机载电子设备-第六章_无线电通信系统

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波束宽度
天线平面波瓣图
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3. 无线电波与天线(15)
波束宽度：天线辐射能量是否集中，可用 波束宽度表示。它定义为主波瓣两侧半功 率点之间夹角。天线方向性越好，辐射能 量越集中，表现为方向图愈尖锐，波束宽 度缩小，使到达接收点的辐射场强得到提 高。 天线增益：在设定方向上产生相同辐射场 强前提下，实际天线与理想无方向性天线 输入功率之比。增益系数越大，在输入功 率一定的条件下，同一方向同一距离处的 信号能量越强，则通信距离越远。
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交变电场
交变磁场
无线电波的传播
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3. 无线电波与天线(3)
电波的分布
空间的电磁波是由天线上的射频信号形成 的，其变化规律取决于射频信号的变化规 律。当天线射频电流按正弦规律变化时， 空间各点的电场强度和磁场强度随之按正 弦规律变化，并且在传播方向上也按正弦 规律分布。 空间任意一点上的电场向量与磁场向量始 终是互相垂直的，并且二者都与传播方向 垂直。
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机载通信系统天线
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4.机载无线通信系统(5)
选择呼叫系统(SELCAL) 不是独立的通信系统，它配合高频通信和 甚高频通信系统工作，在地面呼叫指定飞 机时，以灯光和钟声谐音的形式通知机组 人员进行联络。
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选择呼叫系统框图
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4.机载无线通信系统(6)
为了实现选择性呼叫，需将选择呼叫系统 的代码调定为指定的飞机（或航班）代码。 当地面通过所约定的甚高频或高频波道产 生射频呼叫脉冲，选择呼叫译码器对输入 的代码信号译码。若呼叫代码与选择呼叫 调定的代码匹配，表明地面呼叫本飞机， 译码器输出灯光驱动信号至控制盒上相应 系统的通告灯，同时发出呼叫谐音，通知 机组人员地面已发出呼叫。
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发射 天线
接收 天线
无线通信系统框图
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5. 发射与接收(2)
发射与接收Hale Waihona Puke Baidu无线通信系统的两个基本过 程。 发射机的基本任务是向发射天线提供传输 信息的射频信号。 为了有效地将所需传输的信息有效地转化 为能传播到指定距离的电磁波，发射机必 须完成三个基本过程：产生高频振荡(即载 波)；以某种方式实现信号对高频振荡的调 制；对信号进行放大以获得足够的射频功 率。
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接收信号
中频信号
话音信号
本振信号
调幅接收机框图
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5. 发射与接收(4)
将高频已调信号 fc 变换为 fc − fL 的中频已调 信号。这个过程称为(下)变频，其实质是在 保持原信号调制规律的前提下，降低或增 高载频的频率，即实现所谓的频率搬移。 中频放大器：由多级固定调谐的小信号发 大器组成，用于放大中频信号。 解调器（这里的包络检波器）：将中频已 调信号变换为反映传输信息的调制信号。
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4. 机载无线通信系统(2)
机载无线电系统 从系统功能角度，现代民航飞机上的无线 电系统可分为通信、导航和雷达系统。由 于雷达一般用于导航目的，机载无线电系 统即可分为通信系统和导航系统两大类。
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4. 机载无线通信系统(3)
甚高频(VHF COMM)通信系统 最重要也是应用最广泛的机载无线通信系 统。它主要用于飞机驾驶员在起飞着陆期 间以及飞机通过管制空域时与地面管制人 员之间的双向语音通信。甚高频信号只能 以直达波的形式在视距内传播，所以通信 距离较近，并受飞行高度影响。
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3. 无线电波与天线(2)
电波的传播 随后，天线附近空间中的电磁能量将按一 定的规律扩散，不断向远方传播。天线在 空间A点所形成的交变电场，将在B点产生 交变磁场，而A点的交变磁场将在B点产生 交变电场；这样，A点的交变电磁场就推进 到B点。到达B点的交变电场和交变磁场， 又会在距天线略远的C点产生交变磁场和交 变电场。如此继续，电磁能量不断向远处 传播。
地(面)波传播：沿地球表面传播。特点是 信号比较稳定、基本不受气象条件影响。 适合频率较低的长波远距离传播。 天波传播：在高空被电离层发射或散射而 到达接收点的传播。特点是传输损耗小和 超视距传播。适合大多数短波通信、广播 等。缺点是通信不稳定、衰落现象比较严 重。
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波导传播
视距传播
电波在地球周界的几种传播途径
交变电流
电磁场
传输线张开形成天线（偶极子天线） 传输线张开形成天线（偶极子天线）
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3. 无线电波与天线(12)
天线接收电磁波的基本原理 当接收天线处于由发射信号所形成的电磁 场中，信号电磁场中与接收天线轴线平行 的电场分量，将引起天线导体中自由电子 的运动。这种运动的方向与电子流的密度 随外来信号电场变化而产生交变，因而在 天线中产生了与信号电场频率相同的高频 交变电流。信号电磁场中与天线相垂直的 磁场分量不断切割天线，在天线中产生交 变的感应电势。天线中所产生的交变电流 与电势的能量，来源于空间信号电磁场。
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3. 无线电波与天线(13)
即天线接收到了空间信号电磁场的一部分 能量。 天线的方向性 天线必须按要求能定向的、有效的辐射或 接收电磁能。具体而言，发射天线是将发 射机输出的高频电流能量有效地转换成电 磁能流传向指定的区域；而接收天线是从 空间的指定区域拾取电磁能，并转换成接 收机输入端的高频功率。
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BASK/BFSK/BPSK
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载波信号 已调信号
话音信号
调幅发射机框图
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5. 发射与接收(3)
