《导航概论》PPT课件.ppt

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1、1.3 无线电技术基础,1.3 无线电技术基础,1.3.1 无线电波及传播1.3.2 天线及馈线1.3.3 无线电信号的调制与发射1.3.4 无线电信号的接收,无线电广播通信系统,导航概论无线电技术基础,1.3.1 无线电波及传播,一、无线电波的产生二、无线电波的极化方式三、无线电波的传播特性四、无线电波的传播方式,导航概论无线电技术基础,R、L、C可构成谐振回路，其谐振角频率为，理想的L、C并不消耗能量，只进行能量的交换。一个完全开放的平板电容，当它被频率为的电压激励时，就向空间辐射电磁波。x是电场方向；z是传播方向；Em和分别表示空间信号的最大振幅和初始相位；为角频率（单位为rad/s），

2、t反映了波的相位随时间的变化；反映波的相位随空间的变化（单位为rad/m），称空间角频率或空间相位常数。,导航概论无线电技术基础无线电波的产生,对应空间某处z，电场随时间周期性变化，角频率为，振幅为Em；对应某时刻z，电场在空间呈周期性分布，空间角频率为，振幅为Em。电波传播时，空间磁场 Hy(z,t)始终与空间电场Ex(z,t)垂直，并且它们都与传播方向垂直。,导航概论无线电技术基础无线电波的产生,等相面：在同一时刻空间电磁波相位相同的点连成的面；等幅面：同一时刻振幅相同的点连成的面。均匀电磁波：若等相面与等幅面重合，则称其为均匀电磁波，这时在等相面上，电波具有相同的振幅。按等相面的形状，电

3、磁波可分为平面波、球面波和柱面波等。由点辐射源产生的电磁波即为球面波，而到了无穷远处，由于球面波的曲率很小，可将其近似为平面波。,导航概论无线电技术基础无线电波的产生,无线电波频段划分,导航概论无线电技术基础无线电波的产生,二、无线电波的极化方式,无线电波的极化（polarization），是指在空间辐射场某一固定位置上电场矢量端点随时间运动的轨迹。对于平面波来说，极化可简化定义为其电场矢量的方向；如果矢量方向恒定，就认为是线极化波，并且在习惯上认为其极化轴是沿水平方向的。,导航概论无线电技术基础无线电波的极化方式,有时电磁波在传播过程中极化轴会出现旋转，每个传播波长旋转360。当所有极化角的

4、场强相等时就是圆极化，如场强发生变化就是椭圆极化。波的旋转方向既可以是顺时针也可以是逆时针。,二、无线电波的极化方式,导航概论无线电技术基础无线电波的极化方式,三、无线电波的传播特性,自由空间：电导率为零、相对介电常数和相对磁导率u都恒为1的各向同性、均匀无耗介质空间，其介质特性与真空等效。电磁波在自由空间传播时，只有直线传播的扩散损耗，传播速度等于真空中的光速。若传输媒质的特性随时间而产生随机变化，则称该媒质是随（机）参（量）的。电波在随参媒质中传播，会出现信号随时间的随机起伏，产生衰落现象：慢衰落、快衰落、选择性衰落 若传播媒质对传播的影响与电波频率有关，称媒质是色散的。若传播空间存在不同

5、特性的传输媒质，或媒质具有不均匀性，称为非均匀媒质空间。由于地球表面的起伏不平及大气对电波的多级折（反）射，电波会经由不同途径（信道）到达接收端，其传播距离、信号相移、衰减特性都不同，这时接收端信号的总和将是不稳定的起伏信号，称为多径干扰。,导航概论无线电技术基础无线电波的传播特性,四、无线电波的传播方式,1.地面波传播1.3.天波传播3.视距传播4.散射传播,导航概论无线电技术基础无线电波的传播方式,1.地面波传播,电波沿地球表面的传播称为地面波传播（ground wave propagation）或表面波传播（surface-wave propagation）。当天线采用直立形式低架于地面

6、上，架设高度远小于波长时，电波的最大辐射方向为沿着地球表面的方向，这时主要是地面波传播，并且通常为垂直极化波的方式。,导航概论无线电技术基础无线电波的传播方式,1.地面波传播,地面波的传播主要受半导电性地球表面的影响，如地面的磁电特性、地貌地物的不平坦性等；与昼夜、季节、气象变化等条件和太阳的放射性关系不大。地面是否平坦跟电波的波长有关。地面波的特点是信号质量好，传播比较稳定可靠，并且没有多径效应；但随着电波频率的增高（一般大于2 MHz时），地面对电波的吸收就趋于严重，其传播（绕射）损耗迅速增大，因此只适宜于频率较低的中波、长波或超长波的远距离通信或导航，并且需要较高的发射功率和大尺寸天线。

