无线电通信系统与电磁波

无线通信系统与电磁波基本通信系统：信源传输通道信宿无线通信系统无线通信系统组成：信源（发送设备）、（传输通道）传输设备、（信宿）接收设备。信息变换器发射机电信号高频电振荡发射天线电磁波接收天线接收机变换器信息高频电振荡电信号发送设备传输设备接收设备无线通信系统发送设备：变换器（换能器）：将被发送的信息变换为电信号。如话筒将声音变为电信号；发射机：将换能器输出的电信号变为强度足够的高频电震荡。天线：将高频电振荡变成电磁波向传输媒质辐射。无线通信系统接收设备：接收天线，将空间传播到其上的电磁波转化为高频电振荡。接收机，将高频电振荡转化为电信号。变换器（换能器），将电信号转化为所传送信息。传输媒质：电磁波。无线通信系统

无线通信是利用电磁波信号在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。无线通信系统无线通信系统中使用的是波长从0.3毫米到3000米的电磁波，这个区间内的电磁波就叫做无线电波。电磁波：是能量的一种。凡是高于绝对零度（-273.15℃）的物体，都会释放电磁波。正如人们生活在空气里却看不见空气一样，除光波外，人们也看不见无处不在的电磁波。电磁波电磁波=电磁+波波是什么：波是振动在物质中传播能量的一种形式，我们常见的波有机械波（如声波、水波）、电磁波（无线电波、宇宙射线、光波）等。

电磁波波的形式：正弦波正弦波是频率成分单一的一种信号。对于一个正弦量来说，如果幅值、频率、初相位确定了，那么这个正弦量就完全确定了。幅值、频率、相位称为正弦量的三要素。正弦波可表达为：Asin(ωt+φ)，其中：A为振幅；ω为角频率（ω=2πf,f为频率）；φ为初相位（描述波前状态的量）。电磁波频率：波或交变电流电压在单位时间内完成周期性变化的次数，称为频率，单位:赫兹（Hz）。例如；交流市电的频率为50Hz；声音信号的频率范围为20Hz-20000Hz；我国所处地区中波广播发射信号的频率范围为526.5-1606.5kHz,我国调频广播发射信号的频率范围为87-108MHz。

电磁波电磁波波长：沿着波的传传播方向，，两个相邻邻的同相位位质点间的的距离叫做做“波长”。它是指波波动媒质中中，任意两两个相位差差为2π的质点之间间的距离。。在质点振振动的一个个周期内，，振动状态态传播的距距离恰是一一个波长。。波长最长的的无线电从从长波，到到中波，短短波，微波波，然后是是红外，可可见光，紫紫外，X光，直到波波长最短的的伽玛射线线电磁波波速：单位时间内内波形传播播的距离，，称波速。。通常以V表示，单位位是米/秒。声波在在空气中传传播的速度度为340m/s。真空下的的电磁波波波速为299792458m/s，近似为30万千米每秒秒，而在任任何介质中中电磁波波波速均小于于这一数值值。波速（V）与波长（（λ）和频率（（f）的关系：：f=1/TV=距离/时间=一个波的长长度/一个波的时时间=λ/T=λ·f电磁波电磁波二象象性是指电磁波波既有波动动的性质又又有粒子的的性质。光光的干涉和和衍射实验验显示光有有波动性，，光的偏振振实验进一一步显示光光具有横波波的性质。。后来麦克克斯韦的电电磁理论和和赫兹实验验表明，光光是电磁波波。另一方方面，其后后黑体辐射射、光电效效应和康普普顿效应等等实验又表表明，光具具有微粒性性。电磁波光电效应：：在高于某特特定频率的的电磁波照照射下，某某些物质内内部的电子子会被光子子激发出来来而形成电电流，即光光生电。