無線電通信 1 2 無線電信號傳輸原理課件

1.2無線電信號傳輸原理1.2.1傳輸信號的基本方法1.2.2通信系統(tǒng)簡介1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射1.2.4無線電信號的接收1.2.5信號及其頻譜1.2無線電信號傳輸原理1.2.1傳輸信號的基本方法11.2.1傳輸信號的基本方法語言和文字最原始、最基本的傳輸手段光通信遠距離通信，迅速準確電通信無線通信，有線通信Maxwell在理論上發(fā)現(xiàn)電磁場理論Hertz在實踐上證明電磁場的存在Morse有線電報Bell有線電話無線電1.2.1傳輸信號的基本方法語言和文字21.2.2通信系統(tǒng)簡介1通信系統(tǒng)原理框圖2信號源3發(fā)送設備4傳輸信道5接收設備6收信裝置（換能器）1.2.2通信系統(tǒng)簡介1通信系統(tǒng)原理框圖3信號源發(fā)送設備傳輸信道收信裝置接收設備通信系統(tǒng)原理框圖1.2.2通信系統(tǒng)簡介信號源發(fā)送設備傳輸信道收信裝置接收設備通信系統(tǒng)原理框圖1.241信號源在實際的通信電子線路中傳輸?shù)氖歉鞣N電信號。為此，需要將各種形式的信息轉變成電信號。常見的信號源有話筒攝像機各種傳感器件1.2.2通信系統(tǒng)簡介1信號源1.2.2通信系統(tǒng)簡介51.2.2通信系統(tǒng)簡介2發(fā)送設備作用將基帶信號變換成適合信道的傳輸特性的信號。1.2.2通信系統(tǒng)簡介2發(fā)送設備61.2.2通信系統(tǒng)簡介2發(fā)送設備兩大任務調制：將基帶信號轉換成適合信道傳輸特性的頻帶信號；放大：是指對調制信號和已調信號的電壓和功率放大、濾波等處理過程，以保證送入信道足夠大的已調信號功率。對基帶信號進行變換的原因由于要傳輸?shù)男畔⒎N類多樣，其對應的基帶信號特性各異，這些基帶信號往往并不適合信道的直接傳輸。1.2.2通信系統(tǒng)簡介2發(fā)送設備71.2.2通信系統(tǒng)簡介3傳輸設備（傳輸媒質）信號從發(fā)送到接收中間所經(jīng)過傳輸信道。電纜、光纜、無線電波等。不同的傳輸信道有不同的傳輸特性，根據(jù)傳輸媒質的不同，可以分為兩大類：有線通信：雙線對電纜、同軸電纜、光纖無線通信：自由空間、水1.2.2通信系統(tǒng)簡介3傳輸設備（傳輸媒質）81.2.2通信系統(tǒng)簡介（1）有線通信信道①雙絞線適用于短距離（小于100m）、1Mb/s數(shù)據(jù)率的通信環(huán)境。②同軸電纜適用于距離在幾百米、帶寬小于10MHz、碼流率小于20Mbps的通信環(huán)境。③光纖電纜衰減?。ㄐ∮?db/km）、工作頻率高、信息容量大。1.2.2通信系統(tǒng)簡介（1）有線通信信道91.2.2通信系統(tǒng)簡介（2）無線通信信道無線通信的傳輸媒質是自由空間和水。電磁波從發(fā)射天線輻射出去之后，經(jīng)過自由空間到達接收天線。根據(jù)傳播途徑可分為兩大類：地波天波1.2.2通信系統(tǒng)簡介（2）無線通信信道101.2.2通信系統(tǒng)簡介（2）無線通信信道①地波地面波：沿地面?zhèn)鞑サ臒o線電波。適用于長波和超長波?？臻g波：在發(fā)射天線與接收天線間直線傳播的無線電波,發(fā)射天線和接收天線較高，接收點的電磁波由直接波和地面反射波合成。適用于超短波。②天波1.2.2通信系統(tǒng)簡介（2）無線通信信道111.2.2通信系統(tǒng)簡介（2）無線通信信道①地波②天波經(jīng)過地面100km至500km的電離層反射傳送到接收點的電磁波。適用于短波。電離層反射的特點頻率越高，吸收能量越小，但頻率過高電波會穿透電離層。故頻率只限于中短波段300kHz-30MHz。什么是電離層？1.2.2通信系統(tǒng)簡介（2）無線通信信道什么是電離層？121.2.2通信系統(tǒng)簡介散射通信利用對流層對電波的散射進行通訊，它適用于超短波以及微波波段的通信，通信距離很遠。1.2.2通信系統(tǒng)簡介散射通信131.2.2通信系統(tǒng)簡介傳播方式的對比頻率越高，趨膚效應越嚴重，損耗也越嚴重。沿著地表傳輸?shù)牟l率不太高，波長在200米以上的波主要沿著地表傳輸，波長在10米到200米的波主要靠電離層傳輸，波長在10米以下，主要是直線傳播?？侩婋x層反射和折射的傳播方式的傳播距離最長；靠直線傳播方式傳播的距離最短；沿著地表傳播方式傳播的距離介于上面的兩者之間。1.2.2通信系統(tǒng)簡介傳播方式的對比14波段名稱波長范圍頻率范圍頻段名稱超長波10,000—100,000m30—3kHz甚低頻VLF長波1,000—10,000m300—30kHz低頻LF中波200—1,000m1500—300kHz中頻MF中短波50—200m6,000—1,500kHz中高頻IF短波10—50m30—6MHz高頻