7、,导航概论无线电技术基础无线电波的传播方式,1.3.天波传播,电离层反射无线电波的能力与电波频率、入射（角）有关。天波传播与电离层密切相关。天波传播的主要特点是传输损耗小和超视距传播，可用较小功率实现远距离通信，如果经过电离层折射与地面反射的多次跳跃传播，还可实现数千km、甚至几万km的信号传输。长、中、短波都可利用电离层反射传播，但以短波为主，是大多数短波通信、广播的主要传播方式。其他频段的无线电波可能被吸收或穿越大气层进入太空，因而无法利用天波传播。,导航概论无线电技术基础无线电波的传播方式,3.视距传播,发射和接收天线的高度基本决定了视距传播的通信距离，利用具有强方向性的高高度天线是扩大

8、传输距离的有效途径；但需对天线位置、高度进行调整，以减小信号之间的干扰和衰减的影响。对于超短波及以上波段的无线电信号，由于不宜采用地面波传播和天波传播，因此视距传播是其主要传播方式，如机载超短波电台（V.H.F.Comm）的工作频率为118.000135.975MHz。视距传播也是卫星通信、卫星导航的基本传播方式。,导航概论无线电技术基础无线电波的传播方式,4.散射传播,散射通信的优点是距离比较远，抗毁性好，保密性强；但需要大功率的发射机、高增益的天线和高灵敏度的接收机来保证。其中，对流层散射主要用于100 MHz10 GHz的频段，传播距离一般小于800km，可靠性较高；电离层散射主要用于3

9、0100 MHz的频段，传播距离可大于1 000 km。,导航概论无线电技术基础无线电波的传播方式,1.3 无线电技术基础,1.3.1 无线电波及传播1.3.2 天线及馈线1.3.3 无线电信号的调制与发射1.3.4 无线电信号的接收,导航概论无线电技术基础,1.3.2 天线及馈线,一、天线的作用二、天线的分类三、天线的特性指标及其影响因素四、馈线,导航概论无线电技术基础天线及馈线,一、天线的作用,天线是用来实现传输线中的射频电流能量与空中传播的电磁波能量之间的转换，对线上和空中的电信号起到沟通和连接的作用。天线作为一个无源设备是可逆的天线通常用金属导线、金属面或其他介质材料构成一定的形状，架

10、设于一定高度，在空间全向或具有一定方向性地发射（或接收）无线电信号。天线除了完成能量变换功能外，还应满足方向性、转换效率、发射功率、频带宽度等方面的实际要求。,导航概论无线电技术基础天线及馈线天线的作用,二、天线的分类,按照用途的不同，天线可分为通信天线、广播电视天线、雷达天线、测向和导航天线等；按工作波长可分为长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线及微波天线等；按照天线的特性，可分为圆极化天线、线极化天线、窄频带天线、宽频带天线、非频变天线以及数字波束天线等。而大多数情况下是按天线的结构分成两大类：一类是由导线或金属棒构成的线状天线，主要应用于长波、短波和超短波信号；另一类是由金属面或介质

11、面构成的面天线，主要用于微波波段。,导航概论无线电技术基础天线及馈线天线的分类,1.基本天线单元,电偶极子：又称赫兹偶极子，是一对间距很小、大小相等、极性相反的振荡电荷。电偶极子在空间激励交变电场，从而产生电磁波辐射。磁偶极子：又称磁流元，是一个周长远小于波长的平面环状线圈，线圈中通过交变电流在空间激励一个交变磁场，由此产生电磁波辐射。开口波导：波导是一种薄璧金属管，按电磁波的模式来馈送微波射频能量，截面多为圆形或矩形，分别称为圆波导和矩形波导。当波导一端开口时，电磁能量就由波导口向外辐射并传播，通常适用于频率较高的分米和厘米波段。,导航概论无线电技术基础天线及馈线天线的分类,1.3.线状天线

12、,由电偶极子演变而成的天线称为偶极天线或对称振子天线，属于线极化天线。其两臂由二根对称的金属导线组成，臂间隙很小可忽略，总长度与波长相比拟，激励由中间馈入。,若把一根导线装设在地面、金属面等反射面上，并由导线根部馈电，利用其镜像也可产生与振子天线相似的电磁辐射，称为单极天线、垂直接地天线、鞭状天线、铁塔天线等。,导航概论无线电技术基础天线及馈线天线的分类,偶极天线和单极天线都属线状天线，主要应用于LF UHF的频段范围内。在此基础上可以演变出许多种天线结构，如伞状天线、形天线、V形天线、T形天线、斜天线、螺旋鞭天线、笼形天线、蝙蝠天线、双锥天线、盘锥天线、套筒天线等。,导航概论无线电技术基础天

