现代通信概论第5章剖析
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第5章 通信短波与超短波技术 ❖ 5.1 概 述
❖ 无线通信是利用电磁信号在空间的传播进行信 息的传递和交换的一种通信方式。
❖ 100多年来，无线通信从越洋电报发展到今天 的移动通信、微波通信和卫星通信，经历了一个从 简单到复杂，从模拟到数字，从窄带到宽带，从点 到点通信到无线网络通信，从低速数据报到高速多 媒体通信的历程。现在，通信正在朝着实现个人通 信的方向发展，无线通信在整个通信领域发展过程 中具有举足轻重的作用。
（3） 绕射。电波在传播途中有力图绕过难以穿透的障碍 物的能力。绕射能力的强弱与电波的频率、障碍物大小、 高度有关。频率越低的电波，绕射能力越强；障碍物越 大越高，绕射越困难。
（4）散射。当超短波或微波射入不均匀的电离层和对流 层时，有一部分散向各方，犹如水流碰到目标四向溅开 一样。
（5）干涉。直射波与地面反射波或其他物体的反射波在 某处相遇时，通过天线测向收到的信号为两个电波合成 的信号，其信号强度可能增强（两个信号叠加）也可能 减弱（两个信号相互抵消），这种现象称为波的干涉。 产生干涉的结果是使得测向机在某些接收点收到的信号 强，而某些接收点收到的信号弱，甚至收不到信号，给 判断干扰信号距离造成错觉。
2、无线通信的特点 （1）无线通信机动灵活，传递速度快，传输信
息量大，传播距离远。 （2）无线电波有多种传播方式，不同频段的电
波传播方式不同。 （3）无线电频谱资源有限。 （4）干扰与噪声比较严重。 （5）无线通信系统性能的优劣很大程度上与无
线信道特性有关。 （6）无线通信发展迅速，新技术、新系统不断
4、多普勒效应
从电磁学的基本理论可知，当发射机和接收机的一
方或多方处于运动中时，将使接收信号的频率发生偏移，
这就是多普勒效应。设移动台移动速度为(m/s)，工作
波长为(m)，其运动方向与入射波的夹角为 ，如 图 5-
2 所示，移动产生的多普勒频移值为
fd
v
cos
（5.1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1）
图5-2 多普勒效应 示意图
图5-1 电磁波的极化分类
发射天线垂直于地面时，天线辐射电磁 波的电场也垂直于地面，称为“垂直极化 波”；当天线平行于地面时，天线辐射电磁 波的电场也平行于地面，称为“水平极化 波”。160m波段和80m波段，规定发射垂直 极化波，因而要求发射天线必须垂直架设； 2m波段规定发射水平极化波，因而要求发射 天线必须水平架设。
涌现。
3、无线电波的极化
无线电波的极化是指在空间固定点上电场矢量的取 向随时间变化的方式。电场矢量的两个正交分量具有不 同振幅和相位关系时，若用起点固定的带箭头的有向线 段表示电场矢量，则其矢端必随时间不断移动，形成一 定的矢端轨迹。根据矢端轨迹的形状可将电磁波的极化 分成线极化、圆极化和椭圆极化三类，如图5-1所示。
❖ 5.1.1 无线通信基本概念
❖ 无线通信系统通常由收发信设备、天馈系统和 无线信道三部分组成。
1、无线电波谱与无线通信分类
无线电波是在空间传播的交变电磁场，有极高的传 播速度、不同的频率和波长，无线电波谱通常是指电磁 波谱中频率低于3 000GHz部分的电磁波。无线通信有 不同的分类方法，按不同的波段或频段，可以分为极长 波（极低频）、超长波（超低频）、特长波（特低频）、 甚长波（甚低频）、长波（低频）、中波（中频）、短 波（高频）、超短波（米波—甚高频）、微波（包括分 米波—特高频、厘米波—超高频、毫米波—极高频和亚 毫米波（至高频THF）通信。短波和超短波通信是出现 较早的重要无线通信类型之一。无线通信的种类还可以 按通信方向、工作方式、业务类型、信号类型、服务对 象、终端移动性、覆盖范围等来划分。