HF米波1—10m300—30MHz甚高頻VHF分米波10—100cm3,000—300MHz超高頻UHF厘米波(微波)1—10cm30—3GHz特高頻SHF毫米波1—10mm300—30GHz極高頻EHF亞毫米波1mm以下300GHz以上超極高頻1.2.2通信系統(tǒng)簡介無線電波波段的劃分波段名稱波長范圍151.2.2通信系統(tǒng)簡介4接收設備作用接收傳送過來的信號，并進行處理，以恢復發(fā)送端的基帶信號。要求由于信號在傳輸和恢復的過程中存在著干擾和失真，接收設備要盡量減少這種失真。1.2.2通信系統(tǒng)簡介4接收設備161.2.2通信系統(tǒng)簡介5收信裝置（換能器）指接收設備輸出的電信號變換成原來形式的信號的裝置。例如還原聲音的喇叭恢復圖象的顯像管1.2.2通信系統(tǒng)簡介5收信裝置（換能器）171.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射天線和電磁波的研究表明如果天線的長度L可以和電信號的波長λ相比擬（L≈λ/4），則把電信號加到天線上，就可以電磁波的形式傳輸?shù)胶苓h的地方！基本語言的頻率范圍：300～3000Hz相應的波長為：

λ=c/f=3×108/f=106～105m1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射天線和電磁波的研究表明1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射基帶信號無線通信系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘柨梢允锹曇?、圖像、數(shù)據(jù)等，其波形復雜，有連續(xù)信號，也有離散信號，但都具有一定的頻率范圍，這種信號稱為基帶信號?；鶐盘柌豢赡苤苯影l(fā)射出去，只有利用高頻信號作為“載波”才能有效地將有用信號用電磁波的形式發(fā)射出去。高頻適合于通過天線傳輸；高頻的頻帶范圍寬，信息容量大。1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射基帶信號1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射解決的辦法產(chǎn)生高頻信號由振蕩電路輸出一個高頻信號，將其加到適當高度的天線上發(fā)射出去，這個高頻信號稱為載波，用來作為傳輸信息的運載工具。調制高頻信號用需要傳輸?shù)牡皖l信號去控制高頻的載波信號，這個過程稱為調制。1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射解決的辦法1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射無線通信系統(tǒng)中的信號調制信號（基帶信號）攜有信息的電信號。載波信號未調制的高頻振蕩信號。已調波信號經(jīng)調制后的高頻振蕩信號。1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射無線通信系統(tǒng)中的信號1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射無線電發(fā)射機方框圖1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射無線電發(fā)射機方框圖221.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射無線電發(fā)射機調制modulation用帶有信息的信號控制高頻信號的一個或幾個參數(shù)，使該參數(shù)按照電信號的規(guī)律而變化的一種處理方式。將音頻信號“裝載”到高頻振蕩中的方法有好幾種。調幅、調頻、調相等。1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射無線電發(fā)射機1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射調制①振幅調制（調幅AM）使高頻振蕩信號的幅度隨調制信號變化的調制方式。1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射調制1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射調制②頻率調制（調頻FM）使高頻振蕩信號的頻率隨調制信號變化的調制方式。