1、3无处不在的无线通信设备无处不在的无线通信设备 第一章绪论第一章绪论无线电传送信号为什么要采用高频无线电传送信号为什么要采用高频?无线电传播一般要用高频无线电传播一般要用高频(射频射频)才适合于天线辐射和才适合于天线辐射和无线传播，无线传播，原因是：原因是：减小天线的尺寸减小天线的尺寸只有当天线的尺寸大到可以与信号波长相比拟时，信号才具有只有当天线的尺寸大到可以与信号波长相比拟时，信号才具有较高的辐射效率。较高的辐射效率。举例：音频信号频率范例举例：音频信号频率范例 20Hz20KHz，若发射，若发射100Hz的音频的音频 信号，波长信号，波长kmfc30001001038需减小波长，提高发射
2、频率。需减小波长，提高发射频率。选台选台 将不同电台发送的信息分配到不同频率的载波信号上，使接收将不同电台发送的信息分配到不同频率的载波信号上，使接收机可选择特定电台的信息而抑制其他电台发送的信息和各种干扰。机可选择特定电台的信息而抑制其他电台发送的信息和各种干扰。什么叫超外差式接收机什么叫超外差式接收机 混频器输出端获得的载频是本振频率和高频已调混频器输出端获得的载频是本振频率和高频已调信号两者频率之差。信号两者频率之差。为什么要使用混频器为什么要使用混频器 如果接收机直接将高频信号放大，对于不同的频率，如果接收机直接将高频信号放大，对于不同的频率，接收机的灵敏度（接收弱信号的能力）和选择性
3、（区接收机的灵敏度（接收弱信号的能力）和选择性（区别不同信号的能力）会发生较大变化。而使用混频器别不同信号的能力）会发生较大变化。而使用混频器得到的中频信号的频率固定，因此中频信号的选择和得到的中频信号的频率固定，因此中频信号的选择和增益与接收的频率无关。增益与接收的频率无关。1、沿地表面传播的、沿地表面传播的地波地波特点：因为地表面的导电特性比较稳定，所以电波沿地面的传特点：因为地表面的导电特性比较稳定，所以电波沿地面的传 播比较稳定，遇障碍物绕射能力强，传输距离比较远。播比较稳定，遇障碍物绕射能力强，传输距离比较远。应用：应用：导航导航 1.5MHz以下的电磁波主要沿地表传播以下的电磁波主
4、要沿地表传播,称为称为地波地波,如图所示如图所示:2、靠电离层的折射和反射进行传播、靠电离层的折射和反射进行传播特点：短波通信天线尺寸特点：短波通信天线尺寸 小，所需发射功率低，成本低，但小，所需发射功率低，成本低，但 因电离层状态随时间而变化，所以电波的传播不稳定。因电离层状态随时间而变化，所以电波的传播不稳定。应用：远距离无线广播、电话通信及中距离小型移动电台应用：远距离无线广播、电话通信及中距离小型移动电台电离层电离层1.530MHz的电磁波，主要靠天空中电离层的折射和反射传播，称为天波，如图所示:3、沿空间直线传播、沿空间直线传播特点：传播距离只限制在视线范围内，所以传播距离是有限的，
5、特点：传播距离只限制在视线范围内，所以传播距离是有限的，但可以通过架空天线、中继或卫星等方式扩大传播距离。但可以通过架空天线、中继或卫星等方式扩大传播距离。应用：中继通信、调频、广播电视以及雷达、导航系统中应用：中继通信、调频、广播电视以及雷达、导航系统中30MHz以上的电磁波主要沿空间直线传播，称为空间波，如图所示：频率的分配频率的分配 在同一地区、同一时段用相同或相近频率的无线电通信设备在同一地区、同一时段用相同或相近频率的无线电通信设备工作时必然相互干扰，因此载线电频率需要仔细规划，管理并工作时必然相互干扰，因此载线电频率需要仔细规划，管理并加以利用。加以利用。1、将频率根据不同的业务进
6、行分配，比如：、将频率根据不同的业务进行分配，比如：调频广播：调频广播：87.5MHz108MHzGSM频段频段:900MHz/1800MHz/1900MHz2、无线电总的频谱范围有限，力求压缩每个无线设备的带、无线电总的频谱范围有限，力求压缩每个无线设备的带 宽，宽，减小信道间的间隔和干扰，提高频谱利用率。减小信道间的间隔和干扰，提高频谱利用率。比如：在无线网络规划中，信道分配的问题可分为两类：比如：在无线网络规划中，信道分配的问题可分为两类：应用问题解释应用问题解释 为什么夜间收听效果好于白天？为什么夜间收听效果好于白天？因为白天电离作用强因为白天电离作用强电离层对信号的吸电离层对信号的吸
7、收作用强收作用强 人造卫星采用那个波段和地面联系？人造卫星采用那个波段和地面联系？中长波和短波均被电离层反射而无法穿过电中长波和短波均被电离层反射而无法穿过电离层，所以只能依靠超短波段离层，所以只能依靠超短波段 我国第一颗人造卫星的我国第一颗人造卫星的f=20.009MHz（15米）来传送米）来传送东方红东方红乐曲和遥测的信号。乐曲和遥测的信号。天天 线线天线是一个能量转换器：天线是一个能量转换器：发射天线：高频电能发射天线：高频电能电磁波能电磁波能接收天线：电磁波能接收天线：电磁波能高频电能高频电能天线的重要参数和特性：天线的重要参数和特性：方向性系数方向性系数天线增益天线增益输入阻抗输入阻
