第2章 無線電波的傳播

1、GMDSS通信設(shè)備與業(yè)務(wù)通信設(shè)備與業(yè)務(wù)第二章第二章電波傳播與天線電波傳播與天線 通導(dǎo)教研室通導(dǎo)教研室 2.1 電波輻射和傳播電波輻射和傳播2.2 各波段電波傳播的特點(diǎn)各波段電波傳播的特點(diǎn)2.3 無線電通信的基本概念無線電通信的基本概念2.1 2.1 電波輻射和傳播途徑電波輻射和傳播途徑一一. .電波的形成與波段劃分電波的形成與波段劃分1.1.電波的形成電波的形成交變電磁場(chǎng)的傳播交變電磁場(chǎng)的傳播. .2.2.波段劃分波段劃分: : =T=/=T=/ = =C =C ，其中，其中C=3x10C=3x108 8m/sm/s頻率、周期、波長(zhǎng)的定義 頻率（頻率（FREQUENCY）：）： 定義：電波在單

2、位時(shí)間（）內(nèi)幅值大小與方向周期性變化的次數(shù)。 符號(hào)： 單位：赫茲（Hz）千赫茲（KHz）兆赫茲（MHz） G赫茲（GHz） 換算關(guān)系：1000Hz=1KHz ；1000KHz=1MHz ；1000MHz=1GHz頻率、周期、波長(zhǎng)的定義周期： ：電波幅值大小與方向變化一次所用的時(shí)間。 符號(hào)：T 單位：秒（s） 、 毫秒ms）、微秒（s） 換算關(guān)系：1秒（s）=1000毫秒（ms）； 1毫秒（ms）=1000微秒（s）。波長(zhǎng)： 定義：電波在一個(gè)周期內(nèi)傳播的距離； 符號(hào)：； 單位：米（m）、 分米（dm）、厘米（cm） 、毫米（mm） 換算關(guān)系：1米（m）=10 分米（dm）； 1分米（dm）=10

3、厘米（cm）； 1 厘米（cm）=10毫米（mm）；1.1.地波傳播地波傳播2.2.空間波傳播空間波傳播3.3.電離層波電離層波( (天波天波) )3. 船用通信波段船用通信波段 MF; HF; VHF; 微波微波.MF波段范圍波段范圍1.64MHzHF波段范圍波段范圍427.5MHzVHF波段范圍波段范圍156174MHzInmarsat系統(tǒng)工作于系統(tǒng)工作于1.51.6GHz和和46GHz二二. . 電波傳播途徑電波傳播途徑電波沿地球表面?zhèn)鞑ル姴ㄑ氐厍虮砻鎮(zhèn)鞑? ,波長(zhǎng)越長(zhǎng)繞射距離越遠(yuǎn)波長(zhǎng)越長(zhǎng)繞射距離越遠(yuǎn). .地面電性能參數(shù)隨時(shí)地面電性能參數(shù)隨時(shí)間變化小間變化小, ,地形地貌穩(wěn)定地形地貌穩(wěn)定

4、, ,地波傳播可靠穩(wěn)定地波傳播可靠穩(wěn)定. .1. 1.地波傳播地波傳播: :形成條件：無形成條件：無線電波的波長(zhǎng)線電波的波長(zhǎng)與障礙物尺寸與障礙物尺寸相比擬時(shí)才能相比擬時(shí)才能發(fā)生繞射現(xiàn)象發(fā)生繞射現(xiàn)象極長(zhǎng)波極長(zhǎng)波 超長(zhǎng)波超長(zhǎng)波 長(zhǎng)波長(zhǎng)波: :=1km=1km100km,100km,傳播幾千幾萬傳播幾千幾萬km.km.中波中波(MF):(MF): =100m =100m 1000m,1000m,傳播幾百傳播幾百km.km.短波短波(HF):(HF): =10m =10m 100m,100m,傳播傳播100km.100km.超短波超短波 微波微波: : 10m,f f fmaxmax 穿透電離層；穿透

