1、丿 cf字母字母 频率范围频率范围/GHZ名称名称 L13L波段 S2.54S波段 C3.57.5C波段 X612.5X波段 K12.540K波段 Q3350Q波段表表4.1-14.1-1微波频段的划分微波频段的划分 对于微波频段还有一种国际上公认的字母表示方法rhtf212 2传输线的分布参数和等效电路传输线的分布参数和等效电路rdLRln0rdCrln03 3）分布电阻）分布电阻R R和分布漏电导和分布漏电导G G(1)1)特性阻抗特性阻抗ZcZc WW电容电感221122C ULI3 3传输线的特性阻抗和电磁波在线上的传播速度传输线的特性阻抗和电磁波在线上的传播速度 CULZIC例题例题
2、1 1：某传输线上的分布电容某传输线上的分布电容C=28pF/mC=28pF/m，分布，分布电感电感L=1.6L=1.6H/m,H/m,问它的特性阻抗为多大？问它的特性阻抗为多大？解：解：1vL C 4.3.24.3.2均匀无损耗传输线传输的特点和应用均匀无损耗传输线传输的特点和应用1传输线的长度和传输信号的频率对信号传输传输线的长度和传输信号的频率对信号传输的影响的影响下面通过实验的方法对传输线的传输特点进下面通过实验的方法对传输线的传输特点进行研究。行研究。首先对传输线实验设备作一个说明：在实验首先对传输线实验设备作一个说明：在实验中，采用一个中，采用一个100 m长的传输线模拟器完成实长
3、的传输线模拟器完成实验实验器的分布电容验实验器的分布电容C=75 pF/m，分布电感，分布电感L=0.4H/m，分布电阻，分布电阻R=0.25/m。因此，。因此，该实验器的特性阻抗该实验器的特性阻抗Z73。实验一实验一按图所示的实验电路进行连接。按图所示的实验电路进行连接。将高频信号产生器的输出信号频率将高频信号产生器的输出信号频率f f 调整为调整为1.8 MHz1.8 MHz，电压的峰一峰值，电压的峰一峰值UppUpp调整为调整为8V8V；将将RL=68RL=68的电阻接入电路中，分别测量的电阻接入电路中，分别测量Upp1Upp1、Upp2Upp2、Upp3Upp3、Upp4Upp4和和U
4、pp5Upp5的峰的峰-峰值电峰值电压，并填入下表压，并填入下表测量点测量点Upp1Upp2Upp3Upp4Upp5电压峰峰值电压峰峰值f=1.8MHz3.93.43.232.8电压峰峰值电压峰峰值f=2MHz3.93.43.12.82.6 再将高频信号产生再将高频信号产生器的输出信号频率器的输出信号频率f f调整为调整为2 MHz2 MHz，电压，电压的峰的峰-峰值峰值UppUpp调整为调整为8 V8 V，重新测量上述，重新测量上述各点的峰一峰电压，各点的峰一峰电压，填入下表，并用描点填入下表，并用描点法画出曲线图，如图法画出曲线图，如图所示。所示。信号电压随传输线的长度增加而衰减的现象，主
5、要是信号电压随传输线的长度增加而衰减的现象，主要是由传输线的由传输线的分布电阻分布电阻引起的。这种损耗可以通过引起的。这种损耗可以通过放大放大器器加以解决加以解决。2 2传输线上的行波状态和驻波状态传输线上的行波状态和驻波状态实验二实验二:将（实验一）在将（实验一）在f f=1.8 MHz=1.8 MHz时测出的数值时测出的数值填入下表，并将信号产生器的频率填入下表，并将信号产生器的频率f调回调回1.8 1.8 MHzMHz，峰，峰-峰电压为峰电压为UppUpp8 V8 V。用短路桥替换用短路桥替换RLRL6868，此时，此时RL=0RL=0，即传输，即传输线的终端短路，然后分别测量线的终端短
6、路，然后分别测量Upp1Upp1、Upp2Upp2、Upp3Upp3、Upp4Upp4、Upp5Upp5的峰的峰-峰值电压，填入下表。峰值电压，填入下表。拆下短路桥，此时拆下短路桥，此时RLRL，即传输线的终端开，即传输线的终端开路，然后分别测量路，然后分别测量Upp1Upp1、Upp2Upp2、Upp3Upp3、Upp4Upp4、Upp5Upp5的峰的峰-峰值电压，填入下表。峰值电压，填入下表。信号频信号频率率终端终端负负载载Upp10mUpp225mUpp350mUpp475mUpp5100mf=1.8MHz683.83.63.232.8025.214.805.61.65.40.65.2（
