無線電通信系統(tǒng)與電磁波

無線通信系統(tǒng)與電磁波基本通信系統(tǒng)：信源傳輸通道信宿無線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)組成：信源（發(fā)送設備）、（傳輸通道）傳輸設備、（信宿）接收設備。信息變換器發(fā)射機電信號高頻電振蕩發(fā)射天線電磁波接收天線接收機變換器信息高頻電振蕩電信號發(fā)送設備傳輸設備接收設備無線通信系統(tǒng)發(fā)送設備：變換器（換能器）：將被發(fā)送的信息變換為電信號。如話筒將聲音變?yōu)殡娦盘枺话l(fā)射機：將換能器輸出的電信號變?yōu)閺姸茸銐虻母哳l電震蕩。天線：將高頻電振蕩變成電磁波向傳輸媒質(zhì)輻射。無線通信系統(tǒng)接收設備：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。接收機，將高頻電振蕩轉(zhuǎn)化為電信號。變換器（換能器），將電信號轉(zhuǎn)化為所傳送信息。傳輸媒質(zhì)：電磁波。無線通信系統(tǒng)

無線通信是利用電磁波信號在自由空間中傳播的特性進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)中使用的是波長從0.3毫米到3000米的電磁波，這個區(qū)間內(nèi)的電磁波就叫做無線電波。電磁波：是能量的一種。凡是高于絕對零度（-273.15℃）的物體，都會釋放電磁波。正如人們生活在空氣里卻看不見空氣一樣，除光波外，人們也看不見無處不在的電磁波。電磁波電磁波=電磁+波波是什么：波是振動在物質(zhì)中傳播能量的一種形式，我們常見的波有機械波（如聲波、水波）、電磁波（無線電波、宇宙射線、光波）等。

電磁波波的形式：正弦波正弦波是頻率成分單一的一種信號。對于一個正弦量來說，如果幅值、頻率、初相位確定了，那么這個正弦量就完全確定了。幅值、頻率、相位稱為正弦量的三要素。正弦波可表達為：Asin(ωt+φ)，其中：A為振幅；ω為角頻率（ω=2πf,f為頻率）；φ為初相位（描述波前狀態(tài)的量）。電磁波頻率：波或交變電流電壓在單位時間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，稱為頻率，單位:赫茲（Hz）。例如；交流市電的頻率為50Hz；聲音信號的頻率范圍為20Hz-20000Hz；我國所處地區(qū)中波廣播發(fā)射信號的頻率范圍為526.5-1606.5kHz,我國調(diào)頻廣播發(fā)射信號的頻率范圍為87-108MHz。

電磁波電磁波波長：沿著波的傳傳播方向，，兩個相鄰鄰的同相位位質(zhì)點間的的距離叫做做“波長”。它是指波波動媒質(zhì)中中，任意兩兩個相位差差為2π的質(zhì)點之間間的距離。。在質(zhì)點振振動的一個個周期內(nèi)，，振動狀態(tài)態(tài)傳播的距距離恰是一一個波長。。波長最長的的無線電從從長波，到到中波，短短波，微波波，然后是是紅外，可可見光，紫紫外，X光，直到波波長最短的的伽瑪射線線電磁波波速：單位時間內(nèi)內(nèi)波形傳播播的距離，，稱波速。。通常以V表示，單位位是米/秒。聲波在在空氣中傳傳播的速度度為340m/s。真空下的的電磁波波波速為299792458m/s，近似為30萬千米每秒秒，而在任任何介質(zhì)中中電磁波波波速均小于于這一數(shù)值值。波速（V）與波長（（λ）和頻率（（f）的關系：：f=1/TV=距離/時間=一個波的長長度/一個波的時時間=λ/T=λ·f電磁波電磁波二象象性是指電磁波波既有波動動的性質(zhì)又又有粒子的的性質(zhì)。光光的干涉和和衍射實驗驗顯示光有有波動性，，光的偏振振實驗進一一步顯示光光具有橫波波的性質(zhì)。。后來麥克克斯韋的電電磁理論和和赫茲實驗驗表明，光光是電磁波波。另一方方面，其后后黑體輻射射、光電效效應和康普普頓效應等等實驗又表表明，光具具有微粒性性。