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无线通信技术课件_图文

无线通信技术课件_图文

无线通信技术

无线通信技术广泛应用于通信系统和各种设 备中。无线电通信、广播、雷达、导航等都是利 用高频无线电波来传递信息。尽管它们在传递信 息形式、工作方式及设备体制等方面有很大不同, 但设备中产生和接收、检测高频信号的基本电路 大致相同。
所谓“高频”,广义上讲就是适于无线电传 播的无线电频率,通常又称“射频”。为什么无 线电传播要用高频?

绪论z
1.1 线性电路与非线性电路 1.2 无线电通信系统
1.3 收音机电路

本讲导航
教学内容
1.1 线性电路与非线性电路

1.2 无线电通信系统(一)

教学目的
1.了解线性电路与非线性电路的基本概念 2.了解通信系统的分类 3.掌握无线通信系统的组成及调制、解调的基本概念

教学重点
无线通信系统的组成及调制、解调的基本概念

§1.1 线性电路与非线性电路(一)
电子器件严格上均为非线性的,故所构成的电子 线路均为非线性电子线路。但是,依据器件的使用条 件不同,所表现的非线性程度不同。 线性电路:对信号进行处理时,尽量使用器件特 性的线性部分。电路基本是线性的,但存在不希望有 的失真。 非线性电路:对信号进行处理时,使用了器件特 性的非线性部分,利用器件的非线性完成振荡、频率 变换等功能。

§1.1 线性电路与非线性电路(二)
小信号条件下,由于输入信号足够小,电路可 以用线性等效电路表示,如线性电子线路部分讨论 过的各种小信号放大器。器件的特性,归属线性电 子线路。 大信号条件下,由于输入信号较大,必然涉及 到器件的非线性部分,例如功率放大器,这样就不 能用线性等效电路表示电子器件的特征,而必须用 非线性电路的分析方法。所以功放归在非线性电子 线路的范畴。

§1.2 无线电通信系统

一. 通信系统的分类(一)
1. 通信(communication)
一切将信息从发送者传送到接收者的过程。其主要任务是传递信息。 自古以来,信息就如同物质和能量一样,是人类赖以生存和发展的 基础资源之一。人类通信的历史可以追溯到远古时代,文字、信标、烽 火及驿站等作为主要的通信方式,曾经延续了几千年。 电通信的发展历史从1837年美国人莫尔斯发明人工电报装置开始, 至今不过170年。翻开厚厚的电信史册,沿着历史的脚步一路走来,在技 术和市场需求的双重驱动下,仅有一百多年历史的电通信发生了翻天覆 地的巨变,取得了令人惊叹的辉煌成就。

单元一 绪论

一. 通信系统的分类(二)
消息 (NEWS,MESSAGE): —— 关于人或事物情况的报道。 —— 通信过程中传输的具体对象:文字,语音,图象,数据等。 信息 (INFORMATION): —— 有用的消息 信号 (SIGNAL): —— 信息的具体存载体。

一. 通信系统的分类(三)
2. 通信系统
可以分为电话、电报、传真通 信系统,广播电视通信系统, 实现信息传送过程的系统。 数据通信系统等;

3. 分类
(1)按传输的信息的物理特征分。 (2)按信道传输的信号传送类型分。 (3)按传输媒介(信道)的物理特征分。

可以分为模拟和数字 通信系统;

可分为:有线通信系统—利用导线传送信息; 无线通信系统—利用电磁波传送信息; 光纤通信系统—利用光导纤维传送信息。 在无线模拟通信系统中,信道便是指自由空间。

二.无线通信系统
组成:发送设备+接收设备+传输媒体

无线通信系统

1. 发送设备 (1)换能器:将被发送的信息变换为电信号。例 如话筒将声音变为电信号。 (2)发射机:将换能器输出的电信号变为强度足 够的高频电振荡。 (3)天线:将高频电振荡变成电磁波向传输媒质 辐射。

2. 传输媒体——电磁波

在自由空间中, 波长与频率存在以下关系: c = f λ式中: c为光 速, f 和λ分别为无线电波的频率和波长, 因此, 无线电波也可 以认为是一种频率相对较低的电磁波。 对频率或波长进行 分段, 分别称为频段或波段。 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。

电磁波波谱

沿大地与空气的分界面传播的电波叫地表面波, 简称地波。绕射传播。传播途径主要取决于地 天波:利用天空的电离层折射和反射而传播的 面的电特性。地波在传播过程中,由于能量逐 电波,也叫天空波。电离层只对短波波段的电 渐被大地吸收,很快减弱(波长越短,减弱越 磁波产生反射作用,因此天波传播主要用于短 决定传播方式和传播特点的关键因素是无线电信号的频率。 快),因而传播距离不远。但地波不受气候影 波远距离通信。两个突出特点:一是传播距离 响,可靠性高。超长波、长波、中波无线电信 远,同时产生中间静区地带,二是传播不稳定, 号,都是利用地波传播的。短波近距离通信也 随昼夜和季节的变化而变化。因此,短波通信 利用地波传播。 要经常更换波段,以保证质量。

