現代通信媒介簡介

任晉昊

摘 要 現代社會中通信技術是至關重要的一門科學技術，與我們的生活息息相關，而要想實現通信就必須依靠某種媒介，文章從有線和無線兩個主要方面來介紹通信媒介，并將涉及到每種通信媒介的主要優缺點，主要涉及雙絞線、同軸電纜、光纖、微波、紅外線、激光通信等。

關鍵詞 通信媒介；有線；無線

中圖分類號 TN91 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2019）231-0131-02

交流與通信是人類永恒不變的追求，如何實現更穩定、更遠、更清晰的通信是工程師和科學家們不斷思考的問題。通信技術發展到今天，擁有諸多分支，通信媒介也紛繁多樣。從最基礎的聲波通信（也就是我們日常的語言交流）到“高大上”的激光通信，可以說人類在開發新的通信媒介的道路上用盡了心思。

1 有線通信媒介

有線通信是指使用光纖、金屬導線等作為通信媒介，連接通信的兩端，將要傳輸的信號轉化為電信號/光信號進行傳輸的通信方式。相比于無線通信，具有傳輸更加穩定、更加安全（很難中途攔截）、速度更快的特點。當下技術階段最常用的通信媒介有雙絞線、同軸電纜和光纖。

1.1 雙絞線

雙絞線是一種應用范圍極廣的傳輸介質，由兩根具有絕緣保護層的銅導線組成，將兩根導線像麻花一樣按照一定密度扭在一起[1]。扭在一起的目的主要是為了消除傳輸過程中的共模干擾，即如果外界對傳輸有影響，那么其在兩條線上的影響是相同的，我們可以在輸出端將兩根導線的信號作差來消除這種干擾。這種優點在信號的長距離傳輸中體現的尤為明顯。實際上，信號在長距離傳輸時，導線就像是一根巨大的天線，外界的電磁變化非常容易對其產生干擾，使得傳輸的信號輕則有誤差，重則完全畸變。在這種情況下，能夠穩定可靠地消除這些誤差就成為了有線通信中必須要實現的目的。

雙絞線相比于其他有線通信方式，突出特點是抗干擾、直徑小、重量小、易彎曲、易安裝。這些優點看似“沒有什么”，但實際上在工程中，很多時候我們不是要挑選“最好最貴”的方式，而是要選擇一個各方面都符合要求同時經濟性最好的方式。更何況，由于其簡單的原理，雙絞線也具備可靠性高、使用方便的特點，實際上任何一個人經過簡單的培訓都能夠比較熟練地使用雙絞線通信設備。因此，雖然雙絞線作為一種比較基礎的傳輸介質有著長距離傳輸失真、材料消耗大等缺點，但雙絞線在現代通信中依然有著近乎不可撼動的地位。

1.2 同軸電纜

同軸電纜一般由4部分組成，分別是：由單股的實心線或多股絞合線組成的中心銅線、網狀導電層、夾在二者之間的塑料絕緣體以及最外層的電線外皮。其中，中心導線與網狀導電層共軸并且形成了電流回路，因此被稱作是同軸電纜[2]。之所以要在中心銅線之外設置與其共軸的網狀導電層，是因為同軸電纜所載電流往往為高頻率的交流電，因此從電磁感應的角度上來說，中心銅線會產生強度非常高的感應磁場，從而變成一根“天線”，不斷發出無線電，進而造成能量的損耗。而網狀導電層可以“截獲”這種無線電，使得中心銅線與網狀導電層之間形成回路（網狀導電層接地），避免了上述情況的發生。

同軸電纜的突出優點是性能可靠，且相對于光纖有著更為宜人的價格，同時其鋪設也更為方便。其主要缺點有二：首先由于其自身在高頻率信號傳輸時“天線”的特點，其在傳輸視頻信號時會面臨信號幅度衰減的問題，進而造成色彩的失真，因此同軸電纜不宜長距離傳輸視頻信；其次，網狀導線要與中心銅線形成回路，這對二者之間的距離有一定的要求，如果電纜發生形變（例如擠壓、扭曲等），就會使得二者之間的距離不是始終如一的，進而造成一部分內部信號返回至信號源，降低傳輸效率，而塑料絕緣體就是為了保證這種距離而存在的，這也是為什么同軸電纜往往比較“僵硬”，難以彎曲。

1.3 光纖

光纖在結構上與同軸電纜具有相似性，其內部是光可以通過（或者說穿透）的質地非常密集的透明材料如玻璃、塑料，外部則是質地相對稀疏的仍然為透明材料的外殼，有些光纖的外部還會有橡膠或塑料制成的保護外皮。光纖的基本傳輸原理可以總結為“光的全反射”。眾所周知，光線在穿過折射率不同的媒介組成的界面時，除了折射，還會發生反射。如果光纖是筆直的，那么與光纖共軸的光線會直直穿過光纖。但如果光纖發生了輕微的形變（例如彎曲），光線進入光纖后就會接觸到上述的“折射面”，進而反射。通過這種反射，光線就能在光線中以光速傳播[3]。由于承載信息的媒介是光線，因此光纖在通信領域有著廣泛而重要的作用。其主要優點可以概括為信息容量大（因為光纖的通信頻率比電信號要高得多），衰減?。ㄕ凵鋼p失的信號只占很小的一部分），體積小、重量輕，便于運輸和施工，防干擾性能強（因為其信號的載體是光信號而不是電信號，因此電磁干擾對其影響非常小）；其主要缺點是質地脆弱，機械強度較差，同時其分路和耦合也有一定的難度，不甚方便。

