无线电课件.ppt

无线电基础知识无线电基础知识主要内容包括主要内容包括：频段的划分；频段的划分；信号、频谱和带宽；信号、频谱和带宽；传输线；传输线；无线电波的传播与天线；无线电波的传播与天线；调制与解调；调制与解调；无线电发射机与接收机。无线电发射机与接收机。绪绪 论论无线电：一点到一点以无线电：一点到一点以“无线无线”的方式传送信号。的方式传送信号。应用：机载通信、导航系统等。应用：机载通信、导航系统等。任务：自由空间为媒介传输信号，完成通信导航。任务：自由空间为媒介传输信号，完成通信导航。框图：框图：4.14.1 频段的划分频段的划分可见：无线电波可见：无线电波中低段，无线电设备通过这一中低段，无线电设备通过这一 频段传递信息。频段传递信息。电磁波的波长越长，频率越低，关系公式：电磁波的波长越长，频率越低，关系公式：频段划分频段划分 8个个频频段段：VLF、LF、MF、HF、VHF、UHF、SHF、EHF。机载无线电设备几乎使用所有的频段。如图：机载无线电设备几乎使用所有的频段。如图：8个频段简要介绍：个频段简要介绍：甚低频：甚低频：30kHz，OMEGA、军事、人说话。、军事、人说话。低频：低频：30300kHz，长波电台和，长波电台和ADF导航系统。导航系统。中频：中频：3003000kHz，中波电台、，中波电台、ADF（2001600kHz）。高频：高频：330MHz，机载高频通信系统，长距离。，机载高频通信系统，长距离。甚高频：甚高频：30300MHz，200nmiles,MK/VOR/ILS。特高频：特高频：3003000MHz，军事通信，军事通信，GS/DME/ATC/GPS.超高频：超高频：3300GHz，卫星通信，气象雷达、无线电高度，卫星通信，气象雷达、无线电高度表。表。极高频：极高频：30300GHz，通信与导航都不用。，通信与导航都不用。0.20.2信号、频谱和带宽信号、频谱和带宽1.信号 语言、文字、音乐、图像和数据等都可以反语言、文字、音乐、图像和数据等都可以反映一定信息，统称信号。不是电信号，进行转映一定信息，统称信号。不是电信号，进行转换成电压或电流。换成电压或电流。2.频谱 对于较复杂的信号（如话音信号、对于较复杂的信号（如话音信号、图像信号图像信号等）等）,用频谱分析法表示较为方便。用频谱分析法表示较为方便。任何非正弦信号都可以分解为一系列幅度不任何非正弦信号都可以分解为一系列幅度不同、频率不同和相位不同的正弦分量，并由这同、频率不同和相位不同的正弦分量，并由这些正弦分量叠加而成，如图：些正弦分量叠加而成，如图：基波基波：与方波：与方波频率相同的正频率相同的正弦波；弦波；谐波谐波：高于基：高于基波频率的正弦波频率的正弦波。波。幅谱：各正弦分量幅度按其频率高低依次排幅谱：各正弦分量幅度按其频率高低依次排列，得到幅度频谱。列，得到幅度频谱。相谱：初相位按频率。相谱：初相位按频率。频谱：幅谱和相谱，没有说明就是幅谱。频谱：幅谱和相谱，没有说明就是幅谱。“啊啊”音信号的频谱图，如图音信号的频谱图，如图 3.信号的带宽 由非电量转变来的电信号是随着非电量信息变由非电量转变来的电信号是随着非电量信息变化，信号中包含了各种频率的信息，传送这一变化，信号中包含了各种频率的信息，传送这一变化需要一定的频带宽度。例如：矩形脉冲波形和化需要一定的频带宽度。例如：矩形脉冲波形和频谱如图：频谱如图：脉冲宽度越窄，谐波数就越多，带宽就越宽，因此要逼真的传送脉冲信号，就要传送很多频率成分，必须有一定带宽。电话通信：带宽3kHz；音乐信号：频率范围30Hz16kHz。0.30.3 传输线传输线1.高频传输线的等效电路高频传输线的等效电路分布电感：电流分布电感：电流磁场磁场电感电感分布电感；分布电感；分布电容：电压分布电容：电压电荷分布电荷分布极板极板电容电容分布电容；分布电容；分布电阻分布电阻R：阻值很小，忽略。：阻值很小，忽略。电缆线、电话线是传输线。频率低等效为导线。