5、電離層；f f f fminmin 被電離層吸收被電離層吸收 f fminmin f f天波天波 f fmaxmax 天波（電離層波天波（電離層波中短波）中短波） f fminmin最低可用頻率最低可用頻率 f fmaxmax最高可用頻率最高可用頻率 f f天波天波最佳工作最佳工作頻率頻率 （3）太陽活動(dòng)對(duì)電離層的影響 太陽黑子 當(dāng)太陽上有大群黑子出現(xiàn)的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)磁暴現(xiàn)象使指南針會(huì)亂抖動(dòng)，不能正確地指示方向；平時(shí)很善于識(shí)別方向的信鴿會(huì)迷路；無線電通訊也會(huì)受到嚴(yán)重阻礙，甚至?xí)蝗恢袛嘁欢螘r(shí)間，這些反?，F(xiàn)象將會(huì)對(duì)飛機(jī)、輪船和人造衛(wèi)星的安全航行、還有電視傳真等等方面造成很大的威脅。 太陽黑子的爆炸

6、 黑子還會(huì)引起地球上氣候的變化。太陽耀斑 耀斑對(duì)地球空間環(huán)境造成很大影響。太陽色球?qū)又幸宦暠ǎ厍虼髿鈱蛹纯坛霈F(xiàn)繚繞余音。耀斑爆發(fā)時(shí)，發(fā)出大量的高能粒子到達(dá)地球軌道附近時(shí)，將會(huì)嚴(yán)重危及宇宙飛行器內(nèi)的宇航員和儀器的安全。當(dāng)耀斑輻射來到地球附近時(shí)，與大氣分子發(fā)生劇烈碰撞，破壞電離層，使它失去反射無線電電波的功能。無線電通信尤其是短波通信，以及電視臺(tái)、電臺(tái)廣播，會(huì)受到干擾甚至中斷 太陽黑子和太陽耀斑是太陽活動(dòng)的重要標(biāo)志，活動(dòng)周期為11年三、 各波段電波傳播的特點(diǎn)（一）中波（一）中波（MFMF）、長(zhǎng)波（）、長(zhǎng)波（LFLF）1.1.長(zhǎng)波：長(zhǎng)波：2.2.中波：中波： 以地波傳播，工作穩(wěn)定。以地波傳播，工

7、作穩(wěn)定。白天白天以地波傳播，不能以天波傳播，以地波傳播，不能以天波傳播，D層對(duì)層對(duì)MF波吸收。波吸收。夜間夜間地波與天波并存，地波與天波并存，E層對(duì)天波反射，但存在衰落，層對(duì)天波反射，但存在衰落， 中波的傳播特點(diǎn)中波的傳播特點(diǎn)波長(zhǎng)：1 km-100m;頻率：300 - 3000kHz; 傳播特點(diǎn)：傳播特點(diǎn)： 白天靠地波白天靠地波. .因?yàn)橹胁ù┻^因?yàn)橹胁ù┻^D D層時(shí)層時(shí), ,受到強(qiáng)烈的吸受到強(qiáng)烈的吸收。收。 夜間靠地波和天波夜間靠地波和天波. .吸收中波的吸收中波的D D層消失層消失, ,由由E E層層反射。反射。 白天傳播200海里;晚上傳播400海里。 有衰落現(xiàn)象。產(chǎn)生原因是信號(hào)的多徑傳

8、播 1.1.傳播：傳播：2.2.特點(diǎn)特點(diǎn) 3).3).存在衰落現(xiàn)象存在衰落現(xiàn)象地波和天波，主要靠天波傳播，在地波和天波，主要靠天波傳播，在F層反射。層反射。1). 1). 地波傳播衰減大，傳播小于地波傳播衰減大，傳播小于100km100km。2). 2). 天波傳播距離遠(yuǎn)，但受電離層變化影響較大，傳播不夠穩(wěn)定。天波傳播距離遠(yuǎn)，但受電離層變化影響較大，傳播不夠穩(wěn)定。（二）短波（二）短波（HFHF）F層不穩(wěn)定，不同路徑天波在接收點(diǎn)疊加層不穩(wěn)定，不同路徑天波在接收點(diǎn)疊加衰落。衰落。3).存在衰落現(xiàn)象 4).4).存在盲區(qū)效應(yīng)（寂靜區(qū)）：存在盲區(qū)效應(yīng)（寂靜區(qū)）：天地波均不能覆蓋的區(qū)域。（三）超短波和微

