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高频电子技术精品课程课程电子教案高频电子技术高频电子技术广东轻工职业技术学院电子通信工程系广东轻工职业技术学院电子通信工程系 2010.21高频电子技术精品课程无线通信系统组成无线通信系统组成项目一项目一 图图1-1-1 1-1-1 无线广播系统的组成无线广播系统的组成 高频电子技术精品课程无线通信设备无线通信设备无线通信设备无线通信设备任务一任务一 无所不在的通信设备无所不在的通信设备高频电子技术精品课程通信系统的基本组成通信系统的基本组成 输入输入 变换器变换器 发送发送 设备设备 信道信道 接收接收 设备设备 噪声噪声与干扰与干扰 信源信源 输出输出 变换器变换器 图图1-1-2 1-1-2 通信系统的基本组成通信系统的基本组成通信：从发送者到接收者之间信息的传递。通信：从发送者到接收者之间信息的传递。通信系统：利用电信号传播信息。通信系统：利用电信号传播信息。子任务一子任务一 无线通信系统的基本组成无线通信系统的基本组成高频电子技术精品课程1信源信源 指须要传送的原始信息，如声音、图像、文字等。指须要传送的原始信息，如声音、图像、文字等。2.输入变换器输入变换器 将发送者供应的非电物理量消息将发送者供应的非电物理量消息(如声音等如声音等)变换为电信号变换为电信号(即基带信号即基带信号)。依据信源转换为电信号的方式，可分为模拟通信和数字通依据信源转换为电信号的方式，可分为模拟通信和数字通信。本课程主要探讨的是模拟通信系统。信。本课程主要探讨的是模拟通信系统。高频电子技术精品课程3.发送设备发送设备 基带信号频率低，不便于在信道传输。将输入的基带信号基带信号频率低，不便于在信道传输。将输入的基带信号变成适合于信道传输的信号。变成适合于信道传输的信号。图图1-1-3 1-1-3 无线电测向信号源无线电测向信号源高频电子技术精品课程4.信道信道 连接发、收两端的信号通道，又称传输媒介。连接发、收两端的信号通道，又称传输媒介。a)b)c)图图1-1-4 无线通信天线无线通信天线a)卫星接收天线卫星接收天线 b)广播放射塔广播放射塔 c)路由器无线天线路由器无线天线高频电子技术精品课程5.接收设备接收设备 与发送设备的作用相反。将信道传送过来的信号取出并进与发送设备的作用相反。将信道传送过来的信号取出并进行处理，得到与发送端相对应的基带信号。行处理，得到与发送端相对应的基带信号。图图1-1-5 1-1-5 无线电测向机无线电测向机高频电子技术精品课程6.输出变换器输出变换器 与输入变换器的作用相反。将接收输出的电信号复原出原与输入变换器的作用相反。将接收输出的电信号复原出原始信号。始信号。7.噪声与干扰噪声与干扰 存在在放射和接收的整个电路中，因此要求接收装置增益存在在放射和接收的整个电路中，因此要求接收装置增益高，选择性好。高，选择性好。高频电子技术精品课程 典型的无线发射设备的组成典型的无线发射设备的组成 图图1-1-6 1-1-6 典型调幅放射机的原理框图典型调幅放射机的原理框图高频电子技术精品课程调制：用调制信号去限制高频振荡信号的某个参量。调制：用调制信号去限制高频振荡信号的某个参量。被限制的是高频振荡的振幅时，称为振幅调制，简称调幅被限制的是高频振荡的振幅时，称为振幅调制，简称调幅(AM)(AM)。被限制的是高频振荡的频率时，称为频率调制，简称调频被限制的是高频振荡的频率时，称为频率调制，简称调频(FM)(FM)。被限制的是高频振荡的相位时，称为相位调制，简称调相被限制的是高频振荡的相位时，称为相位调制，简称调相(PM)(PM)。调制信号：携有信息的电信号。调制信号：携有信息的电信号。载波：未调制的高频振荡信号。载波：未调制的高频振荡信号。已调信号：经过调制后的高频振荡信号。已调信号：经过调制后的高频振荡信号。u高频电子技术精品课程 无线电传播一般都要接受高频（射频）才适合于天线辐射无线电传播一般都要接受高频（射频）才适合于天线辐射和无线传播。