第2章 无线电波的传播

1、GMDSS通信设备与业务通信设备与业务第二章第二章电波传播与天线电波传播与天线 通导教研室通导教研室 2.1 电波辐射和传播电波辐射和传播2.2 各波段电波传播的特点各波段电波传播的特点2.3 无线电通信的基本概念无线电通信的基本概念2.1 2.1 电波辐射和传播途径电波辐射和传播途径一一. .电波的形成与波段划分电波的形成与波段划分1.1.电波的形成电波的形成交变电磁场的传播交变电磁场的传播. .2.2.波段划分波段划分: : =T=/=T=/ = =C =C ，其中，其中C=3x10C=3x108 8m/sm/s频率、周期、波长的定义 频率（频率（FREQUENCY）：）： 定义：电波在单

2、位时间（）内幅值大小与方向周期性变化的次数。 符号： 单位：赫兹（Hz）千赫兹（KHz）兆赫兹（MHz） G赫兹（GHz） 换算关系：1000Hz=1KHz ；1000KHz=1MHz ；1000MHz=1GHz频率、周期、波长的定义周期： ：电波幅值大小与方向变化一次所用的时间。 符号：T 单位：秒（s） 、 毫秒ms）、微秒（s） 换算关系：1秒（s）=1000毫秒（ms）； 1毫秒（ms）=1000微秒（s）。波长： 定义：电波在一个周期内传播的距离； 符号：； 单位：米（m）、 分米（dm）、厘米（cm） 、毫米（mm） 换算关系：1米（m）=10 分米（dm）； 1分米（dm）=10

3、厘米（cm）； 1 厘米（cm）=10毫米（mm）；1.1.地波传播地波传播2.2.空间波传播空间波传播3.3.电离层波电离层波( (天波天波) )3. 船用通信波段船用通信波段 MF; HF; VHF; 微波微波.MF波段范围波段范围1.64MHzHF波段范围波段范围427.5MHzVHF波段范围波段范围156174MHzInmarsat系统工作于系统工作于1.51.6GHz和和46GHz二二. . 电波传播途径电波传播途径电波沿地球表面传播电波沿地球表面传播, ,波长越长绕射距离越远波长越长绕射距离越远. .地面电性能参数随时地面电性能参数随时间变化小间变化小, ,地形地貌稳定地形地貌稳定

4、, ,地波传播可靠稳定地波传播可靠稳定. .1. 1.地波传播地波传播: :形成条件：无形成条件：无线电波的波长线电波的波长与障碍物尺寸与障碍物尺寸相比拟时才能相比拟时才能发生绕射现象发生绕射现象极长波极长波 超长波超长波 长波长波: :=1km=1km100km,100km,传播几千几万传播几千几万km.km.中波中波(MF):(MF): =100m =100m 1000m,1000m,传播几百传播几百km.km.短波短波(HF):(HF): =10m =10m 100m,100m,传播传播100km.100km.超短波超短波 微波微波: : 10m,f f fmaxmax 穿透电离层；穿透

5、电离层；f f f fminmin 被电离层吸收被电离层吸收 f fminmin f f天波天波 f fmaxmax 天波（电离层波天波（电离层波中短波）中短波） f fminmin最低可用频率最低可用频率 f fmaxmax最高可用频率最高可用频率 f f天波天波最佳工作最佳工作频率频率 （3）太阳活动对电离层的影响 太阳黑子 当太阳上有大群黑子出现的时候，会出现磁暴现象使指南针会乱抖动，不能正确地指示方向；平时很善于识别方向的信鸽会迷路；无线电通讯也会受到严重阻碍，甚至会突然中断一段时间，这些反常现象将会对飞机、轮船和人造卫星的安全航行、还有电视传真等等方面造成很大的威胁。 太阳黑子的爆炸

6、 黑子还会引起地球上气候的变化。太阳耀斑 耀斑对地球空间环境造成很大影响。太阳色球层中一声爆炸，地球大气层即刻出现缭绕余音。耀斑爆发时，发出大量的高能粒子到达地球轨道附近时，将会严重危及宇宙飞行器内的宇航员和仪器的安全。当耀斑辐射来到地球附近时，与大气分子发生剧烈碰撞，破坏电离层，使它失去反射无线电电波的功能。无线电通信尤其是短波通信，以及电视台、电台广播，会受到干扰甚至中断 太阳黑子和太阳耀斑是太阳活动的重要标志，活动周期为11年三、 各波段电波传播的特点（一）中波（一）中波（MFMF）、长波（）、长波（LFLF）1.1.长波：长波：2.2.中波：中波： 以地波传播，工作稳定。以地波传播，工