1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射調制1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射調制③相位調制（調相PM）使高頻振蕩信號的相位隨調制信號變化的調制方式。1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射調制1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射調制數(shù)字信號的調制：調制信號為數(shù)字信號時，稱為鍵控，分為振幅鍵控ASK頻率鍵控FSK相位鍵控PSK有正弦調制和脈沖調制方式。1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射調制1.2.4無線電信號的接收最簡單的接收機原理框圖1.2.4無線電信號的接收最簡單的接收機原理框圖281.2.4無線電信號的接收超外差式接收機方框圖變頻器1.2.4無線電信號的接收超外差式接收機方框圖變頻器291.2.4無線電信號的接收解調從已調波中把原來的調制信號恢復出來的過程。根據(jù)調制方法不同，解調電路可分別有：檢波器鑒頻器鑒相器1.2.4無線電信號的接收解調30消息信號源放大器調制器高頻振蕩器諧振放大器或倍頻器已調波放大器發(fā)射天線接收天線高頻放大器本地振蕩器混頻器中頻放大器解調器放大器視頻顯示器揚聲器等等選擇電路發(fā)射機接收機無線電發(fā)射機和接收機原理框圖1.2.4無線電信號的接收消息放大器調制器高頻諧振放大器已調波發(fā)射接收高頻本地混頻器中311.2.5信號及其頻譜常用的信號表示方法1數(shù)學表達式法正弦波u=Asinωt階躍函數(shù)u=Aε(t)2波形表示法3頻域表示法1.2.5信號及其頻譜常用的信號表示方法321.2.5信號及其頻譜常用的信號表示方法1數(shù)學表達式法2波形表示法例如3頻域表示法At1.2.5信號及其頻譜常用的信號表示方法At331.2.5信號及其頻譜常用的信號表示方法1數(shù)學表達式法2波形表示法3頻域表示法根據(jù)傅里葉變換的基本原理，任何一個函數(shù)都可以用傅里葉級數(shù)展開。如果把信號看成一個函數(shù)，這就為我們研究信號提供了一種新的方法。通過研究信號的頻譜，我們可以突出在信號傳輸中存在的主要問題，如信號的變化規(guī)律，信號的能量分布等。1.2.5信號及其頻譜常用的信號表示方法341.2.5信號及其頻譜頻譜由于任何復雜的信號，都可分解為許多不同頻率的正弦信號之和，因此，所謂“頻譜”即是指組成信號的各正弦分量按頻率分布的情況。為了更直觀地了解信號的頻率組成和特點，我們通常采用作圖的方法來表示頻譜，即頻譜圖。1.2.5信號及其頻譜頻譜351.2.5信號及其頻譜頻譜如：下面所示的一般語音信號的頻譜示意圖可以看到語音信號的頻譜是連續(xù)的，其主要能量集中在1000Hz左右。電壓f/Hz30034001.2.5信號及其頻譜頻譜電壓f/Hz3003400361.2.5信號及其頻譜頻譜一般數(shù)字信號的頻譜圖可見，數(shù)字信號的頻譜是不連續(xù)的。

振幅f1.2.5信號及其頻譜頻譜振幅f371.2.5信號及其頻譜頻譜脈沖信號的分解1.2.5信號及其頻譜頻譜381.2.5信號及其頻譜頻譜脈沖信號的頻譜f1表示脈沖信號的基波頻率。f3、

f5、f7…分別表示三、五、七次諧波，在f軸的0點，表示直流分量，這條譜線的長度表示脈沖直流分量（即平衡值）的大小。高次諧波的譜線可以分布到很高的頻率，但其幅度已相當小。1.2.5信號及其頻譜頻譜f1表示脈沖信號的基波頻率。f3391.2無線電信號傳輸原理1.2.1傳輸信號的基本方法1.2.2通信系統(tǒng)簡介1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射1.2.4無線電信號的接收1.2.5信號及其頻譜1.2無線電信號傳輸原理1.2.1傳輸信號的基本方法401.2.1傳輸信號的基本方法語言和文字最原始、最基本的傳輸手段光通信遠距離通信，迅速準確電通信無線通信，有線通信Maxwell在理論上發(fā)現(xiàn)電磁場理論Hertz在實踐上證明電磁場的存在Morse有線電報Bell有線電話無線電1.2.1傳輸信號的基本方法語言和文字411.2.2通信系統(tǒng)簡介1通信系統(tǒng)原理框圖2信號源3發(fā)送設備4傳輸信道5接收設備6收信裝置（換能器）1.2.2通信系統(tǒng)簡介1通信系統(tǒng)原理框圖42信號源發(fā)送設備傳輸信道收信裝置接收設備通信系統(tǒng)原理框圖1.2.2通信系統(tǒng)簡介信號源發(fā)送設備傳輸信道收信裝置接收設備通信系統(tǒng)原理框圖1.2431信號源在實際的通信電子線路中傳輸?shù)氖歉鞣N電信號。為此，需要將各種形式的信息轉變成電信號。