13、线及馈线天线的分类,3.环形天线,环形天线是基于磁偶极子演变而成的天线，它由一圈或多圈的线圈组成，可以是矩形、三角形、圆形或其他形状。空心的环形天线效率较低，故常采用加入铁氧体磁芯的方式，用以提高辐射或接收电磁波的能力，因此也称为磁棒天线。采用多圈环天线是提高天线效率的另一种方法。若环形天线的周长小于五分之一波长时，称为小环天线。由于小环天线结构小巧，又具有8字形的方向性图，常被用于无线电测向等导航领域以及中、短波的信号接收。若环形天线的周长与波长可比拟时，称为大环天线，包括大圆环天线、双环天线、加载环天线等，其方向性图与对称振子比较相似，并具有较好的宽带特性，主要应用于广播和通信系统中。,导

14、航概论无线电技术基础天线及馈线天线的分类,4.面天线,面天线可等效为若干基本辐射源的组合，空间的电磁场分布是这些基本辐射源叠加的结果。其方向性图取决于面上电磁波的相位和幅度分布。二次辐射型的面天线主要分为反射器天线和透镜天线两大类。,导航概论无线电技术基础天线及馈线天线的分类,反射器天线由反射面和初级馈源构成，反射面由抛物面、抛物柱面、抛物环面、抛物盒、角反射面等各种形状的导体表面或导线栅格网构成。,它把方向性较弱的初级馈源的辐射反射为方向性较强的辐射。馈源置于抛物面的焦点上，可以是阵子天线、喇叭天线、开槽天线等。,导航概论无线电技术基础天线及馈线天线的分类,有些反射器天线采用了二次反射面。该

15、天线主反射面是旋带抛物面，副反射面是旋转双曲面，初级馈源放在双曲面的实焦点上且位于抛物面的顶点附近，双曲面的虚焦点与抛物面的焦点重合。初次馈源的球面波经二次反射，在抛物面前方产生聚焦的平面波。,导航概论无线电技术基础天线及馈线天线的分类,透镜天线的二次辐射面对无线电波是可以透过的，如同光学透镜一样。初级辐射源的球面电磁波穿过透镜天线后，在其前方被聚焦为平面波，透镜可以是介质材料或金属栅网。,导航概论无线电技术基础天线及馈线天线的分类,5.缝隙天线与微带天线,在波导表面或空腔谐振器的适当位置开一定尺寸的一个或多个小缝，通过裂缝向外辐射或接收电磁能量，这种天线称为缝隙天线或波导裂缝天线。每个小缝可

16、以等效为一个电偶极子，其辐射特性取决于小缝的结构尺寸和工作波长。微带天线是由微带传输线发展形成的天线，具有体积小、质量轻、成本低的特点，易于集成，能得到单方向的宽瓣方向性图，可用在大约100 MHz100 GHz的宽广频域上。这两种天线都是平面型天线，特别适用于高速飞行体，也比较容易组成下面介绍的多元天线。,导航概论无线电技术基础天线及馈线天线的分类,6.多元天线,多元天线是指由多个辐射单元构成的天线，通常这些单元按一定的方式排列成阵，故又称阵天线，各辐射单元又称阵元。多元天线可大大提高天线的定向辐射能力，总的辐射方向性图取决于各阵元辐射场的矢量叠加，与单阵元的方向性图和各阵元之间的相对几何位

17、置有关。采用电控方法对各阵元激励的信号相位及幅值进行控制，就能实现波束指向的自动控制，这类天线称为相控阵天线。,导航概论无线电技术基础天线及馈线天线的分类,三、天线的特性指标及其影响因素,1.天线的方向性图1.3.天线主瓣与波束宽度3.天线旁瓣电平4.方向性系数5.天线效率6.天线增益7.天线的极化8.天线的其他性能参数,导航概论无线电技术基础天线及馈线天线的特性指标及其影响因素,1.天线的方向性图,天线的辐射电磁场在固定距离处随空间角坐标分布或变化的图形，称作天线的方向性图，或称作天线波瓣图。天线的方向性函数天线的辐射电磁场在固定距离处随空间角坐标或变化的函数关系。,导航概论无线电技术基础天

18、线及馈线天线的特性指标及其影响因素,(1)“8”字形水平方向性图,“8”字形方向性图的归一化方向性函数为,导航概论无线电技术基础天线及馈线天线的特性指标及其影响因素,(2)双“8”字形水平方向性图,双“8”字形水平方向性图，是由在水平面内两个“8”字形方向性图，这两个正交的方向性函数分别为如果两个天线的信号能够分开，其幅度值连同符号（正或负）均可测得的话，通过计算它们的比值就可以得到目标方位角（此时将双“8”字形作为接收天线方向性图），其表达式为,导航概论无线电技术基础天线及馈线天线的特性指标及其影响因素,(3)心脏形水平方向性图,心脏形水平方向性图是由一个全向天线和一个“8”字形天线复合而成

