书城计算机网络科学伴你行-神奇的通信技术
46360200000012

第12章 无线电波家族(4)

人们又想到了月亮。月亮是地球的天然卫星,用它作“驿站”,可以向半个地球反射回波。1946年,美国人进行了雷达接收月球表面回波试验。结果是,由于月亮本身要吸收电波的一部分能量,加之干扰大,回波信号很弱且不清晰。再有,月亮距地球38万多千米,电波往返路程约77万千米,会使信息延误两秒半钟。看来,月亮“驿站”也不是很理想。

人造卫星上天后,人们寄希望于它。1960年8月美国发射用镀铝塑料薄膜制成的气球信号“回声”1号,1963年3月又发射“西福特”卫星把偶极子带施放在高空上,用以反射通信卫星。与月亮一样,气球卫星、偶极子带均属无源通信卫星,它们不能补偿电波的空间损耗,所以实用价值不是很大。

从1958年起,曾先后发射过一些不同类型的有源通信卫星。与无源通信卫星不同,有源通信卫星内部具有产生无线电波的能源,它接收到微弱的电波信号后,再把它变成大功率的信号发回地面。不过这些卫星在天空中都不是“固定”的,地面接收天线要随时跟踪卫星的行迹。

直到1963年7月,第一颗地球同步轨道通信卫星发射成功,终于为超短波和微波找到了最理想的“驿站”。

地球同步轨道通信卫星第一个特点是高,它距地面35860千米。高当然地球上能“看见”它的区域就大了,也就是电波的覆盖面积大了。一颗同步卫星覆盖面积为1亿7千万平方千米,约为地球表面的三分之一。覆盖面积大,意味着通信距离远,在覆盖区内,无论是地面还是天空,也无论是海上还是山谷,都能够进行通信。如果在地球同步轨道上均布三至四颗通信卫星,便可实现除南、北两极之外的全球通信了。

地球同步轨道通信卫星的另一个特点是固定。它位于地球赤道的上空,以每秒307千米的速度自西向东绕地球作圆周运动。环绕地球一周的时间为23小时56分4秒,与地球自转一周的时间恰好相等。从地面上看去,它好像“挂”在空中一样,所以又称为“定点卫星”,其轨道又称为“静止轨道”。

由于“定点”和“静止”,地面站的天线就不必跟踪它而整天摇头摆尾了。

通信卫星技术的发展是异常迅速的,从1945年英国科学家克拉克提出向地球同步轨道发射卫星进行全球通信的设想,到1963年同步卫星首次进行实验性通信,前后不过20年。特别是近15年来,通信卫星技术更是日新月异,无论是在通信容量方面,还是在转发器辐射功率及卫星使用寿命等方面,都有了长足的发展。

今天,借助于通信卫星,人们能够和远隔重洋的亲人通话、通电报;从电视上观看世界各地的新闻、体育比赛;传输报纸整个版面,传送各种数据资料;医生给万里之遥的病人诊断,部队的将领指挥千里之外的战争……总之,通信卫星给人类的社会活动和日常生活带来巨大的变化。

明信片的问候

1865年10月,有位德国画家在硬卡纸上画了一幅极为精美的画,准备寄给他的朋友作为结婚纪念品。但是当他到邮局邮寄时,却找不到这么合适的大信封,邮局工作人员便教他把收信人的地址、姓名写在画片背面寄出。

此事被德国邮政总长司蒂芬知道了,认为这种简化的通信方式值得推广,就向政府建议印发一种不需信封的硬卡纸。但德国政府认为这种公开的信函不会被人们采用,所以就把这项建议搁置下来。

1865年11月30日,在德意志邮政联合会的次代表人会上,不少代表指出,封套信件在日常应用时有种种不便之处。例如,写一封信,又要备信笺,又要装信封,又要封口、贴邮票,最后才能发信,显得手续有些繁琐。当时,有一个名叫耿里赫·斯坦法恩的人提议,为了写信方便,可以使用一种不需要套封的信件——信。但因代表们意见不一,三年时间过去了,也未能付诸实现。

