章節9
無線電通信史
1905年5月在日本海發生的日俄大海戰中，無線電通信嶄露頭角。日本聯合艦隊使用無線電報向日本聯合艦隊司令部及時提供情報，與此同時，日本海軍用電子幹擾俄軍的無線電通信，使俄軍陷入一片混亂，迫使俄國艦隊降旗投降。這一戰，俄國軍艦19艘被俘，官兵傷亡11 000餘人，日軍僅損失3艘小艦，傷亡700餘人。日軍借助於無線電通信演出了一幕以少勝多的活劇。
第一次世界大戰期間，無線電台、有線電話、電報已配備到營級指揮所。從那時起，軍事通信作為戰鬥力的重要組成要素，便以嶄新的姿容活躍於戰爭舞台的每一領域。前已述及，1941年6月，希特勒向蘇聯發動了大規模的突然襲擊。開戰不久，蘇聯西部軍區部隊的有線電通信完全癱瘓，蘇軍統帥部了解不到戰局情況，成了“聾子”和“瞎子”，戰爭屢屢失利，德軍長驅直入，很快兵臨莫斯科城下。為了改變這一嚴重的被動局麵，蘇軍迅速采取了一係列加強和改進通信聯絡的措施，為扭轉戰局反敗為勝發揮了重要作用。
無線電探測和定位
雷達是英文RDAR(Radio Detection And Ranging)的音譯，原意為“無線電探測和定位”。它是利用電磁波來探測、跟蹤目標的一種電子設備。在工作時，它發射出電磁波，對目標進行照射並接收其回波，從而獲得目標到雷達的距離、距離變化率、方位、高度等信息。在第二次世界大戰前後，雷達技術得到迅速的發展，並在大戰中發揮出巨大的威力。
早在20世紀初，波波夫、馬可尼相繼獲得電磁波發送與接收的專利時，雷達的基本概念就開始形成了。1897年，波波夫與同事雷布分別在“阿非利加”號和“歐羅巴”號巡洋艦上進行無線電通信實驗，發現電磁波遇到金屬時會出現反射現象。波波夫預言這種現象在軍事上有廣泛的應用，可惜這一點沒有引起人們的重視。
無線電尋呼係統
無線電尋呼係統僅僅是一種單方向的移動通信設備，無線電尋呼機實質上是一台單方向小型接收機，隻能單方向地接收尋呼者經過尋呼中心發來的信息。由於種種原因(如機主沒有開機或因自然障礙阻隔，無線電波作用不到尋呼機上)，尋呼機時有接收不到尋呼信息的現象；而主呼方又無法了解到被呼方是否收到了信息，有急事時徒喚無能往往誤事。未來的方向將從單向尋呼到逆向反饋發展。目前，一種雙向尋呼係統業已問世，並已在美國和以色列等國少數城市投入試用。被呼方接收到信息後，通過自己的雙向尋呼機及時地向尋呼中心發送應答信息，再由尋呼中心將應答信息通報給主呼者。雖然這種反饋信息隻是一些短語或代碼，並不像“大哥大”那樣可以雙方對話，但起碼可以做到有呼有答、遙相呼應。
無線電尋呼係統通常僅僅具有尋呼找人的單一功能，今後將普遍能為廣大用戶提供豐富多彩的信息服務。例如，它與語音信箱配合使用，可以很方便地為尋呼機用戶提供存取話音信息服務。主呼用戶按照規定程序將留言存入語音信箱後，被呼尋呼機用戶就可按規定輸入密碼，從語音信箱中提取留言。此外，與微型計算機接口的無線電尋呼機業已問世，這樣就可以借助於微機的存儲容量和處理信息的能力，大大提高尋呼機的存儲容量，擴展顯示屏顯示的內容。
無線電導航係統的曆程
無線電導航係統是一種利用無線電技術對運動中的飛機、船舶等交通工具進行導航和定位的係統。
20世紀20年代以來，無線電導航的發展大體上經曆了以下三個階段：第一階段是20～40年代，無線電測向係統取代了地麵導航台上的無線電測向站和直接提供方位信息的旋轉式無線電指向標導航，在此期間得到發展的主要是中程定位係統(中程指556～1 111千米，短程指92.6～185.2千米，遠程指2 780千米左右)；第二階段是40～60年代，在此期間無線電導航技術得到迅速發展，定位精度提高，尤其是雙曲線導航係統和中遠程測向係統，使導航係統有效距離大大增加，雷達也開始作為一種導航手段；第三階段是60～80年代，定位精度進一步提高的全球性導航係統迅速發展，其中較成功的有50年代後期開始研究、1964年正式投入使用的“子午儀”導航係統及70年代開始研究的“導航星”全球定位係統(GPS)等，“子午儀”導航係統和“導航星”全球定位係統都是衛星導航係統。
