GMDSS通信設(shè)備與業(yè)務(wù)第二章電波傳播與天線

航海學(xué)院通信教研室2.1電波輻射和傳播2.2各波段電波傳播的特點(diǎn)2.3無線電通信的基本概念2.1電波輻射和傳播途徑一.電波的形成與波段劃分1.電波的形成—交變電磁場(chǎng)的傳播.2.波段劃分:

λ=ν·T=ν/?ν=?·λ=C，其中C=3x108m/s波段名稱波長范圍:天線高度波段名稱頻率范圍極長波>100km極低頻(ELF)<3kHz超長波100~10km甚低頻(VLF)3~30kHz長波10~1km低頻(LF)30~300kHz中波1000~100m中頻(MF)415K-4000KHZ:中近白100-150晚上250NM300~3000kHz短波100~10mHF)4000高頻(4000-27500K:中遠(yuǎn)3~30MHz超短波10~1m甚高頻(VHF)156-174M：近距離20-50NM(25)30~300MHz微波分米波10~1dm(1G-10G)特高頻(UHF)----衛(wèi)星通信SESMES---SAT:L波段-上1.6G/下1.5G300~3000MHz厘米波10~1cm超高頻(SHF)CES---SAT:C波段-上6G/下4GRADAR—X:9G—3公分/S:3G—10公分3~30GHz毫米波10~1mm極高頻(EHF)30~300GHz1.地波傳播2.空間波傳播3.電離層波(天波)3.船用通信波段

MF;HF;VHF;微波.注意：船岸間常規(guī)通信使用頻道（CH:Channel)---成對(duì)頻率PairedFrequency)---TX/RX----查找無線電信號(hào)書第一卷：海岸電臺(tái)表MaritimeRadiostation);船岸間遇險(xiǎn)通信/船船間常規(guī)通信：使用收發(fā)同頻p42二.電波傳播途徑:是無線電波波段劃分的主要依據(jù)電波沿地球表面?zhèn)鞑?波長越長繞射距離越遠(yuǎn)（波長遠(yuǎn)大于障礙物尺寸，繞射能力強(qiáng)）.地面電性能參數(shù)隨時(shí)間變化小,地形地貌穩(wěn)定,地波傳播可靠穩(wěn)定.注意:信號(hào)頻率越大，地面吸收作用越大，作用距離小1.地波傳播:MF主要依靠地波傳播，晚上可以通過天波和地波傳播極長波\超長波\長波:λ=1km～100km,傳播幾千～幾萬km.中波(MF):

λ=100m～

1000m,傳播幾百km.短波(HF):

λ=10m～

100m,傳播<100km.超短波\微波:

λ<10m,不能以地波形式傳播.地波傳輸中各種波長傳輸特點(diǎn)電波在空間沿直線視距離或沿地面反射傳播.收發(fā)天線架設(shè)越高,傳播距離越遠(yuǎn).注意：傳播距離取決于收發(fā)設(shè)備天線的高度。1)短波及波長更長的波段:不能以空間波形式傳播.

2)超短波和微波:以空間波傳播.

2.空間波傳播:VHF和衛(wèi)星通信VHF:156M-174M衛(wèi)星通信：1G-10G(最佳衛(wèi)星通信波段）空間波的視距

超短波和微波:以空間波傳播.

電波經(jīng)電離層反射達(dá)到接收端.

1)電離層:

60~300km大氣層中氣體分子→太陽紫外線輻射→產(chǎn)生電離→正負(fù)離子和自由電子→形成電離層.高度↑→電離度↑.