9、波的傳播特點(diǎn) 頻率頻率:30MHz以上以上;波長(zhǎng)波長(zhǎng):10M以下。以下。 傳播特點(diǎn)：傳播特點(diǎn)： 主要靠空間波傳播。主要靠空間波傳播。 傳播距離一般僅有幾十海里傳播距離一般僅有幾十海里。天線絕對(duì)高度。天線絕對(duì)高度(距海平面距海平面的高度的高度)為幾十米時(shí)為幾十米時(shí),VHF通信距離通信距離30-50海里。海里。2.3 無線電通信的基本概念一通信系統(tǒng)模型一通信系統(tǒng)模型 通信的目的就是傳遞信息，傳輸信息的系統(tǒng)稱為通信系統(tǒng)。在各種方式的通信的目的就是傳遞信息，傳輸信息的系統(tǒng)稱為通信系統(tǒng)。在各種方式的通信中，利用電來傳遞信息的方式應(yīng)用的最為廣泛。通信中，利用電來傳遞信息的方式應(yīng)用的最為廣泛。 信息源或稱信

10、源信息源或稱信源就是信息的來源，從信息源而來的信息都是系統(tǒng)所要傳遞就是信息的來源，從信息源而來的信息都是系統(tǒng)所要傳遞的對(duì)象，如語音、文字、圖像和數(shù)據(jù)等信息。的對(duì)象，如語音、文字、圖像和數(shù)據(jù)等信息。 發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備就是一種變換器，把從信源送來的信息變換成電信號(hào)，并對(duì)這就是一種變換器，把從信源送來的信息變換成電信號(hào)，并對(duì)這種電信號(hào)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，使其變成適合相應(yīng)系統(tǒng)信道所能傳遞的電信號(hào)，種電信號(hào)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，使其變成適合相應(yīng)系統(tǒng)信道所能傳遞的電信號(hào)，該電信號(hào)攜帶源信息。該電信號(hào)攜帶源信息。 信道信道是信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ阑蚍Q傳輸?shù)拿浇椋梢允怯芯€（如電纜）也可是信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ阑蚍Q傳輸?shù)拿浇?，它可以是有線（

11、如電纜）也可以是無線（如利用空間傳播的電磁波）。以是無線（如利用空間傳播的電磁波）。 接收設(shè)備接收設(shè)備相對(duì)于發(fā)射設(shè)備是一種反變換器，它的作用是將發(fā)射端傳送來相對(duì)于發(fā)射設(shè)備是一種反變換器，它的作用是將發(fā)射端傳送來的電信號(hào)經(jīng)過反轉(zhuǎn)換，恢復(fù)出源信號(hào)。的電信號(hào)經(jīng)過反轉(zhuǎn)換，恢復(fù)出源信號(hào)。 信息宿或稱信宿信息宿或稱信宿是指語音、圖像和文字等信息的歸宿，它是信息的接收是指語音、圖像和文字等信息的歸宿，它是信息的接收者。信宿可以是人或機(jī)器。者。信宿可以是人或機(jī)器。無線電傳輸信息類型 1.模擬信息：信息的狀態(tài)隨時(shí)間連續(xù)變化 特點(diǎn)：抗干擾能力差，難做到保密通信，設(shè)備組成簡(jiǎn)單 在GMDSS中，MF/HF/VHF無線

