第2章 無線電波的傳播

1、GMDSS通信設(shè)備與業(yè)務(wù)通信設(shè)備與業(yè)務(wù)第二章第二章電波傳播與天線電波傳播與天線 通導(dǎo)教研室通導(dǎo)教研室 2.1 電波輻射和傳播電波輻射和傳播2.2 各波段電波傳播的特點各波段電波傳播的特點2.3 無線電通信的基本概念無線電通信的基本概念2.1 2.1 電波輻射和傳播途徑電波輻射和傳播途徑一一. .電波的形成與波段劃分電波的形成與波段劃分1.1.電波的形成電波的形成交變電磁場的傳播交變電磁場的傳播. .2.2.波段劃分波段劃分: : =T=/=T=/ = =C =C ，其中，其中C=3x10C=3x108 8m/sm/s頻率、周期、波長的定義 頻率（頻率（FREQUENCY）：）： 定義：電波在單

2、位時間（）內(nèi)幅值大小與方向周期性變化的次數(shù)。 符號： 單位：赫茲（Hz）千赫茲（KHz）兆赫茲（MHz） G赫茲（GHz） 換算關(guān)系：1000Hz=1KHz ；1000KHz=1MHz ；1000MHz=1GHz頻率、周期、波長的定義周期： ：電波幅值大小與方向變化一次所用的時間。 符號：T 單位：秒（s） 、 毫秒ms）、微秒（s） 換算關(guān)系：1秒（s）=1000毫秒（ms）； 1毫秒（ms）=1000微秒（s）。波長： 定義：電波在一個周期內(nèi)傳播的距離； 符號：； 單位：米（m）、 分米（dm）、厘米（cm） 、毫米（mm） 換算關(guān)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.地波傳播地波傳播2.2.空間波傳播空間波傳播3.3.電離層波電離層波( (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波段范圍波段范圍1.64MHzHF波段范圍波段范圍427.5MHzVHF波段范圍波段范圍156174MHzInmarsat系統(tǒng)工作于系統(tǒng)工作于1.51.6GHz和和46GHz二二. . 電波傳播途徑電波傳播途徑電波沿地球表面?zhèn)鞑ル姴ㄑ氐厍虮砻鎮(zhèn)鞑? ,波長越長繞射距離越遠波長越長繞射距離越遠. .地面電性能參數(shù)隨時地面電性能參數(shù)隨時間變化小間變化小, ,地形地貌穩(wěn)定地形地貌穩(wěn)定

4、, ,地波傳播可靠穩(wěn)定地波傳播可靠穩(wěn)定. .1. 1.地波傳播地波傳播: :形成條件：無形成條件：無線電波的波長線電波的波長與障礙物尺寸與障礙物尺寸相比擬時才能相比擬時才能發(fā)生繞射現(xiàn)象發(fā)生繞射現(xiàn)象極長波極長波 超長波超長波 長波長波: :=1km=1km100km,100km,傳播幾千幾萬傳播幾千幾萬km.km.中波中波(MF):(MF): =100m =100m 1000m,1000m,傳播幾百傳播幾百km.km.短波短波(HF):(HF): =10m =10m 100m,100m,傳播傳播100km.100km.超短波超短波 微波微波: : 10m,f f fmaxmax 穿透電離層；穿透

5、電離層；f f f fminmin 被電離層吸收被電離層吸收 f fminmin f f天波天波 f fmaxmax 天波（電離層波天波（電離層波中短波）中短波） f fminmin最低可用頻率最低可用頻率 f fmaxmax最高可用頻率最高可用頻率 f f天波天波最佳工作最佳工作頻率頻率 （3）太陽活動對電離層的影響 太陽黑子 當太陽上有大群黑子出現(xiàn)的時候，會出現(xiàn)磁暴現(xiàn)象使指南針會亂抖動，不能正確地指示方向；平時很善于識別方向的信鴿會迷路；無線電通訊也會受到嚴重阻礙，甚至會突然中斷一段時間，這些反常現(xiàn)象將會對飛機、輪船和人造衛(wèi)星的安全航行、還有電視傳真等等方面造成很大的威脅。 太陽黑子的爆炸

