電磁頻譜基礎(chǔ)

電磁環(huán)境——電磁頻譜李書(shū)芳Tel.(010)62282138E-Mail:lisf@幾個(gè)基本概念1：物理物理：事物的內(nèi)在規(guī)律，事物的道理;物理學(xué)（physics）：研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)相互作用和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的自然科學(xué)。是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，物理學(xué)的一個(gè)永恒主題是尋找各種序（Orders）、對(duì)稱性（Symmetry）和對(duì)稱破缺（Symmetry-breaking）、守恒律（Conservationlaws）或不變性（Invariance）。力學(xué)：經(jīng)典力學(xué)、理論力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)熱學(xué)：熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)光學(xué)：幾何光學(xué)、激光電學(xué)：電磁學(xué)及電動(dòng)力學(xué)2BYT.LUO百度百科搜索“物理”：/view/2505.htm幾個(gè)基本概念1：信息與通信通信（communication）：按照達(dá)成的協(xié)議，信息在人、地點(diǎn)、進(jìn)程和機(jī)器之間進(jìn)行的傳送。通信（Telecommunication）：通信是以語(yǔ)言、圖像、數(shù)據(jù)為媒體，通過(guò)電(光)信號(hào)將信息由一方傳輸?shù)搅硪环?，以?shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳輸與交換。通信技術(shù)是一種產(chǎn)業(yè)，它生產(chǎn)的是一種信息在空間轉(zhuǎn)移的效應(yīng)。信息（Information）：信息是要表示和傳送的對(duì)象（內(nèi)容）。消息（Message）：消息是表示信息的媒體，象語(yǔ)言、文字、圖象、符號(hào)、聲音等。信號(hào)（Signal）：信號(hào)是消息的承載者，常常由消息變換而來(lái)，它是與消息對(duì)應(yīng)的某種物理量，通常是時(shí)間的函數(shù)，例如隨著時(shí)間變化的電壓（電流）。3BYT.LUO百度百科搜索“通信”：/view/15007.htm生活中熟悉的通信系統(tǒng)4BYT.LUO無(wú)線廣播移動(dòng)通信移動(dòng)電視電視廣播雷達(dá)輻射衛(wèi)星廣播微波爐通信系統(tǒng)？BYT.LUO4雷電通信系統(tǒng)：郵政通“信”系統(tǒng)5BYT.LUO廣播通信系統(tǒng)6BYT.LUO廣播電臺(tái)信道信宿信宿信宿多址接入通信系統(tǒng)7BYT.LUO基站信道終端終端終端計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)8BYT.LUO貝爾莫爾斯馬可尼法拉第麥克斯韋赫茲貝爾莫爾斯馬可尼法拉第麥克斯韋赫茲貝爾莫爾斯馬可尼法拉第麥克斯韋赫茲貝爾莫爾斯馬可尼法拉第麥克斯韋赫茲貝爾莫爾斯馬可尼法拉第麥克斯韋赫茲貝爾莫爾斯馬可尼法拉第麥克斯韋赫茲貝爾莫爾斯馬可尼法拉第麥克斯韋赫茲貝爾莫爾斯馬可尼法拉第麥克斯韋赫茲貝爾莫爾斯馬可尼法拉第麥克斯韋赫茲貝爾莫爾斯馬可尼法拉第麥克斯韋赫茲貝爾莫爾斯馬可尼法拉第麥克斯韋赫茲貝爾莫爾斯馬可尼法拉第麥克斯韋赫茲貝爾莫爾斯馬可尼法拉第麥克斯韋赫茲貝爾莫爾斯馬可尼法拉第麥克斯韋赫茲2000年前1831年1864年1888年1876年1895年1904年1919年1957年人們利用烽火臺(tái)來(lái)傳遞敵人的信息法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象麥克斯韋提出電磁波的存在貝爾發(fā)明電話赫茲證實(shí)電磁波的存在馬可尼發(fā)明無(wú)線電報(bào)佛萊銘發(fā)明真空管英國(guó)首次試行無(wú)線電廣播蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星通信發(fā)展簡(jiǎn)史最古老的通信方式聲音通信：群居創(chuàng)造了語(yǔ)言，但傳遞距離很有限。烽火通信：為了使信息傳得更遠(yuǎn)，利用光和煙等，建造烽火臺(tái)通報(bào)消息。Hello！第1階段：電磁波的發(fā)現(xiàn)11BYT.LUO1820年奧斯特