缘由如下：和无线传播。缘由如下：减小天线的尺寸。只有当天线的尺寸大到可以与信号波长相减小天线的尺寸。只有当天线的尺寸大到可以与信号波长相比拟时，天线才具有较高的辐射效率。举例，音频范围为比拟时，天线才具有较高的辐射效率。举例，音频范围为20Hz20kHz，若放射，若放射100Hz的音频信号，波长的音频信号，波长 。需削减波长，提高放射频率。需削减波长，提高放射频率。选台。将不同电台发送的信息安排到不同频率的载波信号上，选台。将不同电台发送的信息安排到不同频率的载波信号上，使接收机可选择特定电台的信息而抑制其他电台发送的信息和使接收机可选择特定电台的信息而抑制其他电台发送的信息和各种干扰。各种干扰。高频电子技术精品课程 典型的无线接收设备的组成典型的无线接收设备的组成 图图1-1-7 1-1-7 调幅收音机的原理框图调幅收音机的原理框图高频电子技术精品课程1.什么叫超外差式接收机？什么叫超外差式接收机？2.混频器输出端获得载频频率为本振和高频已调信号两混频器输出端获得载频频率为本振和高频已调信号两者频者频3.率之差。率之差。4.为什么要运用混频器？为什么要运用混频器？5.假如接收机干脆将高频信号放大，对于不同的频率，假如接收机干脆将高频信号放大，对于不同的频率，接收接收6.机的灵敏度（接收弱信号的实力）和选择性（区分不同电机的灵敏度（接收弱信号的实力）和选择性（区分不同电台台7.的实力）变更较猛烈。而用混频器得到的中频信号的频率的实力）变更较猛烈。而用混频器得到的中频信号的频率固固8.定，因此中频放大器的选择性和增益和接收的频率无关。定，因此中频放大器的选择性和增益和接收的频率无关。高频电子技术精品课程 无线电波波段的划分无线电波波段的划分波波 段段波长波长/m频率频率/MHz特特 点点说说 明明中、中、长波长波 100 3沿地表沿地表传播传播大大地地表表面面是是导导体体，一一部部分分电电磁磁波波会会损耗掉，频率越高，损耗越大损耗掉，频率越高，损耗越大短波短波10 1003 30靠电离层靠电离层反射传播反射传播电电磁磁波波一一部部分分被被吸吸收收，另另一一部部分分被被反反射射或或折折射射到到地地面面。频频率率越越高高，被被吸吸收收的的能能量量越越小小，但但频频率率超超过过一一定定值值，电电磁磁波波会会穿穿过过电电离离层层，不不再再返返回地面回地面超短波超短波 30沿空间沿空间直线传播直线传播沿沿地地表表传传播播衰衰减减极极大大，电电磁磁波波又又会会穿穿透透电电离离层层，不不能能返返回回地地面面。只只能能采用主要沿空间直线传播采用主要沿空间直线传播子任务二子任务二 电磁波频段的划分与传输特点电磁波频段的划分与传输特点高频电子技术精品课程 无线电波的传播方式无线电波的传播方式高频电子技术精品课程1.沿地面传播的地波沿地面传播的地波2.特点：因为地面的导电特性比较稳定，所以电波沿地特点：因为地面的导电特性比较稳定，所以电波沿地面面3.的传播比较稳定；遇障碍物绕射实力强，传输距离比较远。的传播比较稳定；遇障碍物绕射实力强，传输距离比较远。4.应用：导航。应用：导航。高频电子技术精品课程2.靠电离层的折射和反射进行传播靠电离层的折射和反射进行传播3.特点：短波通信天线尺寸小，所需放射功率低，成特点：短波通信天线尺寸小，所需放射功率低，成本本4.低；但因电离层状态随时间而变更，所以电波的传播不低；但因电离层状态随时间而变更，所以电波的传播不稳稳5.定。定。6.应用：远距离无线电广播、电话通信及中距离小型应用：远距离无线电广播、电话通信及中距离小型移动移动7.电台等。电台等。高频电子技术精品课程3.沿空间直线传播沿空间直线传播 特点：传播距离只限制在视线范围内，所以传播距离是有特点：传播距离只限制在视线范围内，所以传播距离是有限的，但可以通过架空天线、中继、或卫星等方式扩大传播距限的，但可以通过架空天线、中继、或卫星等方式扩大传播距离。离。应用：中继通信、调频、电视广播、以及雷达、导航系统应用：中继通信、调频、电视广播、以及雷达、导航系统中。中。