电缆线、电话线是传输线。频率低等效为导线。无无线线电电传传输输框框图图可可见见，从从发发射射机机到到天天线线或或从从天天线线到到接接收收机机的的信信号号传传输输仍仍采采用用导导线线传传输输，而而这这一一信信号号是是高高频频信信号号。传传输输高高频频信信号号时时，传传输输线线的的一一些些参参数就不能忽略，需要重新定义其模型。数就不能忽略，需要重新定义其模型。分布电阻分布电阻Ro:导体材料电阻率导体材料电阻率、直径、直径、频率、频率 Ro。分布电感分布电感Lo：导体直径：导体直径D、线间距离、线间距离L、导磁率、导磁率 Lo 分布电容分布电容Co:导体直径导体直径D、线间距离、线间距离L、介电常、介电常数数 Co（单位长度上）（单位长度上）传输线的分布参数在传输低频信号时的作用不大，传输线的分布参数在传输低频信号时的作用不大，但在传输高频信号时，分布电感但在传输高频信号时，分布电感Lo的阻碍作用及的阻碍作用及分布电容分布电容Co的分流作用便不可忽略了。的分流作用便不可忽略了。特性阻抗：特性阻抗：电磁波同相位点的传播速度：电磁波同相位点的传播速度：比真空的光速小比真空的光速小1040。2.传输线的种类传输线的种类同轴线与平行双线两类：机载设备上以同轴线的同轴线与平行双线两类：机载设备上以同轴线的应用最为普遍。应用最为普遍。平行双线：特性阻抗大约平行双线：特性阻抗大约250700欧，常用的是欧，常用的是300欧，辐射损耗大，工作频率在欧，辐射损耗大，工作频率在200MHz以下。以下。同轴线：屏蔽作用，辐射损耗很低，频率可达同轴线：屏蔽作用，辐射损耗很低，频率可达3GHz特性阻抗在特性阻抗在40200欧，常用的有欧，常用的有50、75和和150当频率高于当频率高于3GHz时，采用波导传输电磁能量。时，采用波导传输电磁能量。3.传输线上的行波、驻波和复合波传输线上的行波、驻波和复合波行波：当传输线末端的负载能够将传输到末端的能行波：当传输线末端的负载能够将传输到末端的能量全部吸收时，传输线上只有入射波而没有反射量全部吸收时，传输线上只有入射波而没有反射波，这时传输线的工作状态称为行波状态。波，这时传输线的工作状态称为行波状态。行波状态条件当负载等于传输线的特性行波状态条件当负载等于传输线的特性阻抗的纯电阻时，负载吸收的功率与到达末端功阻抗的纯电阻时，负载吸收的功率与到达末端功率相等，就是通常所说的匹配率相等，就是通常所说的匹配驻波：如果传输线的末端开路或短路，则负载不吸驻波：如果传输线的末端开路或短路，则负载不吸收能量，反射波大小等于入射波，从而使线上的收能量，反射波大小等于入射波，从而使线上的电压电流分布呈驻波状态。即电压、电流好像不电压电流分布呈驻波状态。即电压、电流好像不是随着时间的推移沿传输线向前是随着时间的推移沿传输线向前“行进行进”而是而是“驻留驻留”载传输线上波动。载传输线上波动。复合波：负载不准确等于传输线的特性阻抗。复合波：负载不准确等于传输线的特性阻抗。复合波状态的驻波比（系数）复合波状态的驻波比（系数）驻波系数：衡量负载匹配状况。负载偏离传输线驻波系数：衡量负载匹配状况。负载偏离传输线特性阻抗越多，线上的驻波成分越多，系数越大。特性阻抗越多，线上的驻波成分越多，系数越大。越匹配，系数接近越匹配，系数接近1。VSWR=Umax/Umin其中其中Umax=uf+ur;Umin=uf-ur，因此，因此，VSWR=(uf+ur)/(uf-ur)当当RL=Zc时，时，VSWR=1，（行波状态），（行波状态）当当RLZc时，时，VSWR1，（复合波状态），（复合波状态）当当RL=0或或=时，时，VSWR=驻波状态驻波状态4.44.4无线电波的传播与天线无线电波的传播与天线1.无线电波的传播无线电波的传播信道是连接发、收两端的信号通道，又称传信道是连接发、收两端的信号通道，又称传输媒介。通信系统中应用的信道可分为两大类：输媒介。