6、 黑子還會引起地球上氣候的變化。太陽耀斑 耀斑對地球空間環(huán)境造成很大影響。太陽色球?qū)又幸宦暠?，地球大氣層即刻出現(xiàn)繚繞余音。耀斑爆發(fā)時，發(fā)出大量的高能粒子到達地球軌道附近時，將會嚴重危及宇宙飛行器內(nèi)的宇航員和儀器的安全。當耀斑輻射來到地球附近時，與大氣分子發(fā)生劇烈碰撞，破壞電離層，使它失去反射無線電電波的功能。無線電通信尤其是短波通信，以及電視臺、電臺廣播，會受到干擾甚至中斷 太陽黑子和太陽耀斑是太陽活動的重要標志，活動周期為11年三、 各波段電波傳播的特點（一）中波（一）中波（MFMF）、長波（）、長波（LFLF）1.1.長波：長波：2.2.中波：中波： 以地波傳播，工作穩(wěn)定。以地波傳播，工

7、作穩(wěn)定。白天白天以地波傳播，不能以天波傳播，以地波傳播，不能以天波傳播，D層對層對MF波吸收。波吸收。夜間夜間地波與天波并存，地波與天波并存，E層對天波反射，但存在衰落，層對天波反射，但存在衰落， 中波的傳播特點中波的傳播特點波長：1 km-100m;頻率：300 - 3000kHz; 傳播特點：傳播特點： 白天靠地波白天靠地波. .因為中波穿過因為中波穿過D D層時層時, ,受到強烈的吸受到強烈的吸收。收。 夜間靠地波和天波夜間靠地波和天波. .吸收中波的吸收中波的D D層消失層消失, ,由由E E層層反射。反射。 白天傳播200海里;晚上傳播400海里。 有衰落現(xiàn)象。產(chǎn)生原因是信號的多徑傳

8、播 1.1.傳播：傳播：2.2.特點特點 3).3).存在衰落現(xiàn)象存在衰落現(xiàn)象地波和天波，主要靠天波傳播，在地波和天波，主要靠天波傳播，在F層反射。層反射。1). 1). 地波傳播衰減大，傳播小于地波傳播衰減大，傳播小于100km100km。2). 2). 天波傳播距離遠，但受電離層變化影響較大，傳播不夠穩(wěn)定。天波傳播距離遠，但受電離層變化影響較大，傳播不夠穩(wěn)定。（二）短波（二）短波（HFHF）F層不穩(wěn)定，不同路徑天波在接收點疊加層不穩(wěn)定，不同路徑天波在接收點疊加衰落。衰落。3).存在衰落現(xiàn)象 4).4).存在盲區(qū)效應(yīng)（寂靜區(qū)）：存在盲區(qū)效應(yīng)（寂靜區(qū)）：天地波均不能覆蓋的區(qū)域。（三）超短波和微

9、波的傳播特點 頻率頻率:30MHz以上以上;波長波長:10M以下。以下。 傳播特點：傳播特點： 主要靠空間波傳播。主要靠空間波傳播。 傳播距離一般僅有幾十海里傳播距離一般僅有幾十海里。天線絕對高度。天線絕對高度(距海平面距海平面的高度的高度)為幾十米時為幾十米時,VHF通信距離通信距離30-50海里。海里。2.3 無線電通信的基本概念一通信系統(tǒng)模型一通信系統(tǒng)模型 通信的目的就是傳遞信息，傳輸信息的系統(tǒng)稱為通信系統(tǒng)。在各種方式的通信的目的就是傳遞信息，傳輸信息的系統(tǒng)稱為通信系統(tǒng)。在各種方式的通信中，利用電來傳遞信息的方式應(yīng)用的最為廣泛。通信中，利用電來傳遞信息的方式應(yīng)用的最為廣泛。 信息源或稱信

10、源信息源或稱信源就是信息的來源，從信息源而來的信息都是系統(tǒng)所要傳遞就是信息的來源，從信息源而來的信息都是系統(tǒng)所要傳遞的對象，如語音、文字、圖像和數(shù)據(jù)等信息。的對象，如語音、文字、圖像和數(shù)據(jù)等信息。 發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備就是一種變換器，把從信源送來的信息變換成電信號，并對這就是一種變換器，把從信源送來的信息變換成電信號，并對這種電信號進一步轉(zhuǎn)換，使其變成適合相應(yīng)系統(tǒng)信道所能傳遞的電信號，種電信號進一步轉(zhuǎn)換，使其變成適合相應(yīng)系統(tǒng)信道所能傳遞的電信號，該電信號攜帶源信息。該電信號攜帶源信息。 信道信道是信號傳輸?shù)耐ǖ阑蚍Q傳輸?shù)拿浇?，它可以是有線（如電纜）也可是信號傳輸?shù)耐ǖ阑蚍Q傳輸?shù)拿浇?，它可以是有線（

