无线电通信1022教材.ppt

第五章 无线电通信 w概述 w短波通信 w微波通信 w卫星通信 1 5.1概述 w 5.1.1无线电通信基本知识 w 5.1.2 无线电波频率范围及频段的划 w 5.1.3无线电波的传播方式 w 5.1.4 媒体空间对无线电波传播的影响 n抗衰落技术 ——分集接收 w 5.1.5无线电通信系统的基本组成及简单工 作过程 2 5.1概述 5.1.1无线电通信基本知识 1.无线电通信的发明 n1902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 n1920年，美国匹兹堡的KDKA电台进行了首次商业无线 电广播，后来，无线电广播从“调幅”发展到了“调频”制 2.何谓无线电通信 n通信就是在一点准确或近似地再现另一点所选择的消息 ——香农 l这个再现的过程包括一个最重要的环节：即承载信息 的载波 n无线电通信是指利用无线电波作载波传递各种消息的各 种通信方式的总称 3 3何谓无线电波 （1）自然界中形形色色的波： n水波 n光波 n地震波 n电磁波 n无线电波 4 w 电磁波的频谱范围很广，从30HZ～ 1019HZ的高频宇宙射线（它的波长要小于 原子核的大小）。

w 尽管电磁波谱包含了巨大范围的频率，但 并不是所有的频率都适合于人类通信 w 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 ，就被称为无线电波 w 具体地说，无线电波频率范围一般为3kHz ～300GHz 5 （2）电磁波的家族 n老大——无线电波：担任通讯任务 n老二——红外线：加热器 n老三——可见光：给人类带来光明和色彩 n老四——紫外线：保护人类健康的卫士 n老五——X射线，也叫伦琴射线，能透视人 体 n老六——γ射线，能穿透厚厚的铅板，还能 杀死可恶的癌细胞 6 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描述电磁学的基本定律——麦克斯韦方程组 l结论： w交替变化的电磁场，能够以波的形式向外传播——电磁波 l光也是电磁波的一种，是一种看得见的电磁波 7 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 l波源：振荡器 l接收：谐振器 n通过实验证实了麦氏理论的正确 n证明了电磁波的存在 8 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 线电线电 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 9 5.无线电波的特性 无线电波只能用仪器接收到：如半导体收音机 无线电波的速度：30万公里/秒 无线电线电 波可以在真空中传传播 无线电线电 波的频频率很高 l汽笛声，频率达几千赫兹 l飞机的马达声，频率在几百赫兹以下 l人类嗓音的频率在80～8000赫兹之间 l无线电波的频率可以达到几万赫兹、几十兆赫兹 具体地说，无线电波频率范围一般为3kHz～300GHz 10 5.1.2 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 11 注意 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， 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。

12 5.1.3 无线电波的传播方式 1．无线电波的产生和发送 l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 l要按照人们的需要，产生出所要求频率或波长的无线电波 13 n要产生无线电波必须有波源和天线 l波源就是发射天线上流动的高频电流 l天线则是一种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，或者是将空 中的电磁波高效率地变换成高频电流的装置 l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？ 14 n产生： l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， l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 15 2．无线电波传播过程中的反射、绕射、折射和 散射 w 反射：无线电波通过不同媒质的交界面时，会 产生反射如果交界面是平面，并且交界面远 远大于电波的波长，那么无线电波和光波反射 规律一样，即入射角等于反射角 。

例如： 雷达通信 16 w 绕射 ：无线电波碰到障碍物时，能绕过去继续 前进 的现象称为绕射 n绕射能力与的波长有关，波长越长则绕射能力越强 n例如：两个电台隔着高山 17 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 18 w 散射 ：媒质不均匀 19 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 w 地波传播方式 n是指无线电波沿地球表面传播，又称绕射传播或地 面波传播 n部分能量被大地吸收而受到严重的衰减 l受土质影响：土质的导电性愈好，衰减愈小 l与无线电波的频率有关：频率越高则衰减愈大 n传播距离不远 n传播特性很稳定 n适合波段：长波、中波波段和短波的低频段的无线 电通信和广播 20 w 天波传播 n利用高空电离层对无线电波的反射进行传播 的 n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 n可建立远距离通信 n适合波段：频率为3~30MHZ的短波 l频率过高，将衰减 l频率过低，将反射回 21 w 视距传播 ： n定义： l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 l大地反射波传播 ：以地面反射到达接收点 的传播方式 l视距传播：以上两种的统称。

