無線電通信系統(tǒng)與電磁波-文檔資料

1、無線通信系統(tǒng)與電磁波1 基本通信系統(tǒng)：基本通信系統(tǒng)：信源信源傳輸通道傳輸通道信宿信宿無線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)2 無線通信系統(tǒng)組成無線通信系統(tǒng)組成：信源（發(fā)送設(shè)備）、（傳輸：信源（發(fā)送設(shè)備）、（傳輸通道）傳輸設(shè)備、（信宿）接收設(shè)備。通道）傳輸設(shè)備、（信宿）接收設(shè)備。信息信息變換器變換器發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)電信號(hào)電信號(hào)高頻電振蕩高頻電振蕩發(fā)射天線發(fā)射天線電磁波電磁波接收天線接收天線接收機(jī)接收機(jī)變換器變換器信息信息高頻電振蕩高頻電振蕩電信號(hào)電信號(hào)發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備傳輸設(shè)備傳輸設(shè)備接收設(shè)備接收設(shè)備無線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)3 發(fā)送設(shè)備：發(fā)送設(shè)備：1.1. 變換器（換能器）：將被發(fā)送的信息變換變換器（換能器）：將被

2、發(fā)送的信息變換為電信號(hào)。如話筒將聲音變?yōu)殡娦盘?hào)；為電信號(hào)。如話筒將聲音變?yōu)殡娦盘?hào)；2.2. 發(fā)射機(jī)：將換能器輸出的電信號(hào)變?yōu)閺?qiáng)度發(fā)射機(jī)：將換能器輸出的電信號(hào)變?yōu)閺?qiáng)度足夠的高頻電震蕩。足夠的高頻電震蕩。3.3. 天線：將高頻電振蕩變成電磁波向傳輸媒天線：將高頻電振蕩變成電磁波向傳輸媒質(zhì)輻射。質(zhì)輻射。無線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)4 接收設(shè)備：接收設(shè)備：1.1. 接收天線，將空間傳播到其上的電磁波轉(zhuǎn)化接收天線，將空間傳播到其上的電磁波轉(zhuǎn)化為高頻電振蕩。為高頻電振蕩。2.2. 接收機(jī)，將高頻電振蕩轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。接收機(jī)，將高頻電振蕩轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。3.3. 變換器（換能器），將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為所傳送變換器（換能器

3、），將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為所傳送信息。信息。 傳輸媒質(zhì)：傳輸媒質(zhì)：電磁波。電磁波。無線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)5 無無線通線通信是信是利用利用電磁波電磁波信信號(hào)在號(hào)在自由空間中傳播的特自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式。性進(jìn)行信息交換的一種通信方式。無線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng) 無線通信系統(tǒng)中使用的是波長從無線通信系統(tǒng)中使用的是波長從0.30.3毫米到毫米到30003000米的米的電磁波，這個(gè)區(qū)間內(nèi)的電磁波就叫做無線電波。電磁波，這個(gè)區(qū)間內(nèi)的電磁波就叫做無線電波。6 電磁波：電磁波：是能量的一種。凡是高于絕對零度（是能量的一種。凡是高于絕對零度（- -273.15273.15）的物體，都會(huì)釋）的物

4、體，都會(huì)釋 放電磁波。正如人們放電磁波。正如人們生活在空氣里卻看不見空氣一生活在空氣里卻看不見空氣一 樣，除光波外，人樣，除光波外，人們也看不見無處不在的電磁波。們也看不見無處不在的電磁波。電磁波電磁波 電磁波電磁波= =電磁電磁+ +波波7 波波是什么是什么：波是振動(dòng)在物質(zhì)中傳播能量的一種形式，波是振動(dòng)在物質(zhì)中傳播能量的一種形式，我們常見的波有機(jī)械波（如聲波、水波）、電磁波我們常見的波有機(jī)械波（如聲波、水波）、電磁波（無線電波、宇宙射線、光波）等。（無線電波、宇宙射線、光波）等。 電磁波電磁波波的形式波的形式：正弦波：正弦波正弦波是頻率成分單一的一種信號(hào)。正弦波是頻率成分單一的一種信號(hào)。 對