7、1)1)行波状态行波状态 从图可以看出，当从图可以看出，当R RL L=68=68时，由于传输线的时，由于传输线的特性阻抗特性阻抗Zc=73 Zc=73，负载与传输线的特性阻，负载与传输线的特性阻抗基本上达到了匹配状态，因此，线上测出的抗基本上达到了匹配状态，因此，线上测出的各点峰各点峰-峰值电压基本相同。由于传输线上有峰值电压基本相同。由于传输线上有分布电阻存在分布电阻存在,沿线上的电压峰沿线上的电压峰-峰值略有下降。峰值略有下降。可以得出下列结论：可以得出下列结论：当负载当负载R RL L=Zc=Zc时，传输线上时，传输线上只有入射波，而没只有入射波，而没有反射波有反射波。高频信号呈波浪式
8、地向终端传播，。高频信号呈波浪式地向终端传播，并且电能全部传输到负载上，这种状态称为并且电能全部传输到负载上，这种状态称为行行波状态波状态。在行波状态，传输线上各点的电压和电流的相在行波状态，传输线上各点的电压和电流的相位相同，如果我们想把信号源的高频电能全部位相同，如果我们想把信号源的高频电能全部传输到负载上，就应该将传输到负载上，就应该将终端负载终端负载R RL L的值调整的值调整到与传输线的特性阻抗到与传输线的特性阻抗ZcZc的值相等的值相等。(2(2）驻波状态）驻波状态1)1)终端短路终端短路 当当R RL L=0=0时，传输线的终端被短路。入射波能时，传输线的终端被短路。入射波能量没
9、有消耗在终端负载上，而是通过终端向始量没有消耗在终端负载上，而是通过终端向始端方向反射。入射波电压和反射波电压在传输端方向反射。入射波电压和反射波电压在传输线上进行叠加。波腹、波节的位置是固定不变线上进行叠加。波腹、波节的位置是固定不变的的,形成驻波。形成驻波。2)2)终端开路终端开路 当当R RL L=时，传输线的终端开路。入射波能量时，传输线的终端开路。入射波能量同样没有被消耗，向始端方向反射，入射波电同样没有被消耗，向始端方向反射，入射波电压和反射波电压也要在传输线上进行叠加，形压和反射波电压也要在传输线上进行叠加，形成波腹和波节成波腹和波节,即为即为驻波驻波。无论是传输线的终端短路，还
10、是终端开路，无论是传输线的终端短路，还是终端开路，传输线上的电压和电流分布都呈现出位置固传输线上的电压和电流分布都呈现出位置固定不变的波腹和波节的分布情况。可以得出定不变的波腹和波节的分布情况。可以得出如下结论：如下结论：在终端短路或开路时，传输线上的电压波和电在终端短路或开路时，传输线上的电压波和电流波不随时间的推移沿传输线向前流波不随时间的推移沿传输线向前“行进行进”，而是而是“驻留驻留”在传输线上波动，这种现象称在传输线上波动，这种现象称为为“驻波驻波”。在驻波状态，传输线上的电压波与电流波的在驻波状态，传输线上的电压波与电流波的相相位差是位差是9090o o。往)34(3(3）驻波状态
11、的特点）驻波状态的特点2 2）终端开路的特点）终端开路的特点电流的相位超前于电电流的相位超前于电压压9090度度。的开路线相当于的开路线相当于串联谐振，其阻抗为串联谐振，其阻抗为零。小于零。小于 的开路的开路线相当于电容。线相当于电容。1)终端短路的特点终端短路的特点电压的相位超前于电电压的相位超前于电流流9090度度。的短路线相当于的短路线相当于并联谐振，其阻抗为并联谐振，其阻抗为无穷大；小于无穷大；小于 的短的短路线相当于电感。路线相当于电感。444 传输信号源的能量必须采用行波状态。rfrfuuuuminmaxUUVSWRR RL L=Z=ZC C行波行波(驻波驻波比比=1)=1)只有入
12、射波，只有入射波，没有反射波没有反射波高频信号全部高频信号全部传输到负载上传输到负载上R RL L=0=0驻波驻波(驻波驻波比比=)=)反射波等于入反射波等于入射波射波高频信号未传高频信号未传输到负载上输到负载上R RL L=R RL L Z ZC C复合波复合波(驻驻波比波比 1)1)入射波大于反入射波大于反射波射波高频信号部分高频信号部分传输到负载上传输到负载上电容与电感构成并联电容与电感构成并联谐振电路。当谐振电路。当A A、B B两两端在传输线上滑动时，端在传输线上滑动时，回路的谐振频率也随回路的谐振频率也随之变化，完成调谐功之变化，完成调谐功能。能。(1)(1)传输线构成调谐回路传输
13、线构成调谐回路均匀无耗传输线构成均匀无耗传输线构成的调谐回路的调谐回路 在波长较短的无线电设备中，其谐振电路常由传在波长较短的无线电设备中，其谐振电路常由传输线构成。图中所示为由开路线和短路线并联组成的输线构成。图中所示为由开路线和短路线并联组成的谐振电路。开路线的长度为谐振电路。开路线的长度为l l1 1,短路线的长度为短路线的长度为l l2 2，只要满足只要满足l l1 1+l+l2 2=/4(=/4(是信号波长），就可以组成谐是信号波长），就可以组成谐振电路。因为振电路。因为l l1 1是小于是小于/4/4的开路线，它相当于电容；的开路线，它相当于电容；而而l l2 2是小于是小于/4/