号电平的衰减。若用分贝表示，则为
L
10 lg
Pt Pr
10lg
4πd
2
1 A2GtGr
20lg
4πd
A(dB)
Gt (dB)
Gr (dB（) 5.1-2）
式中，d为传播距离（m）；λ为自由空间内电
波的波长（m）；A为电磁场的衰减因子；Gt为 发射天线增益；Gr为接收天线增益。
8、传播失真 传输信号的无线电波的各个不同的频率
5、无线电波的慢衰落与快衰落 慢衰落是指接收信号的场强局部中值在
长时间内缓慢变化；快衰落是指接收信号电 平快速随机变化，其变化范围可达到数十分 贝。实际上，信号的快衰落与慢衰落兼而有 之，快衰落往往叠加在慢衰落之上，只是在 短时间内观测时，后者不易被察觉，而前者 则表现明显。
6、无线电波的平衰落与选择性衰落
1、各波段的主要信道模式
极长波、超长波、特长波和甚长波均可以地下与 海水传播、沿地磁力线的哨声传播等；长波以表面波、 天波、地—电离层波导传播；中波以地表面波、天波 传播；短波以地表面波、天波、电离层波导、散射波 传播；超短波、分米波、厘米波以直射波、地面和对 流层的反射波、对流层折射及超折射波导、散射波传 播；毫米波、亚毫米波以直射波传播。
分量，以不同的相速度和不同的衰减常数传 播，会使其各不同频率分量的幅、相关系随 传播距离的增加而连续变化；这种变化对模 拟信号而言是信号波形的畸变，对数字信号 而言是误码率的上升。
5.1.2 电波传播的基本特性
无线电波的传播特性同时取决于传播媒质的结构 特性和电波的特征参数。在各种信道中，媒质结构的 电参数（包括介电常数、磁导率与电导率）的空间分 布和时间变化及边界状态是传播特性的决定因素。
平衰落是指发射信号的频谱特性在接收机内仍能保 持不变的衰落，选择性衰落是指发射信号的频谱特性在 接收机内发生了畸变的衰落，如图5-3所示。其中f0为 中心频率，f1 = f0 - f2，f2 = f0 + f2。
图5-3 平衰落与选择性衰落 示意图
7、无线电波的传播损耗
无线信道发射天线输入功率pt与接收天线输 出功率pr（满足匹配条件）之比即为该电路的传 播损耗L，反映了在公里量级的空间距离内，信
2、电波传播的基本机制及媒质对电波传播的影响
无线电信号的基本传播机制是直射、反射、折 射、绕射和散射。
受媒质的影响，电波传播存在传播损耗、衰落 和传播失真，信号的幅度、相位均会发生变化。 （1） 直射。在自由空间和均匀、线性媒质中，电波 沿直线传播。 （2） 反射与折射。当电波由一种媒质辐射至另一种 媒质时，在两种媒质的分界面上要发生反射和折射。 射线返回第一种媒质，即产生了反射；射线进入第 二种媒质，但方向发生了偏折，即产生了折射。一 般，反射和折射是同时发生的。入射角等于反射角， 不一定等于折射角。
❖ 无线通信是利用电磁信号在空间的传播进行信 息的传递和交换的一种通信方式。
❖ 100多年来，无线通信从越洋电报发展到今天 的移动通信、微波通信和卫星通信，经历了一个从 简单到复杂，从模拟到数字，从窄带到宽带，从点 到点通信到无线网络通信，从低速数据报到高速多 媒体通信的历程。现在，通信正在朝着实现个人通 信的方向发展，无线通信在整个通信领域发展过程 中具有举足轻重的作用。
（3） 绕射。电波在传播途中有力图绕过难以穿透的障碍 物的能力。绕射能力的强弱与电波的频率、障碍物大小、 高度有关。频率越低的电波，绕射能力越强；障碍物越 大越高，绕射越困难。
