第一节 广播电视传播的基本原理

广播电视类别有广义与狭义之分，广义的广播电视系统概念称为“广播”，其涵括的类别如图1-1所示：

图1-1 广播的分类

狭义的“广播”专指声音广播，人们通常所说的广播仅对此而言。为使“电视广播”区别于“声音广播”，通常称“电视广播”为“电视”。

一、无线电波的分类及其应用

1．什么是无线电波

无线电波是电场和磁场的一种运动形式，它是一种电磁波。

那么，什么是电磁波呢?

把一个电容器C和一个电感线圈L并联起来，构成电回路，如图1-2所示。

图1-2 电磁波发生示意图

如果我们先给电容器C充电，充完电将会发生如下的交变现象：电容器C会对电感线圈L放电，电容器C中的电场能将逐渐转变为磁场能被线圈L存贮起来。然后，电感线圈L又反过来对电容器C进行充电，线圈L中的磁场能又逐渐转变为电场能存贮在电容器C中，电容器C又对线圈L放电……如此反复地进行下去。如果回路中没有损耗，这种周期性的变化将会持续地进行下去，这种现象叫做“电磁振荡”。回路中周期性变化的充电电流和放电电流叫做振荡电流，这个回路叫做振荡回路。倘若振荡回路中电场和磁场的交变过程比较缓慢，即其中的振荡电流频率较低时，电场和磁场就几乎只局限在振荡回路的周围空间，同时也产生交变的电场和磁场，而这些交变的电磁场，由近及远以很高的速度把电场的能量向周围空间扩散开去。由于这种电场和磁场交替产生，此起彼伏，由近及远，如同波浪，人们便叫它“电磁波”。

2．无线电波的分类及其应用

无线电波具有“波”的共同性。同水波、声波相似，无线电波也可以被反射、折射，也能产生绕射和二涉等现象。无线电波传播速度很快，它具有光一样的速度，即每秒约为30万千米。科学家已证实，光实质上也是一种电磁波。无线电波的频率、波长和光速之间具有如下的关系：

其中，波长（λ）的单位是米，光速C≈3×108米/秒，频率（f）的单位是赫兹（Hz）。无线电波的频率范围在10Hz～1012.5Hz，按频率从低到高排序便依次为红外线、可见光、紫外线、X射线等。无线电广播用的无线电波，通常采用无线电频谱中频率较低的部分。无线电波一般分若干波段，各波段有其不同用途，如表1-1所示。

无线电广播用得最广泛的是中波、中短波和超短波三个频段。无线电视广播的图像、伴音（声音）传播大都使用微波段的频率。

在广播传播中，调幅波段的声音总是没有调频波段的声音好听，那是因为调频波段的声音音域更宽广，高低音丰满、逼真，声音清晰浑厚。通过表1-2的比较可以简明地了解调频广播及电视伴音为何好听。

二、无线电波传播的方式

无线电波由发射机通过天线发射出来，传播到收音机、电视机接收天线，主要有地波传播、天波传播、空间波传播（直接传播）等方式，如图1-3所示。

图1-3 无线电波的传播方式

1．地波传播

电波沿着地球表面传播，叫地面波或地波。这种电波较容易被如山岭、建筑物等地面障碍物所吸收。所以，要想使电波传播得更远些，必须采用波长较长的无线电波。因为波长越长的电波越不易被地面吸收，并容易绕过障碍物。无线电广播用的中波、中短波主要是靠地面传播的，它们的波长是比较长的。

2．天波传播

在地球大气层的上层距离地面六七十千米至二三百千米的高空中，空气非常稀薄。由于太阳辐射的紫外线或宇宙射线的影响，空气分子和原子发生了电离，形成带电荷的离子，它们构成了所谓的“电离层”。这种带电的大气层包围着整个地球。它能像镜子对可见光一样对无线电波特别是广播用的中波和短波进行反射。也就是说，由电台发射到空中的无线电波，电离层能将其反射折回到地面。这样，无线电波就能被远离发射台的收音机所接收。短波主要是靠天波传播的。

然而，由于电离层会随季节、昼夜、地理环境、太阳黑子等因素的变化而发生高低和密度的变化，所以往往会影响到无线电波的传播和接收。

3．空间波传播（直接传播）

无线电波经地面上空的介质层，由发射台直接传到接收机。这种直接传播的电波容易受到途中的高山、建筑物的阻挡而影响传播和接收，传播的距离也往往只有50～100千米，如图1-4所示。电视广播、超短波调频广播一般采用直接传播。因为这类广播采用超短波（如用地波传播，易被地面吸收），往高空去的超短波又容易穿过电离层而不折回地面，所以只能采用直接传播的方式。以空间波方式传播的超短波具有近似光的直线传播性质，因此天线越高，传播距离越远，在视线距离内，电波传播的损失较小，信号较强。为了扩大电视广播的覆盖面积，电视台都把天线安装在几十米乃至几百米高的电视铁塔上。目前，世界上最高的电视塔是东京晴空塔，高度为634米。但是，单靠增加高度来增加传播距离是有限的，为了解决电视广播较小的覆盖范围和辽阔的收视地区之间的矛盾，近几年运用卫星加有线电缆已成为广播电视节目传递的主要方式。