高频电子技术精品课程 频率的分配频率的分配 同一地区、同一时段用相同或相近频率的无线电通信设备同一地区、同一时段用相同或相近频率的无线电通信设备工作时必定相互干扰，因此无线电频率须要细致规划并且加工作时必定相互干扰，因此无线电频率须要细致规划并且加以利用。以利用。将频率依据不同的业务加以安排。比如：将频率依据不同的业务加以安排。比如：调频广播调频广播:87.5MHz108MHz；GSM频段：频段：900Mhz/1800Mhz/1900MHz；无线电总的频谱范围有限，力求压缩每个无线设备的无线电总的频谱范围有限，力求压缩每个无线设备的带宽，减小信道间的间隔和干扰，提高频谱利用率。带宽，减小信道间的间隔和干扰，提高频谱利用率。高频电子技术精品课程 比如，在无线网络规划中，信道安排的问题可以分为两比如，在无线网络规划中，信道安排的问题可以分为两类：类：在满足整个系统无干扰的状况下，最小化所须要的信道数，在满足整个系统无干扰的状况下，最小化所须要的信道数，以节约有效的频率资源。以节约有效的频率资源。在大多数应用中，无法供应足够可用的信道确保无干扰的信在大多数应用中，无法供应足够可用的信道确保无干扰的信道安排，只能最小化整个系统内的干扰，满足各区域对信道安排，只能最小化整个系统内的干扰，满足各区域对信道数量上的需求。道数量上的需求。又比如，接受更加紧密的频率复用技术，建立微蜂窝、微微又比如，接受更加紧密的频率复用技术，建立微蜂窝、微微蜂窝，建设蜂窝，建设GSM900/1800双频网络以及进行网络优化等。双频网络以及进行网络优化等。高频电子技术精品课程天线是一个能量转换器：天线是一个能量转换器：放射天线：高频电能放射天线：高频电能 电磁波能电磁波能接收天线：电磁波能接收天线：电磁波能 高频电能高频电能天线的重要参数和特性：天线的重要参数和特性：方向性系数方向性系数天线增益天线增益输入阻抗输入阻抗天线效率天线效率 天线天线高频电子技术精品课程无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中电场和磁场在空间无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。高频电子技术精品课程导线载有交变电流时就可以形成电磁波的辐射。辐射的实力与导线载有交变电流时就可以形成电磁波的辐射。辐射的实力与导线的长短和形态有关。导线的长短和形态有关。当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。加，因而就能形成较强的辐射。高频电子技术精品课程通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。两臂长度相等的振子叫做对称振子：两臂长度相等的振子叫做对称振子：每臂长度为每臂长度为1/4波长，全长为波长，全长为1/2波长的振子也叫半波振子。波长的振子也叫半波振子。高频电子技术精品课程 天线的方向性是指天线向确定方向辐射电磁波的实力。天线的方向性是指天线向确定方向辐射电磁波的实力。对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向传来的电波对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向传来的电波所具有的接收实力。所具有的接收实力。天线的方向性的特性曲线通常用方向图来表示。天线的方向性的特性曲线通常用方向图来表示。高频电子技术精品课程 方向性系数是用来表示天线向某一个方向集中辐射电磁波方向性系数是用来表示天线向某一个方向集中辐射电磁波程度的一个参数。为了确定定向天线的方向性系数，通常以志程度的一个参数。为了确定定向天线的方向性系数，通常以志向的非定向天线作为比较的标准。向的非定向天线作为比较的标准。志向的非定向天线：各方向匀整辐射的志向点源天线，这志向的非定向天线：各方向匀整辐射的志向点源天线，这种天线向各个方向的辐射式匀整的。种天线向各个方向的辐射式匀整的。