无线通信基础知识

电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF无线电通信测试与设计电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF1.这门课主要研究什么问题？主要研究信息传输系统的基本概念、传输发送与接收设备基本电路以及电路的基本分析方法---通信电子电路射频卡考勤机电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF主要研究信息传输系统的基本概念、传输发送设备基本电路与基本分析方法---通信电子电路信息AB传输媒质信号源发送设备接收设备终端装置基带信号已调信号已调信号基带信号电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF信息源经传送的信息（如声音或图像）所转换成的微弱电信号；即必须有换能器（如话筒或摄12像机）；发送设备将微弱电信号变成适合于信道传输的信号，然后送入信道；传输媒质信号传输的通道；导线或光纤或传输电磁波的自由空间；接收设备把有用信号从众多信号和噪声中选取出来；终端装置将接收设备接收到的电信号再还原成原始信息：如扬声器或显像管等；各部分功能：电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF信息AB1876年贝尔发明了电话1895年意大利人马克尼和俄国人波波夫利用电磁波实现了无线通信。1837年莫尔斯电码电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF本课程的特点:在本教材中，阐述的各部分高频电子线路，除高频小信号谐振放大器外，都是非线性电路。相对于线性电子线路的分析方法来说，非线性电子线路的分析方法更加复杂。数学知识要求较多2.输出信号和输入信号频率不同；输出信号中有新频率成分产生；设备电路fifo线性电路fi,fi非线性电路fi,fi,f1,f2,f3……1.从它处理的信号频率角度来说，发送和接收的信号，是高频信号；电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF传输媒质信息源发送设备接收设备终端装置图1.1通信系统基本组成框图通信系统基本组成框图建立系统的概念课程主要内容电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF直接发送无线电波的问题：由天线理论可知，要将无线电信号有效地发射，天线的尺寸必须和电信号的波长为同一数量级(1/10-1)。原始电信号一般是低频信号，如语音信号频率范围f:20Hz-20KHzλ=c/fλ20kHz=15Kmλ20Hz=1.5X104Km波长很长。要制造出相应的巨大天线是不现实的。另外，若各发射台发射的均为同一频段的低频信号，信道中会互相重叠、干扰，接收设备也无法接收信号。解决方法：调制（1）调制（为什么要调制？）1、无线电信号发送原理和发送设备的基本组成电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF调制的概念低频信号加载高频振荡信号调制信号uΩ=UΩmcosΩtuC==UCmcos(ωct+φ0)uC=UCmcos(ωct+φ0)调相调频电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF例:调幅已调波调频已调波电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF调制的好处：采用调制方式以后，由于传送的是高频振荡信号，所需天线尺寸便可大大下降。同时，不同的发射台可以采用不同频率的高频振荡信号作为载波，这样在频谱上就可以互相区分开了。电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF传输媒质信号源发送设备接收设备终端装置图1.49通信系统基本组成框图基带信号已调信号已调信号基带信号电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF振荡器高频放大器倍频器高频功放及调制话筒调制信号放大器（2）无线电发送设备的组成电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF发送设备各部分功能高频振荡器：产生频率稳定的高频信号即载波；高放或倍频器：放大载波信号，如果频率不够高，应通过倍频器使之达到所要求的频率，由多级谐振器组成；调制器：将调制信号装载到载波信号上，产生已调波；高频功放：将已调波进行功率放大，获得足够的发射功率；通过天线发射出去；话筒：将声音变成微弱的电信号；低放：将微弱电信号进行放大；电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF检波：对调幅波的解调；Detection（1）解调从高频已调波信号中“取出”调制信号的过程称为解调；根据已调波的不同分为：鉴频：对调频波的解调；FrequencyDetection鉴相：对调相波的解调；PhaseDetection2、无线电信号接收原理和接收设备的基本组成电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF（2）无线电接收机的组成框图本机振荡器高频放大器混频器中频放大器振幅检波器低频放大器超外差式无线电接收机的框图电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF接收设备各部分功能高频放大器：从天线接收到的信号中选择出所需的信号并放大；得到频率为fs的高频调幅波；本地振荡器用来产生fL=fc±fI的高频等幅振荡信号。混频器将其与本地振荡器提供的频率为fL的信号混频，产生频率为fI的中频信号。中频放大器是中心频率fI固定的放大器，进一步滤除无用信号。检波器(解调器)将得到的中频调制信号变换为原基带信号，再经低频或视频放大器放大后从扬声器或显象管输出。电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF接收设备的第一级是高频放大器。由于由发送设备发出的信号经过长距离的传播，受到很大的衰减，能量受到很大的损失，同时还受到传输过程中来自各方面的干扰和噪声。当到达接收设备时，信号是很微弱的，因而需要经过放大器的放大，并且，高频放大器的窄带特性同时滤除一部分带外的噪声和干扰。高频放大器的输出是载频为fc的已调信号，经过混频器，接收过程：与本地振荡器提供的频率为fL的信号混频，产生频率为fI的中频信号。中频信号经中频放大器放大，送到解调器，恢复原基带信号，再经低频放大器放大后输出。高频放大器、中频放大器都是小信号谐振放大器，功率放大器是谐振功率放大器，调制器和解调器进行幅度调制、角度调制和它们的解调。上述电路以及振荡器、混频器都是本课程所讨论的重点。