發(fā)現(xiàn)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)1831年法拉蒂

發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象奇妙的電磁波安培楞次感應(yīng)電流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)動(dòng)磁場(chǎng)電流磁場(chǎng)各自獨(dú)立電場(chǎng)磁場(chǎng)第2階段：電磁波理論奇妙的電磁波無(wú)線電通信的奠基人麥克斯韋Maxwell（－1879）赫茲1864年1888年,德國(guó)人赫茲用這個(gè)火花產(chǎn)生電磁波的裝置，證明了人們懷疑與期待已久的電磁波存在。渦旋電場(chǎng)、位移電流預(yù)言電磁波存在這是二個(gè)波動(dòng)方程

電磁場(chǎng)不再獨(dú)立BYT.LUO12電磁波理論1865年，麥克斯韋首次提出了他的關(guān)于電磁場(chǎng)的理論。在1873年，他發(fā)表了劃時(shí)代的著作——《電磁學(xué)研究》。它總結(jié)了前人所發(fā)現(xiàn)的的電磁現(xiàn)象，指出彼此之間的聯(lián)系，創(chuàng)立了完整的電磁場(chǎng)理論，特別是他用十個(gè)數(shù)學(xué)方程式歸納了所發(fā)現(xiàn)的電磁現(xiàn)象。他從所得的方程式中發(fā)現(xiàn)（預(yù)見(jiàn)）到有一種特殊的波存在，這種波是由電場(chǎng)和磁場(chǎng)的振動(dòng)引起的，麥克斯韋把它稱做“電磁波”。麥克斯韋的理論:在某一點(diǎn)上任何電場(chǎng)的變化（即電場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化）都要在該點(diǎn)周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，而且電場(chǎng)變化越快，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度也越大；同樣，某一點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度的改變也必定在該點(diǎn)周圍空間產(chǎn)生出電場(chǎng)，而且磁場(chǎng)變化越快，產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度也強(qiáng)。1873年，德國(guó)物理學(xué)家赫茲用試驗(yàn)第一次證明了電磁波的存在。他自制了一個(gè)能夠產(chǎn)生電磁振蕩的儀器，產(chǎn)生出電磁波，在離它三公尺的地方，赫茲用一個(gè)簡(jiǎn)單的接受器接受到了這臺(tái)儀器發(fā)出的電磁波。于是全世界都相信電磁波的存在。麥克斯韋電磁波的實(shí)質(zhì)電場(chǎng)（或磁場(chǎng)）的變化快慢直接影響到所產(chǎn)生的磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）的強(qiáng)弱。當(dāng)電場(chǎng)（或磁場(chǎng)）是均勻變化時(shí)由此而產(chǎn)生的磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）的強(qiáng)度也是恒定不變的；當(dāng)電場(chǎng)（或磁場(chǎng)）不均勻變化時(shí)，由此而產(chǎn)生的磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）的強(qiáng)度也隨之發(fā)生改變。這樣就導(dǎo)致一個(gè)現(xiàn)象：電場(chǎng)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)生電場(chǎng)，所產(chǎn)生的電場(chǎng)又生產(chǎn)出新的磁場(chǎng)，新磁場(chǎng)又生產(chǎn)出新電場(chǎng)??????所以就有了“電磁場(chǎng)”的出現(xiàn)。電場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度電磁波傳播方向XYZ電磁頻譜基礎(chǔ)知識(shí)電磁場(chǎng)理論告訴我們：交變電流在周圍空間會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)是相互聯(lián)系著的；交變的電磁場(chǎng)能夠脫離其產(chǎn)生的波源向遠(yuǎn)處傳播。這種在空間以一定速度傳播的交變電磁場(chǎng)，就稱為電磁波。電磁波每秒鐘內(nèi)振動(dòng)（變化）的次數(shù)稱為電磁波的頻率，國(guó)際單位制單位為Hz；每個(gè)周期內(nèi)傳播的距離，稱為電磁波的波長(zhǎng)，國(guó)際單位制單位為m；每秒鐘傳播的距離稱為電磁波的速度，國(guó)際單位制單位為m/s。S.F.LiBUPT15電磁頻譜基礎(chǔ)知識(shí)S.F.LiBUPT16動(dòng)畫(huà)電磁頻譜基礎(chǔ)知識(shí)S.F.LiBUPT17平面電磁波向前傳播時(shí)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)同步變化，電場(chǎng)方向發(fā)生改變時(shí)，磁場(chǎng)方向同時(shí)發(fā)生改變，而波的傳播方向不改變。某時(shí)刻平面電磁波的波形如圖所示。

