無線電與頻譜常識(2022新)

RFID無線電與頻譜常識Contents

目

錄無線電信號的特性電磁波的應(yīng)用電磁波頻譜的劃分與分配0102035G賽道明確三大運營商頻譜資源重整【分析與討論】（1）我國三大運營商5G賽道分別是使用哪些頻譜？（2）無線電頻率作為無形的戰(zhàn)略資源，三大運營商如何重組5G頻譜資源？導(dǎo)讀無形的戰(zhàn)略資源——無線電頻譜資源的戰(zhàn)略意義導(dǎo)讀01無線電信號的特性無線電信號的特性在高頻電路中，我們要處理的無線電信號主要有三種:基帶（消息）信號、高頻載波信號和已調(diào)信號。所謂基帶信號，就是沒有進(jìn)行調(diào)制之前的原始信號，也稱調(diào)制信號。高頻載波信號基帶（消息）信號已調(diào)信號0102信號的描述：時間特性的概念：無線電信號的特性1.時間特性一個無線電信號，可以將它表示為電壓或電流的時間函數(shù)，通常用時域波形或數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述。無線電信號的時間特性就是信號隨時間變化快慢的特性。信號的時間特性要求傳輸該信號的電路的時間特性（如時間常數(shù)）與之相適應(yīng)。無線電信號的特性2.頻譜特性無線電信號的頻譜特性就是指信號中各頻率成分的特性。頻譜特性包含幅頻特性和相頻特性兩部分，它們分別反映信號中各個頻率分量的振幅和相位的分布情況。對于較復(fù)雜的信號（如語音信號、圖像信號等），用頻譜分析法表示較為方便。對于周期性信號，以表示為許多離散的頻率分量（各分量間成諧頻關(guān)系），如圖2即為圖1所示信號的頻譜圖；對于非周期性信號，可將其用傅里葉變換的方法分解為連續(xù)譜，此時的非周期性信號即為連續(xù)譜的積分。圖1信號分解圖2頻譜圖無線電信號的特性3.傳播特性根據(jù)無線電磁波在傳播過程所發(fā)生的現(xiàn)象，電磁波的傳播方式主要可分為直射（視距）傳播、繞射（地波）傳播、折射和反射（天波）傳播及散射傳播等，如圖2-3所示。直射（視距）傳播繞射（地波）傳播折射和反射（天波）傳播散射傳播決定傳播方式和傳播特點的關(guān)鍵因素是無線電信號的頻率。無線電信號的特性3.傳播特性電磁波傳播的方式無線電波的傳播方式可分為天波、地波、空間波。（1）地波傳播低于HF頻段（＜3MHz）的無線電波沿著地球表面(或海面)傳播到接收點，因此也稱之為地波（表面波）。中長波主要利用地波傳播。（2）天波傳播工作于HF頻段(3MHz～30MHz)的無線電波(短波)稱為天波。天波的傳播路徑是直線，不是沿地球表面。天波射到60～200英里高空的電離層時，將發(fā)生反射與折射現(xiàn)象。電離層可以將天波反射到地球上的幾百英里之外?？蓪崿F(xiàn)無線電信號的長距離傳播。無線電信號的特性圖3

無線電波的主要傳播方式無線電信號的特性4.調(diào)制特性無線電傳播一般都要采用高頻（射頻）的一個原因就是高頻適用于天線輻射和無線傳播。只有當(dāng)天線的尺寸可以與信號波長相比擬時，天線的輻射效率才會較高，從而可以較小的信號功率傳播較遠(yuǎn)的距離，接收天線也才能有效地接收信號。所謂調(diào)制，就是用調(diào)制信號去控制高頻載波的參數(shù)，使載波信號的某一個或幾個參數(shù)（振幅、頻率或相位）按照調(diào)制信號的規(guī)律變化。根據(jù)載波受調(diào)制參數(shù)的不同，調(diào)制分為三種基本方式，即振幅調(diào)制（調(diào)幅）、頻率調(diào)制（調(diào)頻）、相位調(diào)制（調(diào)相），分別用AM、FM、PM表示。另外還有組合調(diào)制方式。無線電信號的特性頻譜譜線的幅度反映了音頻信號的峰值大小，頻譜譜線距頻率軸原點的遠(yuǎn)近反映了音頻信號頻率的高低。無線電信號的特性通常實際音頻信號并非單頻正弦波，因此其頻譜也是由多條譜線組成，圖中所示為“啊…”音信號的波形。02電磁波的應(yīng)用1.