7第4章电子技术无线电基础W

特高频(UHF):这一频段仅用于军事通讯系统中， 另外，导航系统中的GS、DME、ATC应答机和 GPS也使用该频段。
超高频(SHF):卫星通讯系统使用该频段，导航系 统中的气象雷达、无线电高度表的频率也属该段
极高频(EHF):通讯系统和导航系统中的设备都不
使用这一频段。
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对于微 波频段还 有一种国 际上公认 的字母表 示方法。
频谱谱线距频率轴原点的远近反映了音频信号
频率的高低。
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通常实际音频信号并非单频正弦波，因此其频谱 也是由多条谱线组成，图中所示为“啊…”音信号 的波形。
所传信号不失真,应该保证一个基本的频率范围， 这就是下面将要讨论的带宽。
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4.2.2信号的带宽
电信号中包含了各种频率的信息，就需要有一 定的频率范围,即频带宽度,简称带宽。
实际电路都具有分布参数:如分布电阻,分布电 感和分布电容等。因此，在处理这种电路时， 应该考虑电路的分布参数，这一类电路称为 分布参数电路。可见，长线概念适用于分布 参数电路。
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从图可以看出，由于 λ≈L，所以此时沿传 输线上任一点的电压 和电流的数值变化较 大。一般来说，当L> λ/10时，传输线上的 电压和电流值不仅随 时间变化，而且也随 空间位置的变化而变
压与电流之比称为阻抗。而对于均匀无损耗传
输线来说，忽略了传输线上电阻和电导的损耗，
并且认为分布电感和分布电容在沿线上是均匀
分布的，所以传输线上的能量传输靠分布电感
和分布电容来完成。根据能量守恒定律： ，
有： W电容W或电感
1 CU2 1 LI 2
2
2
U为传输线端口的电压；I为传输线上的电流。
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将传输线看成是均匀无耗
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4.1 无线电频段的划分 电磁波频谱
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无线电波位于电磁波频谱图的中低段。
电磁波的变化范围很宽，还包括红外线、可见 光、紫外线、X射线和γ射线等 。
电磁波的波长越长，频率越低；波长越短，频 率越高。可以用下面公式表示
c f
式中， —波长，单位：米，用“m”表示； c —光速，3108m/s； f —频率，单位：赫兹，用“Hz”表示。
以的频 下衰率 三减增 个现加 原象对 因，信 引主号 起要电 ：由压
基于上述原因，同轴传输线只能传输频率为3 GHz 以下的信号，而高于3 GHz的信号由波导来传输。
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2．传输线上的行波状态和驻波状态
实验二:将（实验一）在f=1.8 MHz时测出的数值
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• [实验一]按图所示的实验电路进行连接。
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①将高频信号产生器的输出信号频率f 调整为1.
8 MHz，电压的峰一峰值Upp调整为8V；
②将RL = 68Ω的电阻接入电路中，分别测量 Upp1、Upp2、 Upp3、Upp4和Upp5的峰峰值电压，并填入下表
测量点
电压峰峰值 f=1.8MHz 电压峰峰值 f=2MHz
化。
注意：长线和短线的概念都 是与波长相比较而言，并非 指它们本身的绝对几何尺寸 的长短。
在本节中，我们为了计算高频传输线的各种参数，还 必须了解高频传输线的等效电路。
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2．传输线的分布参数和等效电路 （1)传输线的分布参数
1）分布电感L
平行传输线上有电流流过时，导线周围就生了磁
场。磁场的产生，说明导线上有电感存在。
Upp1 Upp2 Upp3 Upp4 Upp5 3.9 3.4 3.2 3 2.8 3.9 3.4 3.1 2.8 2.6
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③再将高频信号产生
器的输出信号频率f
调整为2 MHz，电 压的峰-峰值Upp调 整为8 V，重新测量 上述各点的峰一峰电 压，填入下表，并用 描点法画出曲线图， 如图所示。
我们平常所使用的电缆线、电话线都是传输线。 但这两种传输线的工作倾率都比较低。在这种情 况下，传输线上的电阻一般可以忽略不计。由于 工作频率很低，线上的分布电感和分布电容也可 以忽略。因此可以认为：电流和电压在某一时刻 可以同时传输到导线传输线的各个点。
随着传输信号频率的升高，传输线上的传输特性 将发生变化。要想使用传输线传送高频信号就需 要弄清传输线的特点。一卜面首先介绍长线与短 线的概念。
