无线电波波段的划分和无线电波的传播 141 无线电波波段的划分课件.ppt

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1、1.1　通信系统的组成及原理1.2　无线电发送设备的组成及其基本原理1.3　无线电接收设备的组成及其基本原理1.4　无线电波波段的划分和无线电波的传播小结习题本章要点·通信系统的组成及原理·无线电发送、接收设备的组成及其基本原理·无线电波波段的划分本章难点·无线电发送设备的构成及原理分析·无线电接收设备的构成及原理分析1.1　通信系统的组成及原理无线电的发明起源于电磁学的发展。19世纪60年代，麦克斯韦总结库仑、安培、法拉第等人的研究工作之后，提出了电磁波的概念。1887年，赫兹成功地在导线中激起高频电流，在导线周围测出电磁场，验证了电

2、磁场的存在。1896年3月，苏联物理学家波波夫在莫斯科首次进行世界上第一次无线电电报的发射和接收试验。1901年，意大利科学家马可尼首次完成了横渡大西洋的无线电通信。此后无线电电子技术获得迅速发展，其应用领域也不断扩大，但是到现在信息传输和处理仍是其主要的应用领域。用电信号（或光信号）传输信息的系统称为通信系统。其基本组成如图1-1所示，它由信号源、发送设备、传输信道、接收设备和终端装置组成。图1-1　通信系统的组成信号源就是信息的来源，它有不同的形式，如语言、音乐、文字、图像、电码等。发送设备将要传输的信号转换为对应的电信号(称为基带信号)

3、，再进行处理并以足够的功率送入传输信道，以实现信号的有效传输。传输信道是信号传输的通道，又称传输媒介，常有无线信道和有线信道。无线信道常用自由空间，有线信道常用电缆、光导纤维等。接收设备把传输信道传过来的已调信号取出并进行处理，还原出基带信号。终端装置把基带信号转换为原来的信号。总之，经过一个完整的通信系统，最终完成信号的传输。通信系统有多种，常分为有线通信系统和无线通信系统；模拟通信系统和数字通信系统。无线电广播系统是无线通信系统的典型应用之一，我们以无线电调幅广播为例，简要说明发送设备、接收设备的组成与基本原理。1.2　无线电发送设备

4、的组成及其基本原理无线电调幅广播发射机的构成框图如图1-2所示，主要由载波信号产生电路、调制信号产生电路、振幅调制电路及发射天线等组成。图1-2　调幅广播发射机的构成框图1)载波信号产生电路载波信号产生电路主要由高频振荡器(又称主振器)、高频放大器及倍频器组成，其基本功能是产生高频大功率的正弦波信号。通常，主振器是由石英晶体振荡器构成，优点是能产生波形好、频率极其稳定的正弦波信号；缺点是振荡频率不高，利用高频放大器及倍频器，进行倍频及放大，得到频率较高的高频正弦波(即载波)。在一些特殊电子系统，载波也采用其他一些波形，如三角波、方波等。

5、2)调制信号产生电路调制信号产生电路由话筒和低频放大器组成。话筒的功能是将声音转换成微弱的音频电信号，再经低频放大器，产生振幅调制电路要求的调制信号。3)振幅调制电路振幅调制电路的基本功能是将调制信号对高频载波进行振幅调制，输出大功率的调幅波信号。(1)振幅调制基本原理。振幅调制通常称为调幅，其原理图如图1-3所示。图1-3　调幅原理图设输入调幅电路载波信号数学表达式为uc(t)=Ucmcosωct其中，Ucm为载波振幅；ωc为载波角频率。通常，调制信号是一个复杂的信号，但为分析问题方便，常用单一频率余弦信号为例，进行讨论。调制信号的

6、数学表达式为uΩ(t)=UΩmcosΩt。根据调幅定义，uΩ(t)对uc(t)进行调幅后，输出调幅波的一般表达式为(1-1)其中，Ka为与调幅电路有关的系数；为调幅系数，通常小于1;Ucm(1+macosΩt)为调幅波的瞬时振幅。可见uAM(t)的瞬时振幅随uΩ(t)的大小而变化。利用三角函数变换，将(1-1)式展开，得(1-2)可见，单一频率调幅波由三个频率成分的信号叠加而成，即载频、上边频、下边频三个频率分量，其频谱如图1-4所示。图1-4　调制信号、载波及调幅波的频谱由图1-4可见，调幅过程的实质就是将调制信号uΩ(t)的频谱搬移到

7、载频两侧的过程。复杂调制信号的调幅过程也是如此。(2)采用调制发射的原因。在无线电通信系统中，电信号是通过无线以电磁波的形式向空间辐射传输的。目前，几乎所有的无线电发射机都采用调制发射方式，即把调制信号(代表要传输的信息)调制在高频载波上，然后由天线辐射出去。那么，为什么要采用调制发射呢？采用调制发射方式的原因是多方面的，但至少在以下两方面是最基本的。其一是与无线电波有效辐射的条件有关，其二是为了满足“多路复用”的需要。由电磁场理论知，只有当天线的尺寸与被辐射信号的波长相比拟时(波长l的1/10～1)，信号才能被有效地辐射出去。对于频率f为2

8、0Hz～20kHz的音频信号，由l=C/f知(C为光速，C=3×108*m/s)，相应的波长l为15000～15km，若采用l/4天线，则天线长度至