电磁波的频谱（二）——各频段的频率分配

下面将按波段划分来讨论各波段的特点及其频率分配。

一、10～200千赫频段
　　该频段属于甚长波和长波的波段，因其传播特性相近，故并在一起讨论。
该波段可以用天波和地波传播，而主要以地波传播方式为主。因地波传播频率愈高，大地的吸收愈大，故在无线电的早期是向低频率的方向发展。天波是靠电磁波在地面和电离层之间来回反射而传播的。
　　该波段的特点是：（1）传播距离长，在海水上应用数千瓦的功率可以实现3000公里的通信。所以目前还有很多海岸电台使用长波通信（30～200千赫）。用10～30千赫可以实现特远距离的通信。（2）电离层扰动的影响小。长波传播稳定，基本没有衰落现象。（3）波长愈长，大地或海水的吸收愈小，因此适宜于水下和地下通信。
　　但是它的缺点也是明显的：（1）容量小。长波整个频带宽度只有200千赫，因此容量有限，不能容纳多个电台在同一地区工作。（2）大气噪声干扰大。因为频率愈低大气噪声干扰愈大（大气干扰也和地理位置有关，愈近赤道、干扰愈大）。（3）需要大的天线。
　　该波段频率的分配情况。根据国际规定，10～200千赫主要用于无线电导航（航空和航海）、定点通信、海上移动通信和广播。
　　被指定的导航用频率为10～14千赫以及70～130千赫。这是作为远距离导航用的，主要是因为长波传播远，且无盲区。在导航系统中，盲区是不允许的。在70～130千赫工作的有劳兰—C系统和台卡(Decca)系统。
　　海上移动通信主要用于岸-船通信。由于长波的可靠性高，因此，当容量不是主要的，而要求高可靠性的远距离通信时，就要用这个频段，并且特别适宜在极区的岸-船通信。船- 岸通信通常不用此频段，因船上位置有限，不能得到高的天线效率。
　　几乎整个波段部分都分配作定点通信用，这在目前是作为短波通信的备份使用的，以便在电离层受到干扰时使用。目前看来这种需要性已逐渐减小，除了少数地区外，大多数地区已不用，最后这种用途将被放弃。
在欧洲和非洲，还用150～200千赫作为广播用频段。这种长波广播电台的特点是，不论白天黑夜都有相当大的稳定的服务区域。
　　还有一个标准频率的播送规定在20千赫。
　　军事上，长波是有用的，主要是地下（坑道）通信可以考虑用这个频段。这一波段的主要缺点是容量小，天线的尺寸大。因此，地下通信现在仍多数采用短波。

二、200～3000千赫频段
　　该频段主要是中波。在中波，电磁波主要的传播方式是地波传播。在这一频段的低端比高端传播得更好。出于频率增高，地面的情况差别已不太显著。在白天，天波基本上为电离层（D层）所吸收，所以不能靠天波传播。但到夜间，由于D层消失，由E层反射，天波传播可以达到相当大的距离，但它也是干扰那些用地波传播业务的一个干扰源。
　　该频段的特点：主要靠地波传播，中等传播距离（数十到数百公里），信号稳定。
　　该频段主要用于广播、无线电导航、海上移动通信、地对空通信。由于中波传播的特点，特别适宜于地区性的广播业务。535 ~ 1605千赫是国际规定的广播段。
　　在该频段中，200 ~ 415千赫为短距离用的无线电导航系统，其中285～325千赫、405～415千赫为航海导航用，其余均为航空导航用。另外，有1800～2000千赫作为罗兰A系统用。
　　该频段的海上移动通信，是在无线电发展的早期就安排了的，即415～525千赫，其中500千赫固定为海上遇难呼救频率，其它任何业务不得使用。为了可用较小的天线设备，海上小艇用此频段的高端，即1800～2000千赫。
　　最早的航空移动通信，即地对飞机的通信，就是使用2850～3025千赫。现在许多国家都已将它移到甚高频（米波）频段中去了。但这一个频段仍是需要的，特别是当通信路径包含大量水面时。
　　标准频率在本波段有2500千赫。
　　由于历史的原因，该频段的电台显得过于拥挤，所以应该把一些业务转移到其它更合适的频率去。例如，航空和航海的移动通信就应该移出去，而更合理地更新分配该段频率。