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从图4.3-1（a）可以看出，由于λ>>L，所以可 以认为沿传输线上任一点的电压和电流的分布是 相同的，它们不随空间的变化而变化
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(2)长线的概念 高频传输线的工作频率较高，信号波长较短、 传输线的长度和沿传输线传播的电磁波波可以 相比拟，即：λ=L(L是电路的几何长度)。这种 长度能和波长相比拟的传输线称为“长线”。
分布在导线上的电感称为分布电感。
分布电感的计算公式为： 式中：
L 0R lnd r
μ0—真空的导磁系数；
μr—线间介质的相对导磁系数；
d—两个导线之间的距离；
r—导线的半径；
L—分布电感，单位H/m
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2）分布电容C
平行传输线可以看成是两个极板,这样平行传
输线之间就构成了许多电容，而且这些电容
是沿整个导线上分布的，这些电容就称为分
一个矩形脉冲波的波形和频谱
一般语音通信 时，带宽为 3kHz就可以满 足要求。而传 输高质量的音 乐信号，所需 要的频率范围 为30Hz～ 16kHz
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传输线路是否具有足够带宽,从输出波形的响应 就可以判断出来。
带宽越小,输出电压达到终值所需时间越长。
频率与上升 时间的关系 为
fh
1 2tr
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例题1：某传输线上的分布电容C=28pF/m，分 布电感L = 1.6μH/m,问它的特性阻抗为多大？
解：
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(2）传播速度
由于流过电感的电流和加在电容两端的电压不
能突变，而传输线间的绝缘材料又会增加分布
电容的容量，因此，将对电磁波在传输线上的
传输产生一定的延迟作用，其电磁波同相位点
的传播速度由下列公式确定：
(2)同轴传输线由于外导体的 屏蔽作用，辐射损耗很低， 其工作频率可达到3GHz。特 性阻抗大约在40Ω～200Ω之 间。常用的同轴线特性阻抗 有50Ω、75Ω和150Ω等多种 类型。
当电磁波频率高于3GHz时，应采用波导传输
。
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4.3.2均匀无损耗传输线传输的特点和应用
1．传输线的长度和传输信号的频率对信号传输 的影响 下面通过实验的方法对传输线的传输特点进 行研究。 首先对传输线实验设备作一个说明：在实验 中，采用一个100 m长的传输线模拟器完成实 验实验器的分布电容C = 75 pF/m，分布电感 L=0.4μH/m，分布电阻R = 0. 25Ω/m。因此， 该实验器的特性阻抗Z≈73Ω。
例题1：如果上升时间tr = 2μs，则这个传输线 路的上限频率至少应该为多大？ 解：
从公式中可以看出，tr越小，输出信号的失真就 越小，上限频率fh就越高，传输信号要求的带宽 就越大。然而，上限频率太高，铜导线将不能有 效地传输信号，这一点由线对高频信号的传输特 点决定。
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4.3 传输线
4.3.1长线与短线、传输线的参数、等效电路及种类
低频(LF):飞机通讯系统不使用该频段，公共长波 电台和ADF导航系统使用这一频段
中频(MF):飞机通讯系统也不使用该频段，公共 中波电台和ADF导航系统使用这一频段
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高频(HF):机载高频通讯系统使用该频段，完成长 距离的通讯
甚高频(VHF):机载甚高频通讯系统使用该频段， 导航系统中的MK、VOR和ILS系统等以及调频广 播电台也使用这一频段。
从上述实验可以看出，随着传输线长度的增加， 沿线上传输信号的电压衰减增大；随着传输信号
频率的增加，传输线对信号电压的衰减也增大。 37
• 信号电压随传输线的长度增加而衰减的现象，主要是 由传输线的分布电阻引起的。这种损耗可以通过放大
器加以解决。
①平行双线传输线在传输高频信号时，会产生 大量的直接辐射。辐射产生的损耗通常用“封 闭”的方法加以解决。如使用同轴传输线。 ②在频率较高时，电介质也会损耗电能。这种 损耗称为介质损耗。 ③传输线上的能量损耗还来自于导体所产生的 热（I2 R)。由于“集肤效应”的作用，导体的 电阻随频率的增加而增加，从而使损耗增加。
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非正弦信号都可以分解为一系列幅度不同，频率 不同和相位不同的正弦分量，由基波和高次谐波 组成。
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将各正弦分量的幅度按其频率的高低依次排 列，就可以得到幅度频谱，简称幅谱；将各 正弦分量的初相位也按其频率的高低依次排 列，即为相位频谱，简称相谱。
