第四章短波通信系统和超短波通信系统

▪ 无线电通信的分类
➢ 按工作频段划分为12个波段
极长波、超长波、特长波、甚长波、长波、中波、 短波、超短波和微波 。
➢ 根据无线电波的不同波段和传播模式
无线电通信主要分为短波通信、超短波通信、微 波中继通信、移动通信、卫星通信等。
序号 频段名称 1 极低频（ELF） 2 超低频（SLF） 3 特低频（ULF） 4 甚低频（VLF） 5 低频（LF） 6 中频（MF） 7 高频（HF） 8 甚高频（VHF） 9 特高频（UHF） 10 超高频（SHF） 11 极高频（EHF） 12 至高频
无线电通信系统的组成和简单工作过程发射天线高频振荡器低频基带信号中频信号高频振荡信号射频信号15无线电通信系统的组成和简单工作过程发射天线高频振荡器低频基带信号中频信号高频振荡信号射频信号16无线电通信系统的组成和简单工作过程接收天线17无线电通信系统的组成和简单工作过程接收天线18412无线电传播的主要特点电波传播方式根据电波的频率波长的不同无线电波主要有以下四种传播方式
在卫星通信方面，英国人克拉克早在1954年提出了利用地球静 止轨道卫星通信的设想；1957年10月，原苏联成功发射了世界上 第一颗人造地球卫星；1958年美国发射了世界上第一颗通信卫星 “斯科尔”，开始了卫星通信的试验阶段；1965年美国发射对地 静止卫星“国际通信卫星-1”号及原苏联发射对地非静止卫星“闪 电-1”号的成功，标志着卫星通信进入实用阶段。20世纪70年代， 卫星通信进一步向各应用领域扩展。例如，美国现已拥有“国防 通信卫星”、“舰队通信卫星”、“Milstar”等多个使用不同频 段具有不同用途的军用卫星通信系统，卫星通信现已成为美国全 球军事通信的重要手段。目前世界各国的长距离通信和国际通信 中约有一半线路应用了无线电通信。
移动通信：是指通信的双方或至少一方在移动中进行的信息交换和传 输方式。工作在超短波或微波波段。
散射通信：是指利用大气层不均匀介质对电磁波的再辐射（散射或反 射）作用进行的超视距无线电通信。散射通信包括对流层散射通信、 电离层散射通信和流星余迹通信。
无线电通信简史
无线电通信起源于19世纪末。1892年，英国人麦克 斯韦从理论上预言了电磁波的存在，并证明在真空中它 是以光速传播的。德国人赫兹于1887年用试验方法实 现了电磁波的产生和接收。1859年，意大利人马可尼 和俄国人波波夫分别进行了无线电通信试验，并研制成 无线电收发报机。随着真空器件的出现，无线电通信得 到迅速发展。
（6）电波能量的被吸收现象 当电波在真空中传播时，只有能量的扩散现象，没有能量的损耗 现象。但实际工作中，电波在传播路径上不管遇到导体还是半导体，都 会产生感应电流，因而会损耗一些能量，这种现象称为电波的能量被吸 收现象。
4.1.3 短波信道和超短波信道的特性
▪ 短波通信主要依靠天波和地波两种传播方式。 ▪ 超短波通信主要为直线视距传播。
✓ 传播稳定
地表面的电性能及地貌、地物等并不随时间很快的变化。
➢ 天波传播方式
✓ 电离层的形式与结构
km 104
磁层 卫星
103
电离 层 102
平流 层
10
热 层 顶 1000℃
流星
F2 F1
E D
中 层 顶 － 90℃
107 108 109 1010 1011 1012 电 子 密 度 /个3 / m
器
无线电通信系统的组成和简单工作过程
电磁波
接收天线
馈
一本振
二本振
低
线
频
高 频 放 大 器
第 一 混 频 器
一 中 放
第
二
二
混
中
频
Hale Waihona Puke 放器（解 调 器
基 带 ） 放
大
器
4.1.2 无线电传播的主要特点
电波传播方式 根据电波的频率（波长）的不同，无线电波
主要有以下四种传播方式：地波传播、天波传播、 视距传播、散射传播。
第四章 短波通信系统和超短波通信系统
▪ 4.1 无线电通信概述 ▪ 4.2短波通信系统 ▪ 4.3 超短波通信系统
4.1 无线电通信概述
▪ 4.1.1 无线电通信的概念 ▪ 4.1.2 无线电波传播的主要特点 ▪ 4.1.3 短波信道和超短波信道的特性 ▪ 4.1.4 改进无线传输质量的主要措施
4.1.1 无线电通信的概念
电离层根据电子密度分层
➢ 每一个最大值所在的范围叫做一个层 ➢ D、E、F1、F2层