19、。心脏形水平方向性图的方向性函数为,导航概论无线电技术基础天线及馈线天线的特性指标及其影响因素,1.3.天线主瓣与波束宽度,在所需辐射方向的辐射波瓣称为天线主瓣或天线波束。天线主瓣的波束形状因使用需要而异，常见的有笔形、双针状、8字形、扇形等波束。天线波束宽度定义为天线主瓣所覆盖的角度范围，用来表征对电波辐射场在空间的约束程度，与天线的形状、尺寸、工作频率、激励的幅度相位分布等密切相关，通常作为角度分辨力的度量。在所感兴趣并且包含波束最大值方向的平面内，辐射功率强度是波束最大值一半的两个方向的夹角，称为3 dB宽度；当辐射强度取波束最大值的十分之一时，所对应夹角称为10 dB宽度；辐射强度为零

20、时两个方向的夹角，称为零功率点宽度。通常情况下，多采用3 dB波束宽度，也称为半功率波束宽度。,导航概论无线电技术基础天线及馈线天线的特性指标及其影响因素,3.天线旁瓣电平,天线方向性图中除主瓣以外的其他波瓣称为旁瓣（或副瓣、边瓣）。旁瓣电平是指旁瓣最大值与主瓣最大值之比，一般以dB表示。,导航概论无线电技术基础天线及馈线天线的特性指标及其影响因素,4.方向性系数,方向性系数是指天线在方向性图中最大值方向的增益值，表示了无线电波辐射集中的程度。它以理想各向同性（方向性图为圆球）的天线为基准，来衡量所关心天线的定向辐射能力。在同一距离的接收点处（位于定向天线的最大辐射方向）产生相同电场强度的条件

21、下，将各向同性天线的总辐射功率P0与定向天线的总辐射功率P的比值定义为定向天线的方向性系数D，即D=P0/P,导航概论无线电技术基础天线及馈线天线的特性指标及其影响因素,5.天线效率,天线效率是指天线向外辐射的功率P与天线输入功率PA之比，常用A表示，即A=P/PA天线效率表示天线对电能与电磁波能转换的有效程度。若要提高A，必须尽可能地减小天线的损耗电阻和提高它的等效辐射电阻。,导航概论无线电技术基础天线及馈线天线的特性指标及其影响因素,6.天线增益,在同一距离且位于定向天线的最大辐射方向上产生相同辐射场强时，采用无损耗各向同性天线的总输入功率PA0（PA0=P0）与定向天线总输入功率PA之比

22、，称为定向天线的增益，也称功率增益，即PA0/PA=A D,导航概论无线电技术基础天线及馈线天线的特性指标及其影响因素,7.天线的极化,天线极化是指天线在给定辐射方向上远区电场矢量的空间取向，在不同辐射方向可以有不同的极化，所以一般特指为在最大辐射方向上电场的空间取向。天线不能接收与其正交的极化分量。例如，线极化天线不能接收与其极化方向垂直的线极化来波；（椭）圆极化天线不能接收来波中与其旋向相反的（椭）圆极化分量。当接收天线的极化与来波的极化形式产生差异时，就会产生极化失配，天线就不能有效地接收电波信号，因此定义极化失配因子vp，根据可用功率的损失程度，其值在01之间取值。,导航概论无线电技术

23、基础天线及馈线天线的特性指标及其影响因素,8.天线的其他性能参数,天线特性阻抗、天线输入阻抗、天线辐射阻抗 天线有效长度和天线有效面积天线谐振频率、天线频带宽度、天线Q值 等效噪声温度,导航概论无线电技术基础天线及馈线天线的特性指标及其影响因素,四、馈线,馈线是用来连接天线与接收机或发射机，有效地传输高频电流或电磁波的线缆、波导等装置，尤其用于输送微波信号能量。当多波道信号共用天线时，馈线还具有对各波道信号发端汇合、收端分离的功能。馈线系统可以包括馈线、阻抗变换器、极化分离器、波道滤波器及各种连接元件。对馈线的基本要求：不应有电磁波向空间辐射，也不应受外界电磁波的影响，即馈线应是电磁波的封闭系

24、统，并且收发信号的隔离度要高；阻抗匹配要好，对电磁能的损耗、衰减要小，传输效率高；具有一定的功率容量，在传送大功率时不应发生击穿现象；设计合理结构简单，便于制造和经济耐用，安装、调整和维护方便。,导航概论无线电技术基础天线及馈线馈线,1.同轴线、波导和微带线,一般微波系统中常用的馈线有同轴线和波导两种，分别用于传输3 GHz以下和以上的微波信号，另外微带线在微波接收电路中也有较多应用。,波导是一种空心的管式传输线，微波信号在其内部传播，对电磁波的传输特性为高通滤波，截止频率的大小决定于波导的尺寸和要传输的波形。,导航概论无线电技术基础天线及馈线馈线,（1）同轴线,同轴线由内部的圆柱形导体与外部