無線電時代的產(chǎn)生RFID技術(shù)實現(xiàn)的基礎(chǔ)是利用電磁能量實現(xiàn)AIDC，而電磁能量是自然界存在的一種能量形式，追溯歷史，公元前在中國即發(fā)現(xiàn)并開始利用天然磁石，并用磁石制成指南車，到了近代，越來越多的人對電、磁、光進(jìn)行了深入的觀察及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的研究。2.無線電通信發(fā)展簡史1895年，馬可尼發(fā)明了用電磁波遠(yuǎn)距離傳送信號的方法；1899年，美國柯林斯達(dá)造出了第一個無線電話系統(tǒng)；1906年，費森登在美國建立了第一個無線電話發(fā)射臺；1919年，英國建立了第一座播送語言和音樂節(jié)目的無線電臺；1921年，人類首先實現(xiàn)短波跨洋傳播；1925年，英國貝爾德發(fā)明了第一臺實用電視機(jī)；1930年，實現(xiàn)了微波通信；現(xiàn)在，人類可以將文字、聲音、數(shù)據(jù)、圖像等信息通過電磁波傳向四面八方。電磁波波長的產(chǎn)生機(jī)理和應(yīng)用領(lǐng)域常常有很大區(qū)別，因此人們常把各類電磁波按波長大小依次排成一列，稱為電磁波譜。按電磁波波長從小到大依次排列，有g(shù)射線、X射線、紫外線、可見光（紫、靛、藍(lán)、綠、黃、橙、紅）、紅外線、無線電波（微波、超短波、短波、長波）等。由于它們的性質(zhì)各不相同，因而也有許多不同的用途。3.電磁波譜無線電波（Radiowave）是在電磁場的作用下由無線電天線中自由電子發(fā)生振蕩而產(chǎn)生的電磁波，其波長范圍是0.75×10-3～1×104m。由于不同頻段的電磁波的傳播方式和特點各不相同，所以它們的用途也不相同。在無線電頻率分配上有一點需要特別注意，那就是干擾問題。所以如果兩個電臺用相同的頻率（F）或極其相近的頻率工作于同一地區(qū)（S）、同一時段（T），必然會產(chǎn)生干擾。3.電磁波譜3.電磁波譜①g射線（g-ray）是由放射性物質(zhì)發(fā)出的電磁波，其波長在2×10-10m以下，它是一種能量很大的光子流，在醫(yī)療上可用g射線作為“手術(shù)刀”（叫做g刀）來切除腫瘤，有很好的治療效果。②X射線（X-ray）是由X射線管產(chǎn)生的電磁波，其波長范圍是10-15～10-7m。X射線對不同密度的物質(zhì)有不同的穿透力，在醫(yī)學(xué)上常用于醫(yī)療檢查，在飛機(jī)場安全檢查中，也常用X射線對行李進(jìn)行透視查驗。③紫外線（Ultravioletray）當(dāng)光電流通過兩電極間的電離氣體時，會產(chǎn)生紫外線，其波長為4×10-8～4×10-7m。太陽光中含有紫外線，紫外線能激發(fā)熒光，日光燈就是利用管內(nèi)紫外線激發(fā)涂在燈管內(nèi)壁上的熒光粉而發(fā)出近似日光光譜的照明燈。紫外線也常用在醫(yī)學(xué)殺菌和防偽技術(shù)上。3.電磁波譜④可見光（Visiblelight）是能引起人的視覺感覺的電磁波，其波長范圍是0.4×10-6～0.8×10-6m。太陽能發(fā)出可見光，可見光具體是由不同比例的七色光（紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫）混合組成的。⑤紅外線（Infraredray）是由灼熱物體發(fā)出的電磁波，其波長范圍是0.8×10-6～1×10-3m，它會導(dǎo)致物體溫度的升高，紅外電磁波在特定的紅外敏感膠片上能形成熱成像。⑥微波（Microwave）是常用于雷達(dá)設(shè)備上的波長很短的無線電波，其波長范圍是1×10-3～1m。由于微波的定向性好，所以常用發(fā)射、反射波的時間來測算目標(biāo)的位置。微波爐是一種用微波的熱效應(yīng)來烹調(diào)食品的裝置。⑦無線電波（Radiowave）是在電磁場的作用下由無線電天線中自由電子發(fā)生振蕩而產(chǎn)生的電磁波，其波長范圍是0.75×10-3～1×104m。3.