第2章 無線電波傳播

GMDSS通信設(shè)備與業(yè)務(wù)第二章電波傳播與天線

通導(dǎo)教研室

2.1電波輻射和傳播2.2各波段電波傳播的特點(diǎn)2.3無線電通信的基本概念2.1電波輻射和傳播途徑一.電波的形成與波段劃分1.電波的形成—交變電磁場(chǎng)的傳播.2.波段劃分:

λ=ν·T=ν/?ν=?·λ=C，其中C=3x108m/s頻率、周期、波長(zhǎng)的定義頻率（FREQUENCY）：定義：電波在單位時(shí)間（１Ｓ）內(nèi)幅值大小與方向周期性變化的次數(shù)。符號(hào)：Ｆ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)：λ；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厘米（cm）；

1厘米（cm）=10毫米（mm）；1.地波傳播2.空間波傳播3.電離層波(天波)3.船用通信波段

MF;HF;VHF;微波.MF波段范圍1.6~4MHzHF波段范圍4~27.5MHzVHF波段范圍156`174MHzInmarsat系統(tǒng)工作于1.5~1.6GHz和4~6GHz二.電波傳播途徑電波沿地球表面?zhèn)鞑?波長(zhǎng)越長(zhǎng)繞射距離越遠(yuǎn).地面電性能參數(shù)隨時(shí)間變化小,地形地貌穩(wěn)定,地波傳播可靠穩(wěn)定.1.地波傳播:形成條件：無線電波的波長(zhǎng)與障礙物尺寸相比擬時(shí)才能發(fā)生繞射現(xiàn)象極長(zhǎng)波\超長(zhǎng)波\長(zhǎng)波:λ=1km～100km,傳播幾千～幾萬km.中波(MF):

λ=100m～1000m,傳播幾百km.短波(HF):

λ=10m～100m,傳播<100km.超短波\微波:

λ<10m,不能以地波形式傳播.地波傳輸中各種波長(zhǎng)傳輸特點(diǎn)電波在空間沿直線視距離或沿地面反射傳播.收發(fā)天線架設(shè)越高,傳播距離越遠(yuǎn).

1)短波及波長(zhǎng)更長(zhǎng)的波段:不能以空間波形式傳播.

2)超短波和微波:以空間波傳播.

2.空間波傳播:空間波的視距

超短波和微波:以空間波傳播.

電波經(jīng)電離層反射達(dá)到接收端.

1)電離層:

60~300km大氣層中氣體分子→太陽(yáng)紫外線輻射→產(chǎn)生電離→正負(fù)離子和自由電子→形成電離層.高度↑→電離度↑.

3.電離層波(天波):

2)電離層劃分:

D\E\F1\F2層,在夜間D和F1層消失.電離層分布情況3)電離層對(duì)電波的衰減:f↓→吸收↑,f↑→吸收↓.

f>

fmax

→穿透電離層；f＜

fmin

→被電離層吸收

fmin≤f天波≤fmax→天波（電離層波—中短波）fmin——最低可用頻率fmax——最高可用頻率f天波——最佳工作頻率

●（3）太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)電離層的影響太陽(yáng)黑子當(dāng)太陽(yáng)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(yáng)黑子的爆炸黑子還會(huì)引起地球上氣候的變化。太陽(yáng)耀斑耀斑對(duì)地球空間環(huán)境造成很大影響。太陽(yáng)色球?qū)又幸宦暠?，地球大氣層即刻出現(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(yáng)黑子和太陽(yáng)耀斑是太陽(yáng)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（MF）、長(zhǎng)波（LF）1.長(zhǎng)波：2.中波：

以地波傳播，工作穩(wěn)定。白天—以地波傳播，不能以天波傳播，D層對(duì)MF波吸收。夜間—地波與天波并存，E層對(duì)天波反射，但存在衰落，

中波的傳播特點(diǎn)波長(zhǎng)：1km-100m;頻率：300-3000kHz;傳播特點(diǎn)：白天靠地波.因?yàn)橹胁ù┻^D層時(shí),受到強(qiáng)烈的吸收。夜間靠地波和天波.吸收中波的D層消失,由E層反射。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)的多徑傳播

1.傳播：2.特點(diǎn)3).存在衰落現(xiàn)象

地波和天波，主要靠天波傳播，在F層反射。1).地波傳播衰減大，傳播小于100km。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。（二）短波（HF）F層不穩(wěn)定，不同路徑天波在接收點(diǎn)疊加→衰落。3).存在衰落現(xiàn)象

4).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）超短波和微波的傳播特點(diǎn)

頻率:30MHz以上;波長(zhǎng):10M以下。傳播特點(diǎn)：主要靠空間波傳播。傳播距離一般僅有幾十海里。天線絕對(duì)高度(距海平面的高度)為幾十米時(shí),VHF通信距離30-50海里。2.3無線電通信的基本概念一．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)，該電信號(hào)攜帶源信息。信道是信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ阑蚍Q傳輸?shù)拿浇?，它可以是有線（如電纜）也可以是無線（如利用空間傳播的電磁波）。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。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)（Signal）定義：特點(diǎn)：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)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。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)表示信號(hào)的方法數(shù)學(xué)表達(dá)式波形圖頻譜圖——直觀、有效2)頻譜定義:3)頻譜圖:橫坐標(biāo)------縱坐標(biāo)------fu指組成信號(hào)的各種正弦信號(hào),按頻率不同所存在的分布、排列情況。表示頻率表示各正弦分量的幅度關(guān)系4）.信號(hào)帶寬定義: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)只有一條譜線;脈沖信號(hào)則有無限多個(gè)譜線,占有無限大的帶寬。工程上將譜線幅度下降到基波幅度1/10以下的所有諧波分量,忽略不計(jì)。故語音通信均存在程度不同的失真。定義:5）系統(tǒng)帶寬在不失真地傳遞信號(hào)的前提下,通信系統(tǒng)所必須擁有的足夠帶寬。系統(tǒng)帶寬越大,單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘恳苍酱蟆Ｏ到y(tǒng)帶寬主要取決于調(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,要求系統(tǒng)帶寬大于或等于信號(hào)的帶寬。四、噪聲及其表示

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的無用信號(hào)。1)噪聲分類

按其來源噪聲可分為內(nèi)部噪聲和外部干擾兩種類型。

（1）內(nèi)部噪聲——由機(jī)內(nèi)的元器件產(chǎn)生的無用信號(hào)，主要取決于高放的性能。有熱噪聲和散彈噪聲兩種。散彈噪聲是由真空電子管和半導(dǎo)體器件中電子發(fā)射的不均勻性引起的。

（2）外部干擾—來自接收機(jī)外的無用信號(hào)。

工業(yè)干擾天電干擾宇宙干擾電臺(tái)干擾—由電氣設(shè)備中電流或電壓急劇變化引起。屬脈沖干擾，對(duì)MF波段影響較大?！纱髿鈱又懈鞣N電騷動(dòng)引起。以雷電為主，集中影響20MHz以下波段。—來自宇宙空間各天體產(chǎn)生的電磁輻射。集中在30~60MHz?！獊碜云渌麩o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。2)噪聲的表示：信噪比和噪聲系數(shù)（1）信噪比特點(diǎn)：(S/N)——信號(hào)與噪聲的比值。通常用功率比來表示。

S/N=PS/PN可說明信號(hào)的質(zhì)量好壞（2）噪聲系數(shù)(NF)—衡量接收機(jī)的好壞

NF≥1Si/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