25、的空心圆管导体,构成，分别称为内导体和外导体，两者同轴并且绝缘，之间以高频损耗较小的螺旋线式聚乙烯介质支撑，电磁波被限制在内外导体之间，不会向周围空间辐射。同轴电缆可以做的很长，其接头少，泄漏和反射小，运输方便，易于安装。但单位长度的衰减大，一般用于距离较近的场合，并且要防止挤压损坏。,导航概论无线电技术基础天线及馈线馈线,（2）矩形波导,矩形波导是横截面为矩形的均匀长直空心金属管，其横截面的宽壁内尺寸为a，窄壁内尺寸为b，通常a2b。矩形波导是大功率微波传输线的主要形式。矩形等硬波导的优点是不易损坏，但不能适应天线角度的调整，并且波导管短，接头多，要用弯头和扭波导来转弯，安装不太方便，一般用

26、于传输距离较近的场合。,导航概论无线电技术基础天线及馈线馈线,（3）圆波导和椭圆软波导,圆波导比矩形波导损耗小，适宜作长馈线使用，但其安装、调整比较困难，特别要注意对高次模的滤除、极化去耦补偿等问题。椭圆波导常做成可以弯曲、扭转的软波导，便于与矩形波导或同轴线的连接。椭圆软波导没有圆波导极化不稳定的缺点，可以做的很长，成本较低，不需使用弯头、扭波导等连接元件，但其强度低、损耗大、护套容易老化，所以不宜多用。,导航概论无线电技术基础天线及馈线馈线,（4）微带线,微带线是一种非对称的带状传输线，结构形式种类较多，一般在微波接收机电路中有较多应用，具有结构简单、体积小、质量轻、工作可靠、与有源元件连

27、接方便等优点。但其传输损耗较大，分别约比同轴线和波导大一个和两个数量级。另外，微带线的功率容量较小，只用在中小功率电路中。,导航概论无线电技术基础天线及馈线馈线,1.3.连接元件,（1）弯波导和扭波导 弯波导用来改变电磁波的传输方向，或实现波导的转弯，也称拐角或弯头，包括E面和H面两种，分别用于在电场所在的平面内和在磁力线的平面内拐弯。扭波导用来改变电磁波的极化方向，如水平极化变为垂直极化，使相互连接的波导中电磁波的极化方向一致，保证电磁波顺利通过。一般要求这些波导的尺寸短小而驻波系数低。,导航概论无线电技术基础天线及馈线馈线,（2）波导过渡器、矩同轴过渡器,波导过渡器又称波型转换器，包括矩圆

28、或矩椭等形状，用于实现两种不同形状的波导在最小反射的条件下连接。,矩圆过渡器,矩同轴过渡器,导航概论无线电技术基础天线及馈线馈线,（3）极化分离器,极化分离器利用极化方式不同（如水平极化波和垂直极化波）的微波信号所具有的不同特性，将它们互不干扰地分离开来，分别送到相应的收、发机中或不同的目的地（收信点）。它可直接装在天线后边，或经圆波导与天线相连。极化分离器应具有宽频带、低反射和高极化去耦等特性。,导航概论无线电技术基础天线及馈线馈线,（4）阻抗匹配器和阻抗变换器,天线作为馈线的负载，输入阻抗会随频率发生变化，导致馈线中的驻波比增大，此时必须使用可调整的阻抗匹配器来达到良好的匹配状态。阻抗匹配

29、器的型式很多，基本方法都是用并联在传输线上的一个或多个电抗元件来调节匹配。特性阻抗不同（如50和75）的同类型传输线在相接时要用到阻抗变换器，它通过尺寸的变换将一种阻抗过渡变换为另一种阻抗，有直线渐变式和阶梯式两种结构。,导航概论无线电技术基础天线及馈线馈线,（5）波道滤波器,微波系统在多波道工作时，为了实现各波道的收发信号在同一方向共用一副天线，对于采用不同微波载频的接收信号，用分波道滤波器将其分离后分别送到相应的波道，进入各自的接收端；而由各波道的输出端发出的微波载频信号，要通过并波道滤波器进行汇合（合路）后，再经馈线送到发射天线。分、并波道滤波器在电过程上是可逆的，故常统称为分波道滤波器