電磁波光電效應：：在高于某特特定頻率的的電磁波照照射下，某某些物質(zhì)內(nèi)內(nèi)部的電子子會被光子子激發(fā)出來來而形成電電流，即光光生電。橫波的特點是是質(zhì)點的振動方向與與波的傳播方向相相互垂直。電磁波就是橫波。橫波在傳播過程中中，橫波凡是波傳到的的地方，每個個質(zhì)點都在自己的平平衡位置附近近振動。由于于波以有限的的速度向前傳傳播，所以后后開始振動的的質(zhì)點比先開開始振動的質(zhì)點在步調(diào)調(diào)上要落后一一段時間，即即存在一個位位相差。橫波波的傳播，在在外表上形成成一種“波浪浪起伏”，縱波是質(zhì)點的振動方向與與傳播方向同同軸的波。如如敲鑼時，鑼鑼的振動方向向與波的傳播播方向就是一一致的，所以以聲波是縱波。亦稱稱“疏密波””，縱波的傳傳播過程是沿沿著波前進的的方向出現(xiàn)疏疏密不同的部部分。實質(zhì)上上，縱波的傳傳播是由于介介質(zhì)中各體元元發(fā)生壓縮和和拉伸的變形形，并產(chǎn)生使使體元回復原原狀的縱向彈彈性力而實現(xiàn)現(xiàn)的。因此縱縱波只能在拉拉伸壓縮的彈彈性的介質(zhì)中中傳播，一般般的固體、液液體、氣體都都具有拉伸和和壓縮彈性，，所以它們都都能傳遞縱波波。干涉（interference）是兩列或兩兩列以上的波波在空間中重重疊時發(fā)生疊加從而形成新的的波形的現(xiàn)象。衍射（英語：：diffraction）是指波遇到到障礙物時偏偏離原來直線線傳播的物理理現(xiàn)象。任何物體都具具有不斷輻射射、吸收、反反射電磁波的本領。輻射射出去的電磁磁波在各個波段是不同的，也也就是具有一一定的譜分布布。這種譜分分布與物體本本身的特性及及其溫度有關關，因而被稱稱之為熱輻射。直射：是無線電波在在自由空間傳傳播的方式。。反射：當電磁波遇到到比波長大得得多的物體時時，就會發(fā)生生反射。反射射常發(fā)生在地地球表面、建建筑物和墻壁壁表面。繞射（衍射））：波在傳播時，，若被一個大大小接近于或或小于波長的的物體阻擋，，就繞過這個個物體，繼續(xù)續(xù)進行。散射：就是由于介質(zhì)質(zhì)中存在的微微小粒子（異異質(zhì)體）或者者分子對電磁磁波的作用，，使電磁波偏偏離原來的傳傳播方向而向向四周傳播的的現(xiàn)象。當障障礙物小于波波長時且單位位體積內(nèi)這種種障礙物數(shù)量量非常多時發(fā)發(fā)生。如粗糙糙表面、小物物體、不規(guī)則則物體樹葉燈燈柱等。電磁波的傳播播電磁波電磁波的傳播播電磁波電磁波的傳播播電磁波的傳播播電磁波長波地波超遠程無線電通信和導航中波地波和天波調(diào)幅無線電廣播和電報通信中短波短波天波超短波近似直線傳播調(diào)頻無線電廣播電視導航分米波微波直線傳播電視雷達導航厘米波毫米波地波：沿地面?zhèn)鞑サ牡臒o線電波叫叫地波，又叫叫表面波。電波的波長越越短，越容易易被地面吸收收，因此只有有長波和中波波能在地面?zhèn)鱾鞑?。地波不不受氣候影響響，傳播比較較穩(wěn)定可靠。。但在傳播過過程中，能量量被大地不斷斷吸收，因而而傳播距離不不遠。所以地地波適宜在較較小范圍里的的通信和廣播播業(yè)務使用。。電磁波的傳播播當電波沿地面面?zhèn)鞑r，在在地面要產(chǎn)生生感應電流。。由于大地不不是理想導電電體，因此感感應電流在地地面流動要消消耗能量，這這個能量是由由電磁波供給給的。這樣，，電波在傳播播過程中，就就有一部分能能量被大地吸吸收。電磁波的傳播播影響地波傳播播的因素：1、地面的導電電性能越好，，吸收越小，，則電波傳播播的損耗越小小。電波在海海洋上的傳播播損耗最小，，濕土和江河河湖泊上的損損耗次之，干干土和巖石上上的損耗最大大。2、電波的頻率率越低，損耗耗越小。因為為地電阻與電電波頻率有關關，所以頻率率越高，感應應電流更趨于于表面流動，，趨膚效應使使流過電流的的有效面積減減小，損耗增增大。3、垂直極化波波較水平極化化波衰減小。。