14、4的短路线，它相当于电感。的短路线，它相当于电感。(2(2）传输线构成滤波器）传输线构成滤波器 利用传输线的谐振特性还可以做成多种滤波器。利用传输线的谐振特性还可以做成多种滤波器。图图4.3-12(a4.3-12(a）所示为带通滤波器的原理图。）所示为带通滤波器的原理图。对于通带内的中心频率对于通带内的中心频率f0f0米说，并联的短路线米说，并联的短路线相当于井联谐振电路，而两个串联的开路线相相当于井联谐振电路，而两个串联的开路线相当于串联谐振电路。其等效电路如图当于串联谐振电路。其等效电路如图4.3-124.3-12（b b）所示。）所示。图图4.3-12 4.3-12 谐振线构成的带通滤波
15、器。谐振线构成的带通滤波器。另外，由于路线相当于另外，由于路线相当于并联谐振电路，其输入并联谐振电路，其输入阻抗为无穷大，因此，阻抗为无穷大，因此，可以用它作为金属绝缘可以用它作为金属绝缘支架，如图支架，如图4.3-134.3-13所所示。由于它输入阻抗很示。由于它输入阻抗很高，对线上电压、电流高，对线上电压、电流的分布几乎没有影响，的分布几乎没有影响，这时如果用一般绝缘介这时如果用一般绝缘介质做绝缘，将有较大的质做绝缘，将有较大的功率损耗，而用粤短路功率损耗，而用粤短路线则几乎不消耗功率。线则几乎不消耗功率。(3)(3)延迟线与仿真线延迟线与仿真线 传输线上分布电感与分布电容的存在，使得电磁
16、传输线上分布电感与分布电容的存在，使得电磁能只能以一定的速度在线上传播，因而可以利用能只能以一定的速度在线上传播，因而可以利用传输线来作为延迟线，例如无线电高度表检查仪传输线来作为延迟线，例如无线电高度表检查仪中的延迟电缆。中的延迟电缆。传输线的分布参量传输线的分布参量L,L,C C很小，延迟时间极很小，延迟时间极短。因此，在实际应短。因此，在实际应用中，往往利用集中用中，往往利用集中参数元件来代替传输参数元件来代替传输线，称为仿真线，其线，称为仿真线，其电路及其电路符号如电路及其电路符号如图图4.3-144.3-14所示。所示。4.3.3 4.3.3 波导波导*当工作频率达到几千兆赫或更高时
17、，传输当工作频率达到几千兆赫或更高时，传输低频信号用的平行双线和同轴线的损耗显低频信号用的平行双线和同轴线的损耗显著增大，是无法正常传输电磁能量的，只著增大，是无法正常传输电磁能量的，只能用波导来传输。能用波导来传输。与传输线相似的是，波导除了用作能量传与传输线相似的是，波导除了用作能量传输的器件外，还可以作为谐振腔等器件。输的器件外，还可以作为谐振腔等器件。1 波导的形成与种类波导的形成与种类(1)从传输线到波导从传输线到波导图4-3-15 矩形波导 波导是可以传输电磁能量的。虽然同轴传输线也是封闭的，但它的内导体的表面积有限，当频率达到几千兆赫时，电阻损耗是很大的，并且所能传输的电磁能量的
18、功率受到限制，所以无法在微波波段应用。由于电磁波是封闭在波导内部传播的，所以波导具有损耗小、功率容量大、结构坚固、架设方便等优点。(2)2)波导可传输的电磁波波导可传输的电磁波(3)(3)波导的种类波导的种类波导的形状，以矩形截面波导为主应用最为普遍，其次是圆形波导。2.2.电磁波在波导中的传播与分布电磁波在波导中的传播与分布(1)(1)导体对电波的反射与边界条件导体对电波的反射与边界条件金属表面附近不再存在平行的电场而只存在垂直的电场。另一方面，金属表面又只可能存在平行的磁场而不可能存在垂直的磁场。(3).(3).波导中电磁场的分布波导中电磁场的分布 电磁波在波导中反射叠加，使波的结构具有明
19、显的特点。图中画出了某一瞬间合成波的分布图。电场的分布规律 电场是垂直于波导宽壁的，但电场中间密，两边稀，在靠近窄壁处电场等于零，即没有平行于窄壁的电场，这是符合边界条件的。磁场的分布规律 磁场为封闭的环形曲线，所构成的平面与波导壁相平行，也符合边界条件。磁场始终是与电场相垂直的。TE10(4)横电波与横磁波横电波与横磁波 在图中所示的电磁场中，电场始终是与传播方向垂直的，而磁场则既有与传播方向相垂直的分量，又有与传播方向相平行的分量，这样的电磁波称为横电波，记为TEmn。这里下标m表示电磁场沿宽边分布的半波数，n表示沿窄边分布的半波数。在图中（a）中，电场沿宽边为半波分布，所以m为1；沿窄波