30、或天线共用器。,导航概论无线电技术基础天线及馈线馈线,1.3.3 无线电信号的调制与发射,一、发射机的基本组成二、发射机的主要性能指标 三、调制的作用与分类四、幅度调制和角度调制,导航概论无线电技术基础无线电信号的调制与发射,一、发射机的基本组成,发射机按发射机的组成结构划分，可分为单级振荡式和主振放大式两类。,单级振荡式发射机的主要优点是简单、经济、体积小、质量轻，缺点是频率（或相位）的稳定度低，不易进行复杂波形的调制。,单级振荡式发射机,导航概论无线电技术基础无线电信号的调制与发射发射机的基本组成,主振放大式发射机,导航概论无线电技术基础无线电信号的调制与发射发射机的基本组成,二、发射机的

31、主要性能指标,1.工作频率或波段 2.输出功率 3.信号格式4.信号稳定度5.邻道干扰 6.总效率,导航概论无线电技术基础无线电信号的调制与发射发射机的主要性能指标,1.工作频率或波段,工作频率是指发射机发射的无线电信号的载波频率。如工作频率处于某一个频率范围，或不局限于单一的频率点时，称为波段。在某些无线电系统中，要求发射机在规定波段内的若干个指定频率上工作，或按时分方式发射不同频率的信号。,导航概论无线电技术基础无线电信号的调制与发射发射机的主要性能指标,2.输出功率,发射机馈送到发射天线输入端的功率称为发射机的输出功率。在某一波段工作的发射机，还应规定在整个波段内输出功率的最低值以及功率

32、波动的分贝数等。一般情况下，发射机的峰值功率通常受到功率器件耐压和高频击穿等因素的限制，平均功率则受限于功率发射管的环境温度、散热条件等。由于发射管的功率容量所限，有时采用一只发射管已不能满足系统的功率要求，采用功率合成技术可使输出功率成倍增加，可获得几百甚至几千瓦的高频输出功率。,导航概论无线电技术基础无线电信号的调制与发射发射机的主要性能指标,3.信号格式,各种无线电系统根据传输信息的不同，以及在同一波段内区分不同通信信号和抗干扰能力的要求，发射的无线电信号可以采用各种简单或复杂的调制方式，如调幅、调频、调相、副载频调制、时间编码调制、调幅一调频等，具体的信号格式与工作原理、战术用途和技术

33、指标等有密切关系。,导航概论无线电技术基础无线电信号的调制与发射发射机的主要性能指标,4信号稳定度,发射机主振器的频率稳定度决定了发射机频率的准确度和工作稳定性以及系统的抗干扰能力。一般采用信号稳定度来综合概括发射机信号各项参数的稳定程度，如振幅、频率、相位、脉冲宽度、脉冲重复频率、最大频率偏移等参数随时间变化的程度，对不应有的变化要求越小越好。信号稳定度在频谱中的表示称为信号的频谱纯度，一般采用实际信号频谱与理想信号频谱间的差异寄生频谱的大小来描述。,导航概论无线电技术基础无线电信号的调制与发射发射机的主要性能指标,5.邻道干扰,邻道干扰定义为发射信号的频谱落入相邻频道内的总功率与落入应占频

34、道内的总功率之比，以dB表示，即造成邻道干扰的原因可以是信号频谱不纯形成的寄生谱的影响；或者是由信号调制后造成的频谱扩展引起的干扰。,导航概论无线电技术基础无线电信号的调制与发射发射机的主要性能指标,6.总效率,发射机的总效率是指由它输送到天线的信号发射功率与它本身所消耗的全部电源功率之比。发射机通常是无线电系统中耗电最多的分机，因此提高发射机的效率对节省能源、减轻质量有重大意义。造成发射机效率下降的主要原因包括器件的热能消耗、电源中的功率损失等多种因素。,导航概论无线电技术基础无线电信号的调制与发射发射机的主要性能指标,三、调制的作用与分类,调制是对各种信号变换方式的总称。在无线电通信系统中

35、，发射机把基带信号的振幅对射频正弦载波的参数如幅度、频率或相位等进行调整的过程称之为调制。信号调制的作用主要体现在三个方面：将消息或信号变换成易于传输的方式；提高系统性能，特别是抗干扰能力；有效地利用频带，使多路信号或消息可以在同一个信道中进行传输。,导航概论无线电技术基础无线电信号的调制与发射调制的作用与分类,三、调制的作用与分类,调制方式包括连续波调制和脉冲调制两大类，前者又分为线性调制、非线性调制和数字调制，后者包括脉冲模拟调制和脉冲数字调制。在连续波调制中基带信号是模拟信号的称为模拟调制，系统称模拟调制通信系统或模拟通信系统；基带信号是数字信号的为数字调制，其系统为数字通信系统。模拟调