电波的传播方式

空间波又称为直射波,是由发射点从空间直线传播到接收点的无线电波。直射波 传播距离一般限于视距范围。在传播过程中,它的强度衰减较慢,超短波和微波 通信就是利用直射波传播的。在地面进行直射波通信,其接收点的场强由两路组 成:一路由发射天线直达接收天线,另一路由地面反射后到达接收天线,如果天 线高度和方向架设不当,容易造成相互干扰(例如电视的重影)。限制直射波通 信距离的因素主要是地球表面弧度和山地、楼房等障碍物,因此超短波和微波天 线要求尽量高架。

(a) 地面波; (b) 天波; (c) 空间波

无线电波的波段划分表
波段名称 长波波段 (LW) 中波波段 (MW) 波长范围 1000~10000m 频率范围 30~300KHz 频段名称 低频 (LF) 中频 (MF) 传播方式 地波 应用场合 远距离通信 广播,通信, 导航

100~1000m

300~3000KHz

地波,天波

短波波段 (SW)
超短波波段 (VSW) 分米波波段 (USW) 厘米波波段 (SSW) 毫米波波段 (ESW)

10~100m

3~30MHz

高频 (HF)
甚高频(YHF)

天波,地波 直线传播 对流层散射 直线传播 散射传播 直线传播

广播, 中距离通信
移动通信,电视广播, 调频广播,雷达导, 航等 通信,中继通信,卫 星通信,电视广播, 雷达 中继通信,雷达,卫 星通信 微波通信,雷达

1~10m

30~300MHz

10~1000cm

300~3000MHz

超高频 (UHF) 特高频 (SHF) 极高频 (EHF)

1~10cm

3~30GHz

1~10mm

30~300GHz

直线传播

3. 接收设备

接收是发射的逆过程
( 1 )接收天线:将空间传播到其上的电磁波 → 高频电振荡 (2)接收机:高频电振荡

??? ?
还原

电信号

(3)换能器:将电信号

??? ?
还原

所传送信息

三.无线通信存在的问题
(信号直接以电磁波形式从天线辐射出去) 1. 无法制造合适尺寸的天线。
天线尺寸与波长相比拟时,信号才能被天线有效辐射。如音 频信号:20Hz-20KHz。计算知实际做不到。

2. 接收者无法选出要接收的信号。
存在干扰:其它电台发射信号,各种工业设备辐射电磁波,大气 层、宇宙固有的电磁干扰。 要求:能从众多的电磁波中选出有用的微弱信号。

四.解决方案(一)
1. 调制:由携有信息的电信号去控制高频振荡信号的某一 参数,使该参数按照电信号的规律而变化。 调制信号:携有信息的电信号。 载波信号:未调制的高频振荡信号。 已调波:经过调制后的高频振荡信号。 调幅、调角(调频、调相)。 2. 解调: 调制的逆过程,将已调波转换为载有信息的电信号。

四.解决方案(二)
3. 调制的作用: (1)显著减小天线的尺寸。 (声音 30 ~ 3000 Hz,天线 要几百 km);如果天线高度为辐射信号波长的四分之一, 更便于发挥天线的辐射能力。于是分配民用广播的频段为 535~1605 KHz(中频段),对应波长为187~560 m,天线 需要几十米到上百米;而移动通信手机天线只不过10cm, 它使用了900 MHz频段。这些广播与移动通信都必须进行 某种调制,而将话音或编码基带频谱搬移到应用频段。
( 2)将不同电台发送的信息分配到不同频率的载波信号 上,使接收机可选择特定电台的信息而抑制其它电台发送 的信息和各种干扰。

五. 发射机组成(一)

采用调幅方式的中波广播发射机组成方框图

1. 振荡器: 产生 fosc 的高频振荡信号,几十 kHz 以上。

五. 发射机组成(二)
2. 高频放大器:一或多级小信号谐振放大器,放大振 荡信号,使频率倍增至fc,并提供足够大的载波功率。
3. 调制信号放大器:多级放大器组成,前几级为小信号 放大器,用于放大微音器的电信号;后几级为功放,提供 功率足够的调制信号。 4.振幅调制器:实现调幅功能,将输入的载波信号和 调制信号变换为所需的调幅波信号,并加到天线上。

本讲小结
1.小信号条件下,器件的特性归属线性电子线路。大信号 条件下,电子器件的特征归在非线性电子线路的范畴。

2.无线通信系统由发送设备、接收设备、传输媒体组成。
3.发送设备由换能器、发射机、天线组成。

4.电波的传播方式主要有绕射、直射、反射、折射和散射。
5. 发射机和接收机要对电信号进行变换和处理。除放大外 ,最主要的功能是调制、解调。 6.发射机由振荡器、高频放大器、调制信号放大器组成。

本讲作业
1.无线通信系统由哪几部分组成? 2.无线电通信为什么要进行调制?