三、3～30兆赫频段
　　该频段为短波波段。短波电离层通信简单，易于实现，成本低，可用小功率和小得多的天线实现远距离通信，这是其优点。
　　但是短波也有严重的缺点，即通信不稳定。要维持全日通信必须更换数个频率。由于电离层的11年周期的影响，当太阳活动性大的时候，可以用到3～30兆赫，而当太阳活动性最小的时候只有3～15兆赫能够应用。所以短波通信必须具有全波段的频率才能适应。
　　同时，短波还有严重的衰落，必须采用分集接收才能得到较稳定的通信。通常采用频率分集，这就是说需要占用两个频率，这对本来已经拥挤的短波波段是一个困难的问题。
　　此外它还受电离层扰动的影响，大气等自然干扰也比较大。
　　短波通信时，使用某一频率，利用天波只能到达某一距离以外（因为如果距离再近，必须提高仰角，这时电磁波将穿过电离层而不反射回来），而地波传播又只能到达较近的距离。所以，在这两个距离之间，既收不到地波也收不到天波，称为盲区或静区（图1）。这是短波波段所特有的。因此短波波段不能用于导航。
在短波波段，利用地波传播通信是很少的，因为短波波段的地波传播极近，稍远一点衰减就极大。因此，除军用战术小型电台还采用短波地波通信外，其它地方是很少采用的。
　　由于历史的原因，短波存在的问题是波段太拥挤。同时由于短波传播远，它又容易产生互相干扰，因此，频谱利用是一个问题。当前解决的办法是：（1）采用单边带，把现有的短波电台都改为单边带。CCIR已建议在1973年以前把全部移动电台都改为单边带．而固定电台超过100瓦的则在1967年以前己全部改为单边带。（2）把不是必需在本波段的定点通信业务都移出这个波段。短程广播不允许再在这个波段开设。
　　短波主要用于定点通信、航海和航空移动通信、广播、热带广播及业余无线电等。
　　1. 定点通信
　　分配于这个波段的比较多，共有25段，分布于整个波段之内，这里就不一一列举。由于这一波段电台太挤，互相干扰，因此已采取措施。例如将100瓦以上的电台均改为单边带制，或改为独立边带制。并建议将一部分高频固定通信业务改用100兆赫以上的多路系统或改用电缆通信。
　　2. 航海和航空移动通信
　　航海用的移动通信用于船岸之间，范围从4063千赫至27.50兆赫，共分十段。主要用于远距通信。航空用的远程通信使用高频频率，因为在飞机上远程通信必须靠电离层反射，用超短波不能达到这么远。用较低的频率，则飞机上不允许装大体积的天线，所以一般用短波波段（分为航线业务和非航线业务），范围从2.852兆赫到l 8兆赫。为了不致干扰其它业务，经过国际协议，大都限制在一个范围不大的窄频带内。这种业务使用的电台要求在1973年全部改为单边带。
　　3. 广播业务
　　短波波段是远程广播的唯一合适的波段。国际协议划给短波广播的共七段，即5.95～ 6.2兆赫，9.5～9.77兆赫，11.7～11.975兆赫，15.1～15.45兆赫，17.7～17.9兆赫，21.45～21.75兆赫，25.6～26.1兆赫。另有7.1～7.3兆赫是供东半球国家使用的。这一频段特别拥挤，根据1963年统计，在这些频段内共有130个国家和地区的2000部短波广播发射机。其中55％是对国外广播的，现在就更拥挤了。
　　4. 热带广播业务
　　在热带地区，大气干扰相对很大，中波广播的干扰噪声水平很高，所以本地广播也用短波波段（5兆赫以下）。有三个波段分配给它们，即3.2～3.4兆赫，3.9～4.0兆赫，4.75～5.06兆赫。为了保证它们的地区性而不干扰其它通信，这些电台的最大辐射方向必须是向上的。
　　5. 车辆移动电台
　　这一部分只占短波频谱的极小部分。它通常作为近距通信，现在建议将此部分业务移到甚高频或特高频(米波及分米波)波段中去。
　　6. 业余无线电业务
　　业余无线电业务在国外是特有的，所以国际上也划分一部分频带供业余无线电爱好者使用。这部分电台也被建议向超高频波段移动。
　　7. 工业、科学、医疗业务
　　在这个频段为工、科、医业务划出两个频率来，13.56兆赫和27.12兆赫（两者是谐波关系），并被严格限制在这两个频率上。
　　其次，在这个频段还有标准频率业务。其频率为5兆赫、10兆赫、15兆赫、20兆赫和25兆赫。