無線電通信的先行者
1895年，意大利工程師馬可尼與俄國物理學家、工程師波波夫分別發明了無線電報。
早在19世紀80年代之前，一些科學家如法拉第、麥克斯韋、赫茲等人，就已對無線電的基本概念進行過研究。德國物理學家赫茲於1887年首先用實驗證實了麥克斯韋有關電磁波存在的預言，發現了電磁波。在特定波長範圍內的電磁波又稱為無線電波，因為在接收裝置與發送裝置不直接由導線相連的情況下，也可在遠處接收到發送端的信號。
馬可尼與波波夫意識到無線電波可應用於通信，經過堅持不懈的努力，他們終於在無線電通信上取得了重大的進展。
馬可尼於1874年4月25日生於意大利北部的波倫亞。少年時他對父親收藏的科學書籍產生了濃厚的興趣，在學生時代，他就立誌鑽研電學，母親特地把教授請到家中為他做個別指導。馬可尼在家中的閣樓上建立了實驗室，進行各種電學實驗。
20歲時，馬可尼閱讀到赫茲有關電磁波實驗的文章，激發起鑽研無線電通信的興趣。第二年——1895年春，他通過閣樓上的發報機，用莫爾斯電碼發出“S”的信號，擺放在庭園中的收報機成功地接收到了這個信號。同年6月，他成功地進行了火花放電式莫爾斯電報的試驗，通信距離為2.41千米。
由於當時的意大利政府對馬可尼的成就不感興趣，為了實現馬可尼的抱負，母親鼓勵他到國外去，求得進一步的發展。1896年2月，馬可尼帶著他的無線電報機來到倫敦。他用氣球和風箏升高天線，把無線電報通信的距離延長到6.4千米。在英國郵政總局的支持下，同年6月他在英國獲得收發信號的無線電報機的專利。1897年，他回到意大利，開辦了無線電報通信公司(馬可尼無線電公司的前身)，開展船舶間的通信業務。1898年，從英國的懷特島首次進行收費無線電廣播。
1899年3月27日，馬可尼又成功地使無線電信號越過英吉利海峽，從布倫傳到多佛，傳送距離達51千米。同年9月，馬可尼用無線電設備裝備了兩艘美國船舶，用無線電報向紐約新聞界報道了美國杯快艇賽的消息，引起世界轟動。在這一年，他還利用無線電報為救援“馬西烏斯”號進行通信聯絡，取得成功。1900年，英國軍艦首次安裝了馬可尼無線電發報機。
獨立從事無線電報研究的先驅者，還有俄國的波波夫，他生於1859年3月4日。1882年，他以優異的成績畢業於聖彼得堡大學。從1883年開始在俄國海軍魚雷學校任教。在1887年赫茲發現電磁波後，波波夫立刻意識到電磁波的重要性，就開始尋求遠距離接收電磁波的方法，並進行接收大氣中閃電的無線電波的研究和試驗。
1895年春，波波夫製成了一台風暴預警儀。其中使用了由他本人改進的金屬粉末檢波器，還首次在接收機上使用了天線，以提高接收的靈敏度。這台主要用於檢測雷電的接收儀，實際上是一台電磁波接收器。它能把高空雷擊放電時輻射的電磁波通過電鈴或打字機接收並記錄下來。同年5月7日，波波夫在俄羅斯物理-化學學會上進行了表演。不久，他用電報機代替電鈴作為接收機的終端，構成一個比較完整的無線電收發報係統。
1896年3月24日，波波夫在聖彼得堡大學兩座相距250米的建築物之間演示了用電磁波傳送莫爾斯電碼裝置的操作，他用莫爾斯電碼發出“赫茲”一詞，在另一座樓上的物理學會會長收到了信號。同年，他對上述裝置又加以改進，使無線電通信開始投入實際使用。
1898年，波波夫同俄國海軍一起成功地實現了相距約10千米的艦船與海岸間的通信。1899年底，又把通信距離延長到45千米。1901年，俄國陸軍開始使用波波夫的無線電通信設備進行通信。
