无线电技术导论-第六章--无线电发射概论PPT课件

.,1,第一节无线电波的传播,一、无线电波的发射1.从电容器电路到天线电路当外加一电压时,C两极板介质间建立一电场。当外加交流电压时,C两极板介质间存在交变电场,电路中形成交流电流,电场辐射不出去。如果将C两平行极板换为两条平行导线,并且把两条导线张开,电场就辐射到空间，电容器电路则变成天线电路。,.,2,2.无线电波的发射,高频电流在天线中流动时,根据安培右手法则,天线的周围空间产生电磁场。由于高频电流方向变化极快，在外层的电力线和磁力线刚建立起来，还来不及随电流的终止而消失，相反方向的电流又产生新的电力线和磁力线，把前面的电力线和磁力线推向远方，形成电磁波(无线电波)的发射。,.,3,二、无线电波的传播,1.无线电波的波段,.,4,2.无线电波的传播方式,地波传播:沿地表面传播,直接到达接收天线。天波传播:由电离层反射传播,到达接收天线。直接波传播:从发射天线出发,直接到达接收天线。地面反射波传播:从发射天线出发,经地面反射到达接收天线。,.,5,三.无线电各波段传播特点,电离层概况:距地表70km300km高空存在一天然“反射层”-电离层,这里空气稀薄,受太阳辐射的紫外线和X射线等高能粒子的冲击,气体分子或原子发生电离,产生自由电子和离子(主要是带负电的电离子),因此,电离层能吸收、反射或折射无线电波。无线电波长越长,通过电离层时或由电离层反射时损耗越大。白天:F2电子密度最大，F1层、E层、D层依此减小。夜间:各层的电子密度降低,D层消失。各波段传播特点:长波到达D层被反射回来；中波到达E层被反射回来；短波可以穿过D层和E层，到达F层被反射回来。,.,6,2.各波段传播特点(续),中波(MF)中波是国内广播的主要波段。白天:由于D层电离子密度较大,对中波(1km100m)有强烈吸收作用,中波经过D层时损耗很大,不能靠电离层反射传播。中波主要靠地波传播。因此，白天只能收到本地及临近地区的中波广播电台节目。夜间:D层消失,中波经由E层反射传播,而且可传播到比较远的地方。因此，夜晚可收听到许多外地的中波广播电台节目。中波传播特点:日靠地波,夜靠天波,.,7,短波(HF),短波是广播电台的主要波段。短波的波长较短(100m10m),白天:由于D层、E层电离子密度较夜间大,对短波的低频段具有较强的吸收作用,只有中、高频段的短波能够穿过D层、E层,到达F层被反射回地面。因此,白天短波要用中、高频段传播。夜间:D层消失,E层电离子密度较小,短波能够穿过D层、E层,到达F层被反射回地面，短波可用低频段。由于短波的波长较短,不仅以天波传播,地表也能反射短波无线电波,因此,短波可经电离层和地表反射传播到世界各地。短波传播特点:日用中、高频段,夜可用低频段,可洲际(全球)传播。,.,8,寂静区(静区):,地波和天波都收不到的地区。超短波(VHF)超短波是电视和调频通讯的主要波段。超短波的波长(10m1m)。超短波入射到电离层时,通常会直接穿过不能返回地面,因此,要靠直线传播。为了减小地波的损耗,把超短波传送到很远的地方,必须设置中继站,通过中继站一站接一站的直线传播,把超短波传向远方。中继站间隔一般为50km，超短波发射台天线一般高于100m。,.,9,超短波异常传播现象:,在夏季的白天,电离层E层的下部常会产生分散E层(Es层),Es层会把入射的超短波反射回地面，会出现超短波直接传播至数百公里,甚至几千公里以外的现象。对流层(距地表约17km7km)中的湍流和电离层E层常会对入射的超短波产生散射,使超短波部分返回地面,也会导致超短波直接传播至数百公里以外,甚至更远的现象。,.,10,微波,微波是电视和微波通信的主要波段。微波UHF波段的波长(1m10dm)。微波的传播一般也是通过中继站直线传播。微波还可以通过地面-空中物体,卫星-卫星,卫星-地面传播。例如,UHF波段的TV信号的传播,移动通信信号的传播等。,.,11,第二节天线-无线电波的进出口,发射天线和接收天线发射天线将发射机产生电信号,转换成电磁波并向空间辐射,发射天线是无线电波的出口;接收天线把收到的电磁波再还原成电信号,送给接收机,接收天线是无线电波的入口。天线由天线振子和天线馈线组成。天线振子作用：电信号电磁波天线馈线作用：把发射机产生的电信号馈送到天线振子;发射天线振子把天线振子接收的电磁波还原成的电信号馈送到接收机。