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1、無線通信系統(tǒng)與電磁波 基 本 通 信 系 統(tǒng) ：信源傳 輸 通 道信宿無 線 通 信 系 統(tǒng) 無 線 通 信 系 統(tǒng) 組 成 ： 信 源 （ 發(fā) 送 設(shè) 備 ） 、 （ 傳 輸通 道 ） 傳 輸 設(shè) 備 、 （ 信 宿 ） 接 收 設(shè) 備 。信息變換器發(fā)射機(jī)電信號(hào)高頻電振蕩發(fā)射天線電磁波接收天線接收機(jī)變換器信息高頻電振蕩電信號(hào)發(fā)送設(shè)備傳輸設(shè)備 接收設(shè)備 無 線 通 信 系 統(tǒng) 發(fā) 送 設(shè) 備 ：1. 變 換 器 （ 換 能 器 ） ： 將 被 發(fā) 送 的 信 息 變 換為 電 信 號(hào) 。 如 話 筒 將 聲 音 變 為 電 信 號(hào) ；2. 發(fā) 射 機(jī) ： 將 換 能 器 輸 出 的 電 信 號(hào)
2、 變 為 強(qiáng) 度足 夠 的 高 頻 電 震 蕩 。3. 天 線 ： 將 高 頻 電 振 蕩 變 成 電 磁 波 向 傳 輸 媒質(zhì) 輻 射 。無 線 通 信 系 統(tǒng) 接 收 設(shè) 備 ：1. 接 收 天 線 ， 將 空 間 傳 播 到 其 上 的 電 磁 波 轉(zhuǎn) 化為 高 頻 電 振 蕩 。2. 接 收 機(jī) ， 將 高 頻 電 振 蕩 轉(zhuǎn) 化 為 電 信 號(hào) 。3. 變 換 器 （ 換 能 器 ） ， 將 電 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 化 為 所 傳 送信 息 。 傳 輸 媒 質(zhì) ： 電 磁 波 。無 線 通 信 系 統(tǒng) 無 線 通 信 是 利 用 電 磁 波 信 號(hào) 在 自 由 空 間 中 傳 播 的 特性
3、進(jìn) 行 信 息 交 換 的 一 種 通 信 方 式 。無 線 通 信 系 統(tǒng) 無 線 通 信 系 統(tǒng) 中 使 用 的 是 波 長 從 0.3毫 米 到 3000米 的電 磁 波 ， 這 個(gè) 區(qū) 間 內(nèi) 的 電 磁 波 就 叫 做 無 線 電 波 。 電 磁 波 ： 是 能 量 的 一 種 。 凡 是 高 于 絕 對(duì) 零 度 （ -273.15 ） 的 物 體 ， 都 會(huì) 釋 放 電 磁 波 。 正 如 人 們生 活 在 空 氣 里 卻 看 不 見 空 氣 一 樣 ， 除 光 波 外 ， 人們 也 看 不 見 無 處 不 在 的 電 磁 波 。電 磁 波 電 磁 波 =電 磁 +波 波 是 什
4、么 ： 波 是 振 動(dòng) 在 物 質(zhì) 中 傳 播 能 量 的 一 種 形 式 ，我 們 常 見 的 波 有 機(jī) 械 波 （ 如 聲 波 、 水 波 ） 、 電 磁 波（ 無 線 電 波 、 宇 宙 射 線 、 光 波 ） 等 。 電 磁 波波 的 形 式 ： 正 弦 波正 弦 波 是 頻 率 成 分 單 一 的 一 種 信 號(hào) 。 對(duì) 于 一 個(gè) 正 弦量 來 說 ， 如 果 幅 值 、 頻 率 、 初 相 位 確 定 了 ， 那 么 這個(gè) 正 弦 量 就 完 全 確 定 了 。 幅 值 、 頻 率 、 相 位 稱 為 正弦 量 的 三 要 素 。 正 弦 波 可 表 達(dá) 為 ： Asin( t
5、+ )，其 中 ： A為 振 幅 ； 為 角 頻 率 （ =2 f,f為 頻 率 ） ； 為 初 相 位 （ 描 述 波 前 狀 態(tài) 的 量 ） 。 電 磁 波 頻 率 ： 波 或 交 變 電 流 電 壓 在 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 完 成周 期 性 變 化 的 次 數(shù) ， 稱 為 頻 率 ， 單 位 :赫 茲（ Hz） 。 例 如 ； 交 流 市 電 的 頻 率 為 50 Hz； 聲音 信 號(hào) 的 頻 率 范 圍 為 20Hz-20000Hz； 我 國 所 處地 區(qū) 中 波 廣 播 發(fā) 射 信 號(hào) 的 頻 率 范 圍 為 526.5-1606.5kHz,我 國 調(diào) 頻 廣 播 發(fā) 射 信 號(hào) 的