电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF传输媒体——电磁波谱不同频段信号的产生、放大和接收的方法不同,传播的能力和方式也不同,因而它们的分析方法和应用范围也不同。无线电波只是一种波长比较长的电磁波,占据的频率范围很广。1.2无线电波波段划分10kHz到103GHz范围内的电磁波称为无线电波电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF电信号的传播方式无线电信号在空间以电磁波的形式进行传播。按照电磁波发射天线到接受天线的传播途径不同，可分为两大类：地波；天波。地波又分为两种传播形式：一种是地面波，地面波沿地面传播，；另一种是空间波，空间波在较高的发射天线与较高的接收天线之间的空中进行直射波传播或从发射天线经过体面反射到达接受天线。天波是指经过离地面100～500km的电离层反射电磁波到接收点的无线电波。电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF●电磁波传播方式电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF无线电波的波段划分表波段名称波长范围频率范围波段名称传播方式应用场合长波波段(LW)1000～10000m30～300KHz低频(LF)地波远距离通信中波波段(MW)100～1000m300～3000KHz中频(MF)地波，天波广播，通信，导航短波波段(SW)10～100m3～30MHz高频(HF)天波，地波广播，中距离通信超短波波段(VSW)1～10m30～300MHz甚高频(VHF)直线传播对流层散射移动通信，电视广播，调频广播，雷达导，航等分米波波段(USW)10～100cm300～3000MHz超高频(UHF)直线传播散射传播通信，中继通信，卫星通信，电视广播，雷达厘米波波段(SSW)1～10cm3～30GHz特高频(SHF)直线传播中继通信，雷达，卫星通信毫米波波段(ESW)1～10mm30～300GHz极高频(EHF)直线传播微波通信，雷达电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF波段名称波长范围频率范围频段名称主要传播方式和用途长波(LW）103~104m30~300KHz低频（ＬＦ）越洋通信远距离导航中波(MW)102~103m300KHz~3M中频（ＭＦ）船用通信、飞行通信广播、业余无线电通信、短波(SW)１０~１００Ｍ3~3０M高频（HＦ）广播、通信超短波(VSW)１~１０m30~300M甚高频（ＶHＦ）电视广播、调频广播、雷达微波分米波(USW)１０~１００cm300MHz~3G特高频（ＵＨＦ）通信、中继与卫星通信、电视广播、雷达厘米波(SSW)１~１０cm3~3０G超高频（ＳＨＦ）中继与卫星通信、雷达毫米波(ESW)1~10mm30~300G极高频（ＥＨＦ）微波通信、雷达５50－１６０5KHZ中波２－２４M短波88-108M超短波电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF1.3射频电路设计中的问题当频率较高时，分布参数的影响不能忽略。1.分布参数的影响2.趋肤效应的影响交变电流通过导体时，由于感应作用引起导体截面上电流分布不均匀，愈近导体表面电流密度越大。这种现象称“趋肤效应”。电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF我们一般用趋肤深度来表示趋肤效应的程度f1为工作频率，为导体的导磁率，为导体的电导率。f电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF1.4射频中的元器件各种高频电路基本上是由有源器件、无源元件和无源网络组成的。高频电路中使用的元器件与在低频电路中使用的元器件基本相同,但要注意它们在高频使用时的高频特性。高频电路中的元件主要是电阻(器)、电容(器)和电感(器),它们都属于无源的线性元件。电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF1.电阻一个实际的电阻器,在低频时主要表现为电阻特性；在高频使用时不仅表现有电阻特性的一面,而且还表现有电抗特性的一面；其高频时的等效电路为：LRCRRCR为分布电容,LR为引线电感,R为电阻电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF2.电容由介质隔开的两导体即构成电容。一个电容器的等效电路却如图（a）所示。理想电容器的阻抗1/(jωC),如图（b）虚线所示,其中,f为工作频率,ω=2πf。LCRCC(a)阻抗频率f(b)0电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF3.电感电感量是电感线圈的主要参数，是表示线圈产生自感应能力的一个物理量；电感线圈除表现出电感L的特性以外，还具有一定的损耗电阻r和分布电容C；随着工作频率的升高，线圈的有效电阻将会明显变大；高频时其分布电容的影响也很大；其高频等效电路为：电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF1.5射频电路中常用概念1.5.1射频电路常用名词解释1.频带宽度概念2.分贝的概念3.品质因素元件的Q值愈大,用该元件组成的电路或网络的选择性愈佳。损耗储能W2WQ电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF1.5.2信号频谱的概念及应用时域的分析主要是研究被测信号和系统在时域内的幅度和时间特性。频域分析主要是研究被测信号和系统在频域内的幅频特性和相频特性。将幅频特性和相频特性绘制成谱线，统称为信号的频谱图。电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRFtu(t)OUmt0t1t2tu(t)OUmt0t2t4t1t3最简单的市电信号脉冲信号矩齿波信号常用标准电信号:矩齿波信号常用作为扫描信号等，在视频显示系统等设备中有着较为广泛的应用电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF语音信号:“你好”波形空气压力随时间变化的函数电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF静止的单色图像信号亮度随空间位置变化的信号f(x,y)电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF静止的彩色图像信号三基色随空间位置变化的信号电子信息工程系无线电通信电路测试与设计RFRF2ππ2cosπ2sinsin0m0m0mftUftUtUtutu(t)OUmt0t1t2正弦信号时域波形如图1.2所示。该信号的数学表达式为：式中，Um为正弦波正向或负向最大值，称为振幅，单位为V（伏特）；=2f为角频率，单位为rad/s（弧度/秒）；