36、制是使载波信号的参数（幅度、频率或相位）随模拟的基带信号进行变化，包括幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）。AM为线性调制，FM、PM为非线性调制。在一些实际系统中，还常采用复合调制的方式，即用不同或相同的调制方式对载波信号进行多级（多次）调制，使载波的多个参数随基带信号或中间信号变化，可以达到进一步提高信号传输性能的目的，但代价是使系统的复杂程度提高。,导航概论无线电技术基础无线电信号的调制与发射调制的作用与分类,四、幅度调制和角度调制,1.幅度调制幅度调制是指射频正弦载波信号的幅度随调制信号的振幅作线性变化的过程。假设载波的表达式为S(t)=Acos(ct+0)，则调幅信号

37、可表示为Sm(t)=K0m(t)cos(ct+0)幅度调制的优点是调制和解调的技术实现比较简单，缺点是由于系统信息体现在幅值的变化上，因而抗噪声的性能较差，还有就是发射机的功率效率较低。幅度调制又可进一步分为标准调幅（AM）、载波抑制双边带调幅（DSB）、单边带调幅（SSB）和残留边带调幅（VSB）等几种形式。,导航概论无线电技术基础无线电信号的调制与发射幅度调制和角度调制,2.角度调制,在频率或相位调制中，射频正弦载波的频率或相位随基带信号的振幅变化而改变的过程称为频率或相位调制，它们都属于角度调制，这是由于频率的变化表示了相位角的变化率，也可视为角度发生了变化。目前FM调制在模拟通信技术中

38、得到广泛应用，而PM则更多应用于数字通信中。角度调制最大的优势是它们的信号振幅及功率都不随调制发生变化，接收机不需要对信号振幅的变化做出响应，这在某种程度上忽略了噪声的影响，在抗干扰和抗噪声方面优于幅度调制，尤其适用于低功率电平的情况。其代价是增加了信号的带宽，如一个FM信号所占带宽是AM信号带宽的数倍。,导航概论无线电技术基础无线电信号的调制与发射幅度调制和角度调制,1.3.4 无线电信号的接收,一、超外差式接收机二、接收机的主要性能指标三、接收机附属控制电路,导航概论无线电技术基础无线电信号的接收,一、超外差式接收机,超外差式接收机主要由三部分组成：高频部分，包括低噪高频放大器、混频器和本

39、机振荡器；中频放大器；解调器和视频放大器。,导航概论无线电技术基础无线电信号的接收超外差式接收机,二、接收机的主要性能指标,1.灵敏度 1.3.选择性 3.保真度4.抗干扰能力5.动态范围和恢复时间6.噪声系数与噪声温度7.工作稳定性,导航概论无线电技术基础无线电信号的接收接收机的主要性能指标,1.灵敏度,灵敏度是以一定的信噪比来衡量信号强度的标准，表示了接收机接收微弱信号的能力。能接收的信号越微弱，则接收机的灵敏度越高。在超短波及以上波段，接收机灵敏度一般用最小可检测信号的功率Pmin来表示；而在短波及以下波段，则常用最小可检测信号的电压Vmin来表示。无线电接收机灵敏度的大小，不仅取决于接

40、收机增益高低，还取决于其内部噪声电平的大小。由于无线信道中信号功率的损耗非常大，接收到的信号很微弱，噪声的影响就不可忽视，如何尽可能地降低噪声电平成为提高灵敏度的关键。,导航概论无线电技术基础无线电信号的接收接收机的主要性能指标,2.选择性,选择性表示接收机选择有用信号、滤除噪声、抑制干扰的能力，主要取决于接收机高频部分和中频部分的选频特性。选择性有不同的表示方法，一般采用设置不同的衰减电平所对应的频带宽度来表示。如衰减电平为3 dB（或6 dB）的带宽，或者是衰减60 dB对应的带宽，前者是针对有效信号的选择性，而后者用于衡量接收机抑制干扰的能力。选择性通常通过滤波电路（低通、高通、带通等）

41、或利用电路本身的频率特性来实现。选择性还可以表示为对邻近频道信号的抑制，定义为对同一接收机在相同输出功率下，邻近频道信号功率必须高于有效信号功率的分贝值。一般情况下，对接收机带宽进行限制可以在一定程度上减小噪声和干扰，提高选择性。实际的接收机常使用近似矩形形状的滤波器，根据输入信号的格式选择最佳带宽Bopt，得到“准匹配滤波器”的输出信噪比。,导航概论无线电技术基础无线电信号的接收接收机的主要性能指标,3.保真度,保真度是描述接收机的输出信号相对于其高频信号中载有的调制信号的失真程度，表示接收机对基带信号进行还原的精确程度。频率响应的不均匀将造成频率失真，对带宽进行过分限制则减小了信号的频带宽

