GMDSS通信设备与业务第二章电波传播与天线课件

GMDSS通信设备与业务第二章电波传播与天线

航海学院通信教研室2.1电波辐射和传播2.2各波段电波传播的特点2.3无线电通信的基本概念2.1电波辐射和传播途径一.电波的形成与波段划分1.电波的形成—交变电磁场的传播.2.波段划分:

λ=ν·T=ν/ƒν=ƒ·λ=C，其中C=3x108m/s波段名称波长范围:天线高度波段名称频率范围极长波>100km极低频(ELF)<3kHz超长波100~10km甚低频(VLF)3~30kHz长波10~1km低频(LF)30~300kHz中波1000~100m中频(MF)415K-4000KHZ:中近白100-150晚上250NM300~3000kHz短波100~10mHF)4000高频(4000-27500K:中远3~30MHz超短波10~1m甚高频(VHF)156-174M：近距离20-50NM(25)30~300MHz微波分米波10~1dm(1G-10G)特高频(UHF)----卫星通信SESMES---SAT:L波段-上1.6G/下1.5G300~3000MHz厘米波10~1cm超高频(SHF)CES---SAT:C波段-上6G/下4GRADAR—X:9G—3公分/S:3G—10公分3~30GHz毫米波10~1mm极高频(EHF)30~300GHz1.地波传播2.空间波传播3.电离层波(天波)3.船用通信波段

MF;HF;VHF;微波.注意：船岸间常规通信使用频道（CH:Channel)---成对频率PairedFrequency)---TX/RX----查找无线电信号书第一卷：海岸电台表MaritimeRadiostation);船岸间遇险通信/船船间常规通信：使用收发同频p42二.电波传播途径:是无线电波波段划分的主要依据电波沿地球表面传播,波长越长绕射距离越远（波长远大于障碍物尺寸，绕射能力强）.地面电性能参数随时间变化小,地形地貌稳定,地波传播可靠稳定.注意:信号频率越大，地面吸收作用越大，作用距离小1.地波传播:MF主要依靠地波传播，晚上可以通过天波和地波传播极长波\超长波\长波:λ=1km～100km,传播几千～几万km.中波(MF):

λ=100m～

1000m,传播几百km.短波(HF):

λ=10m～

100m,传播<100km.超短波\微波:

λ<10m,不能以地波形式传播.地波传输中各种波长传输特点电波在空间沿直线视距离或沿地面反射传播.收发天线架设越高,传播距离越远.注意：传播距离取决于收发设备天线的高度。1)短波及波长更长的波段:不能以空间波形式传播.

2)超短波和微波:以空间波传播.

2.空间波传播:VHF和卫星通信VHF:156M-174M卫星通信：1G-10G(最佳卫星通信波段）空间波的视距

超短波和微波:以空间波传播.

电波经电离层反射达到接收端.

1)电离层:

60~300km大气层中气体分子→太阳紫外线辐射→产生电离→正负离子和自由电子→形成电离层.高度↑→电离度↑.

3.电离层ionosphere波(天波):HF主要依

靠

2)电离层划分:

D\E\F1\F2层,在夜间D和F1层消失.电离层分布情况

3)电离层对电波的衰减:f↓→吸收↑,f↑→吸收↓.

f>

fmax

→穿透电离层；f＜

fmin

→被电离层吸收

fmin≤f天波≤fmax→天波（电离层波—中短波）

fmin——最低可用频率fmax——最高可用频率

f天波——最佳工作频率注意：白天和夏季使用较高频率，冬季和夜晚使用较低频率（是白天夏季使用频率的一半）。

●三、各波段电波传播的特点（一）中波（MF）、长波（LF）1.长波：2.中波：

以地波传播，工作稳定。白天—以地波传播，不能以天波传播，D层对MF波吸收。夜间—地波与天波并存，E层对天波反射，但存在衰落，这是由于天地波在接收点叠加造成的。

1.传播：2.特点

3).存在衰落现象：（(原因是多径传输+漫反射)

----克服衰落的方法(慢衰落）-----自动增益控制技术AGC(AutomaiticGaincontrol)_---保证输出信号平稳地波和天波，主要靠天波传播，在F层反射。1).地波传播衰减大，传播小于100km。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。（二）短波（HF）F层不稳定，不同路径天波在接收点叠加→衰落。3).存在衰落现象

4).存在盲区效应（寂静区）：天地波均不能覆盖的区域。Workingfrequency----降低----作用距离变小注意：在不产生盲区的情况下，频率越高越好!2.3无线电通信的基本概念一．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的对象，如语音、文字、图像和数据等信息。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。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）也可以是无线（如利用空间传播的电磁波）。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的电信号经过反转换，恢复出源信号。信息宿或称信宿是指语音、图像和文字等信息的归宿，它是信息的接收者。信宿可以是人或机器。利用无线电波传输信息的系统称为无线电通信系统，无线电通信充分利用了不同波段无线电波传播的特性，实现了在不同范围内的信息传递。由信息源发出的信息经电路变换得到对应的电信号通常称为基带信号，即通信系统所要传输的原始电信息。为了实现信息由发射端到接收端的传输，任何无线电通信系统都要进行调制与解调。

信号带宽:信号在频率特性（频域）上分布的范围称为信号的带宽B信号。不同性质的信号具有不同的带宽。

系统带宽:通信系统提供的传输带宽B系统应大于或等于所要传输信号的带宽,系统带宽的大小取决于该系统的调制方式和基带信号带宽的大小。

B系统>=B信号二、调制与解调Modem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调制三．信号（Signal）/Noise=S/N信噪比(SN:Serialnumber系列号）定义：特点：通信系统中传输的含有用信息的电信号称为信号。信号一般均具有较多的频率成分，即具有一定频带宽度。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。1)表示信号的方法数学表达式波形图频谱图——直观、有效2)频谱定义:3)频谱图:横坐标------纵坐标------fu指组成信号的各种正弦信号,按频率不同所存在的分布、排列情况。表示频率表示各正弦分量的幅度关系4）.信号带宽定义:正弦单音信号和脉冲信号谱线特点：FminFmaxB=Fmax-Fmin正弦单音信号只有一条谱线;脉冲信号则有无限多个谱线,占有无限大的带宽。

工程上将谱线幅度下降到基波幅度1/10以下的所有谐波分量,忽略不计。故语音通信均存在程度不同的失真。定义:5）系统带宽在不失真地传递信号的前提下,通信系统所必须拥有的足够带宽。系统带宽越大,单位时间内传输的信息量也越大。系统带宽主要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,要求系统带宽大于或等于信号的带宽。四、噪声及其表示

噪声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。1)噪声分类

按其来源噪声可分为内部噪声和外部干扰两种类型。

（1）内部噪声——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。散弹噪声是由真空电子管和半导体器件中电子发射的不均匀性引起的。

（2）外部干扰—来自接收机外的无用信号。

工业干扰天电干扰宇宙干扰电台干扰—由电气设备中电流或电压急剧变化引起。属脉冲干扰，对MF波段影响较大。—由大气层中各种电骚动引起。以雷电为主，集中影响20MHz以下波段。—来自宇宙空间各天体产生的电磁辐射。集中在30~60MHz。—来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。2)噪声的表示：信噪比和噪声系数（1）信噪比特点：(S/N)——信号与噪声的比值。通常用功率比来表示。

S/N=PS/PN可说明信号的质量好坏，但不能反映出设备对信号质量的影响。（2）噪声系数(NF)—衡量接收机的好坏

NF≥1Si/NiSo/NoNF=指当网络的输入端接上一个标准信号源时,其输入端信噪比