波波夫比馬可尼早幾年開展研究工作，而且他是第一個采用天線的人，但是幸運的馬可尼在比波波夫稍早些的1895年春就進行了傳送無線電報的實驗。因此，通常認為無線電報的創始人為馬可尼，但波波夫的貢獻也不容抹煞，他們都對無線電通信做出了開創性的貢獻。
衛星導航的原理
衛星導航的原理是各導航衛星不斷地向地麵傳送本身隨時間變化的精確位置，飛機、輪船等交通工具上的衛星定位接收儀接收到這些信息後，會迅速計算出自身的位置，從而達到導航的目的。
在第一顆人造地球衛星成功發射後不久的1957年底，美國霍普金斯大學應用物理實驗室的兩名博士用一台無線電接收機接收到前蘇聯這顆人造衛星發出的無線電信號。他們一位叫吉勒，另一位叫韋芬巴克，都是無線電愛好者。他們發現接收到的無線電波的頻率，隨著衛星的運動會出現一種“多普勒效應”(即當波源與觀察者有相對運動時，觀察者接收到的頻率和波源發出的頻率不同的現象。正如火車朝聽者急駛過來時，汽笛聲的音調會變高；離聽者飛速遠去時，汽笛音調變低一樣)。由此使他們聯想到，可以通過在地麵站測量頻移來確定衛星的軌道，兩人研究出了根據測量的頻移數據確定整個衛星軌道的一種算法。這個實驗室的另兩位博士麥克盧爾和克什納又進一步設想，如果把編出的程序倒過來使用，那麼就可以從衛星已知的準確軌道，計算出地麵接收台站的位置，從而形成了衛星導航的概念，即利用衛星的多普勒效應和格林尼治時間來定位，實現導航。
1958年12月，以霍普金斯大學為首的研究衛星導航的小組成立，“子午儀”衛星導航計劃開始實施，1964年7月正式交付海軍使用，1967年，該係統開始進入民用領域。
衛星通信網
中國從1985年租用國際通信衛星組織的印度洋上空衛星的半球波束轉發器，進行衛星電視傳送和對邊遠地區的電報電話通信。從1988年開始，中國使用自己製造和發射的衛星。至90年代，除租用國際衛星轉發器外，還租用“亞洲1號”衛星轉發器，與中國的衛星一起組成國內衛星通信網。中國將逐步過渡到以國產衛星為主，租用國際衛星和區域衛星轉發器為輔的格局來組織國內衛星通信網。
中國國內衛星通信網主要承擔：中央電視節目，教育電視節目和部分省、自治區的地方電視節目的傳送；廣播節目的衛星傳送；組織幹線衛星通信電路和部分省內衛星通信電路；組織公用和專用甚小天線地球站（VSAT）網，包括以數據為主和以電話為主的VSAT網；專用單位的衛星通信網。
衛星通信
衛星通信是利用人造地球衛星作為中繼站來轉發無線電波的通信。利用同步衛星的通信已成為主要的衛星通信方式。不在地球同步軌道上運行的低軌衛星多在衛星移動通信中應用。同步衛星是在地球赤道上空約36000千米的太空中圍繞地球的圓形軌道上運行，與地球自轉同步，因而與地球之間處於相對靜止狀態，故又稱為靜止衛星或固定衛星。
利用通信衛星進行中繼，地麵距離長達1萬多千米的通信，1跳即可連通（由地至星，再由星至地為1跳），電波傳輸的中繼距離約為4萬千米。同步衛星通信的優點是通信距離遠，不受通信網點間任何複雜地理條件、自然災害和人為事件的影響，可在大麵積範圍內實現電視節目、廣播節目和新聞的傳輸，以及直達用戶辦公樓的交互數據傳輸甚至話音傳輸，可在兩點間提供幾百、幾千甚至上萬條活路。
衛星通信係統
衛星通信係統由通信衛星和地球站組成。地球站隻能指向某一顆同步衛星，兩個或更多的地球站可以通過同一顆同步衛星建立直達的衛星電路。如為電視或廣播節目的衛星傳輸，可以用一顆同步衛星上的不同轉發器傳輸不同的節目。在此衛星的波束覆蓋區內的眾多電視單收地球站，可以指向此衛星接收不同的電視節目或同時接收多個節目。如為甚小天線地球站衛星通信係統，同技術製式的眾多甚小天線地球站可以經由同一衛星轉發器連通成網，也可以幾種不同製式各自成網。