《电信传输原理及应用》课后习题答案完整版

《电信传输原理及应用》课后习题答案2009-9-29I目录第一章电信传输的基本概念.......................................................................................................1第二章金属传输线理论...............................................................................................................4第三章波导传输线理论...............................................................................................................7第四章介质光波传输理论.........................................................................................................13第五章无线通信传输理论.........................................................................................................19第六章移动通信传输信道的特性.............................................................................................24第七章微波通信传输信道的特征.............................................................................................28第八章卫星通信传输线路的特征.............................................................................................321第一章电信传输的基本概念1、什么是通信、电信和电信传输？电信号有哪些种类？各有什么特征？答：从广义上说，无论采用何种方法，使用何种传输媒质只要将信息从一地传送到另一地，均可称为通信。电信号按照不同的角度可有不同的分类，按照电信号传载信息的形式的不同，可分为：模拟信号和数字信号两种类型。模拟信号，是指模拟、仿照原有消息变化的电信号，这种信号的幅度变化是时间的连续函数；数字信号在时间上和幅度上的取值都是离散的。数字信号在传输上有很多优点，最主要的是它的抗干扰性强。由于它是以1、0两种状态传输的，在接收端只要正确地判断是“1”或者是“0”，就等于完全取消了干扰。2、完整的电信传输系统是如何组成的？答：一个完整的电信传输系统除了必须具备传输信道部分外，还需要有用户终端设备、交换机、多路复用设备和传输终端设备（收发信机）等。3、电信传输有些什么特点？答：一是传输信号的多频率；二是电信传输的功率在有线传输的功率比较小，它一般只有毫瓦量级；三是电信传输的效率，由于电信传输是弱电传输，其传输效率非常重要；四是电信传输离不开信号的变换。4、常用传输介质的结构及用途是什么？答：电信号的传输实质是电磁波的传播，传播方式分有线传播和无线传播两种，因此其传输介质也按此分类方式分为有线传输介质和无线传输介质。现有的传输线有架空明线、对称电缆、同轴电缆、金属波导管和光纤等；无线电传播的传输介质是对流层、平流层或电离层，传播方式有直射波，反射波，地波，散射波等。用途：（1）架空明线：架空明线是利用金属裸导线捆扎在固定的线担上的隔电子上，是架设在电线杆上的一种通信线路，现今多用于专网通信，如利用高压输电线实现载波通信；利用铁路电气汽车输电线实现载波通信等；2（2）对称电缆：市话对称电缆是由若干条扭绞成对（或组）的导电芯线加绝缘层组合而成的缆芯，外面包裹有保护层的一个整体。主要作为传统的话音通信介质，是当前电信接入网的主体；（3）同轴电缆：同轴电缆又称为同轴线对，属于不对称的结构。它是由内、外导体和内、外导体之间的绝缘介质和外护层四部分组成，同轴电缆主要用在端局间的中继线、交换机与传输设备间中继连接线、移动通信的基站发信机与天线间的馈线以及有线电视系统中用户接入线等；（4）金属波导：金属波导是用金属制成的中空的柱状单导体，金属波导常用于微波或卫星的收、发信机与天线间馈线使用；（5）光纤：光缆是由光纤、加强件和外户层构成。光纤是由纤芯、包层和涂敷层组成，光纤作为传输介质主要优点是传输频带宽、通信容量大、传输损耗小、抗电磁场干扰能力强、线径细、重量轻、资源丰富等。为各种通信系统广泛使用，光纤目前是最理想的传输线。（6）无线信道：主要靠电磁波在大气层的传播来传递信息。5、以功率电平为例，请简述正电平、负电平和零电平的意义。答：由定义知，当0xPP时，电平为零，其含义是该点的功率等于基准功率。当0xPP时,电平是负值,其含义是该点的功率小于基准功率。当0xPP时,电平是正值，其含义是该点的功率大于基准功率。对于绝对功率电平来说，因为基准功率是lmw，所以当1xPmW时，电平是正值，当1xPmW时。电平是零值，当1xPmW时，电平是负值。6、试简述绝对电平和相对电平的意义以及两者之间的关系。答：所谓某点的电平，是指电信系统中某一信号的实测功率（或电压、电流）值与某参考点的信号功率（或电压、电流）之比的对数值，某参考点的信号功率（或电压、电流）又称为基准功率（或基准电压、基准电流）。需指出的是：基准功率是基本不变的，而基准电压或基准电流则是根据在某一阻抗上所获得的基准功率来确定的。