km 104
磁层 卫星
103
电离 层 102
平流 层
10
热 层 顶 1000℃
流星
F2 F1
E D
中 层 顶 － 90℃
107 108 109 1010 1011 1012 电 子 密 度 /个3 / m
平 流 层 顶 － 10℃
1000~100km
甚长波（万米波） 100~10km
长波（千米波） 10~1km
中波（百米波） 1000~100m
短波（十米波） 100~10m
超短波（米波） 10~1m
分米波 微 10~1dm
厘米波
10~1cm
毫米波
10~1mm
丝米波 波 10~1丝米
短波通信（又称高频通信，HF）:是利用频率在3-30MHz的电磁波进 行的无线电通信，实际上，人们也把中波的高频频段1.5-3MHz归到 短波波段，所以现有的许多短波通信设备，其频段范围往往扩展到 1.5-30MHz。
卫星通信：是利用通信卫星作为中继站实现地球上各点之间的通信。 主要通信业务是电话、电报、电视、传真和数据传输。卫星通信可以 只经过一颗卫星，由卫星通信地球站向卫星传输的上行线路和卫星向 地球站传输的下行线来完成，也可以经过多颗卫星和多条上、下行线 路。卫星通信是20世纪60年代中期航天技术与通信技术相结合产生 的新的通信手段。
微波中继通信：是利用300MHz以上频段的电磁波进行无线电通信的 一种方式。使用的是分米波和厘米波波段，这种通信方式采用的是视 距传输方式，受地形和天线高度的限制，相邻两站之间的通信距离有 限（一般在30公里左右）。利用这种通信方式进行远距离的通信， 必须建立一系列的中继站，这也是中继（接力）通信的由来。
氧 原 子O
氮
分
子
2
N
氧 分 子2 O
均匀层 (O2占 20 .95 %，2占N 78 .08 %)
大气的分层现象
电离层：
➢ 60km到1000km的区域
➢ 自由电子、正离子、负离子、中性分子和原 子等组成的等离子体。
➢ 电离源
太阳辐射的紫外线、X射线、高能带电微粒流、 为数众多的微流星 其它星球辐射的电磁波以及宇宙射线等
平 流 层 顶 － 10℃
臭
氧
层
3
O
对 流 层 顶 － 50℃
对流 层
珠 穆 朗玛 峰
云雨
气 温 随高 度 变 化曲 线
温度
气体在90km以上 的高空按其分子 的重量分层分布， 如在300km高度 上面主要成分是 氮原子
在离地90km以下 的空间，由于大 气的对流作用， 各种气体均匀混 合在一起
氮 原 子N
直射波
A
C
B 地面反射波
（3）电波具有扩散的特性 电波离开信源越远，能量越分散，场强越弱，这种现 象称为电波的扩散。
（4）电波具有反射和折射的特性 当电波由一种介质传到另一种介质时，在两种介质的分界面上， 传播的方向要发生变化，产生反射和折射。
（5）电波具有绕射的特性 电波在传播过程中有绕过障碍物的能力。其绕射能力与电波波长 和地形有关，波长越长，其绕射能力越强；波长越短，其绕射能力越弱。
（1）地波传播 地波传播方式是指无线电波沿地球表面传播。它主要用于中波以
上的波段的近距离通信。 （2）天波传播
发射天线向空中发射电波，由高空电离层反射后到达接收点，这 种方式称为天波传播。它是短波通信的主要传播方式。 （3）直接波传播
直接波传播方式是指电波在发射天线和接收天线能互相“看见”的 距离内的一种传播方式，故也称为视距传播。其传播的路径基本是直 线。一般有两种形式，一种是地对地的视距传播，一种是地对空的视 距传播。 （4）散射传播
定义：无线电通信是指利用无线电波传播信息的通信方式. 优点：与有线通信方式相比，无线电通信具有通信建立迅速、
通信距离远、机动灵活和组网容易等优点 缺点：衰落严重，易受天电等外界干扰，容易被截获和窃听等 应用：主要用于电报、电话、传真、广播和电视等各种信息
传输系统。广泛地应用于地面、空中、海上和空间通 信。
随着无线电通信技术的发展，无线电接力通信、卫 星通信、毫米波通信等相继发展起来。1931年，在英 国多佛尔与法国加来之间建立了世界上第一条超短波接 力通信线路。20世纪50年代，出现了1GHz以上频段的 小容量微波接力通信系统。到20世纪70年代，数字微 波接力通信系统逐步完善，到80年代，毫米波波段开 始应用于接力通信。美国贝尔实验室于1952年首先提 出对流层散射超视距通信设想，20世纪60年代以后， 散射通信得到很大的发展。