横波的特点是是质点的振动方向与与波的传播方向相相互垂直。电磁波就是横波。横波在传播过程中中，横波凡是波传到的的地方，每个个质点都在自己的平平衡位置附近近振动。由于于波以有限的的速度向前传传播，所以后后开始振动的的质点比先开开始振动的质点在步调调上要落后一一段时间，即即存在一个位位相差。横波波的传播，在在外表上形成成一种“波浪浪起伏”，纵波是质点的振动方向与与传播方向同同轴的波。如如敲锣时，锣锣的振动方向向与波的传播播方向就是一一致的，所以以声波是纵波。亦称称“疏密波””，纵波的传传播过程是沿沿着波前进的的方向出现疏疏密不同的部部分。实质上上，纵波的传传播是由于介介质中各体元元发生压缩和和拉伸的变形形，并产生使使体元回复原原状的纵向弹弹性力而实现现的。因此纵纵波只能在拉拉伸压缩的弹弹性的介质中中传播，一般般的固体、液液体、气体都都具有拉伸和和压缩弹性，，所以它们都都能传递纵波波。干涉（interference）是两列或两两列以上的波波在空间中重重叠时发生叠加从而形成新的的波形的现象。衍射（英语：：diffraction）是指波遇到到障碍物时偏偏离原来直线线传播的物理理现象。任何物体都具具有不断辐射射、吸收、反反射电磁波的本领。辐射射出去的电磁磁波在各个波段是不同的，也也就是具有一一定的谱分布布。这种谱分分布与物体本本身的特性及及其温度有关关，因而被称称之为热辐射。直射：是无线电波在在自由空间传传播的方式。。反射：当电磁波遇到到比波长大得得多的物体时时，就会发生生反射。反射射常发生在地地球表面、建建筑物和墙壁壁表面。绕射（衍射））：波在传播时，，若被一个大大小接近于或或小于波长的的物体阻挡，，就绕过这个个物体，继续续进行。散射：就是由于介质质中存在的微微小粒子（异异质体）或者者分子对电磁磁波的作用，，使电磁波偏偏离原来的传传播方向而向向四周传播的的现象。当障障碍物小于波波长时且单位位体积内这种种障碍物数量量非常多时发发生。如粗糙糙表面、小物物体、不规则则物体树叶灯灯柱等。电磁波的传播播电磁波电磁波的传播播电磁波电磁波的传播播电磁波的传播播电磁波长波地波超远程无线电通信和导航中波地波和天波调幅无线电广播和电报通信中短波短波天波超短波近似直线传播调频无线电广播电视导航分米波微波直线传播电视雷达导航厘米波毫米波地波：沿地面传播的的无线电波叫叫地波，又叫叫表面波。电波的波长越越短，越容易易被地面吸收收，因此只有有长波和中波波能在地面传传播。地波不不受气候影响响，传播比较较稳定可靠。。但在传播过过程中，能量量被大地不断断吸收，因而而传播距离不不远。所以地地波适宜在较较小范围里的的通信和广播播业务使用。。电磁波的传播播当电波沿地面面传播时，在在地面要产生生感应电流。。由于大地不不是理想导电电体，因此感感应电流在地地面流动要消消耗能量，这这个能量是由由电磁波供给给的。这样，，电波在传播播过程中，就就有一部分能能量被大地吸吸收。电磁波的传播播影响地波传播播的因素：1、地面的导电电性能越好，，吸收越小，，则电波传播播的损耗越小小。电波在海海洋上的传播播损耗最小，，湿土和江河河湖泊上的损损耗次之，干干土和岩石上上的损耗最大大。2、电波的频率率越低，损耗耗越小。因为为地电阻与电电波频率有关关，所以频率率越高，感应应电流更趋于于表面流动，，趋肤效应使使流过电流的的有效面积减减小，损耗增增大。3、垂直极化波波较水平极化化波衰减小。。这是因为水水平极化波的的电场与地面面平行，导致致地面的感生生电流增大，，故产生较大大的衰减。