6、 頻 率 范 圍為 87-108MHz。電 磁 波 電 磁 波 波 長 ： 沿 著 波 的 傳 播 方 向 ， 兩 個(gè) 相 鄰 的 同 相 位 質(zhì) 點(diǎn)間 的 距 離 叫 做 “ 波 長 ” 。 它 是 指 波 動(dòng) 媒 質(zhì) 中 ， 任 意兩 個(gè) 相 位 差 為 2 的 質(zhì) 點(diǎn) 之 間 的 距 離 。 在 質(zhì) 點(diǎn) 振 動(dòng) 的一 個(gè) 周 期 內(nèi) ， 振 動(dòng) 狀 態(tài) 傳 播 的 距 離 恰 是 一 個(gè) 波 長 。波 長 最 長 的 無 線 電 從 長 波 ， 到 中 波 ， 短 波 ， 微 波 ，然 后 是 紅 外 ， 可 見 光 ， 紫 外 ， X光 ， 直 到 波 長 最 短 的伽 瑪 射 線 電
7、 磁 波 波 速 ： 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 波 形 傳 播 的 距 離 ， 稱 波 速 。 通 常以 V表 示 ， 單 位 是 米 /秒 。 聲 波 在 空 氣 中 傳 播 的 速 度 為340m/s。 真 空 下 的 電 磁 波 波 速 為 299792458m/s， 近 似為 30萬 千 米 每 秒 ， 而 在 任 何 介 質(zhì) 中 電 磁 波 波 速 均 小 于這 一 數(shù) 值 。 波 速 （ V ） 與 波 長 （ ） 和 頻 率 （ f） 的 關(guān) 系 ： f=1/TV =距 離 /時(shí) 間 =一 個(gè) 波 的 長 度 /一 個(gè) 波 的 時(shí) 間 = / T= f電 磁 波 電 磁 波 二 象 性
8、 是 指 電 磁 波 既 有 波 動(dòng) 的 性 質(zhì) 又 有粒 子 的 性 質(zhì) 。 光 的 干 涉 和 衍 射 實(shí) 驗(yàn) 顯 示 光 有 波 動(dòng)性 ， 光 的 偏 振 實(shí) 驗(yàn) 進(jìn) 一 步 顯 示 光 具 有 橫 波 的 性 質(zhì) 。后 來 麥 克 斯 韋 的 電 磁 理 論 和 赫 茲 實(shí) 驗(yàn) 表 明 ， 光 是電 磁 波 。 另 一 方 面 ， 其 后 黑 體 輻 射 、 光 電 效 應(yīng) 和康 普 頓 效 應(yīng) 等 實(shí) 驗(yàn) 又 表 明 ， 光 具 有 微 粒 性 。電 磁 波 光 電 效 應(yīng) ： 在 高 于 某 特 定 頻 率 的 電 磁 波 照 射下 ， 某 些 物 質(zhì) 內(nèi) 部 的 電 子 會(huì) 被
9、光 子 激 發(fā) 出 來 而形 成 電 流 ， 即 光 生 電 。 橫波的特點(diǎn)是質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互垂直。電磁波就是橫波。橫波在傳播過程中，橫波凡是波傳到的地方，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都在自己的平衡位置附近振動(dòng)。由于波以有限的速度向前傳播，所以后開始振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)比先開始振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在步調(diào)上要落后一段時(shí)間，即存在一個(gè)位相差。橫波的傳播，在外表上形成一種“波浪起伏”，縱波是質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與傳播方向同軸的波。如敲鑼時(shí)，鑼的振動(dòng)方向與波的傳播方向就是一致的，所以聲波是縱波。亦稱“疏密波”，縱波的傳播過程是沿著波前進(jìn)的方向出現(xiàn)疏密不同的部分。實(shí)質(zhì)上，縱波的傳播是由于介質(zhì)中各體元發(fā)生壓縮和拉伸的變形，并產(chǎn)生使體元