3.電離層ionosphere波(天波):HF主要依

靠

2)電離層劃分:

D\E\F1\F2層,在夜間D和F1層消失.電離層分布情況

3)電離層對(duì)電波的衰減:f↓→吸收↑,f↑→吸收↓.

f>

fmax

→穿透電離層；f＜

fmin

→被電離層吸收

fmin≤f天波≤fmax→天波（電離層波—中短波）

fmin——最低可用頻率fmax——最高可用頻率

f天波——最佳工作頻率注意：白天和夏季使用較高頻率，冬季和夜晚使用較低頻率（是白天夏季使用頻率的一半）。

●三、各波段電波傳播的特點(diǎn)（一）中波（MF）、長波（LF）1.長波：2.中波：

以地波傳播，工作穩(wěn)定。白天—以地波傳播，不能以天波傳播，D層對(duì)MF波吸收。夜間—地波與天波并存，E層對(duì)天波反射，但存在衰落，這是由于天地波在接收點(diǎn)疊加造成的。

1.傳播：2.特點(diǎn)

3).存在衰落現(xiàn)象：（(原因是多徑傳輸+漫反射)

----克服衰落的方法(慢衰落）-----自動(dòng)增益控制技術(shù)AGC(AutomaiticGaincontrol)_---保證輸出信號(hào)平穩(wěn)地波和天波，主要靠天波傳播，在F層反射。1).地波傳播衰減大，傳播小于100km。2).天波傳播距離遠(yuǎn)，但受電離層變化影響較大，傳播不夠穩(wěn)定。（二）短波（HF）F層不穩(wěn)定，不同路徑天波在接收點(diǎn)疊加→衰落。3).存在衰落現(xiàn)象

4).存在盲區(qū)效應(yīng)（寂靜區(qū)）：天地波均不能覆蓋的區(qū)域。Workingfrequency----降低----作用距離變小注意：在不產(chǎn)生盲區(qū)的情況下，頻率越高越好!2.3無線電通信的基本概念一．通信系統(tǒng)模型

通信的目的就是傳遞信息，傳輸信息的系統(tǒng)稱為通信系統(tǒng)。在各種方式的通信中，利用電來傳遞信息的方式應(yīng)用的最為廣泛。

信息源或稱信源就是信息的來源，從信息源而來的信息都是系統(tǒng)所要傳遞的對(duì)象，如語音、文字、圖像和數(shù)據(jù)等信息。發(fā)送設(shè)備就是一種變換器，把從信源送來的信息變換成電信號(hào)，并對(duì)這種電信號(hào)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，使其變成適合相應(yīng)系統(tǒng)信道所能傳遞的電信號(hào)，該電信號(hào)攜帶源信息。信道是信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ阑蚍Q傳輸?shù)拿浇?，它可以是有線（如電纜）也可以是無線（如利用空間傳播的電磁波）。接收設(shè)備相對(duì)于發(fā)射設(shè)備是一種反變換器，它的作用是將發(fā)射端傳送來的電信號(hào)經(jīng)過反轉(zhuǎn)換，恢復(fù)出源信號(hào)。信息宿或稱信宿是指語音、圖像和文字等信息的歸宿，它是信息的接收者。信宿可以是人或機(jī)器。利用無線電波傳輸信息的系統(tǒng)稱為無線電通信系統(tǒng)，無線電通信充分利用了不同波段無線電波傳播的特性，實(shí)現(xiàn)了在不同范圍內(nèi)的信息傳遞。由信息源發(fā)出的信息經(jīng)電路變換得到對(duì)應(yīng)的電信號(hào)通常稱為基帶信號(hào)，即通信系統(tǒng)所要傳輸?shù)脑茧娦畔ⅰ榱藢?shí)現(xiàn)信息由發(fā)射端到接收端的傳輸，任何無線電通信系統(tǒng)都要進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)。

信號(hào)帶寬:信號(hào)在頻率特性（頻域）上分布的范圍稱為信號(hào)的帶寬B信號(hào)。不同性質(zhì)的信號(hào)具有不同的帶寬。

系統(tǒng)帶寬:通信系統(tǒng)提供的傳輸帶寬B系統(tǒng)應(yīng)大于或等于所要傳輸信號(hào)的帶寬,系統(tǒng)帶寬的大小取決于該系統(tǒng)的調(diào)制方式和基帶信號(hào)帶寬的大小。