当天线架设较较低，且其沿沿地面方向为为最大辐射方方向时，主要要是地波传播播。天波：经过空中电离离层的反射或或折射后返回回地面的无线线电波叫天波波。所谓电离离层，是地面面上空60～1000公里高度电离离了的大气层层包含有大量量的自由电子子和正离子。。一年四季和昼昼夜的不同时时间，电离层层都有变化，，影响电波的的反射，因此此天波传播具具有不稳定的的特点。白天天电离作用强强，中波无线线电波几乎全全部被吸收掉掉，在收音机机里难以收到到远地中波电电台播音；夜夜晚电离层对对短波吸收的的比较少，收收听到的广播播就比较多，，声音也比较较清晰。由于于电离层总处处在变化之中中，反射到地地面的电波有有强有弱，所所以用短波收收音时会出现现忽大忽小的的衰落现象。。电磁波的传播播电磁波的传播播散射波传播：：电波通过空间间大气对流层层或电离层中中介质的不均均匀性对电波波的散射作用用而传播到接接收点自由空间传播播：电波由发射天天线直接传播播到接收点。。电波的损耗耗只和传播距距离和电波频频率有关系。。电磁波的传播播视距传播：电波在直视距距离内进行的的空间传播。。在直视距离离内才能稳定定地接收信号号。直视距离离与发射天线线和接收天线线的高度有关关，并受地球球曲率和地形形的影响。d为收发两点的的距离，h1和h2分别为收发天天线的高度电离层能反射射电波，也能能吸收电波。。对频率很高高的电波吸收收的很少。短短波（即高频频）是利用电电离层反射传传播的最佳波波段，它可以以借助电离层层这面“镜子子”反射传播播；被电离层层反射到地面面后，地面又又把它反射到到电离层，然然后再被电离离层反射到地地面，这样经经过多次反射射，电磁波可可以传播10000km以上。电磁波的的传播电磁波的的产生：电磁波波是电磁磁场的一一种运动动形态，，电与磁磁可以说说是一体体两面，，电流会会产生磁磁场，变变动的磁磁场会产产生电流流。变化化的电场场和变化化的磁场场构成了了一个不不可分离离的统一一的场，，这就是是电磁场场。电磁波的的传播通过电场场、磁场场之间不不断的能能量转换换，电磁磁波得以以从半波波振子向向外传播播，电场场和磁场场的方向向与传播播方向保保持垂直直。电场电场电场振子电波传输方向磁场磁场电磁波的的传播电磁波的的传播无线电信信号的衰衰落：一般分为为快衰落与与慢衰落落两种慢衰落：：是由接收收点周围围地形地地物对信信号反射射，使得得信号电电平在几几十米范范围内有有大幅度度的变化化，若MS在没有任任何障碍碍物的环环境下移移动，则则某点信信号电平平与该点点和发射射机的距距离有关关。快衰落：：是叠加在在慢衰落落的信号号上的，，这个衰衰落的速速度很快快，每秒秒钟可达达到几十十次，除除与地形形地物有有关，还还与MS的速度和和信号的的波长有有关，并并且幅度度可达几几十个dB，信号的的变化呈呈瑞利分分布，也也叫瑞利利衰落。。电磁波的的传播阴影效应应：当有大型型建筑物物和其他他物体的的阻挡而而在传播播接收区区域上形形成半盲盲区的现现象。电波在传传播途径径上遇到到障碍物物时，总总是力图图绕过障障碍物，，再向前前传播。。超短波波的绕射射能力较较弱，在在高大建建筑物后后面会形形成所谓谓的“阴阴影区””。信号号质量受受到影响响的程度度不仅和和接收天天线距建建筑物的的距离及及建筑物物的高度度有关，，还和频频率有关关。例如如一个建建筑物的的高度为为１０米米，在距距建筑物物２０００米处接接收的信信号质量量几乎不不受影响响，但在在距建筑筑物１０００米处处，接收收信号场场强将比比无高搂搂时明显显减弱。。如果建建筑物的的高度增增加到５５０米时时，则