20、没有变化，所以n为0。因此，这种波称为TE10波 TE10波是矩形波导中最简单也是最常用的一种波型。4.常用波导器件与谐振腔一、阻流接头一、阻流接头阻流接头是两节波导之间的连接装置，俗称为法兰盘。它的作用是在连接导体并不直接接触的情况下，保证两节波导之间电气上的良好接触。(3)(3)定向耦合器定向耦合器 定向耦合器用以从传输能量的主波导中耦合很小一部分能量到副波导中去，以输往测量仪器或实现其他目的。定向耦合器必须保证只有在主波导中的能量按一定的方向传输(例如由发射机输往天线)时，才把能量耦合到副波导中去。而当能量传输方向相反时(由天线输往接收机时)没有能量输往副波导一端的测量仪器，因此称为定向
21、耦合器。由于能量的扩散和媒质的吸收，电磁波在传播由于能量的扩散和媒质的吸收，电磁波在传播过程中，能量将逐渐减小，场强逐渐减弱。如过程中，能量将逐渐减小，场强逐渐减弱。如电磁波在真空中传播时，随着波阵面的增大，电磁波在真空中传播时，随着波阵面的增大，将造成能量的扩散；在媒质中传播时，由于媒将造成能量的扩散；在媒质中传播时，由于媒质中带电粒子在交变电场的作用下同其他粒子质中带电粒子在交变电场的作用下同其他粒子相互碰撞发热而吸收电磁能等。媒质对电磁波相互碰撞发热而吸收电磁能等。媒质对电磁波吸收的多少，与媒质的电性质和电磁波的频率吸收的多少，与媒质的电性质和电磁波的频率有关。通常媒质的导电性越好，电磁
22、波频率越有关。通常媒质的导电性越好，电磁波频率越高，则吸收越多；反之，则吸收少。高，则吸收越多；反之，则吸收少。此外，电磁波只能在绝缘体中传播而不能穿过此外，电磁波只能在绝缘体中传播而不能穿过导体。因为导体内部不可能存在交变电场和交导体。因为导体内部不可能存在交变电场和交变磁场，所以，电磁波不能在导体中存在，当变磁场，所以，电磁波不能在导体中存在，当电磁波射向导体时将全部被反射。电磁波射向导体时将全部被反射。无线电波的传播方式可分为。当电磁波沿地面传播时，地面在电磁波电磁场当电磁波沿地面传播时，地面在电磁波电磁场的作用下会产生感应电流。由于地面是不良导的作用下会产生感应电流。由于地面是不良导体
23、，所以感应电流的流动会使电磁波损耗一部体，所以感应电流的流动会使电磁波损耗一部分能量，即地面吸收了电磁波的部分能量。分能量，即地面吸收了电磁波的部分能量。地面的导电系数越小，地面损耗越大；另一方地面的导电系数越小，地面损耗越大；另一方面，电磁波频率越高，损耗也越大。因此，若面，电磁波频率越高，损耗也越大。因此，若利用地面来传播电磁波，则电磁波的频率应尽利用地面来传播电磁波，则电磁波的频率应尽量低。海水的导电系数比陆地大，所以电磁波量低。海水的导电系数比陆地大，所以电磁波沿海面可以传播较远的距离。沿海面可以传播较远的距离。地波（表面波）的最佳辐射波是垂直极化波，地波（表面波）的最佳辐射波是垂直极
24、化波，使用频率一般低于使用频率一般低于2 MHz2 MHz。大气外层中的气体分子在阳光中的紫外线照射大气外层中的气体分子在阳光中的紫外线照射下，将电离成自由电子和正离子而形成电离化下，将电离成自由电子和正离子而形成电离化大气层，称之为电离层。白天时分为大气层，称之为电离层。白天时分为D,F,F1D,F,F1和和F1F1四层，黑夜四层，黑夜D,ED,E层消失，层消失，F1F1，和，和F2F2合并合并为为F F层。层。由于电离层中含有较多由于电离层中含有较多的电子和正离子，所以的电子和正离子，所以具有一定的导电性，对具有一定的导电性，对电磁波传播会产生较为电磁波传播会产生较为明显的影响。明显的影响
25、。由于不同高度上大气的由于不同高度上大气的成分小同。受阳光照射成分小同。受阳光照射的程度不同，所以电离的程度不同，所以电离层中的电子密度是不均层中的电子密度是不均匀的，且该密度随时间、匀的，且该密度随时间、季节及太阳黑子的活动季节及太阳黑子的活动向变化。向变化。电磁波进入电离层后，由于电离层的电电磁波进入电离层后，由于电离层的电子密度是不均匀的，因而引起电磁波的子密度是不均匀的，因而引起电磁波的折射、连续折射的结果可能使电磁波回折射、连续折射的结果可能使电磁波回地面，也可能使电磁波穿透电离而进入地面，也可能使电磁波穿透电离而进入外层空间。电离层对电磁波折射的程度外层空间。电离层对电磁波折射的程
