信号传输或接收所覆盖的频谱。根据它们的工作频率范围，制造不同类型的天线。

电磁频谱

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

下图给出了电磁频谱的图示。

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

高频段包括X射线和伽马射线。理论上，这些波更适合信息传播。然而，由于调制困难以及这些波对生物体有害，因此在实践中不使用这些波。此外，高频波不易穿透建筑物。

下表显示了频段及其用途：

由于电磁频谱是公共资源，任何人都可以访问，因此已经制定了几项国家和国际协议，关于频谱内不同频段的使用。各个国家政府分配频谱用于调幅/调频广播、电视广播、移动电话、军事通信和政府使用等应用。

在全球范围内，国际电信联盟无线电通信(ITU-R)局的一个机构，称为世界无线电管理大会(WARC)，试图协调各个国家政府的频谱分配，以便可以制造可在多个国家/地区工作的通信设备。

影响电磁波传输的四种类型的限制是：

根据标准定义，“信号质量和强度下降称为衰减”。

信号强度随着传输介质中距离的增加而下降。衰减程度是距离、传输介质以及底层传输频率的函数。即使在自由空间中，没有其他损害，传输信号也会随着距离的增加而衰减，仅仅是因为信号正在传播到越来越大的区域。

根据标准定义，“任何改变信号频率分量之间基本关系或信号幅度水平的改变都称为失真”。

信号失真是一个过程，它会扰乱信号的特性，添加一些不需要的成分，从而影响信号的质量。这通常发生在调频接收机中，其中接收到的信号有时会完全失真，输出为嗡嗡声。

根据标准定义，“色散是电磁波的传播速度取决于波长的现象”。

色散是电磁能量脉冲在传播过程中扩展的现象。它在有线传输（如光纤）中尤其普遍。由于色散，快速连续发送的数据脉冲往往会合并。导线的长度越长，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。

根据标准定义，“任何形式的非所需能量，倾向于干扰对所需信号的正确和容易接收和再现，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建模。热噪声是由于电子的热扰动造成的，并且在整个频谱中均匀分布。

其他形式的噪声包括：

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