,电信号,接收机,.,12,一、天线振子的长度,只有当天线振子的长度L与无线电波的频率f(或波长)相适时,无线电波才能顺利地通过天线。设无线电波的波长为，当信号从天线中心点输入、振子两端都悬空时,L=/2为振子的适宜长度;当信号从天线振子一端输入、振子另一端接地时，L=/4为振子的适宜长度。f=S/称作天线的谐振频率(或称为天线的固有频率),其中,S为电磁波的传播速度,300000km/s；称作天线的固有波长。,.,13,一、天线振子的长度(续),当无线电波的频率f为天线的固有频率的奇数倍时,天线与无线电波也产生谐振。频率f称作天线的谐波频率。一副天线可有许多谐波频率,使其适用于许多不同频率。例:信号频率为50MHz,当信号从天线中心点输入、振子两端都悬空时,试计算天线振子的长度。解：已知f=50MHz,电磁波传播速度S=300000km/s,则=S/f=300000km/50MHz=6mL=/2=3m,.,14,二、天线的馈电,天线馈线作用:把发射机产生的电信号馈送到天线振子;把天线振子接收的电磁波还原成的电信号馈送到接收机。天线馈电方式:把发射机产生的电信号馈送到天线振子的方式,主要有:电流馈电-从电流最大点处馈电的方式。(比较常用)电压馈电-从电压最高点处馈电的方式,.,15,常用天线,1/4波长天线天线振子的长度L=/4,主要有:垂直接地天线和布朗天线垂直接地天线：水平面没有方向性。使用时必须妥善接地,否则接地电阻较大,会消耗信号功率。主要用于近距离较低频率的通信和广播。布朗天线：水平面没有方向性。水平安装放射状的/4振子的作用与接地相同。主要用于超短波信号的传播。,.,16,常用天线(续),1/2波长天线天线振子的长度L=/2,主要有:半波对称子(半波偶极)天线和波道式天线(王字天线)半波对称子天线：水平面有方向性,呈8字形。与振子垂直方向:发送功率最强,接收灵敏度最高;沿振子轴向:发送功率最弱,接收灵敏度最低。主要用于短波信号的收播。波道式天线:定向天线。波道式天线有三个振子组成,呈“王”字形。引向器振子长度LD,投射器振子长度LP=/2,反射器振子长度LR。设计LDLPLD,加强正前方的接收能力,消弱后方的接收能力。主要用于超短波或更高波段信号的收播。例如,TV和雷达天线。,.,17,第三节无线电波发射机介绍,无线电广播和通信中,声音和图象及其它信息都是由高频电振荡信号“运载”,通过天线发送。用来产生高频电信号,并把要传送的信号加载到高频“运载”电振荡信号上，并使得输出的高频“运载”电振荡信号具有额定的功率，这种设备叫作无线电发射机。无线电发射机的基本结构：,.,18,一、无线电发射机振荡部分,发射机振荡部分包括振荡器,缓冲放大器,倍频器和混频器1.振荡器-发射机的心脏。作用:产生高频电振荡信号。常用振荡电路：LC振荡电路,石英晶体振荡器振荡器的主要性能参数:频率,频率稳定度电源电压的波动,环境温度,外部剧烈振动等因素,对稳定度都会产生影响。后级电路对振荡器的作用，也会对稳定度产生影响。,.,19,一、无线电发射机振荡部分(续),2.缓冲放大器-位于振荡器与后级电路之间的放大电路作用:将从振荡器获得很小的功率信号放大,向后级电路提供满足额定的功率要求的高频电振荡信号。由于缓冲放大器的输入阻抗很大,输出阻抗很小,因此,缓冲放大器可以隔离后级电路对振荡器的影响。缓冲放大器的主要性能参数:功率增益Ap（Po/Pi）输入功率Pi输出功率Po频率带宽BW输入阻抗Ri输出阻抗Ro,.,20,3.倍频器,在实际工程中,振荡器通常不能直接产生所需要的高频率振荡信号,则需要使用倍频器或混频器。倍频器的作用:获得所需要的高频率振荡信号。将含有许多高次谐波的振荡信号给乙类或丙类放大器*,通过放大器负载所接的LC调谐回路,选出所需的频率。主要参数:输入/输出频率范围变频损耗谐波抑制比输入信号电压最大输入功率输入驻波比系统阻抗,.,21,4.混频器,利用倍频器只能得到输入信号频率整数倍的高频振荡信号,获得几个频率信号的“和”或“差”则需使用混频器。混频器的作用:获得所需要的高频率振荡信号适用于倍频器无法胜任的场合,或一部发射机在不同频率下使用的场合。