26、度与电滋波频率、电离层的电子密度及入与电滋波频率、电离层的电子密度及入射角有关。一般讲，频率越高，越不易射角有关。一般讲，频率越高，越不易折射。甚高频及频率更高的电磁波几乎折射。甚高频及频率更高的电磁波几乎可以直接穿过电离层而进人宇宙空间。可以直接穿过电离层而进人宇宙空间。电子密度越大，电磁波越易折射回地面；电子密度越大，电磁波越易折射回地面；入射角越大，电磁波也越易折射回地面。入射角越大，电磁波也越易折射回地面。电离层密度越大，电离层对电磁波的衰减越大。因电离层密度越大，电离层对电磁波的衰减越大。因此，依靠电离层的折射而传播的短波白天衰减较大。此，依靠电离层的折射而传播的短波白天衰减较大。电
27、磁波频率越高，具有一定惯性的电子振动的振幅电磁波频率越高，具有一定惯性的电子振动的振幅反而较小，所以吸收作用也越小。反而较小，所以吸收作用也越小。(4)(4)电磁波传播的特点电磁波传播的特点超长波和长波超长波和长波（VLF,LFVLF,LF频段）：绕射能力很频段）：绕射能力很强，地面的吸收很小，所以地波传播距离远；强，地面的吸收很小，所以地波传播距离远；同时，长波和超长波可以有效地被电离层反射，同时，长波和超长波可以有效地被电离层反射，电离层的吸收也很小。利用电离层和地面对电电离层的吸收也很小。利用电离层和地面对电波的多次反射，可使电波传播到很远的地方。波的多次反射，可使电波传播到很远的地方。
28、因此，超长波和长波的传播方式以表面波和天因此，超长波和长波的传播方式以表面波和天波为主。它们传播稳定，传播距离远。波为主。它们传播稳定，传播距离远。中波中波（MFMF频段）：白天电离层对中波吸收较大，频段）：白天电离层对中波吸收较大，因此，白天中波不能用来有效地传播信号。夜因此，白天中波不能用来有效地传播信号。夜间中波的天波可以比地波传播得更远。中波以间中波的天波可以比地波传播得更远。中波以地波传播方式为主。地波传播方式为主。短波短波(HF(HF频段）：以天波传播方式为主。受电频段）：以天波传播方式为主。受电离层变化的影响特别明显，会严重影响电磁波离层变化的影响特别明显，会严重影响电磁波传播的
29、稳定性和通信系统的可靠性。传播的稳定性和通信系统的可靠性。另外，短波的传播有时会出现静区。另外，短波的传播有时会出现静区。超短波超短波(VFIF(VFIF频段）：它的频率很高，只能以频段）：它的频率很高，只能以空间波方式传播。空间波方式传播。超短波受天线干扰较小，直线传播方式的保密超短波受天线干扰较小，直线传播方式的保密性也较好。甚高频通信与甚高频导航的信号就性也较好。甚高频通信与甚高频导航的信号就是以直达波的方式在地面设备与机载设备之间是以直达波的方式在地面设备与机载设备之间传播的。传播的。从高频传输线的知识中我们知道，从高频传输线的知识中我们知道，/4/4的开路的开路线相当于串联谐振，其阻
30、抗为零，它本身不消线相当于串联谐振，其阻抗为零，它本身不消耗能量，最利于电磁波的辐射。可见，张角为耗能量，最利于电磁波的辐射。可见，张角为180180的的/4/4开路线能最有效地向外辐射电磁波。开路线能最有效地向外辐射电磁波。因此，我们把张角为因此，我们把张角为180180的的/4/4开路线作为天开路线作为天线或组成天线的基本单元，它是辐射电磁能量线或组成天线的基本单元，它是辐射电磁能量的装置，用于辐射或接收电磁能量。的装置，用于辐射或接收电磁能量。如果把上述关于辐射分析中的传输线长度定为，如果把上述关于辐射分析中的传输线长度定为，那么一对张开的导线就是构成了最基本的天线那么一对张开的导线就是
31、构成了最基本的天线单元。实际上，天线向外辐射的基本原理与电单元。实际上，天线向外辐射的基本原理与电波辐射的过程一样，其更形象的辐射图形如图波辐射的过程一样，其更形象的辐射图形如图4.4-174.4-17所示。所示。11 1天线的接收天线的接收 天线接收电磁波，实际上是辐射的逆过程。辐射天线接收电磁波，实际上是辐射的逆过程。辐射电场在一与其平行的天线导体感应出高频电流；电场在一与其平行的天线导体感应出高频电流；辐射磁场在与其垂直的天线导体上感应出高频电辐射磁场在与其垂直的天线导体上感应出高频电流，天线上感应出的高频电流被接收电路接收。流，天线上感应出的高频电流被接收电路接收。发射天线和接收天线的