通信系统中应用的信道可分为两大类：有线信道（如架空明线，电缆，波导，光缆等）有线信道（如架空明线，电缆，波导，光缆等）和无线信道（如海水，地球表面，自由空间等）。和无线信道（如海水，地球表面，自由空间等）。不同的信道有不同的传输特性，相同媒介对不同不同的信道有不同的传输特性，相同媒介对不同频率的信号传输特性也是不同的。频率的信号传输特性也是不同的。无线电波的传播方向如图所示：无线电波的传播方向如图所示：可见：当电场和磁场方向中的任何一个量改变方可见：当电场和磁场方向中的任何一个量改变方向时，传播方向都将相反；而当同时改变时，传向时，传播方向都将相反；而当同时改变时，传播方向并不改变。播方向并不改变。传播媒介：自由空间。传播媒介：自由空间。传播方式：地波、天波和直达波。传播方式：地波、天波和直达波。（1）地波）地波3MHz以下的电磁波主要沿地表传播以下的电磁波主要沿地表传播,称为称为地波地波,如图所示如图所示:中长波主要利用地波传播。中长波主要利用地波传播。（2）天波）天波330MHz的电磁波，主要靠天空中电离层的的电磁波，主要靠天空中电离层的折射和反射传播，称为折射和反射传播，称为天波天波，如图所示，如图所示:短波短波电离层电离层（3）直达波）直达波30MHz以上的电磁波主要沿空间直线传播，称为以上的电磁波主要沿空间直线传播，称为直达波或空间波，也称为视距传播直达波或空间波，也称为视距传播，如图所示：电，如图所示：电视信号、卫星信号的传播等，视信号、卫星信号的传播等，各波段传播特点各波段传播特点1、超长波和长波：、超长波和长波：绕射能力强、地面吸收少、传播距离远、传播稳绕射能力强、地面吸收少、传播距离远、传播稳定、波段窄。定、波段窄。2、中波：、中波：地面吸收比长拨大，传播距离比长波短，传播稳地面吸收比长拨大，传播距离比长波短，传播稳定可靠，以地波传播为主。定可靠，以地波传播为主。3、短波：、短波：以天波传播为主，可传播很远距离，但受电离层以天波传播为主，可传播很远距离，但受电离层影响很大，传播不稳定，回产生衰落现象。影响很大，传播不稳定，回产生衰落现象。电磁波传输方式，依据波长不同，可分：波段名称波长范围频率范围波段名称传播方式应用场合长波波段(LW)100010000m30300KHz低频(LF)地波远距离通信中波波段(MW)1001000m3003000KHz中频(MF)地波，天波广播，通信，导航短波波段(SW)10100m330MHz高频(HF)天波，地波广播，中距离通信超短波波段(VSW)110m30300MHz甚高频(YHF)直线传播对流层散射移动通信，电视广播，调频广播，雷达导航等分米波波段(USW)101000cm3003000MHz超高频(UHF)直线传播散射传播通信，中继通信，卫星通信，电视广播，雷达厘米波波段(SSW)110cm330GHz特高频(SHF)直线传播中继通信，雷达，卫星通信毫米波波段(ESW)110mm30300GHz极高频(EHF)直线传播微波通信，雷达2.天线天线天线是辐射和接收无线电波的导体。等效张天线是辐射和接收无线电波的导体。等效张开的开的开路线。可向自由空间辐射电磁能量。开路线。可向自由空间辐射电磁能量。天线的种类天线的种类刀形天线即垂直天线：机载刀形天线即垂直天线：机载VHF通信设备、测距机、应答通信设备、测距机、应答机使用。机使用。实际上由于天线的倾斜和机身、机翼反射的影响，天线某实际上由于天线的倾斜和机身、机翼反射的影响，天线某些方向上的辐射和接收能力很弱，因此，实际的方向性图些方向上的辐射和接收能力很弱，因此，实际的方向性图案有较大的差别。案有较大的差别。环形天线环形天线对信号的聚集作用和方向性好优点，应用广泛。对信号的聚集作用和方向性好优点，应用广泛。机载机载ADF接收机利用的就是垂直天线与环形天线接收机利用的就是垂直天线与环形天线的组合进行定向的。的组合进行定向的。平板缝隙天线：平板缝隙天线：由多条波导组成，外形为圆形平板由多条波导组成，外形为圆形平板半波阵子天线半波阵子天线总长度等于发射电波波长的一半。