主要参数:变频损耗噪声系数隔离度,.,22,二、无线电发射机调制部分,调制部分的作用:把要传播的低频信号(如:声音和图象及其它信息的无线电信号)附加到振荡器产生的高频载波上去。把低频附加到振荡器产生的高频载波上去的方法,称作调制。调制常用方式有两种:调幅(AM)和调频(FM)1.调幅-使高频载波的振幅随要传播的低频信号的振幅作正比例变化,高频载波的频率保持不变。调幅原理,.,23,1.调幅(续),调幅波的频率成分设载波是一个正弦波,c=Vcsinct设信号波也是一个正弦波,s=Vssinst通常cs,则调制波m=(Vc+kdVssinst)sinct(6-1)式中kd是调制器的比例常数设Vm=Vc+kdVssinst(6-2)调制波最大振幅A=Vc+kdVs,调制波最小振幅B=Vc-kdVs调幅度则Vm=Vc+kdVssinst=Vc(1+msinst)m=Vc(1+msinst)sinct(6-3)展开(6-3),m=,.,24,振幅调制器示例,单管调幅器电路载波c由B1耦合输入到基极信号波s由C4耦合输入到基极调制波m由B2耦合输出！由于s频率较低,C4的容值应很大,以保证s的最低频率能耦合到基极,避免s信号低频率失真。C1是c的旁路电容,其容值大小取决于c的频率;但若其容值太大会使s中的高频旁路,造成输入到基极的s信号高频率失真。C2和C3的容值应适当大,使其容抗对m的最低频率可以忽略，避免输出的m信号中的低频率部分发生失真。！RB,RC和RE阻值适当,设置的静态工作点能保证线性放大区工作。,.,25,振幅调制器调制信号各种输入方式,双边带调幅波和单边带调幅波,.,26,双边带调幅波和单边带调幅波(续),双边带调幅波：经过振幅调制后,包含载波和上、下边带的调制波-DSB(DoubleSideBand)。载波的作用仅是携载信息波；对称分布在载波中心两边的上、下边带包含着完全相同的信息。如果把调制波的载波和一个边带去掉,同样可把信号波传递出去。单边带调幅波：把调制波的载波和一个边带去掉，只保留一个边带的调制波-SSB(SingleSideBand)。单边带调幅波有:USB调幅波，LSB调幅波单边带调幅波的应用意义:降低发射机功耗，提高波段利用率。双边带调幅波通信,发射机要发送整个调制波(载波+两个边带),载波占据发射功率的50%以上。用单边带调幅波通信,发射机可大幅降低功耗。双边带调幅波所占频带宽度为信号波最高频率的两倍,单边带调幅波可省掉一半频带宽度。,.,27,2.调频-使高频载波的频率随要传播的低频信号的振幅作正比例变化,高频载波的振幅保持不变。,调频原理调频波的频率成分设载波是一个余弦波:c=Vccosct设信号波也是一个余弦波:s=Vscosst调制波角频率(t)=c+kfVscosst=c+cosst(6-4)式中kf是调制器的比例常数,由具体调制电路确定;=kfVs是s引起的最大频偏,Vs,与s无关;(t)=d(t)/dt,(6-5)设初相角0=0,调制波f=Vccos(ct+mfsinst)(6-6)式中mf=/s称为调频指数,由具体调制电路确定。mf1,窄带调频;mf1,宽带调频。展开(6-6),可证明调制波的频率成分很多。,.,28,三、无线电发射机功率放大器,1.功率放大器的作用:把经过调制并已变换成所需频率的电信号放大到足够的功率,利用天线以电磁波的形式发送出去。2.功率放大器的特点:具有驱动负载的足够大的输出功率，即具有足够大的电压变化量和足够大的电流变化量。3.功率放大器的特征参数:最大输出功率POM不失真(或失真在允许的范围内)放大器输出的最大功率。POM=输出电压有效值VOM输出电流有效值IOM功率转换效率放大器把直流电源供给的能量PE转换为交流能送给负载的效率。,.,29,三、无线电发射机功率放大器(续),4.功率放大器的种类:线性放大器和非线性放大器。通常功率放大器(简称:功放)是根据其放大电路中晶体管选择的静态工作点进行分类的。当所选静态工作点使晶体管在输入信号电压作用的整个周期内,都有电流通过(即ICQICM)时,这种功放称作甲类放大器。当所选静态工作点ICQ=0时,使晶体管只在输入信号电压的正半周导通,有电流通过,负半周截止,这种功放称作乙类放大器。当所选静态工作点在输入信号电压作用的整个周期内,使晶体管的ICQICM时,这种功放称作甲乙类放大器。当所选静态工作点使晶体管在小于输入