Chapter电波与天线PPT课件

1、Chapter 2 无线电波的传播 本章基本要求： 电波传播方式与常用船舶天线的架设、维护保养、通信频率的选取。 本章的重点是： 各波段电波传播特点第1页/共43页2.1 电波辐射与传播第2页/共43页 无线电波： 电磁波，交变电磁场向前波动。 高频交变电流通过发射天线，频率足够高，电磁场摆脱电流的束缚辐射出去。第3页/共43页 1GHz = 103MHz 1MHz = 103KHz 1KHz = 103HzfvTv/第4页/共43页无线电波段的划分无线电波段的划分 波段名称波段名称 波长范围波长范围 频率范围频率范围 频段名称频段名称 超长波超长波 10,000100,000m 303kHz

2、 甚低频甚低频VLF 长长 波波 1,00010,000m 30030kHz 低频低频LF 中中 波波 1001,000m 3000300kHz 中频中频MF 短短 波波 10100m 303MHz 高高频频HF 米米 波波 110m 30030MHz 甚高甚高频频VHF 分米波分米波 10100cm 3,00300MHz 特高频特高频UHF 厘米波厘米波(微波微波) 110cm 303GHz 超高频超高频SHF 毫米波毫米波 110mm 30030GHz 极极高频高频EHF 亚毫米波亚毫米波 1mm以下以下 300GHz以上以上 超极高超极高频频水运无线电通信频段:MF/HF/VHF/微波第

3、5页/共43页 按离开地面的高度分类： 地波 空间波 电离层波/天波第6页/共43页 定义：电波沿地球表面传播 特点：波长越长（频率越小），传播距离越远 长波/超长波/极长波：几千几万KM 中波：几百KM 短波：小于100KM 超短波/微波：很差 传播稳定可靠，还会因地理位置、季节变化而变化。 波长愈长，绕射地面障碍物的能力愈强，衰减愈小。 第7页/共43页 定义：电波经地球上空的空间，直接到达接收天线 地面无线电：大气较低层 空间无线电：卫星中继 特点： VHF以上的波段，主要靠空间波传播，还有的是经地面反射传播 传播稳定，受空气衰减小第8页/共43页 定义： 电波经电离层反射传播 特点：

4、可反射短波以下频率的电波，短波以上不能将其反射回地面第9页/共43页 形成： 太阳紫外线辐射，气体分子电离成正离子、负离子、自由电子 结构： 距地面60300KM，白天可分为D/E/F1/F2层，晚上D/F1消失只存在E/F2层，高度越高，电子浓度越大电离层第10页/共43页 图2-5 电离层结构概况第11页/共43页 电波在电离层的反射 反射:频率f越高，要求的电离层浓度越大，故要在较高的地方才能折回(下页图)。 入射角a越小，反射要求的电离层浓度越大。第12页/共43页 图示Sky wave radio pathsa第13页/共43页 图2-4 电离层双跳传播第14页/共43页电离层的变化

5、规则 昼夜、季节、地理位置不同，电离层分布也不同，要根据具体情况选择合适工作频率。 波长越长(频率越低)、电离层浓度越高，电波衰减越大。 频率愈高，穿越电离层能力较强。第15页/共43页2.2 各波段电波传播特点 中波 短波 超短波和微波第16页/共43页 白天：地波传播，由于D层的吸收不能靠天波传播 晚上：D层消失，可以靠E层反射，地波+天波传播 衰落：地波和天波的叠加（多径传播）第17页/共43页 地波：小于100KM（陆地）/150（海上） 天波：全球 电波穿过E层在F层反射，损耗主要在E层，损耗与频率有关，频率越高，损耗小；频率太高，不再被反射回地面。 最高可用频率：使电波恰好能折回地

6、面的频率 实际使用频率为最高可用频率的8090%第18页/共43页 特点： 地波传播衰减快，传播距离近 天波传播距离远，但信号不稳定 中距离通信：白天用6MHz，晚上用3MHz 远距离通信：白天用1625MHz，晚上用812MHz 存在衰落：信号到达同一接收点的途径不同及电波传播中的散射效应(多径传播/漫反射)；导致接收时的相位差不同，同相相加、反相相消；采用AGC(自动增益控制)电路.第19页/共43页 图2-7 衰落的原因第20页/共43页 存在寂静区：电波依靠地波传播的距离较近，经电离层反射到地面的第一个反射波又远远超过地波所能到达的地区，在二者间有一个环形区收不到信号（下页图示）。 为