四、30～1000兆赫频段
　　这一波段是甚高频（米波）和特高频（分米波）的一部分。这一波段是一个“中间”波段。它基本上不能被电离层反射，但在米波波段的低端还可以被反射（在太阳活动性高的年份以及E1层），一般在60兆赫以下。这往往也是构成干扰的一个原因。
　　地波传播的距离更短，但是军用战术电台还有用地波作短距离通信的。主要是用这个波段的低端。
在该频段起主要作用的传播方式是视距内的空间波传播，以及对流层散射和电离层散射。
　　和高频波段相比，该频段的优点是，对于低容量系统可以用小尺寸天线。明显地，这种特点特别适宜于移动通信。在无线电中继系统中，采用较高一些频率，虽然传播损耗增加，但是高的天线增益可以补偿这部分损耗。因此，采用这个频段的高频端是合适的，而且容量也可增大，可以通过更多的路数。
　　对流层散射在某些场合代替了无线电接力系统，因为它可以不用中继站，一跳数百公里，同时还可具有大容量(多路传输)，而这在低频率是不可能的。
　　该频段频率的分配情况。主要分配在广播、陆上移动通信、航空移动通信、海上移动通信、定点通信、空间通信、雷达等。
　　1.广播业务
　　调频广播分配在88～108兆赫，而电视广播则分配在41～100兆赫，170～216兆赫，470～960兆赫（各个国家有所不同）。
　　陆上移动通信主要是车辆电台或背负电台使用，其主要频段在500兆赫以下。在较低频率端，由于大气噪声干扰较大，故不宜在城市中应用（因城市人为噪声电平也高）。城市中宜用在450兆赫左右。
　　2.航空移动通信
　　空对地通信使用118～139兆赫。它们为近距移动通信，以视距方式进行。当飞行高度为1500米时，视距约为130公里。当高度为12000米时，约为320公里。这种通信大都采用预调波道方式接通无线电话。
海上移动通信主要用于港内水路上、海港范围内或公海上船舶之间（短距）通信。其中156.8兆赫为国际规定的甚高频段呼救频率。
　　3.定点通信
　　几乎在30～1000兆赫的整个范围内都有。其工作方式有视距、对流层散射和电离层散射多种。但是从目前看，工作在这个频率范围内的电台增加不快。原因是，如果工作在大于1000兆赫的频率，其天线增益大大提高，而且大容量，容易多路化，对干扰的控制也容易些。所以频率采用在1干兆赫以上的电台更多一些。
电离层散射则工作在30～60兆赫的范围，最小的通信距离为1200公里。它要求高功率和大天线，这是其缺点，但它能比高频的天波传播提供更可靠的通信。
　　对流层散射则用米波和分米波进行超视距的远距离通信，它比短波信道优越，它可以一跳远达800公里（此时几个话路），或在较近的距离上传送120话路。
　　4.空间通信
　　目前分配在此波段的有：
136～137兆赫——空间研究的遥测和跟踪用。
137～138兆赫一一操作系统的遥测和跟踪用。
400～401兆赫——供气象卫星用。
401～402兆赫——供空间遥测用。
　　5.航空导航等应用
　　108～118兆赫分配给盲目着陆系统。75兆赫为航空机场信标用。420～460兆赫为无线电高度计用。
　　6.无线电天文学用
　　只指定了几个窄波段供无线电天文学使用，即38、80、405、610兆赫等。其它还有雷达（指定在216～225、400～450、890～942兆赫）、业余无线电，及标准频率和授时信号业务。工、科、医用频率则指定为40.68兆赫。