32、外形尺寸完全相同。发射发射天线和接收天线的外形尺寸完全相同。发射时完成的是电压和电流源向电场和磁场的转化过时完成的是电压和电流源向电场和磁场的转化过程，接收时完成的是电场和磁场向电压和电流的程，接收时完成的是电场和磁场向电压和电流的转化过程。转化过程。发射天线和接收发射天线和接收天线的摆放方向天线的摆放方向应该在同一极化应该在同一极化方向上，这样接方向上，这样接收信号最强。收信号最强。2 2天线的辐射方向图天线的辐射方向图 由于电磁波是无色、无味的物质，人的眼睛看由于电磁波是无色、无味的物质，人的眼睛看不到，因此，为了更好地分析其传播特点，我不到，因此，为了更好地分析其传播特点，我们需要借助于
33、方向图。们需要借助于方向图。如果测量天线周围各点的辐射电平就会知道，如果测量天线周围各点的辐射电平就会知道，每一点的辐射电平都是不一样的。通过测量并每一点的辐射电平都是不一样的。通过测量并加以整理就可以找到天线周围电场的分布情况，加以整理就可以找到天线周围电场的分布情况，我们把这种分布情况称为天线的辐射方向图。我们把这种分布情况称为天线的辐射方向图。在天线的种类中，将对各种不同类型的方向性在天线的种类中，将对各种不同类型的方向性图作更进步的讨论。图作更进步的讨论。3 3天线的种类天线的种类 半波振子天线一般是水平安装，而离开天线的电半波振子天线一般是水平安装，而离开天线的电力线是与天线平行的，
34、所以它向外辐射的是水平力线是与天线平行的，所以它向外辐射的是水平极化波。极化波。用通过天线的用通过天线的平面切割图平面切割图4.4-20(a)4.4-20(a)，就可以得到与就可以得到与天线平行平面天线平行平面内的辐射图形，内的辐射图形，它是一个它是一个“8”8”字形的图形，字形的图形，如图如图4.4-20(b)4.4-20(b)所示。所示。其最大辐射点在其最大辐射点在0 0度和度和180180度的方向上，而天线度的方向上，而天线的终端实际上不存在辐射，也就是说的终端实际上不存在辐射，也就是说9090度和度和270270度的方向上是辐射最小点。可见，半波振子天度的方向上是辐射最小点。可见，半波
35、振子天线在与天线平行平面内的辐射是具有方向性的。线在与天线平行平面内的辐射是具有方向性的。用垂直于天线的平面，并通过馈源点切割图用垂直于天线的平面，并通过馈源点切割图4.4-4.4-20(a)20(a)，就可以得到与天线垂直平面内的辐射图，就可以得到与天线垂直平面内的辐射图形，它是一个圆形，在垂直于天线的平面内其辐形，它是一个圆形，在垂直于天线的平面内其辐射强度相同。可见，半波振子天线在与天线垂直射强度相同。可见，半波振子天线在与天线垂直平面内的辐射是全向的、无方向性的。平面内的辐射是全向的、无方向性的。引向天线是一种常用的米波和分米波天引向天线是一种常用的米波和分米波天线，它具有结构简单、方
36、向性好、频带线，它具有结构简单、方向性好、频带宽等特点宽等特点,电视室外接收天线几乎都是引电视室外接收天线几乎都是引向天线。安装于跑道的航向向天线。安装于跑道的航向/下滑天线和下滑天线和指点信标的地面台人线就是由引向天线指点信标的地面台人线就是由引向天线阵构成的。阵构成的。引向天线通常由有源半波振子天线再附引向天线通常由有源半波振子天线再附加反射器和引向器构成。有源半波振子加反射器和引向器构成。有源半波振子天线作为驱动单元天线作为驱动单元 4 4天线的参数天线的参数(1)(1)天线的增益（天线的增益（G G）天线增益：天线在主要辐射方向上的有功功率天线增益：天线在主要辐射方向上的有功功率PFP
37、F与半波振子天线主要辐射方向上的有功功率与半波振子天线主要辐射方向上的有功功率PDPD之比的对数之比的对数（2 2）波瓣张角）波瓣张角在水平或垂直辐射方向上，辐射场强沿波瓣的在水平或垂直辐射方向上，辐射场强沿波瓣的走向逐渐下降，在下降到走向逐渐下降，在下降到70.7%70.7%（两个平功率点）（两个平功率点）的两个点与天线中心的连线之间的夹角的两个点与天线中心的连线之间的夹角称为称为波瓣张角波瓣张角（3 3）前后比）前后比 主辐射方向上的功率主辐射方向上的功率P PF F（或电压（或电压UFUF）与反方向）与反方向上的功率上的功率PrPr（或电压（或电压UrUr）之比的对数）之比的对数。4.5
38、4.5无线电发射机无线电发射机 将要传递的信息通过无线电的方法发射出去，将要传递的信息通过无线电的方法发射出去，这一任务由无线电发射机完成。无线电发射机这一任务由无线电发射机完成。无线电发射机由载波产生器、调制器、功率放大器、话筒、由载波产生器、调制器、功率放大器、话筒、低频放大器和发射天线等组成。低频放大器和发射天线等组成。2-41 1幅度调制幅度调制 用低频信号控制载波的振幅，使载波振幅随低用低频信号控制载波的振幅，使载波振幅随低频信号的瞬时值变化，这种调制称为振幅调制，频信号的瞬时值变化，这种调制称为振幅调制，简称调幅，用简称调幅，用AMAM表示。经过调幅的高频信号称表示。经过调幅的高频