12、電話通信系統(tǒng)屬于模擬通信系統(tǒng) 2.數(shù)字信息：信息的狀態(tài)不隨時(shí)間變化 特點(diǎn)：抗干擾能力和檢糾錯(cuò)能力強(qiáng)，通信質(zhì)量高 在GMDSS中，NBDP、DSC系統(tǒng)以及Inmarsat-B/C/F等通信系統(tǒng)二、調(diào)制與解調(diào)調(diào)制：無線通信系統(tǒng)在發(fā)射端將基帶信號(hào)搬移到所需 較高頻率范圍的過程。 調(diào)制后的信號(hào)適合以電磁波形式向外輻射， 形成已調(diào)射頻波，到達(dá)接收端。解調(diào)：通信系統(tǒng)的接收端從收到的射頻信號(hào)中恢復(fù)發(fā) 射端所傳輸信號(hào)的過程。 解調(diào)的過程是調(diào)制的逆過程模擬信息的AM、FM、PM、SSB調(diào)制數(shù)字信息的ASK、FSK、PSK調(diào)制 調(diào)幅 AM 如SSB 模擬通信系統(tǒng) 調(diào)頻 FM 調(diào)相 PM 移幅鍵控 ASK 如莫爾斯

13、電報(bào) 數(shù)字通信系統(tǒng) 移頻鍵控 FSK 如NBDP/DSC 移相鍵控 PSK 如INMARSAT三信號(hào)三信號(hào) （SignalSignal）定義：定義：特點(diǎn)：特點(diǎn)：通信系統(tǒng)中傳輸?shù)暮杏眯畔⒌碾娦盘?hào)稱為通信系統(tǒng)中傳輸?shù)暮杏眯畔⒌碾娦盘?hào)稱為信號(hào)。信號(hào)。信號(hào)一般均具有較多的頻率成分，即具有一定頻帶寬度。信號(hào)一般均具有較多的頻率成分，即具有一定頻帶寬度。不同性質(zhì)的信號(hào)具有不同的帶寬不同性質(zhì)的信號(hào)具有不同的帶寬。通信系統(tǒng)提供的傳輸帶寬應(yīng)大于或等于所要傳輸信號(hào)的帶寬通信系統(tǒng)提供的傳輸帶寬應(yīng)大于或等于所要傳輸信號(hào)的帶寬 。1)1)表示信號(hào)的方法表示信號(hào)的方法數(shù)學(xué)表達(dá)式數(shù)學(xué)表達(dá)式波形圖波形圖頻譜圖頻譜圖直觀、

14、有效直觀、有效 2)2)頻譜定義頻譜定義: :3)3)頻譜圖頻譜圖: :橫坐標(biāo)橫坐標(biāo)-縱坐標(biāo)縱坐標(biāo)-fu指組成信號(hào)的各種正弦信號(hào)指組成信號(hào)的各種正弦信號(hào), ,按頻率不同按頻率不同所存在的分布、排列情況。所存在的分布、排列情況。表示頻率表示頻率表示各正弦分量的幅度關(guān)系表示各正弦分量的幅度關(guān)系4 4）. .信號(hào)帶寬信號(hào)帶寬定義定義: :正弦單音信號(hào)和脈沖信號(hào)譜線特點(diǎn)：正弦單音信號(hào)和脈沖信號(hào)譜線特點(diǎn)：FminFmaxB= Fmax- Fmin正弦單音信號(hào)正弦單音信號(hào)只有一條譜線只有一條譜線; ;脈沖信號(hào)脈沖信號(hào)則有無限多個(gè)譜線則有無限多個(gè)譜線, ,占有無限大的帶寬。占有無限大的帶寬。 工程上將譜線幅

15、度下降到基波幅度工程上將譜線幅度下降到基波幅度1/101/10以下的所有以下的所有諧波分量諧波分量, ,忽略不計(jì)。故語音通信均存在程度不同的忽略不計(jì)。故語音通信均存在程度不同的失真。失真。定義定義: :5 5）系統(tǒng)帶寬）系統(tǒng)帶寬在不失真地傳遞信號(hào)的前提下在不失真地傳遞信號(hào)的前提下, ,通信系統(tǒng)所必通信系統(tǒng)所必須擁有的足夠帶寬。須擁有的足夠帶寬。系統(tǒng)帶寬越大系統(tǒng)帶寬越大, ,單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘恳苍酱?。單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘恳苍酱?。系統(tǒng)系統(tǒng)帶寬主要帶寬主要取決于調(diào)制方式和調(diào)制信號(hào)的帶寬。取決于調(diào)制方式和調(diào)制信號(hào)的帶寬。在通信中要保證信號(hào)盡可能不失真在通信中要保證信號(hào)盡可能不失真, ,要求要求系