图1-4 空间波传送距离示意图

电台、电视台所在地的地面站将电视、广播信号发向离地35786千米的同步通信卫星，卫星上的相关设备对收到的信号进行加工处理，再通过定向天线向地面发射，各接收点的地面站又将收到的信号进行加工处理、发射，供本地区用户收看。理论计算和实际使用的情况都表明，在离地约36000千米的同步轨道上只要有三颗分别相距120°与地球同步运动的通信卫星，就可以实现世界各地都能接收到某个电台、电视台节目的愿望，如图1-5所示。

图1-5 通信卫星覆盖范围示意图

我国内地从1985年开始利用通信卫星向全国传送中央电视台的节目，经过十几年的努力，到1999年10月，已有中央电视台的8套节目、中央人民广播电台和国际台的32套声音广播节目与31个省、自治区、直辖市的广播电视节目均通过通信卫星向全国传送。2000年海南旅游电视台，2001年CCTV-10及CCTV-11，2002年CCTV-12，2003年CCTV新闻及少儿频道，2004年CCTV音乐及西、法语频道，2005年深圳电视台及广东南方电视台，2006年吉林省延边（州）电视台，2007年CCTV-4（欧洲中文国际频道、美洲中文国际频道）相继上星，截至2007年，我国上星电视台（频道）达56个（含中国教育电视台3个上星频道）。

截至2016年10月10日，我国直播卫星用户总数突破1亿户。其中，村村通用户超过1632万户，户户通用户超过8376万户。直播卫星已经成为我国农村地区群众接收广播电视的主要方式。

直播卫星公共服务自2011年启动实施，在中央有关部门和地方各级政府的大力支持配合下，全国各地采取全省推进与市场零售相结合的方式，建立健全贯穿中央、省、地市、县及乡镇的直播卫星公共服务运行机制，直播卫星户户通用户规模持续快速扩大。直播卫星户户通工程的顺利推进，有效解决了农民群众收听收看高质量广播电视节目的难题，极大提高了城乡广播电视公共服务均等化水平，进一步扩大了中央和省级广播电视节目在农村地区的辐射力，并提高了影响力，有力占领并巩固了农村宣传的思想文化阵地。

无线电波的传播因波长的不同而采用不同的方式。波长较长的可采用地波传播方式；波长较短的宜采用天波传播方式。为了使电波传播得更遥远，利用电离层反射作用的天波传播方式通常采用定向发射的方式，即发射方向与地面成一定的角度。根据光学的定理，入射角等于反射角，所以发射的方向不同，传播的距离也就不同了，如图1-6所示。

图1-6 电波与发射方向示意图

图1-7 电波与发射高度示意图

无线电波在电离层中反射的情况还与电波本身的频率有关。电波的频率越高，电离层对电波的反射作用就越弱，也就是说，电波的频率越高，就要达到越高的高度才能反射回来，传播的距离就越远（如图1-7所示）。当然，电视的卫星传播又另当别论了。

另外，无线电波的传播与电离层中带电粒子——电子和离子的密度有关。电子、离子的密度愈大，电离层的反射作用愈好，电波能量的损失愈小，传播的效率愈高。前面说过，电离层的高度、密度、状态与季节、昼夜、太阳黑子的活动等因素是密切相关的。

还必须指出，电离层对电波也有一定的吸收作用，一般情况是晚上吸收作用弱些。这是晚上收音机接收到的电台节目较多的原因之一。

进入21世纪，广播、电视信号通过“网络”形式传播日渐普及，从原理上讲网络信号的传播也是分为有线传输和无线传输两大类，具体说明如下：

网络传输介质分为有线和无线的传输介质。有线传输介质主要有双绞线、同轴电缆与光纤。无线传输介质指我们周围的自由空间。在自由空间传输的电磁波根据频谱可分为微波、红外线等。双绞线有屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线两大类，使用双绞线的目的是抵消信号传输。按过程中产生的磁场，双绞线分为一类、二类、三类、四类、五类、六类及超五类等。

同轴电缆：有粗缆和细缆，粗缆用于主干线连接。

光纤：用石英玻璃传输信号，分为单模光纤和多模光纤，由于光信号不受电磁干扰，信号稳定，容量大，电信行业正在大、中城市民用入户网络中使用光纤。

微波：跨越性和穿越性比较差，所以一般的微波只能进行视距通信。

红外线：连接的要求比较高。