7、克服此现象，电台要维持短/中距离通信，夜晚要选用较低频率，白天选用较高频率。 第21页/共43页第22页/共43页 图2-8 短波的寂静区第23页/共43页 不能被电离层反射，穿过电离层射向外太空； 不能靠地波传播,波长很短，地波衰减极大 。 地面通信的距离:VHF依靠收发双方的天线高度。 卫星通信:无障碍观察到卫星，船舶地球站的天线要进行设置以得到最佳的观察。 第24页/共43页2.3 无线电通信基本概念第25页/共43页2.3.1 2.3.1 通信系统示意图 调制：信息装载到高频的过程 检波/解调：高频信号中还原出原始信息信号源信号源发送设备发送设备传输信道传输信道信息宿信息宿接收装置接收

8、装置干扰干扰第26页/共43页2.3.2 调制与解调 信息能否通过天线直接辐射？ 根据电波传播及天线理论，只有在天线的有效长度为流过天线的交流电波长的1/4以上时，才有辐射电磁波的可能 以话音为例： f=300-3400Hz,波长=1000100KM要用1KM以上长度的天线来辐射，这是不现实的 即使辐射出去了，各发射台的信号频率都相同，相互叠加在一起，无法选择接收。第27页/共43页 所以，信息必须用高频运载，才能经天线辐射。 这样，f变大，波长变短，天线也较小； 不同发射台可采用不同的高频，彼此间可互不干扰。 高频: 载波、载频(频率合成器) 已调/射频信号：经过调制的高频振荡第28页/共4

9、3页无线电信号的产生与发射无线电信号的产生与发射无线电发射机方框图无线电发射机方框图 音频放大音频放大 高频振荡高频振荡 调制调制 话筒话筒 声音声音 第29页/共43页无线电信号的接收无线电信号的接收最简单的接收机原理框图最简单的接收机原理框图第30页/共43页 调制方式：连续波调制线性调制：AM/DSB/SSB非线性调制：FM/PM数字调制：ASK/FSK/PSK，QPSK脉冲数字调制脉冲模拟调制：PAM脉幅，PWM脉宽脉冲数字调制：PCM脉码/DM，CVSD，DVSD增量/DPCM差分脉码第31页/共43页2.3.3 信号与噪声第32页/共43页信号及其频谱常用的信号表示方法1.1.数学

10、表达式法 如： 正弦波 u=Asinu=Asint t 阶越函数 u=Au=A(t)(t)第33页/共43页At2.波形表达方式波形表达方式例如：例如：第34页/共43页3. 频域表示法频域表示法 根据傅立叶变换的基本原理 任何复杂的信号，都可分解为许多不同频率的正弦信号之和， “频谱” 组成信号的各正弦分量按频率分布的情况。 频谱图 用频率f f作横座标，用信号的各正弦分量的相对振幅作纵座标第35页/共43页如：下面所示的一般语音信号的频谱示意图如：下面所示的一般语音信号的频谱示意图20-20kHz20-20kHz电压f/Hz3003400第36页/共43页带宽 信号中频率分量最高频率与最小

11、频率之差。第37页/共43页噪声及其表示 放大器最主要的指标 放大倍数。 从提高通信的可靠性的角度 真正需要的指标是信噪比，即信号功率（能量）与噪声功率（能量）的比值。第38页/共43页 噪声( (干扰) )：除有用信号以外的一切不需要的信号以及各种电磁扰动的总称。第39页/共43页外部噪声（干扰） 工业干扰 是由各电气设备中发生的电流/电压急剧变化，从而形成电磁辐射，并作用于接收天线而产生的。 所以，海岸电台/接收岸台都设在远离城市的郊区 天电干扰和宇宙干扰 天电干扰来源：自然界中的雷电现象，20MHz以下 宇宙干扰来源：大气层以外的各种物理变化过程产生 的无线电辐射所引起的干扰，8MHz-1GHz第40页/共43页内部噪声 电阻的热噪声/白噪声 由于导