平行双线进行总长度等于发射电波波长的一半。平行双线进行馈电。无线电高度表、下滑接收机使用。馈电。无线电高度表、下滑接收机使用。机身表面所形成的天线镜像作用与实际天线相距半个波长，其镜像电机身表面所形成的天线镜像作用与实际天线相距半个波长，其镜像电流相位与天线电流相位相反；而在垂直辐射方向上，镜像天线与实际流相位与天线电流相位相反；而在垂直辐射方向上，镜像天线与实际天线又有半波长的波程差，所以在垂直辐射方向上，二者电波是同相天线又有半波长的波程差，所以在垂直辐射方向上，二者电波是同相叠加的，增强了垂直方向的辐射和接收能力。叠加的，增强了垂直方向的辐射和接收能力。4.54.5 调制与解调调制与解调无线电传输系统组成框图如下图所示无线电传输系统组成框图如下图所示:输入变换器输入变换器输出换能器输出换能器接收设备接收设备发送设备发送设备信道信道4.5.14.5.1发送设备发送设备发送设备主要有两大任务发送设备主要有两大任务:一是一是调制调制,二是二是放放大。大。所谓所谓调制调制，就是将基带信号变换成适合信道传，就是将基带信号变换成适合信道传输的频带信号。它是利用基带信号去控制载波信号输的频带信号。它是利用基带信号去控制载波信号的某一参数，让该参数随基带信号的大小而线形变的某一参数，让该参数随基带信号的大小而线形变化的处理过程。化的处理过程。所谓所谓放大放大，是指对调制信号和已调信号的电压和，是指对调制信号和已调信号的电压和功率放大、滤波等处理过程，以保证送入信道足够功率放大、滤波等处理过程，以保证送入信道足够大的已调信号功率。大的已调信号功率。传输的信号为什么要进行调制？传输的信号为什么要进行调制？传输信号波长与天线匹配的要求传输信号波长与天线匹配的要求 在无线电通信中，由天线理论可知，要将电信号有效地发射出去，在无线电通信中，由天线理论可知，要将电信号有效地发射出去，天线的尺寸必须和信号的波长为同一数量级。天线的尺寸必须和信号的波长为同一数量级。计算：发送计算：发送f=1000Hz的音频信号，需要的天线长度。的音频信号，需要的天线长度。=c/f=300000000/1000=300000=300(公里公里)采用调制后，不同的发射台可以采用不同频率的采用调制后，不同的发射台可以采用不同频率的高频振荡信号发送，有利于其在频谱上的分离高频振荡信号发送，有利于其在频谱上的分离,可可以实现多路复用，提高频带的利用率。以实现多路复用，提高频带的利用率。更高的频段，可用的频带更宽，可以传输更多的更高的频段，可用的频带更宽，可以传输更多的信息或容纳更多的用户，频带利用率也更高。信息或容纳更多的用户，频带利用率也更高。调制的概念及波形调制的概念及波形所谓调制所谓调制,就是用调制信号去控制高频载波的参数就是用调制信号去控制高频载波的参数,使载波使载波信号的某一个或几个参数（振幅、信号的某一个或几个参数（振幅、频率或相位）按照调制信频率或相位）按照调制信号的规律变化。号的规律变化。根据载波受调制参数的不同根据载波受调制参数的不同,调制分为三种基本方式：调制分为三种基本方式：1).振幅调制（调幅）振幅调制（调幅）2).频率调制（调频）频率调制（调频）3).相位调制（调相）相位调制（调相）分别用分别用AM、FM、PM表示，表示，还可以有组合调制方式。还可以有组合调制方式。调制分类调制分类调幅（调幅（AM）和调频（）和调频（FM）。）。调频方式好于调幅方式。调频方式好于调幅方式。因为大气层的静电放电将对信号的幅度产生影响，因为大气层的静电放电将对信号的幅度产生影响，而调频信号的信息携带在频率上，因此抗干扰能而调频信号的信息携带在频率上，因此抗干扰能力强，从而提高了发射机的效率。但是调频信号力强，从而提高了发射机的效率。但是调频信号所占用的频带比较宽。所占用的频带比较宽。第一章绪论组成：振荡器、放大器、调制器和天线组成。组成：振荡器、放大器、调制器和天线组成。