7、作稳定。白天白天以地波传播，不能以天波传播，以地波传播，不能以天波传播，D层对层对MF波吸收。波吸收。夜间夜间地波与天波并存，地波与天波并存，E层对天波反射，但存在衰落，层对天波反射，但存在衰落， 中波的传播特点中波的传播特点波长：1 km-100m;频率：300 - 3000kHz; 传播特点：传播特点： 白天靠地波白天靠地波. .因为中波穿过因为中波穿过D D层时层时, ,受到强烈的吸受到强烈的吸收。收。 夜间靠地波和天波夜间靠地波和天波. .吸收中波的吸收中波的D D层消失层消失, ,由由E E层层反射。反射。 白天传播200海里;晚上传播400海里。 有衰落现象。产生原因是信号的多径传

8、播 1.1.传播：传播：2.2.特点特点 3).3).存在衰落现象存在衰落现象地波和天波，主要靠天波传播，在地波和天波，主要靠天波传播，在F层反射。层反射。1). 1). 地波传播衰减大，传播小于地波传播衰减大，传播小于100km100km。2). 2). 天波传播距离远，但受电离层变化影响较大，传播不够稳定。天波传播距离远，但受电离层变化影响较大，传播不够稳定。（二）短波（二）短波（HFHF）F层不稳定，不同路径天波在接收点叠加层不稳定，不同路径天波在接收点叠加衰落。衰落。3).存在衰落现象 4).4).存在盲区效应（寂静区）：存在盲区效应（寂静区）：天地波均不能覆盖的区域。（三）超短波和微

9、波的传播特点 频率频率:30MHz以上以上;波长波长:10M以下。以下。 传播特点：传播特点： 主要靠空间波传播。主要靠空间波传播。 传播距离一般仅有几十海里传播距离一般仅有几十海里。天线绝对高度。天线绝对高度(距海平面距海平面的高度的高度)为几十米时为几十米时,VHF通信距离通信距离30-50海里。海里。2.3 无线电通信的基本概念一通信系统模型一通信系统模型 通信的目的就是传递信息，传输信息的系统称为通信系统。在各种方式的通信的目的就是传递信息，传输信息的系统称为通信系统。在各种方式的通信中，利用电来传递信息的方式应用的最为广泛。通信中，利用电来传递信息的方式应用的最为广泛。 信息源或称信

10、源信息源或称信源就是信息的来源，从信息源而来的信息都是系统所要传递就是信息的来源，从信息源而来的信息都是系统所要传递的对象，如语音、文字、图像和数据等信息。的对象，如语音、文字、图像和数据等信息。 发送设备发送设备就是一种变换器，把从信源送来的信息变换成电信号，并对这就是一种变换器，把从信源送来的信息变换成电信号，并对这种电信号进一步转换，使其变成适合相应系统信道所能传递的电信号，种电信号进一步转换，使其变成适合相应系统信道所能传递的电信号，该电信号携带源信息。该电信号携带源信息。 信道信道是信号传输的通道或称传输的媒介，它可以是有线（如电缆）也可是信号传输的通道或称传输的媒介，它可以是有线（

11、如电缆）也可以是无线（如利用空间传播的电磁波）。以是无线（如利用空间传播的电磁波）。 接收设备接收设备相对于发射设备是一种反变换器，它的作用是将发射端传送来相对于发射设备是一种反变换器，它的作用是将发射端传送来的电信号经过反转换，恢复出源信号。的电信号经过反转换，恢复出源信号。 信息宿或称信宿信息宿或称信宿是指语音、图像和文字等信息的归宿，它是信息的接收是指语音、图像和文字等信息的归宿，它是信息的接收者。信宿可以是人或机器。者。信宿可以是人或机器。无线电传输信息类型 1.模拟信息：信息的状态随时间连续变化 特点：抗干扰能力差，难做到保密通信，设备组成简单 在GMDSS中，MF/HF/VHF无线

12、电话通信系统属于模拟通信系统 2.数字信息：信息的状态不随时间变化 特点：抗干扰能力和检纠错能力强，通信质量高 在GMDSS中，NBDP、DSC系统以及Inmarsat-B/C/F等通信系统二、调制与解调调制：无线通信系统在发射端将基带信号搬移到所需 较高频率范围的过程。 调制后的信号适合以电磁波形式向外辐射， 形成已调射频波，到达接收端。解调：通信系统的接收端从收到的射频信号中恢复发 射端所传输信号的过程。 解调的过程是调制的逆过程模拟信息的AM、FM、PM、SSB调制数字信息的ASK、FSK、PSK调制 调幅 AM 如SSB 模拟通信系统 调频 FM 调相 PM 移幅键控 ASK 如莫尔斯