常見的信號源有話筒攝像機各種傳感器件1.2.2通信系統(tǒng)簡介1信號源1.2.2通信系統(tǒng)簡介441.2.2通信系統(tǒng)簡介2發(fā)送設備作用將基帶信號變換成適合信道的傳輸特性的信號。1.2.2通信系統(tǒng)簡介2發(fā)送設備451.2.2通信系統(tǒng)簡介2發(fā)送設備兩大任務調制：將基帶信號轉換成適合信道傳輸特性的頻帶信號；放大：是指對調制信號和已調信號的電壓和功率放大、濾波等處理過程，以保證送入信道足夠大的已調信號功率。對基帶信號進行變換的原因由于要傳輸?shù)男畔⒎N類多樣，其對應的基帶信號特性各異，這些基帶信號往往并不適合信道的直接傳輸。1.2.2通信系統(tǒng)簡介2發(fā)送設備461.2.2通信系統(tǒng)簡介3傳輸設備（傳輸媒質）信號從發(fā)送到接收中間所經(jīng)過傳輸信道。電纜、光纜、無線電波等。不同的傳輸信道有不同的傳輸特性，根據(jù)傳輸媒質的不同，可以分為兩大類：有線通信：雙線對電纜、同軸電纜、光纖無線通信：自由空間、水1.2.2通信系統(tǒng)簡介3傳輸設備（傳輸媒質）471.2.2通信系統(tǒng)簡介（1）有線通信信道①雙絞線適用于短距離（小于100m）、1Mb/s數(shù)據(jù)率的通信環(huán)境。②同軸電纜適用于距離在幾百米、帶寬小于10MHz、碼流率小于20Mbps的通信環(huán)境。③光纖電纜衰減小（小于1db/km）、工作頻率高、信息容量大。1.2.2通信系統(tǒng)簡介（1）有線通信信道481.2.2通信系統(tǒng)簡介（2）無線通信信道無線通信的傳輸媒質是自由空間和水。電磁波從發(fā)射天線輻射出去之后，經(jīng)過自由空間到達接收天線。根據(jù)傳播途徑可分為兩大類：地波天波1.2.2通信系統(tǒng)簡介（2）無線通信信道491.2.2通信系統(tǒng)簡介（2）無線通信信道①地波地面波：沿地面?zhèn)鞑サ臒o線電波。適用于長波和超長波?？臻g波：在發(fā)射天線與接收天線間直線傳播的無線電波,發(fā)射天線和接收天線較高，接收點的電磁波由直接波和地面反射波合成。適用于超短波。②天波1.2.2通信系統(tǒng)簡介（2）無線通信信道501.2.2通信系統(tǒng)簡介（2）無線通信信道①地波②天波經(jīng)過地面100km至500km的電離層反射傳送到接收點的電磁波。適用于短波。電離層反射的特點頻率越高，吸收能量越小，但頻率過高電波會穿透電離層。故頻率只限于中短波段300kHz-30MHz。什么是電離層？1.2.2通信系統(tǒng)簡介（2）無線通信信道什么是電離層？511.2.2通信系統(tǒng)簡介散射通信利用對流層對電波的散射進行通訊，它適用于超短波以及微波波段的通信，通信距離很遠。1.2.2通信系統(tǒng)簡介散射通信521.2.2通信系統(tǒng)簡介傳播方式的對比頻率越高，趨膚效應越嚴重，損耗也越嚴重。沿著地表傳輸?shù)牟l率不太高，波長在200米以上的波主要沿著地表傳輸，波長在10米到200米的波主要靠電離層傳輸，波長在10米以下，主要是直線傳播。靠電離層反射和折射的傳播方式的傳播距離最長；靠直線傳播方式傳播的距離最短；沿著地表傳播方式傳播的距離介于上面的兩者之間。1.2.2通信系統(tǒng)簡介傳播方式的對比53波段名稱波長范圍頻率范圍頻段名稱超長波10,000—100,000m30—3kHz甚低頻VLF長波1,000—10,000m300—30kHz低頻LF中波200—1,000m1500—300kHz中頻MF中短波50—200m6,000—1,500kHz中高頻IF短波10—50m30—6MHz高頻

HF米波1—10m300—30MHz甚高頻VHF分米波10—100cm3,000—300MHz超高頻UHF厘米波(微波)1—10cm30—3GHz特高頻SHF毫米波1—10mm300—30GHz極高頻EHF亞毫米波1mm以下300GHz以上超極高頻1.2.2通信系統(tǒng)簡介無線電波波段的劃分波段名稱波長范圍541.2.2通信系統(tǒng)簡介4接收設備作用接收傳送過來的信號，并進行處理，以恢復發(fā)送端的基帶信號。要求由于信號在傳輸和恢復的過程中存在著干擾和失真，接收設備要盡量減少這種失真。1.2.2通信系統(tǒng)簡介4接收設備551.2.2通信系統(tǒng)簡介5收信裝置（換能器）指接收設備輸出的電信號變換成原來形式的信號的裝置。例如還原聲音的喇叭恢復圖象的顯像管1.2.2通信系統(tǒng)簡介5收信裝置（換能器）561.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射天線和電磁波的研究表明如果天線的長度L可以和電信號的波長λ相比擬（L≈λ/4），則把電信號加到天線上，就可以電磁波的形式傳輸?shù)胶苓h的地方！基本語言的頻率范圍：300～3000Hz相應的波長為：