39、信号称为调幅信号。为调幅信号。假设低频信号表示式为：假设低频信号表示式为：而未调制的载波信号表示式为：而未调制的载波信号表示式为：调幅信号瞬时值为：调幅信号瞬时值为：式中：式中：m m为调幅系数，其计算公式：为调幅系数，其计算公式：利用调幅波形也可以计利用调幅波形也可以计算调幅系数，公式：算调幅系数，公式：当当m=0m=0时，时，Umin=UmaxUmin=Umax，没有信，没有信号调制。当号调制。当m=1m=1时，时，Umin=0Umin=0，调制信号，调制信号的幅度的幅度UmUm与载波与载波信号的幅度信号的幅度UcmUcm相同。相同。如果如果UU幅度大于幅度大于UcUc幅度，即幅度，即:m
40、1,:m1,这种这种调幅称为过调幅。调幅称为过调幅。它将引起信号失真。它将引起信号失真。调制度一般最大为调制度一般最大为80%80%，中等约为，中等约为30%30%。（1)1)调幅信号频谱的特点调幅信号频谱的特点 用单一频率的正弦波对载波进行调幅时，调幅信用单一频率的正弦波对载波进行调幅时，调幅信号中包含有三个不同频率的正弦分量，其中频率号中包含有三个不同频率的正弦分量，其中频率为为f0的是载频分量，频率为（的是载频分量，频率为（fc-F）和（）和（fc+F）的）的信号分量称为下边频和上边频。信号分量称为下边频和上边频。带宽带宽F2BW 如果低频信号不是如果低频信号不是单一的正弦波，将单一的正
41、弦波，将在载波两侧形成一在载波两侧形成一对边带。调幅信号对边带。调幅信号的频谱就是由载波的频谱就是由载波和上、下边带组成和上、下边带组成的。因此，调幅信的。因此，调幅信号的带宽等于低频号的带宽等于低频信号所包含的最高信号所包含的最高频率的两倍。频率的两倍。即即maxF2BW(2)(2)调幅信号的功率分配调幅信号的功率分配 载波功率：载波功率：边频功率：边频功率：调幅波在调制信号一个周期内输出的平均调幅波在调制信号一个周期内输出的平均总功率为：总功率为：即使调幅指数为最大（即使调幅指数为最大（m=1)时，调幅波中时，调幅波中所包含有用信息的上、下边频功率之和也所包含有用信息的上、下边频功率之和也
42、只占总输出功率的只占总输出功率的1/3，而不包含信息的，而不包含信息的载波功率却占了总输出功率的载波功率却占了总输出功率的2/3。(3)(3)单边带调制单边带调制 只发射包含有用信息的上、下边带，即形成抑只发射包含有用信息的上、下边带，即形成抑制载波（制载波（Amplitude Modulation-Suppressed Amplitude Modulation-Suppressed CarrierCarrier）的双边带调幅，用）的双边带调幅，用DSB(doubleSide DSB(doubleSide BandBand）表示。）表示。只发射一单个边频，这种方法称为单边带调幅，只发射一单个边
43、频，这种方法称为单边带调幅，用用SSB(Single Side Band)SSB(Single Side Band)表示。表示。根据上述分析可画出两种调幅信号的波形根据上述分析可画出两种调幅信号的波形和频谱，如图和频谱，如图单边带调制方式的主要优点是：单边带调制方式的主要优点是：提高了频带的利用率。提高了频带的利用率。节省功率。节省功率。减小由选择性衰落引起的信号失真。减小由选择性衰落引起的信号失真。单边带调制方式有以下缺点：单边带调制方式有以下缺点：收、发两端的载频要求严格同步。收、发两端的载频要求严格同步。边带滤波技术要求严格。边带滤波技术要求严格。对收发设备的线性度要求高。对收发设备的线
44、性度要求高。(4(4）高低电平调幅）高低电平调幅1)1)高电平调幅高电平调幅 高电平调幅通常在工作于丙类的功率放大级中进高电平调幅通常在工作于丙类的功率放大级中进行，所需要的调制功率较大。行，所需要的调制功率较大。常用的电路有集电极调幅和基极调幅两种常用的电路有集电极调幅和基极调幅两种 2)2)低电平调幅电路低电平调幅电路 在发射机的低电平级调幅所需的调制功率较在发射机的低电平级调幅所需的调制功率较小。实现低电平调幅的主要方法有平方律调幅、小。实现低电平调幅的主要方法有平方律调幅、模拟乘积调幅和斩波调幅等。模拟乘积调幅和斩波调幅等。平方律调幅是利用晶体管或场效应管等的非平方律调幅是利用晶体管或