16、統(tǒng)帶寬大系統(tǒng)帶寬大于或等于信號(hào)的帶寬于或等于信號(hào)的帶寬。四、噪聲及其表示四、噪聲及其表示 噪聲噪聲是指在接收機(jī)輸出終端上呈現(xiàn)的任何我們所不需要是指在接收機(jī)輸出終端上呈現(xiàn)的任何我們所不需要的無用信號(hào)。的無用信號(hào)。1)1)噪聲分類噪聲分類 按其來源噪聲可分為按其來源噪聲可分為內(nèi)部噪聲和外部干擾內(nèi)部噪聲和外部干擾兩種類型。兩種類型。 （1 1）內(nèi)部噪聲）內(nèi)部噪聲由機(jī)內(nèi)的元器件產(chǎn)生的無用信號(hào)，主要由機(jī)內(nèi)的元器件產(chǎn)生的無用信號(hào)，主要取決于高放的性能。有熱噪聲和散彈噪聲兩種。取決于高放的性能。有熱噪聲和散彈噪聲兩種。 散彈噪聲散彈噪聲是由真空電子管和半導(dǎo)體器件中電子發(fā)射的是由真空電子管和半導(dǎo)體器件中電子發(fā)

17、射的不均勻性引起的。不均勻性引起的。 （2 2）外部干擾）外部干擾來自接收機(jī)外的無用信號(hào)。來自接收機(jī)外的無用信號(hào)。 工業(yè)干擾工業(yè)干擾天電干擾天電干擾宇宙干擾宇宙干擾電臺(tái)干擾電臺(tái)干擾由電氣設(shè)備中電流或電壓急劇變化引起。屬脈由電氣設(shè)備中電流或電壓急劇變化引起。屬脈沖干擾，對(duì)沖干擾，對(duì)MFMF波段影響較大。波段影響較大。由大氣層中各種電騷動(dòng)引起。以雷電為主，由大氣層中各種電騷動(dòng)引起。以雷電為主，集中影響集中影響20MHz20MHz以下波段。以下波段。來自宇宙空間各天體產(chǎn)生的電磁輻射。集中在來自宇宙空間各天體產(chǎn)生的電磁輻射。集中在3060MHz3060MHz。來自其他無線電發(fā)射臺(tái)。因短波波段電臺(tái)多，來

18、自其他無線電發(fā)射臺(tái)。因短波波段電臺(tái)多，信道擁擠，故影響較大。信道擁擠，故影響較大。2)2)噪聲的表示：信噪比和噪聲系數(shù)噪聲的表示：信噪比和噪聲系數(shù)（1 1）信噪比）信噪比特點(diǎn)：特點(diǎn)：(S/N)(S/N)信號(hào)與噪聲的比值。信號(hào)與噪聲的比值。 通常用功率比來表示。通常用功率比來表示。 S/N=PS/N=PS S / P / PN N可說明信號(hào)的質(zhì)量好壞可說明信號(hào)的質(zhì)量好壞（2 2）噪聲系數(shù)）噪聲系數(shù)(N(NF F)衡量接收機(jī)的好壞衡量接收機(jī)的好壞 NF1Si / NiSo / NoNF=指當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的輸入端接上一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源指當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的輸入端接上一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源時(shí)時(shí), ,其輸入端信噪比其輸入端信噪比Si / Ni Si / Ni 與輸出端與輸出端信噪比信噪比So / NoSo / No的比值。的比值。思考題思考題1 1 無線電波是如何產(chǎn)生的？指出無線電波傳播速度、頻率和波長(zhǎng)三者無線電波是如何產(chǎn)生的？指出無線電波傳播速度、頻率和波長(zhǎng)三者之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。2 2無線電波的波段是怎樣劃分