電磁波根據(jù)頻率的不同可以劃分為很多形式，如無(wú)線電波、紅外線波、可見(jiàn)光波、紫外線波、X射線等，這些電磁波分別使用不同的頻率范圍。電磁頻譜就是這些不同頻率范圍的電磁波的總稱。表1-1列舉了一些常見(jiàn)的電磁波形式及其對(duì)應(yīng)的頻率范圍。S.F.LiBUPT18各種電磁波的頻率范圍

7電磁頻譜劃分S.F.LiBUPT20電磁頻譜劃分

S.F.LiBUPT21電磁波譜劃分

S.F.LiBUPT22電磁波的整個(gè)實(shí)驗(yàn)證明，不僅無(wú)線電波是電磁波，光、X射線、γ射線也都是電磁波。它們的區(qū)別僅在于頻率或波長(zhǎng)有很大差別。光波的頻率比無(wú)線電波的頻率要高很多，光波的波長(zhǎng)比無(wú)線電波的波長(zhǎng)短很多；而X射線和γ射線的頻率則更高，波長(zhǎng)則更短。為了對(duì)各種電磁波有個(gè)全面的了解，人們按照波長(zhǎng)或頻率的順序把這些電磁波排列起來(lái)，這就是電磁頻譜（波譜）。S.F.LiBUPT23播放電磁頻譜歌無(wú)線電波是電磁波的一部分，其頻率小于3000GHz，但目前我國(guó)用頻裝備的使用頻率主要集中在300GHz以下，公眾通信主要在6GHz以下。無(wú)線電頻譜是全部無(wú)線電波頻率的總和，是電磁頻譜的一部分。S.F.LiBUPT24無(wú)線電頻譜的分類根據(jù)無(wú)線電波不同的頻率范圍和特性，將無(wú)線電頻譜進(jìn)行分類。表1-2給出了無(wú)線電頻譜的分類情況。300~3000GHz頻段目前還沒(méi)有命名。S.F.LiBUPT25無(wú)線電頻譜分類及其名稱10甚高頻VHF30-300MHz米波10-1米（m）微波特高頻UHF300-3000MHz分米波10-1分米（dm）超高頻SHF3-30GHz厘米波10-1厘米（cm）極高頻EHF30-300GHz毫米波10-1毫米（mm）至高頻THF300-3000GHz亞毫米波1-0.1毫米（mm）或絲米波10-1絲米（dmm）S.F.LiBUPT27無(wú)線電頻譜分類及其名稱無(wú)線電頻譜基本屬性無(wú)線電頻譜作為一種自然資源，與土地、水、礦山、森林等自然資源一樣，屬國(guó)家所有。《中華人民共和國(guó)物權(quán)法》第五章第五十條和《中華人民共和國(guó)無(wú)線電管理?xiàng)l例》第四條明確規(guī)定：“無(wú)線電頻譜資源屬于國(guó)家所有”。環(huán)境污染：水、氣、聲、噪、電磁環(huán)境。S.F.LiBUPT28無(wú)線電頻譜是一種特殊的自然資源。它的特性是：1）三維性

無(wú)線電頻譜具有空間、時(shí)間和頻率三維特性，2）有限性：盡管在不同的空間或時(shí)間可以重復(fù)使用同一頻率，但就某一頻段而言，它在一定區(qū)域、一定時(shí)間內(nèi)可能是非常有限和緊張的，必須進(jìn)行科學(xué)的管理。

S.F.LiBUPT29無(wú)線電頻譜的特性3）共享性：

無(wú)線電頻譜是一種共享性資源，任何國(guó)家和單位都不可能將其擁為己有。由于無(wú)線電波的傳播不受行政區(qū)域限制等特點(diǎn)，任何一個(gè)國(guó)家、地區(qū)或部門(mén)若隨意使用無(wú)線電頻譜，都可能干擾其他國(guó)家、地區(qū)或部門(mén)對(duì)頻率的使用，或者反過(guò)來(lái)受到來(lái)自其他國(guó)家、地區(qū)或部門(mén)的干擾，必須實(shí)施有規(guī)則管理。S.F.LiBUPT304）非耗竭性

