现代通信概论第四章 无线电通信.ppt

第4章 无线电通信 w4.1 无线电通信概述 w4.2 短波通信 w4.3 微波通信 w4.4 卫星通信 1 4.1 无线电通信概述 4.1.1无线电通信基本知识 1.何谓无线电通信 w 利用无线电波作载波传递各种消息的通信方式的 总称 2.无线电通信的发明 w 1902年，无线电广播之父——美国巴纳特.施特波 斐德进行了第一次无线电广播 w 1920年，美国匹兹堡的KDKA电台进行了首次商 业无线电广播 2 3. 3.何谓无线电波何谓无线电波 （（1 1）自然界中形形色色的波：）自然界中形形色色的波： n n 水波水波 n n 光波光波 n n 地震波地震波 n n 电磁波电磁波 n n 无线电波无线电波 4.1 无线电通信概述 3 w w 电磁波的频谱范围很广，从电磁波的频谱范围很广，从30HZ30HZ～～101019 19HZ HZ的高频的高频 宇宙射线宇宙射线 w w 从宽广频率范围的电磁波中取出对无线电技术从宽广频率范围的电磁波中取出对无线电技术 特别有用的某一段频率范围的电磁波，就被称特别有用的某一段频率范围的电磁波，就被称 为无线电波为无线电波 w w 具体地说，无线电波频率范围一般为具体地说，无线电波频率范围一般为3kHz3kHz～～ 300GHz300GHz。

4.1 无线电通信概述 4 （（2 2）电磁波的家族）电磁波的家族 n n 老大老大————无线电波无线电波：：担任通讯任务担任通讯任务 n n 老二老二————红外线：加热器红外线：加热器 n n 老三老三————可见光：给人类带来光明和色彩可见光：给人类带来光明和色彩 n n 老四老四————紫外线：保护人类健康的卫士紫外线：保护人类健康的卫士 n n 老五老五————X X射线，也叫伦琴射线，能透视人体射线，也叫伦琴射线，能透视人体 n n 老六老六————γ γ射线，能穿透厚厚的铅板，还能杀射线，能穿透厚厚的铅板，还能杀 死癌细胞死癌细胞 4.1 无线电通信概述 5 电磁波谱 6 7 4.无线电波的发现与初步应 用 n法拉第 l电磁感应定律：变化电场产生磁场，变化的磁场 可以产生电场 l预言：电与磁的传播是和光一样的一种波 n麦克斯韦 l当电子移动时，它们就会在自由空间中释放出电 磁波—Maxwell在1865年首先预言， l所有的现代通信都是依靠处理和控制电磁波频谱 内的信号来实现的 l光也是电磁波的一种，是一种看得见的电磁波 4.1 无线电通信概述 8 w 赫兹： n电磁波的首次被证实和观测则是由Herz在1887年实 现的。

n世界上第一个人工产生电磁波的仪器—赫兹振子 通过实验证实了麦氏理论的正确，证明了电磁 波的存在. 4.1 无线电通信概述 9 w 马马克尼与波波夫——无线电之父 n完成了电电磁波的发发送和接收实验实验 n在实验实验 中发现发现 ，利用天线线可使发发射距离增加 n1895年，马马可尼成功地进进行了约约3公里的无线线 电电通信 n几乎同时时，波波夫也研制成功了一台无线电线电 收发报发报 机 4.1 无线电通信概述 10 5.无线电波的模样 w 形状：正弦波 w 波长: 相邻的两圈电波之间的距离 w 波速: 与光的速度一样，即每秒30万公里 w 频率：波速除以波长 例如，中央人民广播电台有中波639千赫兹、短 波9800千赫兹和调频106.1兆赫兹三个发射频率， 它们相对应的波长则分别为469.5米、30.6米和2.8 米 4.1 无线电通信概述 11 4.1 无线电通信概述 12 6.无线电波的特性 Ø无线电波只能用仪器接收到：如半导体收音机 Ø无线电波的速度：30万公里/秒 Ø无线电线电 波可以在真空中传传播 Ø无线电线电 波的频频率很高 n汽笛声，频率达几千赫兹 n飞机的马达声，频率在几百赫兹以下 n人类嗓音的频率在几十～几千赫兹之间 n无线电波的频率可以达到几万赫兹、几十兆赫兹 。