5、于一個(gè)正弦對于一個(gè)正弦量來說，如果幅值、頻率、初相位確定了，那么這量來說，如果幅值、頻率、初相位確定了，那么這個(gè)正弦量就完全確定了。幅值、頻率、相位稱為正個(gè)正弦量就完全確定了。幅值、頻率、相位稱為正弦量的三要素。正弦波可表達(dá)為：弦量的三要素。正弦波可表達(dá)為：Asin(Asin(t+t+) )，其中：其中：A A為振幅；為振幅；為角頻率（為角頻率（=2=2f,ff,f為頻率）；為頻率）；為初相位（描述波前狀態(tài)的量）。為初相位（描述波前狀態(tài)的量）。8電磁波電磁波9 頻率：頻率：波或交變波或交變電流電流電壓在單位時(shí)間內(nèi)完成電壓在單位時(shí)間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，稱為頻率，單位周期性變化的次數(shù)，稱為頻率

6、，單位: :赫茲赫茲（HzHz）。例如；交流市電的頻率為）。例如；交流市電的頻率為50 Hz50 Hz；聲；聲音信號(hào)的頻率范圍為音信號(hào)的頻率范圍為20Hz-20000Hz20Hz-20000Hz；我國所處；我國所處地區(qū)中波廣播發(fā)射信號(hào)的頻率范圍為地區(qū)中波廣播發(fā)射信號(hào)的頻率范圍為526.5-526.5-1606.5kHz,1606.5kHz,我國調(diào)頻廣播發(fā)射信號(hào)的頻率范圍我國調(diào)頻廣播發(fā)射信號(hào)的頻率范圍為為87-108MHz87-108MHz。電磁波電磁波10電磁波電磁波11 波長：波長：沿著波的傳播方向，兩個(gè)相鄰的同相位質(zhì)點(diǎn)沿著波的傳播方向，兩個(gè)相鄰的同相位質(zhì)點(diǎn)間的距離叫做間的距離叫做“波長波長

7、”。它是指波動(dòng)媒質(zhì)中，任意。它是指波動(dòng)媒質(zhì)中，任意兩個(gè)相位差為兩個(gè)相位差為22的質(zhì)點(diǎn)之間的距離。在質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的的質(zhì)點(diǎn)之間的距離。在質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的一個(gè)周期內(nèi)，振動(dòng)狀態(tài)傳播的距離恰是一個(gè)波長。一個(gè)周期內(nèi)，振動(dòng)狀態(tài)傳播的距離恰是一個(gè)波長。波長最長的無線電從長波，到中波，短波，微波，波長最長的無線電從長波，到中波，短波，微波，然后是紅外，可見光，紫外，然后是紅外，可見光，紫外，X X光，直到波長最短的光，直到波長最短的伽瑪射線伽瑪射線電磁波電磁波12 波速：波速：單位時(shí)間內(nèi)波形傳播的距離，稱波速。通常單位時(shí)間內(nèi)波形傳播的距離，稱波速。通常以以V V表示，單位是米表示，單位是米/ /秒。聲波在空氣中傳播的速度

8、為秒。聲波在空氣中傳播的速度為340m/s340m/s。真空下的電磁波波速為。真空下的電磁波波速為299792458m/s299792458m/s，近似，近似為為3030萬千米每秒，而在任何介質(zhì)中電磁波波速均小于萬千米每秒，而在任何介質(zhì)中電磁波波速均小于這一數(shù)值。這一數(shù)值。 波速（波速（V V ）與波長（）與波長（）和頻率（）和頻率（f f）的關(guān)系：）的關(guān)系： f=1/Tf=1/TV =V =距離距離/ /時(shí)間時(shí)間= =一個(gè)波的長度一個(gè)波的長度/ /一個(gè)波的時(shí)間一個(gè)波的時(shí)間= =/ T= T=f f電磁波電磁波13 電磁波二象性電磁波二象性是指電磁波既有波動(dòng)的性質(zhì)又有粒是指電磁波既有波動(dòng)的性質(zhì)