五、1000～10000兆赫频段
　　该频段属于分米波到厘米波的波段（30厘米至3厘米）。在1959年日内瓦举行的无线电会议上，已经将此波段分配给定点及移动通信、导航、雷达、气象、无线电天文学、空间通信、业余无线电和工、科、医使用。
该频段的传播特点是视距传播，大气噪声低，但在某些频率区域（3厘米波长），大气（水汽）吸收比较大。另外，该频段也用散射方式传播。由于该频段尚不太拥挤，因此，目前的分配问题不大。
　　该频段频率的分配情况。定点通信和移动通信业务在该频段范围，主要是无线电微波接力系统，多以极大容量进行。另外，由于对流层散射通信的发展，也有很多固定通信站使用对流层散射。
　　移动通信在该频段以车辆电台形式出现的比较少，多数是属于临时性的定点通信（即属于可运式设备），运动中通信则极少使用这个波段。
　　在该频段中，由于没有大气噪声的干扰，同时波长短的天线的波束容易做得很窄，所以无线电导航和雷达特别合适。在l000～10000兆赫的范围内，有18％分配给导航用，而有30％分配给雷达和定位。事实上，在该频段的导航，基本上也是采用雷达技术。
　　1.空间通信
　　该频段是空间通信的最重要的波段，这是因为这个频段频带宽，可以容纳大量的信道。同时，目前无线电技术的发展和电磁波传播的情况都适于这个波段。在3400～8500兆赫范围内，共分配200兆赫供通信卫星使用，它和小功率移动通信共用。
　　2.无线电天文学业务
　　分配为1400～l427兆赫及16644～16684兆赫。这分别是对原子氢和氢氧根（OH）离子的辐射观察的频段。另外分配了2690～2700及4990～5000兆赫，供观察连续频谱的辐射之用。
工、科、医用频率分配2450±50兆赫。

六、10000兆赫以上的频段
　　该频段基本上是毫米波波段。目前只分配到40千兆赫（8毫米波长），再高尚未作分配。
10～30千兆赫的传播情况基本上是光的传播特性，但它的传播损耗在高频段的高端比低端的损耗要大，并受雨的影响较大。不过高的天线增益可以补偿这部分损耗。目前这部分的低端比较适合无线电中继（接力）通信、空间通信、雷达、导航、无线电天文学等应用。
　　从40干兆赫到3000千兆赫（这是光波的下限)，除了激光以外，还未能很好的加以利用。有待于以后的研究和发展。

七、结论
　　频率的分配主要是根据电磁波传播的特性（即各种信道的特性）和各种设备通信业务的要求而确定的，但是也要考虑一些其它因素。例如，历史的发展，国际的协定，各国的具体政策，目前使用的状况和干扰的避免等。因此，国际的频率分配虽然是确定了，但各国还可以在此基础上根据自已国家的具体情况和政策，给以具体的分配。
　　军事上频率的划分，一般的原则是相同的。但是由于军用的范围广，要求高，所以主要是根据通信手段的要求和信道传输特性来决定，而不完全受国际频率分配的限制。但是有些频率，如呼救等等，是不应占用和干扰的。另外，由于民用已经使用了这些频率，因此，在选定频率时，也要考虑这些频率的干扰。

主要信息来源于参考资料：
[1] 江林.无线电波传播概要及频谱利用.北京：国防工业出版社，1974
[2] 刘瑞扬 王毓民.铁路车号自动识别系统原理及应用.北京：中国铁道出版社，2003
编辑整理：曾泉