1.2 高频信号的传输特性

广播和通信都是通过无线电信号传送的，无线电波作为一种信息的载体可以通过天空或电缆传播出去。无线电波实际上就是电磁波，通常被称为无线电信号，不同频率的无线电信号具有不同的特性。例如，在卫星广播系统中会利用超高频载波，采用多种调制方式，并进行数字编码，然后进行信息发射、传输、接收和处理，如图1-3所示。

1.2.1 信号与电磁波的基本特点

1.电与磁

我们都知道电能生磁、磁能生电的基本概念。如图1-4所示，一根导体如果有电流通过则导体的周围就会产生磁场。根据右手定则，拇指的方向为电流方向，其余四指为磁场磁力线方向。当给一个电容器两极加上交变的电压时，就会有交变的电流产生，交变的电场又会感应出交变的磁场，这是很早就被人们发现和利用的自然规律。

同样，磁场也能感应出电场，如图1-5所示，变化的磁场会感应出电场。

2.电磁波的产生

从电场和磁场相互感应的特性可知，有电场就会感应出磁场，有磁场又会感应出电场，这种现象是在空间发生的，这样相互感应就会形成电磁波并传输出去，产生电磁波的导体被称为发射天线，如图1-6所示。

3.电磁波的极化

电磁波是一种交变的信号，电场的波动方向是和天线的方向有关的，并且电场和磁场的方向是互相垂直的，如图1-7所示，垂直天线产生的电磁波被称为垂直极化波，水平天线产生的电磁波被称为水平极化波。圆极化是电磁波的另一种极化形式，它是指电磁波在传送过程中以螺旋旋转方式传播，其旋转方向决定其极化方式，以顺时针方向或右旋方向旋转的电磁波称之为右旋极化，以逆时针方向或左旋方向旋转的电磁波称为左旋极化，如图1-8所示。

4.电磁波的接收

（1）偶极子天线。天空中传输的电磁波遇到导体就会在导体上感应出电流，这个导体被称为接收天线，天线导体的尺寸与接收电磁波的频率有很大的关系，也就是说天线的尺寸和方向与接收电磁波的灵敏度有很大的关系，图1-9是半波长偶极子天线的示意图。

半波长是指天线的尺寸等于λ/2（电磁波的1个波长被称为λ），偶极子是指天线两侧具有正/负相等电荷，因而这种天线被称为双极天线，即偶极子天线。

（2）环形天线。接收电磁波的天线制成环形，被称为环形天线，这种天线的灵敏度与天线环面的方向有关，如图1-10所示，即天线环面与电磁波传输的方向平行时灵敏度最大，而垂直时灵敏度最小。

（3）接收天线的方向性。在电视广播系统中常使用多根导体（金属管）组成的天线（称八木天线）或抛物面天线，这些天线都具有方向性，方向不同对信号接收的灵敏度也不同，因此在安装各类天线时都应注意它的方向，将天线调整到最佳状态位置，如图1-11所示。

1.2.2 电磁波的发射和传播

1.电磁波的波长与传播方式

电磁波的波长是与传输的方式有关的，其关系如图1-12所示。电磁波是由天线发射出来的，不同波长的电磁波信号受到电离层的影响是不同的。

（1）中波。中波（0.5～1.6MHz）通常是由地面波（或称地上波）传输的，因此传播的距离比较小，中波广播只能覆盖城市和郊区。晚上中波也可以靠电离层（E层）的反射束传输，因此中波广播晚上传播得比较远。

（2）短波。短波（1～30MHz）可以穿透电离层的E层，但是遇到电离层的F层便会反射回来。由于电磁波的反射可能传输到地球的侧面，由图1-12可知它传播的距离很大，通常用于洲际广播。

（3）VHF频段。VHF频段（30～300MHz）的天线电磁波，可以穿透E层和F层的电离层而不会反射回来，因此只能进行直线传输。电视节目是用此波段进行传输的，因此必须使用高塔、升高天线，来覆盖更大的面积。

（4）C波段、Ku波段。C波段是3～4GHz的微波波段，Ku波段是12～14GHz的微波波段，这两种信号的电磁波都能穿透电离层，卫星通信和广播就是利用这些波段的。

2.广播信号的传输

（1）中波广播。中波广播电台的节目采用525～1605kHz的波段，它将声音信号通过调幅的方式（AM），以地面波的形式传输出去，如图1-13所示。

（2）短波广播。短波广播是利用电离层的反射进行传输的，它也采用调幅（AM）的方式，由于靠电离层反射会受到时间和季节的影响，因此接收往往不是很稳定。

（3）VHF频段的FM广播。FM立体声广播的频段为98～108MHz，由于此频段的信号会穿透电离层，因此采用直线传输方式，如图1-14所示。

（4）电视信号的发射和传输。30～1000MHz的无线电信号具有直线传播的特性，不能绕过物体传播。传输电视节目就使用该频段信号作为载波。

电视信号是图像和伴音的合成信号，它的载波频率高、频带宽。摄像机将景物、人物的光图像变成电信号，再经过对信号的处理及编码变成视频图像信号；传声器将声波的振动变成电信号，即音频信号。视频图像信号和音频信号不能直接进行发射传输，需要采取一些技术手段，如图像信号采用调幅调制的方式，伴音信号采用调频调制的方式，然后再合成为一个信号调制到无线电载频上，由无线电载波发射出去，传输到各地，如图1-15所示。

目前，电视信号流行的传输方式（如图1-16所示）可分为如下4种方式。

① 地面传输方式（电视塔发射）。

② 有线传输方式。

③ 卫星传输方式（卫星转播）。

④ 宽带网络传输方式。

这些方式目前都已进入数字化的处理方式。

由于电视载波信号（VHF、UHF）具有直线传输的特性，要把节目传输到整个城市及远郊，就必须架设很高的电视发射天线，或是用有线电缆将信号传到各家各户，而电视塔建设得越高造价也就越高，有线传输距离远就会导致信号衰减，因此要加多级放大器才行。

电视节目要进行远距离传送，如从城市到偏远山区，就要使用卫星或微波接力的方法。使用微波接力的方法传输电视节目，由于微波传送的距离有限，每隔一定的距离（50km）就设一个微波接力站（中继站），这个接力站将前站发来的信号接收下来放大后再转发到下一站。

利用卫星传输电视节目，就相当于将天线架设到离地面几万千米的高空，它发射的信号所覆盖的面积就很大了，这是它的最大特点，如图1-17所示。在偏远的地区只要架设一个小型的卫星接收天线、一个接收机、一台监视用彩色电视机就可以了，也可以多户共用一个天线，成本很低。