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教学内容
1.2 无线电通信系统(二)

1.3 收音机电路
1.4 非线性单元电路的任务功能、分析方法及其课程特点

教学目的
1.了解接收机的组成及其他通信系统 2.了解收音机的典型电路

3.了解非线性单元电路的任务功能、分析方法及其课程特点

教学重点
接收设备的功能、原理和组成

六. 接收机组成(一)

采用调幅方式的无线广播接收机组成方框图

六. 接收机组成(二)
1. 高频放大器:由小信号谐振放大器组成,放大有用信 号;并抑制干扰信号。是可调谐的。 2. 混频器:两个输入信号。fc:高频已调信号,fL: 本振信号。将fc不失真的变换为fI, f I ? f c ? f L 。我国 中频fI =465kHz。 3.本机振荡:产生fL,是可调的,并能跟踪fc。 4.中频放大器:由多级固定调谐的小信号放大器组成, 放大中频信号。 5.检波器:实现解调功能,将中频调辐波变换为反映 传送信息的调制信号。

六. 接收机组成(二)
6.低频放大器:由小信号放大器和功率放大器组成, 放大调制信号,向扬声器提供所需的推动功率。 超外差接收机:包括混频器,本机振荡,中频放大器 等组成。 为了加强大家对无线电信号接收原理的理解,下面 用动画对电视机接收情况作简单介绍。

七.其它通信系统
无论采用何种调制方式,发射机和接收机都包括上述 各模块,区别主要在于调制器和解调器上。 数字通信系统,其调制信号为数字信号,相应的调制 为数字调制。

软件无线电,用软件的方法实现通信系统中一部分电 路的功能,改变程序便可变更调制方式。

§1.3 收音机电路
电路由两片集成电路芯片与一些外围辅助电路组成。

TEA5711/T将接收到的信号,经过高频信号接收、放大、
变换,然后经功放芯片CXAl622M,输出声音信号。

收音机电路图

TEA5711/T芯片的电路原理图

TEA5711/T芯片的电路分析 该芯片分成上下两个放大通道。上方的通道 是调频信号接收、放大、转换通道。从引脚16, 接收高频调频信号,经过高频放大,再经过调频 信号的混频,输出10.7MHz的中频信号,经过两 级中放和FM检波,产生455KHz中频调频信号, 又经过锁相环电路鉴频,恢复音频信号,再经立 体声功率放大器,放出声音来。 下方的通道是调幅信号接收、放大、转换通 道。从引脚18,接收高频调幅信号,经过高频放 大、混频,输出455kHz的中频调幅信号,经过 AM检波,直接送功率放大器放大、输出。该电 路包括自动增益控制和自动频率控制电路。

§1.4 非线性单元电路的任务功能、分析方法 及其课程特点 一. 任务与功能
1.任务:研究非线性电子线路的基本电路、基本特点、基 本分析方法和基本估算方法。 2. 功能:有两方面 (1)完成能量转换,如功率放大器、正弦振荡器。 (2)频率变换(或频谱搬移) ①.完成线性频谱搬移。(调幅、混频、检波) ②.完成频谱非线性搬移。(调频、鉴频、调相、鉴相等)

本课程将顺序讨论这两类电路。

二. 分析方法
1. 解非线性微分方程(复杂、繁、不被采用) 2. 数值分析法(现代分析手段) 3. 工程分析(课程采用方法,能明晰地分析各电路工 作过程产生物理现象) (1)图解法 ( 2 )解析法:如指数函数分析法、折线近似分析法、 线性时变系统分析法、差动特性分析法、开关函数分 析法、频谱法以及矢量分析法等

三. 本课程的特点
1.工程上采用近似的分析方法。 2 .功能的实现借助器件的非线性,功能与电路形式 远比线性电路多。 3.重视实验环节。

总之,本课程单元电路多,基本概念多,分析方法繁 又不统一,系统性差,会给学习带来一定难度,但实 践性强,电路应用灵活。

本讲小结
1.接收机由高频放大器、混频器、本机振荡、中频放大器、检 波器、低频放大器等组成 2.无论采用何种调制方式,发射机和接收机都包括上述各模块, 区别主要在于调制器和解调器上。 3.了解非线性单元电路的任务功能、分析方法及其课程特点, 有利于更好的学好课程。

本讲作业
1.画出无线通信系统发送和接收设备框图及并说明作用。 2.无线电信号的频段或波段是如何划分的?各个频段的传播特 性和应用情况如何?

单元一 绪论

有信心,有恒心,刻苦钻研,积极实践,一定能学好!

书山有路勤为径,学海无涯苦作舟!


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