9、又有粒子的性質(zhì)。光的干涉和衍射實(shí)驗(yàn)顯示光有波動(dòng)性，子的性質(zhì)。光的干涉和衍射實(shí)驗(yàn)顯示光有波動(dòng)性，光的偏振實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步顯示光具有橫波的性質(zhì)。后光的偏振實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步顯示光具有橫波的性質(zhì)。后來麥克斯韋的電磁理論和赫茲實(shí)驗(yàn)表明，光是電來麥克斯韋的電磁理論和赫茲實(shí)驗(yàn)表明，光是電磁波。另一方面，其后黑體輻射、光電效應(yīng)和康磁波。另一方面，其后黑體輻射、光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)等實(shí)驗(yàn)又表明，光具有微粒性。普頓效應(yīng)等實(shí)驗(yàn)又表明，光具有微粒性。電磁波電磁波 光電效應(yīng)：光電效應(yīng)：在高于某特定頻率的電磁波照射在高于某特定頻率的電磁波照射下，某些物質(zhì)內(nèi)部的電子會(huì)被光子激發(fā)出來而下，某些物質(zhì)內(nèi)部的電子會(huì)被光子激發(fā)出來而形成電流，即

10、光生電。形成電流，即光生電。14橫波的特點(diǎn)是質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互垂直。電磁波就是橫波。橫波在傳播過程中，橫波凡是波傳到的地方，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都在自己的平衡位置附近振動(dòng)。由于波以有限的速度向前傳播，所以后開始振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)比先開始振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在步調(diào)上要落后一段時(shí)間，即存在一個(gè)位相差。橫波的傳播，在外表上形成一種“波浪起伏”，縱波是質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與傳播方向同軸的波。如敲鑼時(shí)，鑼的振動(dòng)方向與波的傳播方向就是一致的，所以聲波是縱波。亦稱“疏密波”，縱波的傳播過程是沿著波前進(jìn)的方向出現(xiàn)疏密不同的部分。實(shí)質(zhì)上，縱波的傳播是由于介質(zhì)中各體元發(fā)生壓縮和拉伸的變形，并產(chǎn)生使體元回復(fù)原狀的縱向彈性力而實(shí)現(xiàn)的。因此

11、縱波只能在拉伸壓縮的彈性的介質(zhì)中傳播，一般的固體、液體、氣體都具有拉伸和壓縮彈性，所以它們都能傳遞縱波。干涉（interference）是兩列或兩列以上的波在空間中重疊時(shí)發(fā)生疊加從而形成新的波形的現(xiàn)象。衍射（英語：diffraction）是指波遇到障礙物時(shí)偏離原來直線傳播的物理現(xiàn)象。任何物體都具有不斷輻射、吸收、反射電磁波的本領(lǐng)。輻射出去的電磁波在各個(gè)波段是不同的，也就是具有一定的譜分布。這種譜分布與物體本身的特性及其溫度有關(guān)，因而被稱之為熱輻射。15 直射：直射：是無線電波在自由空間傳播的方式。是無線電波在自由空間傳播的方式。 反射：反射：當(dāng)電磁波遇到比波長大得多的物體時(shí)，就會(huì)當(dāng)電磁波遇到比

12、波長大得多的物體時(shí)，就會(huì)發(fā)生反射。反射常發(fā)生在地球表面、建筑物和墻壁表發(fā)生反射。反射常發(fā)生在地球表面、建筑物和墻壁表面。面。 繞射（衍射）：繞射（衍射）：波在傳播時(shí)，若被一個(gè)大小接近于波在傳播時(shí)，若被一個(gè)大小接近于或小于波長的物體阻擋，就繞過這個(gè)物體，繼續(xù)進(jìn)行?；蛐∮诓ㄩL的物體阻擋，就繞過這個(gè)物體，繼續(xù)進(jìn)行。 散射：散射：就是由于介質(zhì)中存在的微小粒子（異質(zhì)體）就是由于介質(zhì)中存在的微小粒子（異質(zhì)體）或者分子對電磁波的作用，使電磁波偏離原來的傳播或者分子對電磁波的作用，使電磁波偏離原來的傳播方向而向四周傳播的現(xiàn)象。當(dāng)障礙物小于波長時(shí)且單方向而向四周傳播的現(xiàn)象。當(dāng)障礙物小于波長時(shí)且單位體積內(nèi)這種障礙