一般为3kHz～300GHz 4.1 无线电通信概述 13 4.1.2 无线电波频率范围及频段的划分 频频段和波段名称 频频率和波长长 甚低频频(TLF)超长长波3~30kHz 1000~10km 低频频(LF)长长波30~300kHz 10~1km 中频频(MF)中波0.3~3MHz 1000~100m 高频频(HF)短波3~30MHz 100~10m 甚高频频(VHF)超短波30~300MHz 10~1m 微 波 特高频频(UHF)分米波0.3~3GHz 10~1dm 超高频频(SHF)厘米波3~30GHz 10~1cm 极高频频(EHF)毫米波 30~300GHz 10~1mm 4.1 无线电通信概述 14 注意 w 无线电波是全世界共同拥有的资源和财产 ，利用电波时必须遵守国际法规， w 对频率的使用，要经申请由上级主管部门 和国家无线电管理委员会批准才行 15 4.1.3 无线电波的传播方式 1．无线电波的产生和发送 w 自然界里，许多物体都无时无刻地在产生电磁波和 无线电波 如：太阳、人体、某些植物等等 w 无线电通信，要按照人们的需要，产生出一定频率 或波长的无线电波 4.1 无线电通信概述 16 w 要产生无线电波必须有波源和天线 n波源：发射天线上流动的高频电流。

n天线：将线路上流过的高频电流高效率地转换成 电磁波辐射到空中去的装置，或者 接收空中的电 磁波并高效率地变换成高频电流的装置 n天线长度 ：电磁波波长的1/2或1/4 如信号载波频率为10kHz，则波长为30km，天 线长度为？ 4.1 无线电通信概述 17 w 无线电波的产生： n若在发射天线上流过频率很高的电流，则天线 的周围将产生一个变化的磁场，这个变化的磁 场又会感应出一个变化的电场，这样互相感应 的结果，就会形成一个辐射的电磁场， n一层又一层地向外传播，即将高频电流转换成 无线电波辐射到了空中 4.1 无线电通信概述 18 w 反射：无线电波通过不同媒质的交界面时，会产 生反射 例如：雷达通信 4.1 无线电通信概述 2．无线电波传播过程中的反射、绕射、折射和 散射 19 w 绕射 ：无线电波碰到障碍物时，能绕过去继续前进 n波长越长则绕射能力越强 4.1 无线电通信概述 20 w 折射 ：当无线电波从一种媒质射入另一种媒质时，传 播方向改变的现象 例如：潜艇通信 4.1 无线电通信概述 21 w 散射 ：媒质不均匀 4.1 无线电通信概述 22 3．无线电波的传播方式 是指无线电波从发射点到接收点的传播路径。

（1）地波传播方式 w 无线电波沿地球表面传播 w 部分能量被大地吸收而受到严重的衰减 n土质的导电性愈好衰减愈小 n频率越高则衰减愈大 w 传播距离不远 w 传播特性很稳定 w 适合波段：长波、中波和短波的低频段 4.1 无线电通信概述 23 （2）天波传播 w 利用高空电离层对无线电波的反射进行传播的 w 电离层是位于离地面60km~650km左右的充满带电 离子和电子的高层大气区域 w 可建立远距离通信 w 适合波段：频率为3~30MHZ的短波 4.1 无线电通信概述 24 w w 电离层：电离层中有电离层：电离层中有 各种各种分子、原子以及分子、原子以及 它们的离子和自由电它们的离子和自由电 子等子等，它们各自集中，它们各自集中 地聚在一起形成层状地聚在一起形成层状 ，，致使天空中的电子致使天空中的电子 浓度也相对集中浓度也相对集中，形，形 成电子密度不均匀分成电子密度不均匀分 布几层 w w 一般按一般按电子密度随高电子密度随高 度的变化，电离层相度的变化，电离层相 应地分为应地分为4 4个导电层个导电层 4.1 无线电通信概述 25 （1）D层 w 位置：地球上空60km～ 90km的高度处 ，最大电子密 度发生在80km处。