無(wú)線電頻譜不同于土地、水、礦藏等非再生或一類再生資源，它可以反復(fù)利用而不被消耗。5）易受污染性

無(wú)線電頻譜易受到自然界噪聲和人為噪聲的干擾，需要實(shí)施保護(hù)性管理。

S.F.LiBUPT31無(wú)線電頻譜的特性由于無(wú)線電頻譜具有上述特性，因此用頻單位和個(gè)人必須按照國(guó)際電信聯(lián)盟《無(wú)線電規(guī)則》、《中華人民共和國(guó)無(wú)線電管理?xiàng)l例》及國(guó)家、軍隊(duì)無(wú)線電管理的相關(guān)規(guī)定依法使用無(wú)線電頻譜。各種用頻裝備都有其指定的工作頻段和具體工作頻率，如果擅自改變工作頻率、工作參數(shù)，不按照規(guī)定在非許可工作時(shí)間和工作空域進(jìn)行發(fā)射，就可能會(huì)對(duì)其他軍用或民用設(shè)備造成無(wú)線電干擾。S.F.LiBUPT32無(wú)線電頻譜的特性目前我國(guó)用頻裝備的使用頻率主要集中在300GHz以下，亦就是說(shuō)用頻裝備主要集中在無(wú)線電頻譜內(nèi)使用，因此在當(dāng)前及以后很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，電磁頻譜管理的主體和重點(diǎn)仍然是無(wú)線電頻譜管理。S.F.LiBUPT33

無(wú)線電波波長(zhǎng)為1m——30000m左右，換算成頻率：（10KHz~300000KHz）10000Hz——300000000Hz。公式：c（波速，單位：m/s）=λ（波長(zhǎng)，單位：m）【電磁波譜】在空間傳播著的交變電磁場(chǎng)，（即電磁波）。它在真空中的傳播速度約為每秒30萬(wàn)公里。無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線、γ射線都是電磁波，不過(guò)它們的產(chǎn)生方式不盡相同，波長(zhǎng)也不同，把它們按波長(zhǎng)（或頻率）順序排列就構(gòu)成了電磁波譜。S.F.LiBUPT34S.F.LiBUPT35無(wú)線電波頻（波）段的劃分波段名亞毫米波毫米波厘米波分米波超短波短波中波長(zhǎng)波基長(zhǎng)波特長(zhǎng)波超長(zhǎng)波極長(zhǎng)波微波射頻波段波長(zhǎng)λ0.1~1mm1~10mm1~10cm10~100cm1~10m10~100m100~1000m1~10km10~100km100~1000km10^3~10^4km10^4km以上頻率f3000~300GHz300~30GHz30~3GHz3000~300MHz300~30MHz30~3MHz3000~300kHz300~30kHz30~3kHz3000~300Hz300~30Hz30Hz以下頻段名至高頻極高頻超高頻特高頻甚高頻高頻中頻低頻甚低頻特低頻超低頻極低頻

S.F.LiBUPT36中波和短波用于無(wú)線電廣播和通信S.F.LiBUPT37微波用于電視和無(wú)線電定位技術(shù)（雷達(dá)）。公眾無(wú)線通信頻譜劃分GSMCDMAWCDMATD-SCDMATD-LTE等S.F.LiBUPT38中國(guó)移動(dòng)、GSM900、DCS1800、TD-SCDMA；中國(guó)電信CDMA2000、PHS；中國(guó)聯(lián)通GSM900/DCS1800、WCDMA、PHS；WLAN頻譜劃分圖第7頁(yè)E-GSME-GSM上行下行公網(wǎng)頻譜情況—移動(dòng)通信頻譜劃分情況28S.F.LiBUPT40頻率分配表運(yùn)營(yíng)商制式頻率（MHz）信道帶寬現(xiàn)用頻道備注UL_LUL_HDL_LDL_H雙工帶寬中國(guó)移動(dòng)GSM900885909930954240.21-124Tx:CH(n)=890+n*0.2;Rx:CH(n)=935+n*0.2DCS18001710173518051830250.2512-885fl(n)=1710.2+(n-512)*0.2PCS19001850191019301990600.2512-810中國(guó)大陸沒(méi)有采用TD-SCDMABANDA1880192018801920401.6