1869年,奥地利的一个名叫埃孟努依尔·盖尔曼的博士发表文章,建议把明信片列为印刷品邮件,以降低邮费价格。同时,他也提出一封明信片的字数应限制在20个词以内,他称这种明信片为“邮递电报”。奥地利邮政部采纳了盖尔曼博士的建议,但明信片的字数没有进行限制。据说一个叫瓦立德哈尔的奥地利人,曾在一张明信片上写了185行,共6852个单词。

1869年10月1日,明信片在维也纳邮政局正式开始发行,这种稻草黄色的预付邮资明信片,上面印着一张邮票。奥地利成为世界上发行明信片最早的国家。

由于明信片使用方便,深受人们欢迎,德国政府在1870年7月也正式发行。紧接着,英、美、法、瑞士等国的明信片也相继问世,我国第一套明信片由清政府发行于1896年。目前,明信片已风靡全球。

今天,明信片正成为最热门的收藏品之一。据统计,美国和西欧有100万人乐此不疲,新成立的收藏家协会也层出不穷。1979年,西欧举办了300多次明信片展览会,前往参观的人达几十万之多。

明信片种类浩繁,至少有1000万种,题材包罗万象。除了周年纪念卡外,还有艺术展览、重要会议、各行业印发的宣传卡。第一张摄影明信片是1889年巴黎博览会发行的,图案是崭新的埃菲尔铁塔。目前,专题收集更加吸引人,巴黎有一位收藏家珍藏了1500张1914年以前发行的愚人节卡片。

光通讯的发明

近代光通信的出现比无线电通信还早。波波夫发送与接收第一封无线电报是在1896年,而早在1880年,美国电话发明家贝尔就已经研究并成功地发送与接收了光电话。1881年,贝尔宣读了一篇题为《关于利用光线进行声音的产生与复制》的论文,报导了他的光电话装置。

1930~1932年间,日本在东京的日本电气公司与每日新闻社之间实现了36公里的光通信,但在大雾大雨天气里效果很差。第二次世界大战期间,光电话发展成为红外线电话,因为红外线肉眼看不见,更有利于保密。

光通信虽然出现得很早,但它在近代科技发展中却远没有无线电通信发展那样迅速而广泛,这主要是因为早期光通信系统没有找到像无线电波那样的相干光频电磁波,因而通信质量不高。

激光出现以后,光通信的面貌发生了根本性的变化。激光像普通无线电波一样,可以进行调制和解调,可以把各种信号载到光波上发射出去而实现光通信。60年代,有的实验室用氦—氖气体激光器做了传输电视信号和20路电话的实验。也有的公司制成了语言信道试验性通信系统,最大传输距离为60米。到80年代初激光通信已进入应用发展阶段。

激光通信的主要障碍是气候因素的影响和大气层内信号的衰减。光导纤维的出现,使人们成功地解决了激光大气传输问题,使激光通信走上了稳步发展阶段。其实,利用细长纤维导管传输光线和图像的概念早在一个世纪以前就有人提出过。例如,1854年,英国的丁铎尔在英国皇家学会的一次演讲中指出,光线能够沿盛水的弯曲管道进行反射而传输,以后他用实验证实了这个想法,但由于条件限制,当时没能深入研究。1927年,英国的贝尔德首次利用光全反射现象制成了石英纤维可解析图像,并且获得了两项专利。1951年,荷兰和英国开始进行柔软纤维镜的研制。1953年,荷兰人范赫尔把一种折射率为147的塑料涂在玻璃纤维上,形成比玻璃纤维芯折射率低的套层,得到了光学绝缘的单根纤维,但由于塑料套层不均匀,光能量损失太大。

利用光导纤维进行激光通信的设想是美籍华人高鲲博士于1966年首次明确提出来的,为此他获得了1979年5月由瑞士国王颁发的国际伊利申通信奖金。光纤通信引起了各国普遍注意,美、日、西德等国相继开展了这方面的研制工作。

1968年,日本两家公司联合宣布研制成了一种新型无套层光纤,它能聚焦和成像,称作聚焦纤维。同期,美国宣布制成液体纤维,它是利用石英毛细管充以高透明液构成的。这两种光纤的光耗损很难降低,所以实用价值不大。这一时期,美国在提高材料质量上下功夫,康宁公司于1970年用高纯石英首次研制成功耗损率为每公里20分贝的套层光纤,使通信光纤研究跃进了一大步,一根光纤可以传输150万路电话和2万套电视。