8、抗天线效率天线效率天线电波是一种能量传输形式天线电波是一种能量传输形式,在传播过程中电场和磁在传播过程中电场和磁场在空间是相互垂直的场在空间是相互垂直的,同时二者又都垂直于传播方向。同时二者又都垂直于传播方向。导线载有交变电流时就可以形成电磁波的辐射，其辐射的能力导线载有交变电流时就可以形成电磁波的辐射，其辐射的能力与导线的长短和形状有关。与导线的长短和形状有关。当导线的长度增大到可以与波长相比拟时，导线上的电流就大当导线的长度增大到可以与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为通常将上述能产生显著辐射的
9、直导线称为振子振子。两臂长度相等的振子叫对称振子。两臂长度相等的振子叫对称振子。每臂长度为每臂长度为1/4波长，全长为波长，全长为1/2波长的振子叫半波振子。波长的振子叫半波振子。天线的方向性：指天线向一定方向辐射电磁波的能力。天线的方向性：指天线向一定方向辐射电磁波的能力。对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向传来的电波具有对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向传来的电波具有的接收能力。的接收能力。天线的方向性的特性曲线通常用方向图来表示。如图天线的方向性的特性曲线通常用方向图来表示。如图 方向性系数是用来表示天线向某个方向集中辐电磁波程度的方向性系数是用来表示天线向某个方向集中辐电
10、磁波程度的一个参数。为了确定定向天线的方向性系数，通常以理想的非定一个参数。为了确定定向天线的方向性系数，通常以理想的非定向天线作为比较的标准。向天线作为比较的标准。理想的非定向天线：各方向均匀辐射的理想点源天线，这种理想的非定向天线：各方向均匀辐射的理想点源天线，这种天线向各个方向的辐射是均匀的。天线向各个方向的辐射是均匀的。25 任一定向天线的方向性系数是指在接收点产生相等电场强度的任一定向天线的方向性系数是指在接收点产生相等电场强度的条件下，非定向天线的总辐射功率对该定向天线的总辐射功率之比。条件下，非定向天线的总辐射功率对该定向天线的总辐射功率之比。天线和馈线的连接端，即馈电点两端感应
11、的信号电压与信号电天线和馈线的连接端，即馈电点两端感应的信号电压与信号电流之比称为天线的输入阻抗。流之比称为天线的输入阻抗。输入阻抗有电阻分量和电抗分量，即：输入阻抗有电阻分量和电抗分量，即：Zin=Rin+jXin，电，电抗分量会减少从天线进入馈线的有效信号的功率，因此必须使抗分量会减少从天线进入馈线的有效信号的功率，因此必须使电抗尽可能为零，使天线的输入阻抗为纯电阻。电抗尽可能为零，使天线的输入阻抗为纯电阻。输入阻抗与天线的结构和工作波长有关，基本半波振子的输输入阻抗与天线的结构和工作波长有关，基本半波振子的输入阻抗为：入阻抗为：(73.1+j42.5)欧姆。欧姆。天线的效率天线的效率是指
12、天线辐射出去的功率（即有效的转换电磁波部是指天线辐射出去的功率（即有效的转换电磁波部分的功率）和输入到天线的总功率之比。恒小于分的功率）和输入到天线的总功率之比。恒小于1 增益增益是指天线辐射或接近电波大小的表现，它是方向系数与天是指天线辐射或接近电波大小的表现，它是方向系数与天线效率和乘积。线效率和乘积。增益大小的选择取决于系统设计对电波覆盖区域的要求，即增益大小的选择取决于系统设计对电波覆盖区域的要求，即在同等条件下，增益越高，电波传播的距离越远，一般基地台天在同等条件下，增益越高，电波传播的距离越远，一般基地台天线采用高增益天线，移动台天线采用低增益天线。线采用高增益天线，移动台天线采用
13、低增益天线。无线通信常用天线：无线通信常用天线：1、全向天线、全向天线 在水平面上，辐射与接收无最大方向的天线称全向天线。在水平面上，辐射与接收无最大方向的天线称全向天线。即水平方向图基本为圆形。不过在垂直方向图上，可以看到辐即水平方向图基本为圆形。不过在垂直方向图上，可以看到辐射能量是集中的，因此可以获得天线增益。射能量是集中的，因此可以获得天线增益。全向天线一般由半波振子排列的直线阵组成。全向天线一般由半波振子排列的直线阵组成。振子单元数每增振子单元数每增加一倍，（即长加一倍，（即长度增加一倍），度增加一倍），增益增加增益增加3dB全向天线由于无全向天线由于无方向性方向性,所以多用所以多用
14、在点对多点通信在点对多点通信的中心台站的中心台站.2、定向天线、定向天线 这类天线的水平和垂直方向图是非均匀的，它经常用在扇形这类天线的水平和垂直方向图是非均匀的，它经常用在扇形小区，也称为扇区天线。小区，也称为扇区天线。定向天线一般由直线天线阵加上反射板构成，或直接采用定向天线一般由直线天线阵加上反射板构成，或直接采用方向天线（如八木天线）。方向天线（如八木天线）。3、特殊天线、特殊天线有于特殊用途，如室内覆盖，隧道覆盖。典型例子是泄漏同轴有于特殊用途，如室内覆盖，隧道覆盖。典型例子是泄漏同轴电缆。电缆。泄漏电缆在其外导体上沿上长度方向周期性地开有一定形状泄漏电缆在其外导体上沿上长度方向周期性地开有一定形状的槽孔。电缆内部传输的部分高频电磁能可以由槽孔以电磁的槽孔。电缆内部传输的部分高频电磁能可以由槽孔以电磁波的形式向外辐射，同时可以通过槽孔接收外部的电磁波，波的形式向外辐射，同时可以通过槽孔接收外部的电磁波，泄漏同轴电缆兼有传输线和收发天线的功能。泄漏同轴电缆兼有传输线和收发天线的功能。