42、度，使信号的高频响应受到影响；相位失真是指不规则的相位移动，当信号通过滤波器时就有可能发生。若信号频率中包含有基带信号的倍频信号，就会产生谐波失真；当基带信号中的频率分量在非线性设备中混频产生和值和差值频率，就会产生交调失真。由于应用场合的不同，各类失真造成的影响程度也不同。,导航概论无线电技术基础无线电信号的接收接收机的主要性能指标,4.抗干扰能力,接收天线接收到的有用信号通常含有来自各个方面的各种干扰和噪声。为了克服这些干扰和噪声的影响，需要整个无线电系统采取统一的抗干扰措施，如发射信号采用各种编码和调制方式，各种滤波电路、自动增益拴制、自动频率控制等专门的抗干扰电路，抗干扰天线，以及软件

43、滤波和抗干扰算法等。,导航概论无线电技术基础无线电信号的接收接收机的主要性能指标,5.动态范围和恢复时间,动态范围是指在保证接收机正常工作的条件下，所允许的输入信号强度变化的范围。接收机开始出现过载时的输入信号功率（或电压）与最小可检测信号功率（或电压）之比称作动态范围。一般在接收机内部需要采取各种增益控制措施来得到大的动态范围。接收机发生过载后，即使输入电平恢复到动态范围以内的正常数值，接收机也要经过一段时间才能恢复正常工作，这段时间称为接收机的恢复时间。,导航概论无线电技术基础无线电信号的接收接收机的主要性能指标,6.噪声系数与噪声温度,接收机输入端的信噪比与输出端信噪比之比为接收机的噪声

44、系数，以NF表示 噪声系数表征了输出端信噪比较之输入端信噪比变坏的程度。将接收机的内部噪声输出功率NR等效为由信号源的内阻Rs在温度Te时所产生的噪声，Te则被定义为噪声温度。这时NR=KPKTeBn。,导航概论无线电技术基础无线电信号的接收接收机的主要性能指标,7.工作稳定性,无线电系统对接收机工作稳定性的基本要求是：当环境条件和电源电压在给定范围变化时，接收机性能指标的变化应在允许范围内；当接收信号的载频产生一定漂移或接收机本振频率漂移时，应有自动频率控制电路（AFC）来保证接收机的正常工作；另外，接收机在任何情况下都不应产生自激振荡。,导航概论无线电技术基础无线电信号的接收接收机的主要性

45、能指标,三、接收机附属控制电路,1.自动增益控制（AGC）2.自动频率控制（AFC）3.自动相位控制（APC）锁相环路,导航概论无线电技术基础无线电信号的接收接收机附属控制电路,1.自动增益控制（AGC）,当距离变化时，接收机实际收到的信号动态范围很大。而解调器要求的输入动态范围较小，否则达不到较好的解调性能。因此需要在接收机内加入自动增益控制电路（AGC），来保证输入到解调器的信号电平变化不大。AGC可以采用误差反馈原理进行闭环控制，或者利用开环式增益控制。在实际系统中，共有多种形式的自动增益控制方式，包括普通增益控制、瞬时增益控制、延时增益控制、灵敏度增益控制、对数放大器等。,导航概论无线

46、电技术基础无线电信号的接收接收机附属控制电路,2.自动频率控制（AFC）,自动频率控制电路（AFC）是为了保证接收机混频器输出信号的中心频率等于正确的中频频率，避免频漂或钟漂造成传输信号的失真，或频率超出中频放大器带宽，使有用信号丢失或失锁。AFC是把中频输出信号送入鉴频器，当输入信号偏离鉴频器的中心频率时，鉴频器就给出误差信号，经放大后去控制本振频率，以减少或消除中频信号的频率漂移，保证中频电路的正常工作。,导航概论无线电技术基础无线电信号的接收接收机附属控制电路,3.自动相位控制（APC）锁相环路,锁相环路是一种实现频率跟踪的自动控制电路，采用自动相位控制方法，利用输入信号与本振信号之间的

47、相位误差，来保持输入信号频率与本振信号频率的差值为预定的中频频率，因此控制精度较高，应用较为广泛。,导航概论无线电技术基础无线电信号的接收接收机附属控制电路,复习题,说明无线电波的几种极化方式的定义，不同极化的无线电电波对接收天线的要求是什么？无线电波在大气空间中传播时，会发生哪些不同于真空传播的现象？这些现象会造成对电波信号的哪些影响？试比较不同电波传播方式在传播途径、适用频率、传播特性、具体应用等方面的差异或区别。简述天线的作用及分类，天线的方向性图与方向性系数是一个概念吗？为什么？无线电发射机的性能指标有哪些？试分析它们分别与导航的哪些技术指标有联系，有什么样的联系。在无线电信号发射之前为什么要进行调制？幅度调制和角度调制的特点是什么？举例说出你所知道的一些无线电系统所采用的调制方式。为什么一般的接收机大多采用超外差式接收机？接收机主要的附属控制电路有哪些？简述它们的作用和控制机理。,导航概论无线电技术基础复习题,