接收机的基本任务是在接收端从无线电信 号中提取系统所需的信息。 接收机的基本组成
高频放大器：由一级或多级小信号谐振放 大器组成，用来放大天线上感生的有用信 号；同时，利用放大器中的谐振系统抑制 天线上感生的其它频率的干扰信号。 混频器：由两个输入信号，一个取自高频 放大器，即为高频已调信号 fc；另一个取自 本地振荡器，为本振信号fL；通过混频器，
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3. 无线电波与天线(10)
天线：对射频电能与电磁波能进行能量变 换的装置。 天线辐射电磁波的基本原理 当射频电流在张开的传输线—天线上传输 时，在天线周围的空间将产生围绕天线的 磁场；同时，天线上下两臂之间的电压， 也会在天线周围的空间形成电场。
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3. 无线电波与天线(11)
由此将天线上的射频能量转换为天线周围 空间中的电磁场。当天线上的信号电流、 电压交替变化时，周围空间中电磁场也随 之交替变化。
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5. 发射与接收(5)
超外差接收机
由于天线接收到的信号可能非常微弱，需要 放大才能驱动解调器正常工作。但由于器件、 工艺结构等因素，实现高增益的高频放大存 在一定的技术难度，且频率越高难度越大。 采用超外差接收技术，接收信号经过一次或 多次(下)变频，在中频实现放大再输入解调 器。这种接收机的灵敏度、选择性和抗干扰 性等均比较优越。
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3. 无线电波与天线(16)
天线阵 单一天线的方向性是较弱的，在天线技术 中常利用天线阵天线（简称天线阵）来改 善天线的方向性。天线阵由若干相似的天 线阵元（具有相同的天线结构和空间取向 的天线）按一定规律排列构成。
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4. 机载无线通信系统(1)
无线电系统：利用无线电波的传播特性来 完成某种特定功能的系统统称无线电系统。 就功能而言，大致可分为两类：一类用于 信息传输；另一类用于信息获取。前者如 无线通信、广播、电视等，后者如雷达、 导航等。
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电场
磁场
在某一瞬时电波的电场和磁场强度的分布
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3. 无线电波与天线(8)
电波波段的划分 由于各种特定的频率具有不同的特性，电 波频率被划分为几个波段，波段及相应的 频率范围如下：
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无线电波波段划分
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3. 无线电波与天线(9)
电波的传播途径 按传输介质的不同属性，电波在大气空气 传播时，主要由以下途径：
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4.机载无线通信系统(7)
音频综合系统(AIS)：泛指机内的所有通话、 传播、录音等音频系统。系统的作用是实 现机内各类人员之间的语音信息交互，以 及驾驶舱内的语音记录。
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机载天线
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波音747-2J6B飞机的天线配置 飞机的天线配置 波音
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波音747的VHF通信系统 的 波音 通信系统
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波音747的选择呼叫系统 的选择呼叫系统 波音
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民航飞机所用的一种机内通信系统
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5. 发射与接收(1)
无线通信系统：从工作过程来看，任何一 个无线通信系统都应包含发射、接收和电 波传播三大部分。发射和接收电波都需要 天线。 天线用于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。 将发射机馈入的射频电能变换成空间辐射 的电磁波能，称为发射天线；进行与此相 反的变换过程时，称为接收天线。
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VHF通信系统框图 通信系统框图
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VHF天线 天线
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有效频率 显示
转换开关
备用频率 显示
灵敏度 调节旋钮
模式选择 开关
频率选择 旋钮
VHF收发信机 收发信机
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4.机载无线通信系统(4)
高频通信系统(HF COMM) 机载远程通信系统，通信距离可达数千公 里，用于远程飞行时保持与地面的通信联 络。高频通信信号采用天波传播。
第六章 无线电通信系统
2010 . 11 . 29
主要内容
无线电波与天线 机载无线通信系统 无线信号发射与接收 涉及教材第六章和 第8.10~8.11节的内容
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3. 无线电波与天线(1)
无线电波：频率从10kHz 到 300GHz左右的 电磁波。具有波长短，易于控制的特点， 是电磁波中应用最广泛的一种。 电波的形成 将射频信号施加到天线输入端时，天线即 能有效地将射频信号所包含的电磁能量辐 射到空中去，在天线附近的空间形成电磁 波。即发射机所产生的射频能量通过天线 转化成空间电磁波。
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3. 无线电波与天线(9)
地－电离层波导传播：以电离层下缘和地 面为两壁，构成同心球壳形波导，在其中 电波传播（由波导壁反射而曲折前进）。 适合长波的远距离可靠通信或远距离无线 电导航。 视距传播：指在发射点到接收点相互“看 见”的距离内，电波由发射点直接到达接 收点。适合微波波段的电波传播。
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全方位) 伞形天线 (全方位 全方位
八木天线 (方向性好、高增益 方向性好、 方向性好 高增益)
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3. 无线电波与天线(14)
表征天线方向性的参数
（功率）方向图：天线的辐射电磁场在固 定距离处随空间角坐标分布的图形，又称 天线波瓣图。在波瓣中，含最大辐射方向 的波瓣称为主瓣，其它的依次称为旁瓣、 背瓣等。