无线志异:短波不短长波长,UV波段发远方
话说到了二十一世纪,各种无线电通讯技术,那是一个雨后春笋般地林立起来。现在每个人都能接触到的技术,当属载波聚合(LTE)了。这个LTE,也倒是一个清奇。正常通讯发送的信号大部分是低频的,而载波聚合能够将低频的信号,承载在高频的正弦波。信息论有言,波长越短,波能携带的信息就越多,换言之,带宽就越大。相较于3G,4G最大的特色就是提高了频率,降低了波长。而所谓5G,也只是再把波长缩得更短。当然,波长越短,波的指向性就会越明显,它能覆盖的服务范围也就越小。幸亏跑在甚高频的这些民用通讯,对于带宽要求大,而对于覆盖范围并没有什么苛求。于是载波技术被广泛用作一种移动设备接入互联网的手段。
但这个载波,也是一个无底大坑。它的延迟与带宽的稳定性,一直困扰着网络工程师们。而相比于以太网的节能减排,它的高能耗也是广泛应用的一大门槛。这是因为和信息一样,波长越短,波能携带的能量也越多。其他的原因,有如群众的恐慌,因为学习只学半截者可能会断章取义,认为只要波长越短,电磁波致癌的风险就越大。虽然波长越短能量确实越大,但一切波长小于可见光的电磁波,其最大的危害是让人感到热(微波炉原理),其他没有任何伤害。否则,每天出去晒个太阳,不也得掉三层皮了?
不过载波的发展速度放缓不代表其他无线电技术就陪着它一起停滞。即使在现代,依旧有相当一部分无线电爱好者,正在使用看似新潮,实则古老的设备通联。
短波技术,它的名字很误导人。短波的波长其实并不十分短,比调频要长得多。之所以叫它短波,是因为相对于传统无线电中更加长的中波和长波而言,它已经算得上是相当短了。业余无线电中,短波的通联大多通过CW,也就是为大多数人所熟知的莫斯电码电报。而也有一些传输语音信号的短波电台,它们大多都是一些国际电台。需要注意的是,任何波段的无线电通联,尤其是业余无线电通联都遵循着严格的通联程序。除了实际传输的信息外还有相当多的协商信息。对于初入此门的人,比如我可能看起来比较疑惑。但我们都要清楚,无线电通联不等同于即时通讯。无线电频道是宝贵的公共资源,所以在利用它的通联和普通的写信、打电话是完全不一样的。爱好者群体为此制定了相当长的共同遵守的公约,以最大化公共资源的利用。譬如不得在频道上说戏谑无用的话之类。
再说回这么一个短波技术,说到它经常被用作国际广播,这是因为它可以传得非常远。我们知道,波长长的波传得远。但短波相较于长波传得远很明显不是因为波长长,而是因为它能够利用地球大气实现反射。
地球大气的电离层,是一个很神奇的地方。一定波长的电磁波在撞击到这一层之后,能够像可见光撞击到平面镜一样反射回地面。而地面也可以把这些电磁波反射给电离层。通过这样之字形来回往复地传递,短波可以传到及其远的地方。当然,反射得越多,信号也就越失真。所以这些国际广播都精心计算好信号发射的角度,力求用最小的衰减把信号送到指定的目标。这也是为什么短波国际广播经常注明是针对哪一个国家或地区的。
通过利用好大气电离层和地面之间往复反射的关系,短波可以提供有效的长距离单向通信。但是,作为普通民众最容易接受到的无线电通讯方式,UV波段的手持电台是最常见的。
这个手持电台,其实就是俗称的手台,或者对讲机。它们大部分运行在UV波段。UV波段是频率特别高(比短波高得多)的电台,大概在400多MHz,所以它们传递的距离十分有限,也难以通过电离层实现反射,而是可以直接射穿电离层。一般在工地上使用的对讲机,都有程序强制设置其频率在409.xMHz,这是因为无线电管制要求,只将这个频率分配给公众使用。这个频率也因此被称为“公众对讲机频道”。在这个频道上,发射功率不能超过0.5W.
大部分的业余无线电爱好者的起步都是在UV波段。如果想要仔细了解,最常见的设备是宝峰的UV-5R.当然,这些设备不是普通的公众对讲机,而是专业的无线电收发装备。它们的频率是可以设置的,可以在UV波段的业余频率和公众对讲机频率收发。为了娱乐,这些对讲机有时还会附带接收FM信号并当作收音机使用的功能,当然这些都是额外的附加功能。无线电爱好者能拿到的第一份执照,其准入频率就仅限在433Mhz左右。同时发射功率也有严格的限制。
之所以不将短波频率分给刚入门的无线电对象,可能是因为短波很容易发生意外的超远程信息传递,如果有不符合规范的内容被传递,将产生很不好的影响。而UV波段,即使通过很多中继台,最多也就覆盖到一个省份左右,比较可控。同时,短波频率相较于UV波段,是很珍贵的资源,自然也不可能随便给不熟练的人使用。
但这并不意味着UV波段的信号一定传不远,通过一些OSCAR(业余无线电中继卫星),即使是最低端的宝峰UV-5R也可以实现全球通联。甚至有人创造过使用0.5W的功率通联地球另一端的世界纪录。如果能创造这样的低功率长距离的通联记录,那将是十分光荣的,并且这些技术成果将很具备进一步科研的价值。
短波和UV波段,都是最常见的无线电波段,但无线电的世界绝不只是这冰山一角。欲知后事如何,且听下回分解。