B系統(tǒng)>=B信號(hào)二、調(diào)制與解調(diào)Modem調(diào)制：無線通信系統(tǒng)在發(fā)射端將基帶信號(hào)搬移到所需較高頻率范圍的過程。調(diào)制后的信號(hào)適合以電磁波形式向外輻射，形成已調(diào)射頻波，到達(dá)接收端。解調(diào)：通信系統(tǒng)的接收端從收到的射頻信號(hào)中恢復(fù)發(fā)射端所傳輸信號(hào)的過程。解調(diào)的過程是調(diào)制的逆過程模擬信息的AM、FM、PM、SSB調(diào)制數(shù)字信息的ASK、FSK、PSK調(diào)制三．信號(hào)（Signal）/Noise=S/N信噪比(SN:Serialnumber系列號(hào)）定義：特點(diǎn)：通信系統(tǒng)中傳輸?shù)暮杏眯畔⒌碾娦盘?hào)稱為信號(hào)。信號(hào)一般均具有較多的頻率成分，即具有一定頻帶寬度。不同性質(zhì)的信號(hào)具有不同的帶寬。通信系統(tǒng)提供的傳輸帶寬應(yīng)大于或等于所要傳輸信號(hào)的帶寬。1)表示信號(hào)的方法數(shù)學(xué)表達(dá)式波形圖頻譜圖——直觀、有效2)頻譜定義:3)頻譜圖:橫坐標(biāo)------縱坐標(biāo)------fu指組成信號(hào)的各種正弦信號(hào),按頻率不同所存在的分布、排列情況。表示頻率表示各正弦分量的幅度關(guān)系4）.信號(hào)帶寬定義:正弦單音信號(hào)和脈沖信號(hào)譜線特點(diǎn)：FminFmaxB=Fmax-Fmin正弦單音信號(hào)只有一條譜線;脈沖信號(hào)則有無限多個(gè)譜線,占有無限大的帶寬。

工程上將譜線幅度下降到基波幅度1/10以下的所有諧波分量,忽略不計(jì)。故語音通信均存在程度不同的失真。定義:5）系統(tǒng)帶寬在不失真地傳遞信號(hào)的前提下,通信系統(tǒng)所必須擁有的足夠帶寬。系統(tǒng)帶寬越大,單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘恳苍酱蟆Ｏ到y(tǒng)帶寬主要取決于調(diào)制方式和調(diào)制信號(hào)的帶寬。在通信中要保證信號(hào)盡可能不失真,要求系統(tǒng)帶寬大于或等于信號(hào)的帶寬。四、噪聲及其表示

噪聲是指在接收機(jī)輸出終端上呈現(xiàn)的任何我們所不需要的無用信號(hào)。1)噪聲分類

按其來源噪聲可分為內(nèi)部噪聲和外部干擾兩種類型。

（1）內(nèi)部噪聲——由機(jī)內(nèi)的元器件產(chǎn)生的無用信號(hào)，主要取決于高放的性能。有熱噪聲和散彈噪聲兩種。散彈噪聲是由真空電子管和半導(dǎo)體器件中電子發(fā)射的不均勻性引起的。

（2）外部干擾—來自接收機(jī)外的無用信號(hào)。

工業(yè)干擾天電干擾宇宙干擾電臺(tái)干擾—由電氣設(shè)備中電流或電壓急劇變化引起。屬脈沖干擾，對(duì)MF波段影響較大?！纱髿鈱又懈鞣N電騷動(dòng)引起。以雷電為主，集中影響20MHz以下波段?！獊碜杂钪婵臻g各天體產(chǎn)生的電磁輻射。集中在30~60MHz?！獊碜云渌麩o線電發(fā)射臺(tái)。因短波波段電臺(tái)多，信道擁擠，故影響較大。2)噪聲的表示：信噪比和噪聲系數(shù)（1）信噪比特點(diǎn)：(S/N)——信號(hào)與噪聲的比值。通常用功率比來表示。

S/N=PS/PN可說明信號(hào)的質(zhì)量好壞，但不能反映出設(shè)備對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響。（2）噪聲系數(shù)(NF)—衡量接收機(jī)的好壞

NF≥1Si/NiSo/NoNF=指當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的輸入端接上一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源時(shí),其輸入端信噪比