13、物數(shù)量非常多時(shí)發(fā)生。如粗糙表面、位體積內(nèi)這種障礙物數(shù)量非常多時(shí)發(fā)生。如粗糙表面、小物體、不規(guī)則物體樹葉燈柱等。小物體、不規(guī)則物體樹葉燈柱等。電磁波的傳播電磁波的傳播16電磁波電磁波電磁波的傳播電磁波的傳播17電磁波電磁波電磁波的傳播電磁波的傳播18電磁波的傳播電磁波的傳播19電磁波電磁波長波長波地波地波超遠(yuǎn)程無線電超遠(yuǎn)程無線電通信和導(dǎo)航通信和導(dǎo)航中波中波地波和天波地波和天波調(diào)幅無線電廣調(diào)幅無線電廣播和電報(bào)通信播和電報(bào)通信中短波中短波短波短波天波天波超短波超短波近似直線傳播近似直線傳播調(diào)頻無線電廣調(diào)頻無線電廣播電視播電視 導(dǎo)航導(dǎo)航分米波分米波微微波波直線傳播直線傳播電視電視雷達(dá)雷達(dá)導(dǎo)航導(dǎo)航厘米波

14、厘米波毫米波毫米波20 地波：地波：沿地面?zhèn)鞑サ臒o線電波叫地波，又叫表面波。沿地面?zhèn)鞑サ臒o線電波叫地波，又叫表面波。 電波的波長越短，越容易被地面吸收，因此只有長電波的波長越短，越容易被地面吸收，因此只有長波和中波能在地面?zhèn)鞑?。地波不受氣候影響，傳播比波和中波能在地面?zhèn)鞑?。地波不受氣候影響，傳播比較穩(wěn)定可靠。但在傳播過程中，能量被大地不斷吸收，較穩(wěn)定可靠。但在傳播過程中，能量被大地不斷吸收，因而傳播距離不遠(yuǎn)。所以地波適宜在較小范圍里的通因而傳播距離不遠(yuǎn)。所以地波適宜在較小范圍里的通信和廣播業(yè)務(wù)使用。信和廣播業(yè)務(wù)使用。電磁波的傳播電磁波的傳播 當(dāng)電波沿地面?zhèn)鞑r(shí)，在地面要產(chǎn)生感應(yīng)電流。由當(dāng)電波沿

15、地面?zhèn)鞑r(shí)，在地面要產(chǎn)生感應(yīng)電流。由于大地不是理想導(dǎo)電體，因此感應(yīng)電流在地面流動(dòng)要于大地不是理想導(dǎo)電體，因此感應(yīng)電流在地面流動(dòng)要消耗能量，這個(gè)能量是由電磁波供給的。這樣，電波消耗能量，這個(gè)能量是由電磁波供給的。這樣，電波在傳播過程中，就有一部分能量被大地吸收。在傳播過程中，就有一部分能量被大地吸收。21電磁波的傳播電磁波的傳播 影響地波傳播的因素：影響地波傳播的因素：1 1、地面的導(dǎo)電性能越好，吸收越小，則電波傳播的、地面的導(dǎo)電性能越好，吸收越小，則電波傳播的損耗越小。電波在海洋上的傳播損耗最小，濕土和江損耗越小。電波在海洋上的傳播損耗最小，濕土和江河湖泊上的損耗次之，干土和巖石上的損耗最大。