13、电报 数字通信系统 移频键控 FSK 如NBDP/DSC 移相键控 PSK 如INMARSAT三信号三信号 （SignalSignal）定义：定义：特点：特点：通信系统中传输的含有用信息的电信号称为通信系统中传输的含有用信息的电信号称为信号。信号。信号一般均具有较多的频率成分，即具有一定频带宽度。信号一般均具有较多的频率成分，即具有一定频带宽度。不同性质的信号具有不同的带宽不同性质的信号具有不同的带宽。通信系统提供的传输带宽应大于或等于所要传输信号的带宽通信系统提供的传输带宽应大于或等于所要传输信号的带宽 。1)1)表示信号的方法表示信号的方法数学表达式数学表达式波形图波形图频谱图频谱图直观、

14、有效直观、有效 2)2)频谱定义频谱定义: :3)3)频谱图频谱图: :横坐标横坐标-纵坐标纵坐标-fu指组成信号的各种正弦信号指组成信号的各种正弦信号, ,按频率不同按频率不同所存在的分布、排列情况。所存在的分布、排列情况。表示频率表示频率表示各正弦分量的幅度关系表示各正弦分量的幅度关系4 4）. .信号带宽信号带宽定义定义: :正弦单音信号和脉冲信号谱线特点：正弦单音信号和脉冲信号谱线特点：FminFmaxB= Fmax- Fmin正弦单音信号正弦单音信号只有一条谱线只有一条谱线; ;脉冲信号脉冲信号则有无限多个谱线则有无限多个谱线, ,占有无限大的带宽。占有无限大的带宽。 工程上将谱线幅

15、度下降到基波幅度工程上将谱线幅度下降到基波幅度1/101/10以下的所有以下的所有谐波分量谐波分量, ,忽略不计。故语音通信均存在程度不同的忽略不计。故语音通信均存在程度不同的失真。失真。定义定义: :5 5）系统带宽）系统带宽在不失真地传递信号的前提下在不失真地传递信号的前提下, ,通信系统所必通信系统所必须拥有的足够带宽。须拥有的足够带宽。系统带宽越大系统带宽越大, ,单位时间内传输的信息量也越大。单位时间内传输的信息量也越大。系统系统带宽主要带宽主要取决于调制方式和调制信号的带宽。取决于调制方式和调制信号的带宽。在通信中要保证信号尽可能不失真在通信中要保证信号尽可能不失真, ,要求要求系

16、统带宽大系统带宽大于或等于信号的带宽于或等于信号的带宽。四、噪声及其表示四、噪声及其表示 噪声噪声是指在接收机输出终端上呈现的任何我们所不需要是指在接收机输出终端上呈现的任何我们所不需要的无用信号。的无用信号。1)1)噪声分类噪声分类 按其来源噪声可分为按其来源噪声可分为内部噪声和外部干扰内部噪声和外部干扰两种类型。两种类型。 （1 1）内部噪声）内部噪声由机内的元器件产生的无用信号，主要由机内的元器件产生的无用信号，主要取决于高放的性能。有热噪声和散弹噪声两种。取决于高放的性能。有热噪声和散弹噪声两种。 散弹噪声散弹噪声是由真空电子管和半导体器件中电子发射的是由真空电子管和半导体器件中电子发

17、射的不均匀性引起的。不均匀性引起的。 （2 2）外部干扰）外部干扰来自接收机外的无用信号。来自接收机外的无用信号。 工业干扰工业干扰天电干扰天电干扰宇宙干扰宇宙干扰电台干扰电台干扰由电气设备中电流或电压急剧变化引起。属脉由电气设备中电流或电压急剧变化引起。属脉冲干扰，对冲干扰，对MFMF波段影响较大。波段影响较大。由大气层中各种电骚动引起。以雷电为主，由大气层中各种电骚动引起。以雷电为主，集中影响集中影响20MHz20MHz以下波段。以下波段。来自宇宙空间各天体产生的电磁辐射。集中在来自宇宙空间各天体产生的电磁辐射。集中在3060MHz3060MHz。来自其他无线电发射台。因短波波段电台多，来

18、自其他无线电发射台。因短波波段电台多，信道拥挤，故影响较大。信道拥挤，故影响较大。2)2)噪声的表示：信噪比和噪声系数噪声的表示：信噪比和噪声系数（1 1）信噪比）信噪比特点：特点：(S/N)(S/N)信号与噪声的比值。信号与噪声的比值。 通常用功率比来表示。通常用功率比来表示。 S/N=PS/N=PS S / P / PN N可说明信号的质量好坏可说明信号的质量好坏（2 2）噪声系数）噪声系数(N(NF F)衡量接收机的好坏衡量接收机的好坏 NF1Si / NiSo / NoNF=指当网络的输入端接上一个标准信号源指当网络的输入端接上一个标准信号源时时, ,其输入端信噪比其输入端信噪比Si / Ni Si / Ni 与输出端与输出端信噪比信噪比So / NoSo / No的比值。的比值。思考题思考题1 1 无线电波是如何产生的？指出无线电波传播速度、频率和波长三者无线电波是如何产生的？指出无线电波传播速度、频率和波长三者之间的关系。之间的关系。2 2无线电波的波段是怎样划分