振荡器：产生高稳定度的等幅正弦波振荡信号，作振荡器：产生高稳定度的等幅正弦波振荡信号，作为载波；为载波；调制器：对载波进行幅度调制，使载波的振幅随低调制器：对载波进行幅度调制，使载波的振幅随低频调制信号的瞬时值变化；频调制信号的瞬时值变化；放大器：放大已调信号的电压和功率，经功率放大放大器：放大已调信号的电压和功率，经功率放大器输出到天线向空间辐射高频调幅波信号。器输出到天线向空间辐射高频调幅波信号。直接调制和间接调制两种方式。直接调制和间接调制两种方式。应用问题解释应用问题解释为什么夜间收听效果好于白天？为什么夜间收听效果好于白天？因为白天电离作用强电离层对信号的吸收作用强人造卫星采用那个波段和地面联系？人造卫星采用那个波段和地面联系？中长波和短波均被电离层反射而无法穿过电离层，所以只能依靠超短波段我国第一颗人造卫星的f=20.009MHz（15米）来传送东方红乐曲和遥测的信号。4.64.6无线电接无线电接收收机机接受设备的任务是将信道传送过来的已调信号进接受设备的任务是将信道传送过来的已调信号进行处理，以恢复出与发送端相一致的基带信号，这行处理，以恢复出与发送端相一致的基带信号，这种从已调波中恢复基带信号的处理过程种从已调波中恢复基带信号的处理过程,称为称为解调解调显然解调是调制的反过程。显然解调是调制的反过程。采用超外差接收机（以调幅接收机为例）。采用超外差接收机（以调幅接收机为例）。组成：输入电路、高频放大器、混频器（及本地振荡器）、组成：输入电路、高频放大器、混频器（及本地振荡器）、中频放大器、检波器和音频放大器等。中频放大器、检波器和音频放大器等。作用：天线接收发射机辐射的高频信号，经接收机处理，作用：天线接收发射机辐射的高频信号，经接收机处理，恢复原始低频调制信号，完成信息的远距离传输任务。恢复原始低频调制信号，完成信息的远距离传输任务。输入电路和高频放大器：从天线接收到的各种频率信号中输入电路和高频放大器：从天线接收到的各种频率信号中选择出所需要的高频信号，并对这一微弱信号进行放大。选择出所需要的高频信号，并对这一微弱信号进行放大。混频器：将高频放大器输出的信号与本地振荡器的输出混混频器：将高频放大器输出的信号与本地振荡器的输出混频，取其频，取其“差频差频”。检波器：将已调制的无线电频率信号去除一半，并将高频检波器：将已调制的无线电频率信号去除一半，并将高频载波滤除，得到音频信号。称为解调。载波滤除，得到音频信号。称为解调。解调（检波器）解调（检波器）复习题复习题1.无线电系统中的调制过程指的就是使（载波）的某一参数按照原始低频信号的变化规律的过程。2.对无线电系统来说，（高频振荡器）实际起着运载低频信号的运输工具作用，所以称为载波.3.无线电通信发射机所发射的是（已调）信号。4.无线电通信发射机所发射的调幅信号是（载波信号的振幅随着调制信号）的变化规律变化的信号.5.应用调频波的特点是（频带较宽，失真较小).6.无线电接收机中的检波器输出的是（低频调制信号）。7.当负载不是准确等于传输线的特性阻抗时，传输线上所传输的是（复合波）。8.无线电发射设备传输线上的驻波系数（越接近于1越好）.9.短波的主要传播方式为（天波）。10.由一个低频信号对载波调幅后所形成的信号的频率有（载波及其上下边频）的频率。11.机载无线电接收机的主要性能指标是（灵敏度、选择性、保真度及频率准确度等）。12应用单边带调制的无线电通信系统的主要优点应用单边带调制的无线电通信系统的主要优点是（节省发射效率和占用频带窄）。是（节省发射效率和占用频带窄）。13在调频无线电接收机中是利用（鉴频器）实现在调频无线电接收机中是利用（鉴频器）实现对调频信号的解调的。对调频信号的解调的。14.在调频无线电接收机中通常利用（变容二极管）在调频无线电接收机中通常利用（变容二极管）进行直接调频。进行直接调频。15.超短波和微波是利用（天波）来传播的。超短波和微波是利用（天波）来传播的。16.传输线对信号源所呈现的阻抗（与线长和信号频传输线对信号源所呈现的阻抗（与线长和信号频率直接相关率直接相关）。）。