5M3個(gè)頻點(diǎn)，共6個(gè)頻道。其中1900-1920為PHS頻段，要到2010年才退出。TD-SCDMABANDB2010202520102025151.610055/10063/10071/10088/10096/10104/10112/10120f=ch/5TD-SCDMABANDC23002400230024001001.6

S.F.LiBUPT41頻率分配表運(yùn)營(yíng)商制式頻率（MHz）信道帶寬現(xiàn)用頻道備注UL_LUL_HDL_LDL_H雙工帶寬中國(guó)聯(lián)通GSM90090991595496060.296-124

GSM1800(1710-1755)

18501860(1805-1880)

WCDMA1920198021102170605

單頻組網(wǎng)中國(guó)電信CDMA45045045646046661.25

CDMA450和CDMA1900俗稱大靈通CDMA800825835870880101.2537,201,283f=870+ch*0.03。其中37為EVDO，283為常用語(yǔ)音載波，201備用。PHS1900192019001920200.3

時(shí)分多址：一個(gè)幀長(zhǎng)5ms,分8個(gè)時(shí)隙。前4個(gè)下行，后4個(gè)上行。時(shí)分雙工CDMA19001850191019301990601.25

1005010075f=1930+ch*0.05S.F.LiBUPT42頻率分配表運(yùn)營(yíng)商制式頻率（MHz）信道帶寬現(xiàn)用頻道備注UL_LUL_HDL_LDL_H雙工帶寬其他AM/FM

88108

下行FRS409

409

半雙工802.11b/g2.4122.4842.4122.484

51~14沒(méi)有“雙工”，采用握手方式，CSMA/CA802.11a/h/j5.0355.7455.0355.745

57~149

WiMax2.30452.396

有兩種雙工方式：TDD和FDD。工信部最新文件? 工信部無(wú)函【2012】403號(hào)《工業(yè)和信息化部關(guān)于同意TD-LTE擴(kuò)大規(guī)模試驗(yàn)使用頻率的批復(fù)》（2012年8月30日）–使用頻率及地點(diǎn)

2320-2370Mhz、2570-2620Mhz頻段：北京、天津、沈陽(yáng)、上海、南京、杭州、廣州、廈門(mén)、青島和深圳。

其中，2320——2380MHz頻段僅限室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)使用1880-1900Mhz頻段：杭州、廣州和深圳–使用期限：至2013年8月31日S.F.LiBUPT38工信部最新文件? 工信部無(wú)【2012】436號(hào)《工業(yè)和信息化部關(guān)于國(guó)際移動(dòng)通信系統(tǒng)頻率規(guī)劃事宜的通知》（2012年9月20日）–2500-2690MHz頻段為時(shí)分雙工（TDD）方式的IMT系統(tǒng)工作頻率。–2300-2400MHz頻段的IMT系統(tǒng)主要限于室內(nèi)使用，經(jīng)協(xié)調(diào)批準(zhǔn)后方可用于室外。S.F.LiBUPT39我國(guó)IMT頻率規(guī)劃和分配現(xiàn)狀我國(guó)為IMT（3G、LTE）系統(tǒng)規(guī)劃頻譜總計(jì)687MHz，其中，用于TDD系統(tǒng)的總帶寬為345MHz，用于FDD系統(tǒng)的總帶寬為342MHz。已分配307MHz頻率，具體情況見(jiàn)下表。S.F.LiBUPT45我國(guó)IMT頻率規(guī)劃和分配現(xiàn)狀S.F.LiBUPT46頻段（MHz）雙工方式分配及使用情況備注825-835/870-880FDD中國(guó)電信（用于CDMA）頻率帶寬分配情況如下：中國(guó)電信：50MHz中國(guó)移動(dòng)：175MHz中國(guó)聯(lián)通：82MHz889-915/934-960FDD889-909/934-954MHz中國(guó)移動(dòng)（用于GSM）909-915/954-960MHz中國(guó)聯(lián)通（用于GSM）1710-1785/1805-1880FDD1710-1735/1805-1830MHz中國(guó)移動(dòng)（用于GSM）1735-1755/1830-1850MHz中國(guó)聯(lián)通（用于GSM）1755-1785/1850-188