這是因為水水平極化波的的電場與地面面平行，導致致地面的感生生電流增大，，故產(chǎn)生較大大的衰減。當天線架設較較低，且其沿沿地面方向為為最大輻射方方向時，主要要是地波傳播播。天波：經(jīng)過空中電離離層的反射或或折射后返回回地面的無線線電波叫天波波。所謂電離離層，是地面面上空60～1000公里高度電離離了的大氣層層包含有大量量的自由電子子和正離子。。一年四季和晝晝夜的不同時時間，電離層層都有變化，，影響電波的的反射，因此此天波傳播具具有不穩(wěn)定的的特點。白天天電離作用強強，中波無線線電波幾乎全全部被吸收掉掉，在收音機機里難以收到到遠地中波電電臺播音；夜夜晚電離層對對短波吸收的的比較少，收收聽到的廣播播就比較多，，聲音也比較較清晰。由于于電離層總處處在變化之中中，反射到地地面的電波有有強有弱，所所以用短波收收音時會出現(xiàn)現(xiàn)忽大忽小的的衰落現(xiàn)象。。電磁波的傳播播電磁波的傳播播散射波傳播：：電波通過空間間大氣對流層層或電離層中中介質(zhì)的不均均勻性對電波波的散射作用用而傳播到接接收點自由空間傳播播：電波由發(fā)射天天線直接傳播播到接收點。。電波的損耗耗只和傳播距距離和電波頻頻率有關系。。電磁波的傳播播視距傳播：電波在直視距距離內(nèi)進行的的空間傳播。。在直視距離離內(nèi)才能穩(wěn)定定地接收信號號。直視距離離與發(fā)射天線線和接收天線線的高度有關關，并受地球球曲率和地形形的影響。d為收發(fā)兩點的的距離，h1和h2分別為收發(fā)天天線的高度電離層能反射射電波，也能能吸收電波。。對頻率很高高的電波吸收收的很少。短短波（即高頻頻）是利用電電離層反射傳傳播的最佳波波段，它可以以借助電離層層這面“鏡子子”反射傳播播；被電離層層反射到地面面后，地面又又把它反射到到電離層，然然后再被電離離層反射到地地面，這樣經(jīng)經(jīng)過多次反射射，電磁波可可以傳播10000km以上。電磁波的的傳播電磁波的的產(chǎn)生：電磁波波是電磁磁場的一一種運動動形態(tài)，，電與磁磁可以說說是一體體兩面，，電流會會產(chǎn)生磁磁場，變變動的磁磁場會產(chǎn)產(chǎn)生電流流。變化化的電場場和變化化的磁場場構(gòu)成了了一個不不可分離離的統(tǒng)一一的場，，這就是是電磁場場。電磁波的的傳播通過電場場、磁場場之間不不斷的能能量轉(zhuǎn)換換，電磁磁波得以以從半波波振子向向外傳播播，電場場和磁場場的方向向與傳播播方向保保持垂直直。電場電場電場振子電波傳輸方向磁場磁場電磁波的的傳播電磁波的的傳播無線電信信號的衰衰落：一般分為為快衰落與與慢衰落落兩種慢衰落：：是由接收收點周圍圍地形地地物對信信號反射射，使得得信號電電平在幾幾十米范范圍內(nèi)有有大幅度度的變化化，若MS在沒有任任何障礙礙物的環(huán)環(huán)境下移移動，則則某點信信號電平平與該點點和發(fā)射射機的距距離有關關?？焖ヂ洌海菏钳B加在在慢衰落落的信號號上的，，這個衰衰落的速速度很快快，每秒秒鐘可達達到幾十十次，除除與地形形地物有有關，還還與MS的速度和和信號的的波長有有關，并并且幅度度可達幾幾十個dB，信號的的變化呈呈瑞利分分布，也也叫瑞利利衰落。。電磁波的的傳播陰影效應應：當有大型型建筑物物和其他他物體的的阻擋而而在傳播播接收區(qū)區(qū)域上形形成半盲盲區(qū)的現(xiàn)現(xiàn)象。電波在傳傳播途徑徑上遇到到障礙物物時，總總是力圖圖繞過障障礙物，，再向前前傳播。。超短波波的繞射射能力較較弱，在在高大建建筑物后后面會形形成所謂謂的“陰陰影區(qū)””。信號號質(zhì)量受受到影響響的程度度不僅和和接收天天線距建建筑物的的距離及及建筑物物的高度度有關，，還和頻頻率有關關。例如如一個建建筑物的的高度為為１０米米，在距距建筑物物２０００米處接接收的信信號質(zhì)量量幾乎不不受影響響，但在在距建筑筑物１０００米處處，接收收信號場場強將比比無高摟摟時明顯顯減弱。。如果建建筑物的的高度增增加到５５０米時時，則