22 n三种情况： l地面视距传播 w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 w传播的距离一般只有几十公里 w一般适宜超短波、微波通信 23 l地面—空间视距传播 w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 w适用于微波或超短波通信 l空间—空间视距传播 w发端和收端两个端点都是远离地面的 24 w 散射传播 n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 n包括：对流层散射和电离层散射 l对流层是大气的最低层，是指离地面10～12km以下的大气 层在对流层中，由于大气湍流运动等原因产生了不均 匀性，故引起电波的散射. l容量大，可靠性高，保密性好 w设计 良好的对流层散射线路可提供12-240个频分复用的话路，传 输可靠性可达到99.9% n对流层散射信道是一种超视距的传播信道，其一跳 的传播距离约为100～500km，可工作在超短波和微 波波段 n一般用于无法建立微波中继站的地区 25 w 26 5.1.4 媒体空间对无线电波传播的影响 1.主要影响 (P132) （1）传输损耗 l电波在实际的空间媒质中传播时，能量损 耗的的现象 l主要原因： w大气对电波的吸收或散射 w球形地面或障碍物对电波的绕射等 27 （2）电波传播方向的变化 n不同媒质的分界处将使电波折射、反射； n媒质的不均匀体如对流层中的湍流团将使电 波产生散射； n球形地面和障碍物将使电波产生绕射； n某些传输媒质的时变性使射线轨迹随机变化 。

28 （3）多径效应（P133) w 多径传播：电波通过多条路径传播到接收端的 现象称为多径传播 29 多径效应：多径传播对通信系统性能的影响，即 引起的接收点场强的起伏变化 30 衰落现象 w 在接收端信号振幅呈现忽大忽小的随机变化的 现象称为衰落 w 按照衰落持续的时间分 n快衰落：连续出现持续时间仅十分之几秒到几秒 n慢衰落：持续时间比较长干涉型衰落：主要是由多 径传播引起，慢衰落 w 按照衰落产生的原因分 n吸收型衰落：由传输损耗引起的 ，属于慢衰落 n干涉型衰落：由多径传播引起的，属于快衰落 31 2、抗衰落技术 ——分集接收 n分集就是分散得到几个信号并集中（合并） 这些信号 n基本思想：在经常出现衰落的地段，用两套（ 或多套）收信设备接收同一个由发射设备发射的经 两条（或多条）不同路径传播的，不会同时发生衰 落的两路（或多路）信号，并经过某些处理后，在 接收端以一定方式将其合并 l这样，当其中一个信号发生衰落时，另外一个（或多个） 信号不一定也衰落，只要采用适当的信号合成方法就可保 证一定的接收电平，克服或改善衰落的影响 32 w 目前，常用的分集接收技术有频率分集、 空间分集和混合分集等3种。

这3种技术都 假设两个（或多个）射频信号在传播过程 没有同时发生衰落 33 w 常用分集接收技术 n空间分集 ：空间分集 l空间分集是在收端利用空间位置相距足够 远的两副天线，同时接收同一个发射天线 发出的信号然后合并起来或选择其中一 个强信号输出 l有几幅接收天线就称为几重分集 l抗衰落性能好 l增加了天线馈电系统的复杂性和费用 34 n频率分集 频率分集 l利用两个或两个以上具有一定频率间隔的 载波频率发射同一个信号，在收端则同时 接收这些频率的信号，然后进行合并或选 择 l增加了收发信设备 l降低了信道频带的利用率 （用的比较少）… 35 5.1.5无线电通信系统的基本组成 及简单工作过程 1、系统组成 36 5.1.5无线电通信系统的基本组成 及简单工作过程 2.工作过程 信源消息模拟或数字信号 (调制器)中 频调制成适合电波传播的信号(频率变 换器)发射电波所需要的频率 (功率放大) 发射天线中继放大接收天线频率 放大变频解调转换成合适的信号 信宿 地球站发射分系统 地球站接收分系统 37 3、系统分类 n依终端状态不同 l固定无线通信 l移动无线通信 n依所用电磁波频段 l短波通信 l超短波通信 l微波通信 l卫星通信 38 5.2短波通信 w 5.2.1概述 w 5.2.2短波电离层传播特性 w5.2.3短波通信工作频率的选择 39 5.2短波通信 5.2.1概述 1．短波通信的频率范围 l实际使用的频率范围为1.5 MHz～30MHz 2.短波通信的起源 l归功于一个业余无线电爱好者 3.短波通信的特点 l通信距离远，设备便宜，使用起来灵活、方便 40 5.2.2短波电离层传播特性 1．电。