当阻抗变化时，基准电压或基准电流也要随之而变化。求相对向平时所取的基准是不固定的，被测量值和基准是相对的，而绝对电平的基准是3固定的。在电话通信中，绝对电平的基准参考点的阻抗0600R，功率是01PmW时，就可分别计算出绝对电压电平的基准电压和绝对电流电平的基准电流。7、已知测试点的阻抗75LR，其电压为0.85V，试计算测试点上的绝对功率电平是多少？解：直接带公式计算有：000()()()0.85600[]10lg20lg10lg20lg10lg9.83(dBm)()()()0.77575XXPXRPmWUVVLPmWUVRV8、设电路某点的绝对功率电平为：（1）0.5Np（2）-1.5Np（3）-7dBm试求该点的功率值。解：（1）将0.5Np带入公式，计算得到2.72mW。（2）带入上式得到e^(-3)mW；（3）将-7dBm带入()[]10lg1xpPmWLdBmmW，计算得到0.1995mW。9、已知测试点功率为0.2W，线路始端功率为10mW，求测试点的相对功率电平值。解：直接带入公式得到：321()110.210[]lnln1.4982()210pPmWmWLNpNpNpPmWmW。10、已知测试点电压为0.7V，线路始端电压为0.2V，求测试点的相对电压电平值。解：带公式有：21()0.7[]lnln1.253()0.2pUvVLNpNpNpUvV4第二章金属传输线理论1、集总参数与分布参数有哪些异同？答：在低频传输时，常把传输线当“短线”，可以认为传输线上所有的电场能都全部集中在了一个电容器C中，磁场能都全部集中在了一个电感器L中，把消耗的电磁能量集中在一个电阻元件R和一个电导元件G上，而连接元件的导线（传输线）则认为理想导线。常把这些独立存在的R、C、L、G称为集总参数；随着传输信号频率升高，此时传输线已工作在“长线”状态，当信号通过“长线”传输线所需要的传输时间与信号变化的一个周期所需要的时间接近时，即使在稳态工作情况下，传输线上电压、电流不仅随时间变化而且还随传输线的长度变化有关。因此沿传输线上的电压、电流表达式要用偏微分方程来表示；其次，传输线间的电阻、电感、电容以及电导不仅互不可分，而且沿线随机分布。常把传输线单位长度上的电阻R1、电感L1、电容C1、电导G1，统称为传输线的分布参数。2、何为长线？何为短线？答：当传输线的几何长度L比其上所传输的电磁波的最小波长λmin还长，即100minL时，传输线称为长线，反之则为短线3、阐述金属传输线出现R、L、C和G的原因及它们的物理意义。答：是因为利用这些电路参数和相应的VAR关系，通过基尔霍夫定律对传输线上的信号进行研究，可较为准确的列出传输线上任意一点的V和I的表达式。物理意义：R取决于导线的材料和传输信号的频率；L是由于变化的电流流经导体时，导体内部及其周围出现变化的磁通而产生的，导线的磁通量与产生磁通的电流之比称为电感频率越高导线的电感越小；互相绝缘的平行双导线可以认为是电容器的两个极板，从而产生电容C，线路的直径越大，双导线间距越近，线路越长时电容量越大；G反映了双导线之间的绝缘情况，电导值越大导线之间绝缘越差，漏电越严重。4、传输线的特性阻抗和传输常数代表什么意义？答：传输线的特性阻抗是线上任意一点的电压入射波和电流入射波的比值，或电压反射波同电流反射波比值的负值。5传输常数代表了信号的电磁波沿均匀匹配线路传输时，一个单位长度回路内在幅值和相位上所发生的变化的程度。5、当ZC=ZL时，传输线处于什么工作状态？传输线具有什么特点？答：传输线处于行波工作状态，特点如下：1、传输线上只存在入射波而无反射波，电压波或电流波处于纯行波状态；2、电压波和电流波同相，其值之比为传输线的特性阻抗CZ；3、有传输线任意截面处向终端负载方向看进去的输入阻抗inCZZ；4、因没有发射，始端向终端方向传输的功率，全部被负载吸收，传输效率高。6、当ZC≠ZL时，传输线处于什么工作状态？传输线具有什么特点？答：此时传输线上既有行波，又有驻波，构成行驻混合波状态。7、通信回路的串音损耗与串音防卫度的物理意义是什么？答：串音损耗是表征主串回路对被串回路影响大小的量，其值越大，则串音功率越小，对相邻回路的串音干扰越小；反之，串音干扰越大。串音防卫度表明被串回路本身对外来干扰的防卫程度，串音防卫度越大，则防卫能力越强。8、若已知f=5MHz，同轴电缆回路的一次参数：电阻kmR/501，电感kmmHL/2.01，电导kmSG/151，电容kmnFC/331。试求该同轴电缆的二次参数。解：特性阻抗31910.21077.853310CLZC衰减常数和相移常数为：111111[]8.68622RCGLdBkmLC9633950331015100.210[]8.68620.210233102.79dBkm或者不乘以8.686可得：0.321714Np/km6391111225100.210331080.71LCfLCradkm62.7980.71jj9、设某平行双导线的直径为2mm，间距为8mm，周围介质为空气，求其特性阻抗。解：首先求221lnDDdLd，1122lnCDDdd11ln0.186cLZC10、设某同轴线的外导体内直径为20mm，内导体外直径为10mm，求其特性阻抗；若在内外导体之间填充ε为2.20的介质，求其特性阻抗。解：(60)*ln()41.59cZrDd当填充介质后，(60)*ln()28.04cZrDd。7第三章波导传输线理论1、波导为什么不能传输TEM波？答：因为若金属波导中存在TEM波，那么磁力线应在横截面上，而磁力线应是闭合的，根据右手螺旋规则，必有电场的纵向分量ZE，即位移电流ZEt支持磁场，若沿此闭合磁力回线对H做线积分，积分后应等于轴向电流（即）。2、波导波长与工作波长有何区别？答：波导中某波型沿波导轴向相邻两