w 特点：出现在太阳升起时， 而消失在太阳降落后，电子 密度低，短波将穿过D层 ， 而不反射，但衰减很大 （2）E层 w 位置：地球上空1km～ 120km的高度处最大电子 密度发生在110km处 4.1 无线电通信概述 w 特点：出现在太阳升起时，而在太阳降落后，基本不对 短波通信产生影响可以反射高于1.5MHz频率的电波 26 w w 特点：特点： n n 高度高，允许传输距离远高度高，允许传输距离远 n nF F 2 2 层：层：高度在冬季的白天最高度在冬季的白天最 低，而在夏天的白天最高低，而在夏天的白天最高 n nF F 2 2 层和其它层不同，在日落层和其它层不同，在日落 以后并没有完全消失，仍保以后并没有完全消失，仍保 持有剩余的电离持有剩余的电离 4.1 无线电通信概述 （（3 3））F F层层 （对短波最重要）（对短波最重要） • • 位置：位置： – – F F 1 1 层位于地球上空层位于地球上空170km170km～～220km220km高度处；高度处； – – F F 2 2 层位于地球上空层位于地球上空225km225km～～450km450km高度处高度处 27 （3）视距传播 ： w 直射波传播：从发射天线辐射的电波，直接传到 接收点的传播方式 w 大地反射波传播 ：以地面反射到达接收点的传播 方式 w 视距传播：以上两种的统称。

4.1 无线电通信概述 28 w 三种情况： n地面视距传播 l收、发天线都设在地面上，天线离地面高度大 于十倍波长以上 l传播的距离一般只有几十公里 l一般适宜超短波、微波通信 n地面—空间视距传播 l发端和收端，其中任一端在地面而另一端则在 远离地面的空间 l适用于微波或超短波通信 n空间—空间视距传播 l发端和收端两个端点都是远离地面的 4.1 无线电通信概述 29 （4）散射传播 w 电波在低空对流层或高空电离层下缘遇到不均匀的 “介质团”时就会发生散射，散射波的一部分到达 接收天线处的传播方式 称为散射传播 w 包括：对流层散射和电离层散射 n对流层是大气的最低层，通常是指从地面算起至 高达13±5千米的区域 w 容量大，可靠性高，保密性好 w 适用于微波和超短波 w 一般用于无法建立微波中继站 的地区 4.1 无线电通信概述 30 4 4．无线电波各波段的特点和应用．无线电波各波段的特点和应用 （（1 1）超长波）超长波 ：： 1000~10km1000~10km w w 主要传播方式：主要传播方式：地波传播地波传播 w w 特点：特点： n n 绕射能力强、信号稳定绕射能力强、信号稳定 n n 天线体积大天线体积大 n n 可利用频带窄可利用频带窄 w w 应用：应用：海上导航及海岸固定站与潜艇之间通信海上导航及海岸固定站与潜艇之间通信 、、 标准频率和时间信号的广播等标准频率和时间信号的广播等 4.1 无线电通信概述 31 （（2 2））长波长波 10~1km10~1km w w 传播方式：传播方式：地波、地波、电离层下缘电离层下缘天波反射传播天波反射传播 w w 特点特点 n n 信号较稳定信号较稳定 n n 地面对信号能量的吸收比超长波大地面对信号能量的吸收比超长波大 w w 应用：远距离精密无线电导航、标准频率与时间应用：远距离精密无线电导航、标准频率与时间 信号的广播信号的广播 4.1 无线电通信概述 32 （（3 3））中波中波 1000~100m1000~100m w w 传播方式：地波、天波传播方式：地波、天波 w w 特点：特点： n n 白天天波受电离层强烈吸收，主要靠地波传播，白天天波受电离层强烈吸收，主要靠地波传播， 传播的距离短，信号比较稳定传播的距离短，信号比较稳定 n n 晚上天波受电离层吸收弱，有较远的传播距离，晚上天波受电离层吸收弱，有较远的传播距离， 但信号传播不稳定但信号传播不稳定 n n 利用地波传播时衰减比长波大，利用天波传播时利用地波传播时衰减比长波。