16、河湖泊上的損耗次之，干土和巖石上的損耗最大。2 2、電波的頻率越低，損耗越小。因?yàn)榈仉娮枧c電波、電波的頻率越低，損耗越小。因?yàn)榈仉娮枧c電波頻率有關(guān)，所以頻率越高，感應(yīng)電流更趨于表面流動(dòng)，頻率有關(guān)，所以頻率越高，感應(yīng)電流更趨于表面流動(dòng)，趨膚效應(yīng)使流過電流的有效面積減小，損耗增大。趨膚效應(yīng)使流過電流的有效面積減小，損耗增大。3 3、垂直極化波較水平極化波衰減小。這是因?yàn)樗?、垂直極化波較水平極化波衰減小。這是因?yàn)樗綐O化波的電場與地面平行，導(dǎo)致地面的感生電流增大，極化波的電場與地面平行，導(dǎo)致地面的感生電流增大，故產(chǎn)生較大的衰減。故產(chǎn)生較大的衰減。當(dāng)天線架設(shè)較低，且其沿地面方向?yàn)樽畲筝椛浞较驎r(shí)，當(dāng)天

17、線架設(shè)較低，且其沿地面方向?yàn)樽畲筝椛浞较驎r(shí)，主要是地波傳播。主要是地波傳播。22 天波：天波：經(jīng)過空中電離層的反射或折射后返回地面的經(jīng)過空中電離層的反射或折射后返回地面的無線電波叫天波。所謂電離層，是地面上空無線電波叫天波。所謂電離層，是地面上空606010001000公里高度電離了的大氣層包含有大量的自由電子和正公里高度電離了的大氣層包含有大量的自由電子和正離子。離子。 一年四季和晝夜的不同時(shí)間，電離層都有變化，影一年四季和晝夜的不同時(shí)間，電離層都有變化，影響電波的反射，因此天波傳播具有不穩(wěn)定的特點(diǎn)。白響電波的反射，因此天波傳播具有不穩(wěn)定的特點(diǎn)。白天電離作用強(qiáng)，中波無線電波幾乎全部被吸收掉，

18、在天電離作用強(qiáng)，中波無線電波幾乎全部被吸收掉，在收音機(jī)里難以收到遠(yuǎn)地中波電臺(tái)播音；夜晚電離層對收音機(jī)里難以收到遠(yuǎn)地中波電臺(tái)播音；夜晚電離層對短波吸收的比較少，收聽到的廣播就比較多，聲音也短波吸收的比較少，收聽到的廣播就比較多，聲音也比較清晰。由于電離層總處在變化之中，反射到地面比較清晰。由于電離層總處在變化之中，反射到地面的電波有強(qiáng)有弱，所以用短波收音時(shí)會(huì)出現(xiàn)忽大忽小的電波有強(qiáng)有弱，所以用短波收音時(shí)會(huì)出現(xiàn)忽大忽小的衰落現(xiàn)象。的衰落現(xiàn)象。電磁波的傳播電磁波的傳播23電磁波的傳播電磁波的傳播 散射波傳播：散射波傳播：電波通過空間大氣對流層或電離電波通過空間大氣對流層或電離層中介質(zhì)的不均勻性對電波的

19、散射作用而傳播層中介質(zhì)的不均勻性對電波的散射作用而傳播到接收點(diǎn)到接收點(diǎn) 自由空間傳播：自由空間傳播：電波由發(fā)射天線直接傳播到接電波由發(fā)射天線直接傳播到接收點(diǎn)。電波的損耗只和傳播距離和電波頻率有收點(diǎn)。電波的損耗只和傳播距離和電波頻率有關(guān)系。關(guān)系。24電磁波的傳播電磁波的傳播 視距傳播：視距傳播：電波在直視距離內(nèi)進(jìn)行的空間傳播。電波在直視距離內(nèi)進(jìn)行的空間傳播。在直視距離內(nèi)才能穩(wěn)定地接收信號(hào)。直視距離在直視距離內(nèi)才能穩(wěn)定地接收信號(hào)。直視距離與發(fā)射天線和接收天線的高度有關(guān)，并受地球與發(fā)射天線和接收天線的高度有關(guān)，并受地球曲率和地形的影響。曲率和地形的影響。d d為收發(fā)兩點(diǎn)的距離，為收發(fā)兩點(diǎn)的距離，h1