幅谱和相谱总称为频谱。通常频谱 指幅谱。
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频谱谱线的幅度反映了音频信号的峰值大小，
传输线，线上电压与电流
的比值为
ZC
U I
L C
式中，Zc—特性阻抗，单
位为Ω, L—导线每单位长
度上的电感，其单位为
H/m（或H/km）,C—每
单位长度导线之间的电容
，其单位为F/m（或F/km
）。
我们称ZC为传输线的特性 阻抗。
在高频条件下，传 输线的特性阻抗相 当于一个纯电阻， 它仅与传输线的类 型、尺寸和介质等 参数有关，而与频 率无关。
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无 线 电电 设频 备段 所的 使划 用分 的及 频机 率载 无 线
7
航空无线电频率分为八个频段
3K
甚 30K 低 300k 中 3M 低频 频 频
高 频
30M
甚 高 频
300M特 3G 高 频
超 30G 极 高高 频频
300G HZ
甚低频(VLF):用于早期的OMEGA导航系统，音 频信号也在这一频段内
表4.1-1微波频段的划分
字母 L
频率范围 /GHZ
1~3
名称 L波段
S 2.5~4
S波段
C 3.5~7.5
C波段
X 6~12.5
X波段
K 12.5~40
K波段
Q 33~50
Q波段
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4.2 信号、频谱和带宽
4.2.1信号与频谱 语言、文字、音乐、图象和数据等都反映一定 的信息，称为信号。反映一定的非电量信息的 电流或电压称为电信号。
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声波或光波等信号经变换器变换成电信号，进 行调制后由发射天线辐射到空间；接收天线从 空间接收信息，在接收机中进行解调，再经过 变换器的变换还原成声波或光波信号。这一信 息传输系统称为无线电传输系统。
基本知识：无线电频段的划分，信号、频谱与 带宽，高频传输线，电磁波的传播与天线，调 制与解调，发射机，接收机，话筒与扬声器。
该速度大约比真空中的
v
1
光速小10％～40％。
LC
例题2：测得某传输线上的分布电容C = 20 pF/m，分布电感L = 1. 5μH/m．求沿线的传 播速度为多大？ 解：
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4．传输线的种类 常用的传输线有同轴线与平行双线两类。机载设 备上以同轴线的应用最为普遍。
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(1)平行双线传输线的特性阻抗大约在250Ω～ 700Ω 之 间 ， 常 用 的 特 性 阻 抗 值 是 300Ω 。 这 种传输线的辐射损耗大，一般工作频率在 200MHz以下。
第4章 无线电基础知识
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目录 4.1 无线电频段的划分 4.2 信号 频谱 带宽 4.3 传输线 44..54无电线磁电波发传射播机与天线丿 4.6 无线电接收机
2
“无线电”就是从一点向另一点以“无线”的 方式传送信号。无线电传输系统以自由空间为 媒介传输信号，完成通信、导航任务。
无线电传输系统
布电容。
分布电容的计算公式为： C 0 r
式中：
ln d
ε0—真空的介电常数；
r
εr—线间介质的相对介电常数；
C—分布电容，单位：F/m
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3）分布电阻R和分布漏电导G 导线材料存在着电阻率ρ，因此，传输线上还 有分布电阻R存在，但其阻值很小。线间虽然 有绝缘物质，但还存在着漏电导G，并且这一 漏电导G也是沿线分布的，数值也很小。
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(2)传输线的均匀无损耗等效电路
高频条件下，分布电阻R和分布漏电导可以忽略 时,等效电路中就只剩下分布电感和分布电容。
所以,高频传输线等效是一个LC网络。
理想电感和电容是不消耗电能的, 称为传输线
的均匀无损耗传输线。
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3．传输线的特性阻抗和电磁波在线上的传播速度
(1)特性阻抗Zc
在单位长度为1的传输线上，各对应点上的电
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1.长线与短线的概念
(1)短线的概念 由于工作频率的不同，传输线可分为高频传输 线和低频传输线。低频传输线的工作频率较低， 信号波长大于导线长度，即：λ>>L (L是电路 的几何长度）。这时可以认为：无论传输线本 身的绝对几何பைடு நூலகம்度如何，都称为“短线”。
在前面研究电路问题时，常常认为电子能量只 存储或消耗在电路元件上，而各元件之间则用 既无电阻也无电感的理想导线连接，这些导线 与电路其他部分之间的电容也不予以考虑，这 就是所谓的集中参数电路。因此，短线概念适 用于集中参数电路。