電磁波譜圖4各種通信介質(zhì)使用的電磁波譜范圍空間電磁波在空間任意點處的電場向量與磁場向量始終是互相垂直的，并與傳播方向相垂直，這種電磁波稱為橫電磁波。它的傳播方向可以用右手定則來確定。右手定則：伸出右手，四指指向電場方向，再使四指彎曲向磁場方向，則拇指指向就是電磁波的傳播方向。4.電磁波的相關(guān)術(shù)語（1）電場、磁場與傳播方向的關(guān)系在電磁波傳播的途徑上，一個波長的范圍內(nèi)同一時刻的電場強(qiáng)度是不相同的。某點場強(qiáng)的強(qiáng)弱、方向和變化趨勢的瞬時狀態(tài)叫電磁波的相位。電磁波的相位通常用角度來表示，稱為相角（相位角），常用字母Φ表示。波長λ之間的距離的相位差為360°。4.電磁波的相關(guān)術(shù)語（2）電磁波相角(3）波陣面電磁波中相位相同的各點組成的面稱為波陣面。電磁波的波陣面是球面波。在距天線遙遠(yuǎn)的地方，波陣面可以看成是一個平面。(4）電磁波的傳播速度電磁波在真空中的傳播速度等于光速c。電磁波在空氣中的傳播速度略小于光速，但可近似認(rèn)為等于光速。(5）波的極化電磁波在空間傳播時，其電場向量是按照一定的規(guī)律變化的，這種現(xiàn)象稱為電磁波的極化。電磁波的電場方向稱為它的極化方向。電磁波的極化波有：線性極化與圓極化波、水平極化與垂直極化波等。4.電磁波的相關(guān)術(shù)語5.電磁波傳播的方式無線電波的傳播方式可分為：天波01地波0203空間波5.電磁波傳播的方式低于HF頻段（＜3MHz）的無線電波沿著地球表面(或海面)傳播到接收點，因此也稱之為地波（表面波）。中長波主要利用地波傳播。（1）地波傳播5.電磁波傳播的方式工作于HF頻段(3MHz～30MHz)的無線電波(短波)稱為天波。天波的傳播路徑是直線，不是沿地球表面。天波射到60～200英里高空的電離層時，將發(fā)生反射與折射現(xiàn)象。電離層可以將天波反射到地球上的幾百英里之外。可實現(xiàn)無線電信號的長距離傳播。（2）天波傳播5.電磁波傳播的方式電磁波進(jìn)入電離層后，由于電離層的電子密度是不均勻的，會引起電磁波的折射。連續(xù)折射的結(jié)果可能使電磁波回地面，也可能使電磁波穿透電離層而進(jìn)入外層空間。電離層對電磁波折射的程度與電磁波頻率、電離層的電子密度及入射角有關(guān)。一般講，頻率越高，越不易折射。電子密度越大、入射角越大，電磁波也越易折射回地面。電離層密度越大，電離層對電磁波的衰減越大。因此，依靠電離層的折射而傳播的短波白天衰減較大。（2）天波傳播5.電磁波傳播的方式工作頻率在30MHz以上(VHF、UHF頻段)的電磁波,由于頻率高，電波會穿透電離層，不發(fā)生反射現(xiàn)象;同時沿地面?zhèn)鞑p耗大。因此，只能以直線的路徑傳播,稱為直達(dá)波。也稱為視距傳播。電視、衛(wèi)星等通訊信號就采用這一傳播方式。（3）空間波（直達(dá)波）傳播03電磁波的頻譜的劃分與分配電磁波的頻譜的劃分與分配由于不同頻段的電磁波的傳播方式和特點各不相同，所以它們的用途也就不同。在無線電頻率分配上有一點需要特別注意的，就是干擾問題。因為電磁波是按照其頻段的特點傳播的，此外再無什么規(guī)律來約束它。因此，如果兩個電臺用相同的頻率（F）或極其相近的頻率工作于同一地區(qū)（S）、同一時段（T），就必然會造成干擾。因為現(xiàn)代無線電頻率可供使用的范圍是有限的，不能無秩序地隨意占用，而需要仔細(xì)地計劃加以利用。所以在國外，不少人將頻譜看作大自然中的一項資源，提出頻譜的利用問題。1.頻譜利用問題0102頻譜的分配。頻譜的節(jié)約。即將頻率根據(jù)不同的業(yè)務(wù)加以分配，以避免頻率使用方面的混亂；從頻譜利用的觀點來看，由于總的頻譜范圍是有限的，每個電臺所占的頻譜應(yīng)力求減少，以便容納更多的電臺和減少干擾。這就要求盡量壓縮每個電臺的帶寬，減小信道間的間隔并減小雜散發(fā)射。所謂頻譜利用問題包含兩方面的問題1.頻譜利用問題如圖5所示為1959年日內(nèi)瓦會議上將世界劃分為三個頻率分區(qū)的示意圖。其中1區(qū)為歐洲和非洲