2 無線通信媒介

在實際生活中，很多時候兩個通信的個體并不是靜止的，我們也不可能將所有需要通信的個體進行有線連接（想象一下所有的人的手機之間都需要連有實體線才能進行通信），因此無線通信對于各行各業來說都是非常重要的。盡管當前的無線通信技術存在著諸如成本高、速度差、穩定性難以保證等缺點，但仍然是很多場景中唯一的解決方案。常見的無線通信方式有微波通信、紅外通信和激光通信。

2.1 微波

眾所周知，電磁波可以攜帶豐富的信息，近代以來人類不斷在無線電通信領域取得突破，讓“海內存知己，天涯若比鄰”不再只是文人騷客的美好愿景。微波通信是指利用頻率為300Mhz-3Thz（對應波長為0.1毫米到1米）的電磁波進行通信的技？術[4]。發射站將要傳輸的信號編碼并轉化為相應的電磁波進行發射，而接收端在接收到原始信號后可以將其解碼，我們在日常生活中見到的“調制解調器”就是起到這樣的作用。由于其傳播特性與光類似，因此不適用于長距離傳輸，一般被用于短距離傳輸（視距傳授）。如果我們希望將其用于遠距離傳輸，就需要建立中繼站，讓需要傳輸的信號在經過一定的耗散之后重新得到加強。微波通信具有讓人難以舍棄的優點：成本低、工作頻帶寬（因此可以利用的通信資源就多）、容量大，因此應用范圍非常廣，例如電話、傳真、彩色電視等。

2.2 紅外線

紅外線是一種波長非常短的電磁波，一般為0.7um～1mm，這個波段的電磁波在大氣中幾乎是不可能通過的，因為大氣中的水蒸氣、二氧化碳和高層大氣中的臭氧會強烈吸收這個波段的電磁波，因此顯而易見的，紅外通信并不適用于遠距離傳輸[5]。紅外通信的原理本質上與微波通信是一樣的，信號輸出端將二進制數據調制為一系列的脈沖數據，通過紅外管將信號發出。接收端接收到光信號后將其轉換。但是紅外通信也具有容量大、保密性強、抗干擾能力強，設備結構簡單、價格低廉、重量輕的特點。因此雖然其在當前紛繁復雜的通信方式中占比不算很高，但仍然長期擁有自己的一席之地。例如在室內的電視遙控、空調遙控等。

2.3 激光

正如前文所說，激光具有方向性好、相干能力強、單色單頻等特點，因此除去光纖通信，也可以用于無線通信。其通信原理與紅外通信類似，都是從發射點直線傳輸到接收點。激光無線通信除去激光本身所具有的信息容量大的優點，還具備保密性好、不易攔截和結構輕便、經濟的特點[6]。從各個角度看，激光無線通信都是一種非常好的通信方式，因此自激光剛問世的時候將其應用有通信的想法就有人提出，那么為什么到今天激光通信仍然沒有得到大規模應用呢？主要原因由兩點。第一是通信距離受限，由于激光的方向性極好，因此如果在其路徑上有障礙物都會使其衰減甚至完全被阻擋，此外，大氣的折射作用也不可小覷。第二是瞄準困難，如何保證發射點與接收點對齊并保持穩定，在工程上是一個比較困難的問題。試想，一旦二者其一發生震動，則通信就有可能中斷。如果要在移動的目標上實現激光通信，那么難度將更上一層。

3 結論

通信，始終是人類科技樹上極其重要的一個分支，如何在實際生活中實現通信，并不斷削減誤差，是通信領域的從業者不斷思考的問題。正是由于前輩們的不懈努力與技術積累，我們才能在今天享受如此便利的通信。我們也應當不斷努力，為人類科技事業的進步做出自己的貢獻。

參考文獻

[1]焦慶春，金心宇.數字傳輸用對絞電纜應用與性能分析[J].通信世界，2001（36）：50-51.

[2]張國光.淺談同軸電纜[J].家庭電子，2005（22）：53-55.

[3]李超.淺談光纖通信技術發展的現狀與趨勢[J].沿海企業與科技，2007（7）：24-25.

[4]曹建軍.淺談數字微波通信的優點及其應用價值[J].電子世界，2017（14）：58，60.

[5]鄭志聰.淺談紅外通訊技術[J].中國高新技術企業，2008（9）：114，120.

[6]吳龍生.無線激光通信技術淺析[J].現代通信，2003（11）：21-22.