λ=c/f=3×108/f=106～105m1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射天線和電磁波的研究表明1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射基帶信號無線通信系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘柨梢允锹曇簟D像、數(shù)據(jù)等，其波形復雜，有連續(xù)信號，也有離散信號，但都具有一定的頻率范圍，這種信號稱為基帶信號。基帶信號不可能直接發(fā)射出去，只有利用高頻信號作為“載波”才能有效地將有用信號用電磁波的形式發(fā)射出去。高頻適合于通過天線傳輸；高頻的頻帶范圍寬，信息容量大。1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射基帶信號1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射解決的辦法產(chǎn)生高頻信號由振蕩電路輸出一個高頻信號，將其加到適當高度的天線上發(fā)射出去，這個高頻信號稱為載波，用來作為傳輸信息的運載工具。調制高頻信號用需要傳輸?shù)牡皖l信號去控制高頻的載波信號，這個過程稱為調制。1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射解決的辦法1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射無線通信系統(tǒng)中的信號調制信號（基帶信號）攜有信息的電信號。載波信號未調制的高頻振蕩信號。已調波信號經(jīng)調制后的高頻振蕩信號。1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射無線通信系統(tǒng)中的信號1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射無線電發(fā)射機方框圖1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射無線電發(fā)射機方框圖611.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射無線電發(fā)射機調制modulation用帶有信息的信號控制高頻信號的一個或幾個參數(shù)，使該參數(shù)按照電信號的規(guī)律而變化的一種處理方式。將音頻信號“裝載”到高頻振蕩中的方法有好幾種。調幅、調頻、調相等。1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射無線電發(fā)射機1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射調制①振幅調制（調幅AM）使高頻振蕩信號的幅度隨調制信號變化的調制方式。1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射調制1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射調制②頻率調制（調頻FM）使高頻振蕩信號的頻率隨調制信號變化的調制方式。1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射調制1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射調制③相位調制（調相PM）使高頻振蕩信號的相位隨調制信號變化的調制方式。1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射調制1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射調制數(shù)字信號的調制：調制信號為數(shù)字信號時，稱為鍵控，分為振幅鍵控ASK頻率鍵控FSK相位鍵控PSK有正弦調制和脈沖調制方式。1.2.3無線電信號的產(chǎn)生和發(fā)射調制1.2.4無線電信號的接收最簡單的接收機原理框圖1.2.4無線電信號的接收最簡單的接收機原理框圖671.2.4無線電信號的接收超外差式接收機方框圖變頻器1.2.4無線電信號的接收超外差式接收機方框圖變頻器681.2.4無線電信號的接收解調從已調波中把原來的調制信號恢復出來的過程。根據(jù)調制方法不同，解調電路可分別有：檢波器鑒頻器鑒相器1.2.4無線電信號的接收解調69消息信號源放大器調制器高頻振蕩器諧振放大器或倍頻器已調波放大器發(fā)射天線接收天線高頻