馈 线
射频信号
高
混
频
频
放
器
大
器
无线电通信系统的组成和简单工作过程
发射天线
高频振荡器
低频（基带）
信号
调
制
器
中频信号
高频振荡信号
馈 线
射频信号 高
混
频
频
放
器
大
器
电磁波
无线电通信系统的组成和简单工作过程
接收天线
馈
一本振
二本振
低
线
频
高 频 放 大 器
第
第
一
一二
二
混
中混
中
频
放频
放
器
器
解 调 器
（ 基 带 ） 放 大
无线电通信系统的组成和简单工作过程
发射天线
馈 线 发射机
电磁波
接收天线
馈 线
接收机
无线电通信系统的组成和简单工作过程
发射天线
高频振荡器 馈 线
高
调
混
频
制
频
放
器
器
大
器
电磁波
接收天线
馈 线
接收机
6.无线电通信系统的组成和简单工作过程
发射天线
高频振荡器
低频（基带） 信号 调 制 器
中频信号
高频振荡信号
➢ 地波传播方式
✓ 受大地的吸收
地面对电波能量的吸收的大小与地面的导电性能和电波频率有 关：地面的导电性越好，吸收越小；电波频率越低，损耗越小。
✓ 具有绕射现象
地波在传播过程中能绕过障碍物而传播的现象，称为绕射。地 波的绕射能力与电波的波长，障碍物的高低大小及波源所处的位置 有关：波长越长，障碍物越低窄，地波的绕射能力越强。
臭
氧
层
3
O
对 流 层 顶 － 50℃
对流 层
珠 穆 朗玛 峰
云雨
气 温 随高 度 变 化曲 线 温度
D层特点： 60～90km
➢ 夜间消失，气体密度大，电子易与其它粒子 复合而消失，夜间没有日照而消失
➢ 只占全部大气质量的2％左右，但因存在大 量带电粒子，所以对电波传播有极大影响。
磁层：
➢ 电离层至几万千米的高空存在着由带电粒子 组成的辐射带，磁层顶是地球磁场作用所及 的最高处，出了磁层顶就是太阳风横行的空 间。
➢ 磁层是第一道防线（挡太阳风）
➢ 电离层第二道防线（吸收各种射线）
➢ 平流层内极少量的臭氧（O3）第三道防线 （防紫外线）
中国的无线电通信发展较早。1899年在广州、马口 等要塞及各江防舰艇上就设置了无线电台。1923年喀 什噶尔电台建立，可与印度通报。1930年上海国际电 台建立，同旧金山、柏林、巴黎建立了直达无线电报线 路。中华人民共和国成立后，无线电通信得到迅速发展。 20世纪60年代开始发展大容量的微波通信，70年代建 立卫星通信地球站，1984年发射了第一颗试验通信卫 星。目前，无线电通信已成为中国通信事业中的重要手 段。
频率范围 3~30Hz 30~300Hz 300~3000Hz 3~30KHz 30~300KHz 300~3000KHz 3~30MHz 30~300MHz 300~3000MHz 3~30GHz 30~300GHz 300~3000GHz
波段名称
波长范围
极长波
100~10Mm
超长波
10~1Mm
特长波
（1）电波具有直线传播的特性
在均匀介质中，电波是沿直线传播的，它从波源出发， 同时向各个方向传播，而且速度相同，因而在某一瞬间，电 波到达空间各点距波源的距离相等，其形状很象一个球面， 此种波称为球面波。
（2）电波具有相互干涉的特性
在同一波源所产生的不同方向的电波，由于其所经过 的路径和距离不一样，则接收点的场强是各不同路径电波的 合成波，这种现象称为干涉。干涉会造成接收信号时强时弱。
超短波通信：是指利用波长为10-1m（频率为30-300MHz）的电磁 波进行的无线电通信。由于超短波的波长在1-10m之间，所以也称 为米波通信。整个超短波的频带宽度是270MHz，是短波频带宽度的 将近10倍。由于频带相对较宽，被广泛应用于电视、调频广播、雷 达探测、导航、移动通信、军事通信等领域。
这种传播方式是利用对流层及电离层的不均匀性对电波的散射作 用而实现的超视距传播。主要用于超短波和微波的远距离通信。
射线
(a) 电离层
(b) 对流层
(c)
(d)
图 无线电波的主要传播方式
（a） 直射传播; （b） 地波传播; （c） 天波传播; （d） 散射传播
电波传播的特性
实际上，天线辐射出去的电波的传播往往不是 单一的形式，可能既有地波，也有天波等，但总有 一种方式是最主要的。不同波段的电波，其主要传 播方式也不同，但他们也有一些共同的特性。