10、回復(fù)原狀的縱向彈性力而實(shí)現(xiàn)的。因此縱波只能在拉伸壓縮的彈性的介質(zhì)中傳播，一般的固體、液體、氣體都具有拉伸和壓縮彈性，所以它們都能傳遞縱波。干涉（interference）是兩列或兩列以上的波在空間中重疊時(shí)發(fā)生疊加從而形成新的波形的現(xiàn)象。衍射（英語：diffraction）是指波遇到障礙物時(shí)偏離原來直線傳播的物理現(xiàn)象。 任何物體都具有不斷輻射、吸收、反射電磁波的本領(lǐng)。輻射出去的電磁波在各個(gè)波段是不同的，也就是具有一定的譜分布。這種譜分布與物體本身的特性及其溫度有關(guān)，因而被稱之為熱輻射。 直 射 ： 是 無 線 電 波 在 自 由 空 間 傳 播 的 方 式 。 反 射 ： 當(dāng) 電 磁 波 遇 到
11、 比 波 長 大 得 多 的 物 體 時(shí) ， 就 會(huì)發(fā) 生 反 射 。 反 射 常 發(fā) 生 在 地 球 表 面 、 建 筑 物 和 墻 壁 表面 。 繞 射 （ 衍 射 ） ： 波 在 傳 播 時(shí) ， 若 被 一 個(gè) 大 小 接 近 于或 小 于 波 長 的 物 體 阻 擋 ， 就 繞 過 這 個(gè) 物 體 ， 繼 續(xù) 進(jìn) 行 。 散 射 ： 就 是 由 于 介 質(zhì) 中 存 在 的 微 小 粒 子 （ 異 質(zhì) 體 ）或 者 分 子 對(duì) 電 磁 波 的 作 用 ， 使 電 磁 波 偏 離 原 來 的 傳 播方 向 而 向 四 周 傳 播 的 現(xiàn) 象 。 當(dāng) 障 礙 物 小 于 波 長 時(shí) 且 單位
12、 體 積 內(nèi) 這 種 障 礙 物 數(shù) 量 非 常 多 時(shí) 發(fā) 生 。 如 粗 糙 表 面 、小 物 體 、 不 規(guī) 則 物 體 樹 葉 燈 柱 等 。電 磁 波 的 傳 播 電 磁 波電 磁 波 的 傳 播 電 磁 波電 磁 波 的 傳 播 電 磁 波 的 傳 播 電 磁 波長 波 地 波 超 遠(yuǎn) 程 無 線 電通 信 和 導(dǎo) 航中 波 地 波 和 天 波 調(diào) 幅 無 線 電 廣播 和 電 報(bào) 通 信中 短 波短 波 天 波超 短 波 近 似 直 線 傳 播 調(diào) 頻 無 線 電 廣播 電 視 導(dǎo) 航分 米 波 微波 直 線 傳 播 電 視雷 達(dá)導(dǎo) 航厘 米 波毫 米 波 地 波 ： 沿 地 面
13、 傳 播 的 無 線 電 波 叫 地 波 ， 又 叫 表 面 波 。 電 波 的 波 長 越 短 ， 越 容 易 被 地 面 吸 收 ， 因 此 只 有 長波 和 中 波 能 在 地 面 傳 播 。 地 波 不 受 氣 候 影 響 ， 傳 播 比較 穩(wěn) 定 可 靠 。 但 在 傳 播 過 程 中 ， 能 量 被 大 地 不 斷 吸 收 ，因 而 傳 播 距 離 不 遠(yuǎn) 。 所 以 地 波 適 宜 在 較 小 范 圍 里 的 通信 和 廣 播 業(yè) 務(wù) 使 用 。電 磁 波 的 傳 播 當(dāng) 電 波 沿 地 面 傳 播 時(shí) ， 在 地 面 要 產(chǎn) 生 感 應(yīng) 電 流 。 由于 大 地 不 是 理 想
14、 導(dǎo) 電 體 ， 因 此 感 應(yīng) 電 流 在 地 面 流 動(dòng) 要消 耗 能 量 ， 這 個(gè) 能 量 是 由 電 磁 波 供 給 的 。 這 樣 ， 電 波在 傳 播 過 程 中 ， 就 有 一 部 分 能 量 被 大 地 吸 收 。 電 磁 波 的 傳 播 影 響 地 波 傳 播 的 因 素 ：1、 地 面 的 導(dǎo) 電 性 能 越 好 ， 吸 收 越 小 ， 則 電 波 傳 播 的損 耗 越 小 。 電 波 在 海 洋 上 的 傳 播 損 耗 最 小 ， 濕 土 和 江河 湖 泊 上 的 損 耗 次 之 ， 干 土 和 巖 石 上 的 損 耗 最 大 。2、 電 波 的 頻 率 越 低 ， 損