任确定向天线的方向性系数是指在接收点产生相等电场强任确定向天线的方向性系数是指在接收点产生相等电场强度的条件下，非定向天线的总辐射功率对该定向天线的总辐射度的条件下，非定向天线的总辐射功率对该定向天线的总辐射功率之比。功率之比。高频电子技术精品课程 天线和馈线的连接端，即馈电点两端感应的信号电压与信天线和馈线的连接端，即馈电点两端感应的信号电压与信号电流之比称为天线的输入阻抗。号电流之比称为天线的输入阻抗。输入阻抗有电阻重量和电抗重量，即输入阻抗有电阻重量和电抗重量，即Zin=Rin+j Xin。电抗。电抗重量会削减从天线进入馈线的有效信号功率，因此，必需使电重量会削减从天线进入馈线的有效信号功率，因此，必需使电抗重量尽可能为零，使天线的输入阻抗为纯电阻。抗重量尽可能为零，使天线的输入阻抗为纯电阻。输入阻抗与天线的结构和工作波长有关。基本半波振子的输入阻抗与天线的结构和工作波长有关。基本半波振子的输入阻抗为（输入阻抗为（73.1+j 42.5）欧姆。）欧姆。高频电子技术精品课程 天线效率天线效率是指天线辐射出去的功率（即有效地转换电磁波是指天线辐射出去的功率（即有效地转换电磁波部分的功率）和输入到天线的总功率之比。是恒小于部分的功率）和输入到天线的总功率之比。是恒小于1的数值。的数值。增益是是天线辐射或接收电波大小的表现。它是方向系数与增益是是天线辐射或接收电波大小的表现。它是方向系数与天线效率的乘积。天线效率的乘积。增益大小的选择取决于系统设计对电波覆盖区域的要求，简增益大小的选择取决于系统设计对电波覆盖区域的要求，简洁地说，在同等条件下，增益越高，电波传播的距离就越远。一洁地说，在同等条件下，增益越高，电波传播的距离就越远。一般基地台天线接受高增益天线，移动台天线接受低增益天线。般基地台天线接受高增益天线，移动台天线接受低增益天线。高频电子技术精品课程1.全向天线全向天线 在水平面上，辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线。即在水平面上，辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线。即水平方向图的基本为圆形。不过在其垂直方向图上，可以看到辐射水平方向图的基本为圆形。不过在其垂直方向图上，可以看到辐射能量是集中的，因此可以获得天线增益。能量是集中的，因此可以获得天线增益。全向天线一般由半波振子排列的直线阵组成。全向天线一般由半波振子排列的直线阵组成。辐射能量更集中辐射能量更集中无线通信常用天线无线通信常用天线高频电子技术精品课程振子单元数每增振子单元数每增加一倍（即长度加一倍（即长度增加一倍，增益增加一倍，增益增加增加3dB。全向天线由于其无全向天线由于其无方向性，所以多用方向性，所以多用在点对多点通信的在点对多点通信的中心台站。中心台站。高频电子技术精品课程2.定向定向天线天线这类天线的水平和垂直方向图是非匀整的。它常常用在扇形这类天线的水平和垂直方向图是非匀整的。它常常用在扇形小区，因此也常常称为扇区天线。小区，因此也常常称为扇区天线。定向天线一般由直线天线阵加上反射板构成，或干脆接受方定向天线一般由直线天线阵加上反射板构成，或干脆接受方利用反射板可把辐射能限制聚焦到一个方向利用反射板可把辐射能限制聚焦到一个方向向天线（如八木天线）。向天线（如八木天线）。高频电子技术精品课程3.特殊天线特殊天线 用于特殊用途，例如室内覆盖、隧道覆盖等。典型例子用于特殊用途，例如室内覆盖、隧道覆盖等。典型例子是泄漏同轴电缆。是泄漏同轴电缆。泄露电缆在其外导体上沿长度方向周期性地开有确定形泄露电缆在其外导体上沿长度方向周期性地开有确定形态的槽孔。电缆内部传输的部分高频电磁能可以由槽孔以电态的槽孔。电缆内部传输的部分高频电磁能可以由槽孔以电磁波的形式向外部辐射，同时可以通过槽孔接收外部的电磁磁波的形式向外部辐射，同时可以通过槽孔接收外部的电磁波。泄露同轴电缆兼有传输线和收、发天线的功能。波。泄露同轴电缆兼有传输线和收、发天线的功能。