11、如電纜）也可以是無線（如利用空間傳播的電磁波）。以是無線（如利用空間傳播的電磁波）。 接收設(shè)備接收設(shè)備相對于發(fā)射設(shè)備是一種反變換器，它的作用是將發(fā)射端傳送來相對于發(fā)射設(shè)備是一種反變換器，它的作用是將發(fā)射端傳送來的電信號經(jīng)過反轉(zhuǎn)換，恢復(fù)出源信號。的電信號經(jīng)過反轉(zhuǎn)換，恢復(fù)出源信號。 信息宿或稱信宿信息宿或稱信宿是指語音、圖像和文字等信息的歸宿，它是信息的接收是指語音、圖像和文字等信息的歸宿，它是信息的接收者。信宿可以是人或機器。者。信宿可以是人或機器。無線電傳輸信息類型 1.模擬信息：信息的狀態(tài)隨時間連續(xù)變化 特點：抗干擾能力差，難做到保密通信，設(shè)備組成簡單 在GMDSS中，MF/HF/VHF無線

12、電話通信系統(tǒng)屬于模擬通信系統(tǒng) 2.數(shù)字信息：信息的狀態(tài)不隨時間變化 特點：抗干擾能力和檢糾錯能力強，通信質(zhì)量高 在GMDSS中，NBDP、DSC系統(tǒng)以及Inmarsat-B/C/F等通信系統(tǒng)二、調(diào)制與解調(diào)調(diào)制：無線通信系統(tǒng)在發(fā)射端將基帶信號搬移到所需 較高頻率范圍的過程。 調(diào)制后的信號適合以電磁波形式向外輻射， 形成已調(diào)射頻波，到達接收端。解調(diào)：通信系統(tǒng)的接收端從收到的射頻信號中恢復(fù)發(fā) 射端所傳輸信號的過程。 解調(diào)的過程是調(diào)制的逆過程模擬信息的AM、FM、PM、SSB調(diào)制數(shù)字信息的ASK、FSK、PSK調(diào)制 調(diào)幅 AM 如SSB 模擬通信系統(tǒng) 調(diào)頻 FM 調(diào)相 PM 移幅鍵控 ASK 如莫爾斯

13、電報 數(shù)字通信系統(tǒng) 移頻鍵控 FSK 如NBDP/DSC 移相鍵控 PSK 如INMARSAT三信號三信號 （SignalSignal）定義：定義：特點：特點：通信系統(tǒng)中傳輸?shù)暮杏眯畔⒌碾娦盘柗Q為通信系統(tǒng)中傳輸?shù)暮杏眯畔⒌碾娦盘柗Q為信號。信號。信號一般均具有較多的頻率成分，即具有一定頻帶寬度。信號一般均具有較多的頻率成分，即具有一定頻帶寬度。不同性質(zhì)的信號具有不同的帶寬不同性質(zhì)的信號具有不同的帶寬。通信系統(tǒng)提供的傳輸帶寬應(yīng)大于或等于所要傳輸信號的帶寬通信系統(tǒng)提供的傳輸帶寬應(yīng)大于或等于所要傳輸信號的帶寬 。1)1)表示信號的方法表示信號的方法數(shù)學(xué)表達式數(shù)學(xué)表達式波形圖波形圖頻譜圖頻譜圖直觀、

14、有效直觀、有效 2)2)頻譜定義頻譜定義: :3)3)頻譜圖頻譜圖: :橫坐標橫坐標-縱坐標縱坐標-fu指組成信號的各種正弦信號指組成信號的各種正弦信號, ,按頻率不同按頻率不同所存在的分布、排列情況。所存在的分布、排列情況。表示頻率表示頻率表示各正弦分量的幅度關(guān)系表示各正弦分量的幅度關(guān)系4 4）. .信號帶寬信號帶寬定義定義: :正弦單音信號和脈沖信號譜線特點：正弦單音信號和脈沖信號譜線特點：FminFmaxB= Fmax- Fmin正弦單音信號正弦單音信號只有一條譜線只有一條譜線; ;脈沖信號脈沖信號則有無限多個譜線則有無限多個譜線, ,占有無限大的帶寬。占有無限大的帶寬。 工程上將譜線幅