15、 耗 越 小 。 因 為 地 電 阻 與 電 波頻 率 有 關(guān) ， 所 以 頻 率 越 高 ， 感 應(yīng) 電 流 更 趨 于 表 面 流 動(dòng) ，趨 膚 效 應(yīng) 使 流 過 電 流 的 有 效 面 積 減 小 ， 損 耗 增 大 。3、 垂 直 極 化 波 較 水 平 極 化 波 衰 減 小 。 這 是 因 為 水 平極 化 波 的 電 場(chǎng) 與 地 面 平 行 ， 導(dǎo) 致 地 面 的 感 生 電 流 增 大 ，故 產(chǎn) 生 較 大 的 衰 減 。當(dāng) 天 線 架 設(shè) 較 低 ， 且 其 沿 地 面 方 向 為 最 大 輻 射 方 向 時(shí) ，主 要 是 地 波 傳 播 。 天 波 ： 經(jīng) 過 空 中 電
16、 離 層 的 反 射 或 折 射 后 返 回 地 面 的無 線 電 波 叫 天 波 。 所 謂 電 離 層 ， 是 地 面 上 空 60 1000公 里 高 度 電 離 了 的 大 氣 層 包 含 有 大 量 的 自 由 電 子 和 正離 子 。 一 年 四 季 和 晝 夜 的 不 同 時(shí) 間 ， 電 離 層 都 有 變 化 ， 影響 電 波 的 反 射 ， 因 此 天 波 傳 播 具 有 不 穩(wěn) 定 的 特 點(diǎn) 。 白天 電 離 作 用 強(qiáng) ， 中 波 無 線 電 波 幾 乎 全 部 被 吸 收 掉 ， 在收 音 機(jī) 里 難 以 收 到 遠(yuǎn) 地 中 波 電 臺(tái) 播 音 ； 夜 晚 電 離 層
17、 對(duì)短 波 吸 收 的 比 較 少 ， 收 聽 到 的 廣 播 就 比 較 多 ， 聲 音 也比 較 清 晰 。 由 于 電 離 層 總 處 在 變 化 之 中 ， 反 射 到 地 面的 電 波 有 強(qiáng) 有 弱 ， 所 以 用 短 波 收 音 時(shí) 會(huì) 出 現(xiàn) 忽 大 忽 小的 衰 落 現(xiàn) 象 。電 磁 波 的 傳 播 電 磁 波 的 傳 播 散 射 波 傳 播 ： 電 波 通 過 空 間 大 氣 對(duì) 流 層 或 電離 層 中 介 質(zhì) 的 不 均 勻 性 對(duì) 電 波 的 散 射 作 用 而 傳播 到 接 收 點(diǎn) 自 由 空 間 傳 播 ： 電 波 由 發(fā) 射 天 線 直 接 傳 播 到接 收 點(diǎn)
18、 。 電 波 的 損 耗 只 和 傳 播 距 離 和 電 波 頻 率有 關(guān) 系 。 電 磁 波 的 傳 播 視 距 傳 播 ： 電 波 在 直 視 距 離 內(nèi) 進(jìn) 行 的 空 間 傳播 。 在 直 視 距 離 內(nèi) 才 能 穩(wěn) 定 地 接 收 信 號(hào) 。 直 視距 離 與 發(fā) 射 天 線 和 接 收 天 線 的 高 度 有 關(guān) ， 并 受地 球 曲 率 和 地 形 的 影 響 。d為 收 發(fā) 兩 點(diǎn) 的 距 離 ， h1和 h2分 別 為 收 發(fā) 天 線 的 高 度 電 離 層 能 反 射 電 波 ， 也 能 吸 收 電 波 。 對(duì) 頻 率 很 高的 電 波 吸 收 的 很 少 。 短 波 （
19、即 高 頻 ） 是 利 用 電 離 層反 射 傳 播 的 最 佳 波 段 ， 它 可 以 借 助 電 離 層 這 面 “ 鏡子 ” 反 射 傳 播 ； 被 電 離 層 反 射 到 地 面 后 ， 地 面 又 把它 反 射 到 電 離 層 ， 然 后 再 被 電 離 層 反 射 到 地 面 ， 這樣 經(jīng) 過 多 次 反 射 ， 電 磁 波 可 以 傳 播 10000km以 上 。電 磁 波 的 傳 播 電 磁 波 的 產(chǎn) 生 ： 電 磁 波 是 電 磁 場(chǎng) 的 一 種 運(yùn) 動(dòng) 形 態(tài) ，電 與 磁 可 以 說 是 一 體 兩 面 ， 電 流 會(huì) 產(chǎn) 生 磁 場(chǎng) ， 變動(dòng) 的 磁 場(chǎng) 會(huì) 產(chǎn) 生