20、h1和和h2h2分別為收發(fā)天線的高度分別為收發(fā)天線的高度25 電離層能反射電波，也能吸收電波。對頻率很高電離層能反射電波，也能吸收電波。對頻率很高的電波吸收的很少。短波（即高頻）是利用電離層的電波吸收的很少。短波（即高頻）是利用電離層反射傳播的最佳波段，它可以借助電離層這面反射傳播的最佳波段，它可以借助電離層這面“鏡鏡子子”反射傳播；被電離層反射到地面后，地面又把反射傳播；被電離層反射到地面后，地面又把它反射到電離層，然后再被電離層反射到地面，這它反射到電離層，然后再被電離層反射到地面，這樣經(jīng)過多次反射，電磁波可以傳播樣經(jīng)過多次反射，電磁波可以傳播10000km10000km以上。以上。電磁波

21、的傳播電磁波的傳播26 電磁波的產(chǎn)生電磁波的產(chǎn)生：電磁波是電磁場的一種運(yùn)動(dòng)形態(tài)，：電磁波是電磁場的一種運(yùn)動(dòng)形態(tài)，電與磁可以說是一體兩面，電流會(huì)產(chǎn)生磁場，變電與磁可以說是一體兩面，電流會(huì)產(chǎn)生磁場，變動(dòng)的磁場會(huì)產(chǎn)生電流。變化的電場和變化的磁場動(dòng)的磁場會(huì)產(chǎn)生電流。變化的電場和變化的磁場構(gòu)成了一個(gè)不可分離的統(tǒng)一的場，這就是電磁場。構(gòu)成了一個(gè)不可分離的統(tǒng)一的場，這就是電磁場。 電磁波的傳播電磁波的傳播27 通過電場、磁場之間不斷的能量轉(zhuǎn)換，電磁波得以通過電場、磁場之間不斷的能量轉(zhuǎn)換，電磁波得以從半波振子向外傳播，電場和磁場的方向與傳播方從半波振子向外傳播，電場和磁場的方向與傳播方向保持垂直。向保持垂直。

22、 電場電場電場電場電場電場振子振子電波傳輸方向電波傳輸方向磁場磁場磁場磁場電磁波的傳播電磁波的傳播28電磁波的傳播電磁波的傳播29 無線電信號(hào)的衰落：一般分為快衰落與慢衰落兩種快衰落與慢衰落兩種 慢衰落：慢衰落：是由接收點(diǎn)周圍地形地物對信號(hào)反射，使得信號(hào)電平在幾十米范圍內(nèi)有大幅度的變化，若MS在沒有任何障礙物的環(huán)境下移動(dòng)，則某點(diǎn)信號(hào)電平與該點(diǎn)和發(fā)射機(jī)的距離有關(guān)。 快衰落：快衰落：是疊加在慢衰落的信號(hào)上的，這個(gè)衰落的速度很快，每秒鐘可達(dá)到幾十次，除與地形地物有關(guān)，還與MS的速度和信號(hào)的波長有關(guān)，并且幅度可達(dá)幾十個(gè)dB，信號(hào)的變化呈瑞利分布，也叫瑞利衰落。電磁波的傳播電磁波的傳播30 陰影效應(yīng)：陰影效應(yīng)：當(dāng)有大型建筑物和其他物體的阻擋而在傳播當(dāng)有大型建筑物和其他物體的阻擋而在傳播接收區(qū)域上形成半盲區(qū)的現(xiàn)象。接收區(qū)域上形成半盲區(qū)的現(xiàn)象。 電波在傳播途徑上遇到障礙物時(shí)，總是力圖繞過障礙物，電波在傳播途徑上遇到障礙物時(shí)，總是力圖繞過障礙物，再向前傳播。超短波的繞射能力較弱，在高大建筑物后面再向前傳播。超短波的繞射能力較弱，在高大建筑物后面會(huì)形成所謂的