“有线”“无线”的传输距离及频率上限

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关于“有线”和“无线”的传输距离，以及有线传输的频率上限：


“有线”通常指由波导（传输线或波导管）引导的电磁波的传输，而“无线”则为自由空间中的电磁波。

由于构成波导的材料（导体和介质）是非理想的，因此多少会有一定量的能量损耗。而且随着长度的增加，插入损耗（IL）将是按指数增加，即传输的信号能量按指数衰减。反观自由空间中的电磁波传输，若忽略大气的影响，电磁波的能量和传输距离成平方反比关系（其存在一个由方向性因素而确定的因子）。如果考虑到发射和接收时的效率（即再乘上个效率系数），则总体来说还是和距离呈现平方反比的关系。

好了，至此由上分析可知，一个是指数律衰减（有线），一个是平方反比降低（无线），最终“有线”还是不敌“无线”。所以空间无线电信号可以传输得相当远，航天通讯就是这样干的。

话说回来，虽然无线通讯最终将跑赢有线通讯（他的耐力很好），但其爆发力有限。这个，可以比较一下两个式子：

  ξ = k / X^2        （无线）
  ζ = e(-αX)          （有线）

对于有线通讯，无论α多小（只要α>0，即存在损耗）；而对于无线通讯，k如何的低（只要K>0），原则上最终有ζ/ξ趋于零，当X趋于无穷。注意这里都未考虑噪声因素。

如果考虑信噪比，按分贝来算，有

  log(S ξ) - log(N1)     （无线）
  log(S ζ) - log(N2)     （有线）

其中S、N1和N2分别为信噪源功率。可见，可能“无线”还未赶上“有线”时，早已经淹没在噪声背景中了。

因此，有线传输和无线传输到底那个传得远，还得看具体情况，不能一概而论。



另外，再看有线传输的频率上限：

一般有线传输都是要求宽带传输，否则将会存在非常大的限制。由波导传输模式可知，除TEM（电磁横波）外，TE（电横波）和TM（磁横波）都不是宽带模式。因此，若要求传输的是宽带信号，必须采用纯粹的TEM波来传输。波导TEM波只能存在于传输线内，常用的包括同轴电缆和双绞线。传输线上TEM波的频率范围可以从直流至无穷，但随着频率的增加还会出现非TEM模波——即TE或TM波。由于非TEM波具有严重的色散性，因此将直接影响传输线的带宽。TE和TM波的存在取决于传输线内电磁波长与线截面尺度的关系。由于TE或TM波在传输线横截面方向上（注意，相对于截面上的各个方向）存在驻波，而且最低模为零节点驻波，因此只有当传输线内电磁波长的一半小于截面尺度的话才可能存在非TEM波。相应频率称为TE或TM波的截止频率。可见，传输线的最高TEM波传输频率和线内介质（影响波长）和截面尺寸有关。