20、電 流 。 變 化 的 電 場(chǎng) 和 變 化 的 磁 場(chǎng)構(gòu) 成 了 一 個(gè) 不 可 分 離 的 統(tǒng) 一 的 場(chǎng) ， 這 就 是 電 磁 場(chǎng) 。 電 磁 波 的 傳 播 通 過 電 場(chǎng) 、 磁 場(chǎng) 之 間 不 斷 的 能 量 轉(zhuǎn) 換 ， 電 磁 波 得以 從 半 波 振 子 向 外 傳 播 ， 電 場(chǎng) 和 磁 場(chǎng) 的 方 向 與 傳播 方 向 保 持 垂 直 。 電場(chǎng)電場(chǎng)電場(chǎng)振子電波傳輸方向磁場(chǎng)磁場(chǎng) 電 磁 波 的 傳 播 電 磁 波 的 傳 播 無線電信號(hào)的衰落：一般分為快衰落與慢衰落兩種 慢衰落：是由接收點(diǎn)周圍地形地物對(duì)信號(hào)反射，使得信號(hào)電平在幾十米范圍內(nèi)有大幅度的變化，若MS在沒有任何障礙物
21、的環(huán)境下移動(dòng)，則某點(diǎn)信號(hào)電平與該點(diǎn)和發(fā)射機(jī)的距離有關(guān)。 快衰落：是疊加在慢衰落的信號(hào)上的，這個(gè)衰落的速度很快，每秒鐘可達(dá)到幾十次，除與地形地物有關(guān)，還與MS的速度和信號(hào)的波長有關(guān)，并且幅度可達(dá)幾十個(gè)dB，信號(hào)的變化呈瑞利分布，也叫瑞利衰落。電 磁 波 的 傳 播 陰 影 效 應(yīng) ： 當(dāng) 有 大 型 建 筑 物 和 其 他 物 體 的 阻 擋 而 在 傳 播接 收 區(qū) 域 上 形 成 半 盲 區(qū) 的 現(xiàn) 象 。 電 波 在 傳 播 途 徑 上 遇 到 障 礙 物 時(shí) ， 總 是 力 圖 繞 過 障 礙 物 ，再 向 前 傳 播 。 超 短 波 的 繞 射 能 力 較 弱 ， 在 高 大 建 筑
22、物 后 面會(huì) 形 成 所 謂 的 “ 陰 影 區(qū) ” 。 信 號(hào) 質(zhì) 量 受 到 影 響 的 程 度 不 僅和 接 收 天 線 距 建 筑 物 的 距 離 及 建 筑 物 的 高 度 有 關(guān) ， 還 和 頻率 有 關(guān) 。 例 如 一 個(gè) 建 筑 物 的 高 度 為 米 ， 在 距 建 筑 物 米 處 接 收 的 信 號(hào) 質(zhì) 量 幾 乎 不 受 影 響 ， 但 在 距 建 筑 物 米 處 ， 接 收 信 號(hào) 場(chǎng) 強(qiáng) 將 比 無 高 摟 時(shí) 明 顯 減 弱 。 如 果 建筑 物 的 高 度 增 加 到 米 時(shí) ， 則 在 距 建 筑 物 米 以內(nèi) ， 接 收 信 號(hào) 有 不 同 程 度 的 減 弱
23、 。 也 就 是 說 ， 頻 率 越 高 ，建 筑 物 越 高 、 越 近 ， 影 響 越 大 。 相 反 ， 頻 率 越 低 ， 建 筑 物越 矮 、 越 遠(yuǎn) ， 影 響 越 小 。電 磁 波 的 傳 播 多 普 勒 效 應(yīng) :當(dāng) 一 輛 救 護(hù) 車 迎 面 駛 來 的 時(shí) 候 ， 聽到 聲 音 越 來 越 刺 耳 ； 而 車 離 去 的 時(shí) 候 聲 音 越 來 越低 。 波 在 波 源 移 向 觀 察 者 接 近 時(shí) 接 收 頻 率 變 高 ，而 在 波 源 遠(yuǎn) 離 觀 察 者 時(shí) 接 收 頻 。 當(dāng) 觀 察 者 移 動(dòng) 時(shí)也 能 得 到 同 樣 的 結(jié) 論 ， 所 以 便 發(fā) 生 了 頻 移 。 多 徑 效 應(yīng) :指 電 磁 波 經(jīng) 不 同 路 徑 傳 播 后 ， 各 分 量 場(chǎng)到 達(dá) 接 收 端 時(shí) 間 不 同 ， 按 各 自 相 位 相 互 疊 加 而 造 成干 擾 ， 使 得 原 來 的 信 號(hào) 失 真 ， 或 者 產(chǎn) 生 錯(cuò) 誤 。電 磁 波 的 傳 播
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