15、度下降到基波幅度工程上將譜線幅度下降到基波幅度1/101/10以下的所有以下的所有諧波分量諧波分量, ,忽略不計。故語音通信均存在程度不同的忽略不計。故語音通信均存在程度不同的失真。失真。定義定義: :5 5）系統(tǒng)帶寬）系統(tǒng)帶寬在不失真地傳遞信號的前提下在不失真地傳遞信號的前提下, ,通信系統(tǒng)所必通信系統(tǒng)所必須擁有的足夠帶寬。須擁有的足夠帶寬。系統(tǒng)帶寬越大系統(tǒng)帶寬越大, ,單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘恳苍酱蟆挝粫r間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘恳苍酱?。系統(tǒng)系統(tǒng)帶寬主要帶寬主要取決于調(diào)制方式和調(diào)制信號的帶寬。取決于調(diào)制方式和調(diào)制信號的帶寬。在通信中要保證信號盡可能不失真在通信中要保證信號盡可能不失真, ,要求要求系

16、統(tǒng)帶寬大系統(tǒng)帶寬大于或等于信號的帶寬于或等于信號的帶寬。四、噪聲及其表示四、噪聲及其表示 噪聲噪聲是指在接收機輸出終端上呈現(xiàn)的任何我們所不需要是指在接收機輸出終端上呈現(xiàn)的任何我們所不需要的無用信號。的無用信號。1)1)噪聲分類噪聲分類 按其來源噪聲可分為按其來源噪聲可分為內(nèi)部噪聲和外部干擾內(nèi)部噪聲和外部干擾兩種類型。兩種類型。 （1 1）內(nèi)部噪聲）內(nèi)部噪聲由機內(nèi)的元器件產(chǎn)生的無用信號，主要由機內(nèi)的元器件產(chǎn)生的無用信號，主要取決于高放的性能。有熱噪聲和散彈噪聲兩種。取決于高放的性能。有熱噪聲和散彈噪聲兩種。 散彈噪聲散彈噪聲是由真空電子管和半導(dǎo)體器件中電子發(fā)射的是由真空電子管和半導(dǎo)體器件中電子發(fā)

17、射的不均勻性引起的。不均勻性引起的。 （2 2）外部干擾）外部干擾來自接收機外的無用信號。來自接收機外的無用信號。 工業(yè)干擾工業(yè)干擾天電干擾天電干擾宇宙干擾宇宙干擾電臺干擾電臺干擾由電氣設(shè)備中電流或電壓急劇變化引起。屬脈由電氣設(shè)備中電流或電壓急劇變化引起。屬脈沖干擾，對沖干擾，對MFMF波段影響較大。波段影響較大。由大氣層中各種電騷動引起。以雷電為主，由大氣層中各種電騷動引起。以雷電為主，集中影響集中影響20MHz20MHz以下波段。以下波段。來自宇宙空間各天體產(chǎn)生的電磁輻射。集中在來自宇宙空間各天體產(chǎn)生的電磁輻射。集中在3060MHz3060MHz。來自其他無線電發(fā)射臺。因短波波段電臺多，來

18、自其他無線電發(fā)射臺。因短波波段電臺多，信道擁擠，故影響較大。信道擁擠，故影響較大。2)2)噪聲的表示：信噪比和噪聲系數(shù)噪聲的表示：信噪比和噪聲系數(shù)（1 1）信噪比）信噪比特點：特點：(S/N)(S/N)信號與噪聲的比值。信號與噪聲的比值。 通常用功率比來表示。通常用功率比來表示。 S/N=PS/N=PS S / P / PN N可說明信號的質(zhì)量好壞可說明信號的質(zhì)量好壞（2 2）噪聲系數(shù)）噪聲系數(shù)(N(NF F)衡量接收機的好壞衡量接收機的好壞 NF1Si / NiSo / NoNF=指當網(wǎng)絡(luò)的輸入端接上一個標準信號源指當網(wǎng)絡(luò)的輸入端接上一個標準信號源時時, ,其輸入端信噪比其輸入端信噪比Si / Ni Si / Ni 與輸出端與輸出端信噪比信噪比So / NoSo / No的比值。的比值。思考題思考題1 1 無線電波是如何產(chǎn)生的？指出無線電波傳播速度、頻率和波長三者無線電波是如何產(chǎn)生的？指出無線電波傳播速度、頻率和波長三者之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。2 2無線電波的波段是怎樣劃分