45、场效应管等的非线性特性实现的。适当选择工作点，使晶体怜等线性特性实现的。适当选择工作点，使晶体怜等工作在甲类非线性状态，并使信号变化范围限制工作在甲类非线性状态，并使信号变化范围限制在特性曲线平方律区域内，即可实现对载波振幅在特性曲线平方律区域内，即可实现对载波振幅的调制，如图的调制，如图4.5-84.5-8所示。所示。采用平方律调幅时，由于器件工作于甲类状态，采用平方律调幅时，由于器件工作于甲类状态，所以效率不高。平方律调幅是常用的低电平调幅所以效率不高。平方律调幅是常用的低电平调幅方法。方法。2 2频率调制频率调制（1)1)调频信号及其频谱调频信号及其频谱 用低频信号控制（调制）载波的频率
46、，使载用低频信号控制（调制）载波的频率，使载波频率随低频信号的瞬时值变化，这种调制波频率随低频信号的瞬时值变化，这种调制称为频率调制，简称调频）经调频的高频信称为频率调制，简称调频）经调频的高频信号称为调频信号。号称为调频信号。低频信号表达式为：低频信号表达式为：载波表达式为：载波表达式为：调频信号的角频率随时间变化的规律，其数学表调频信号的角频率随时间变化的规律，其数学表达式可以表示为：达式可以表示为：调频信号的相位随时间变化的规律可以用下式表调频信号的相位随时间变化的规律可以用下式表示：示：因此，调频信号的表达式为：因此，调频信号的表达式为：图中所画出的是以单一正弦波调制时，调频信号图中所
47、画出的是以单一正弦波调制时，调频信号的频谱。的频谱。调频信号频谱的特点是：第一，即使低频信号是调频信号频谱的特点是：第一，即使低频信号是单一的正弦波，调频信号的频谱中所包含的边频单一的正弦波，调频信号的频谱中所包含的边频分量也不是一对，而是无限多对；第二频谱中不分量也不是一对，而是无限多对；第二频谱中不仅各边频分量的振幅随调频指数而变化，载频分仅各边频分量的振幅随调频指数而变化，载频分量的振幅也随调频指数而变化。量的振幅也随调频指数而变化。虽然调频信号频谱中有无限多对边频分量，它虽然调频信号频谱中有无限多对边频分量，它们所占的频带也无限宽，但实际传递调频信号们所占的频带也无限宽，但实际传递调频
48、信号时，可以将边频分量中振幅小于未调制载波振时，可以将边频分量中振幅小于未调制载波振幅幅1010的边频分量略去。图的边频分量略去。图4.5-114.5-11中的曲线表中的曲线表示了在不同调频指数的情况下，各对边频的振示了在不同调频指数的情况下，各对边频的振幅幅AnAn与未调制时载波振幅与未调制时载波振幅AcAc的比值。的比值。由图中可以看出，当边频的对数由图中可以看出，当边频的对数n n大于大于(mf+1)时，比值时，比值小于小于0.10.1，所以大于，所以大于(mf+1)的各个边频分量可以略去。的各个边频分量可以略去。因此，已知调频指数时，调频信号的带宽因此，已知调频指数时，调频信号的带宽W
49、 W可以由下式可以由下式求出：求出：W=2(mf+1)F当当mf111时：时：W2 mf Ff Ff4.5.24.5.2高频功率放大器高频功率放大器 高频功率放大器一般采用高频功率放大器一般采用LCLC振荡回路作负载，因振荡回路作负载，因为它具有选频和阻抗变换功能，可使放大器得到为它具有选频和阻抗变换功能，可使放大器得到最佳的匹配阻抗，从而获得大的功率增益，并通最佳的匹配阻抗，从而获得大的功率增益，并通过回路的滤波作用，使信号波形的失真得到改善。过回路的滤波作用，使信号波形的失真得到改善。高频功率放大器可选择在丙类（或丁类）等非线高频功率放大器可选择在丙类（或丁类）等非线性工作状态。丙类放大器
50、的集电极功耗小、效率性工作状态。丙类放大器的集电极功耗小、效率高，所以高频功率放大器通常选择丙类工作作状高，所以高频功率放大器通常选择丙类工作作状态。因为它的工作范围已延伸至截止饱和区（即态。因为它的工作范围已延伸至截止饱和区（即非线性区非线性区 )，故此种放大器也称为，故此种放大器也称为“非线性谐振非线性谐振放大器放大器”。1 1高频功率放大器组成原理高频功率放大器组成原理 高频功率放大器一般由晶体管、谐振回路和直流高频功率放大器一般由晶体管、谐振回路和直流供电电路组成供电电路组成 2高频功率放大器的负载特性随负载的变化，放大器的工作伏态也随之改变如随负载的变化，放大器的工作伏态也随之改变如