（4）散射。当超短波或微波射入不均匀的电离层和对流 层时，有一部分散向各方，犹如水流碰到目标四向溅开 一样。
（5）干涉。直射波与地面反射波或其他物体的反射波在 某处相遇时，通过天线测向收到的信号为两个电波合成 的信号，其信号强度可能增强（两个信号叠加）也可能 减弱（两个信号相互抵消），这种现象称为波的干涉。 产生干涉的结果是使得测向机在某些接收点收到的信号 强，而某些接收点收到的信号弱，甚至收不到信号，给 判断干扰信号距离造成错觉。
2、无线通信的特点 （1）无线通信机动灵活，传递速度快，传输信
息量大，传播距离远。 （2）无线电波有多种传播方式，不同频段的电
波传播方式不同。 （3）无线电频谱资源有限。 （4）干扰与噪声比较严重。 （5）无线通信系统性能的优劣很大程度上与无
线信道特性有关。 （6）无线通信发展迅速，新技术、新系统不断
4、多普勒效应
从电磁学的基本理论可知，当发射机和接收机的一
方或多方处于运动中时，将使接收信号的频率发生偏移，
这就是多普勒效应。设移动台移动速度为(m/s)，工作
波长为(m)，其运动方向与入射波的夹角为 ，如 图 5-
2 所示，移动产生的多普勒频移值为
fd
v
cos
（5.1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1）
图5-2 多普勒效应 示意图
图5-1 电磁波的极化分类
发射天线垂直于地面时，天线辐射电磁 波的电场也垂直于地面，称为“垂直极化 波”；当天线平行于地面时，天线辐射电磁 波的电场也平行于地面，称为“水平极化 波”。160m波段和80m波段，规定发射垂直 极化波，因而要求发射天线必须垂直架设； 2m波段规定发射水平极化波，因而要求发射 天线必须水平架设。
涌现。
3、无线电波的极化
无线电波的极化是指在空间固定点上电场矢量的取 向随时间变化的方式。电场矢量的两个正交分量具有不 同振幅和相位关系时，若用起点固定的带箭头的有向线 段表示电场矢量，则其矢端必随时间不断移动，形成一 定的矢端轨迹。根据矢端轨迹的形状可将电磁波的极化 分成线极化、圆极化和椭圆极化三类，如图5-1所示。
❖ 5.1.1 无线通信基本概念
❖ 无线通信系统通常由收发信设备、天馈系统和 无线信道三部分组成。
1、无线电波谱与无线通信分类
无线电波是在空间传播的交变电磁场，有极高的传 播速度、不同的频率和波长，无线电波谱通常是指电磁 波谱中频率低于3 000GHz部分的电磁波。无线通信有 不同的分类方法，按不同的波段或频段，可以分为极长 波（极低频）、超长波（超低频）、特长波（特低频）、 甚长波（甚低频）、长波（低频）、中波（中频）、短 波（高频）、超短波（米波—甚高频）、微波（包括分 米波—特高频、厘米波—超高频、毫米波—极高频和亚 毫米波（至高频THF）通信。短波和超短波通信是出现 较早的重要无线通信类型之一。无线通信的种类还可以 按通信方向、工作方式、业务类型、信号类型、服务对 象、终端移动性、覆盖范围等来划分。
号电平的衰减。若用分贝表示，则为
L
10 lg
Pt Pr
10lg
4πd
2
1 A2GtGr
20lg
4πd
A(dB)
Gt (dB)
Gr (dB（) 5.1-2）
式中，d为传播距离（m）；λ为自由空间内电
波的波长（m）；A为电磁场的衰减因子；Gt为 发射天线增益；Gr为接收天线增益。
8、传播失真 传输信号的无线电波的各个不同的频率
5、无线电波的慢衰落与快衰落 慢衰落是指接收信号的场强局部中值在
长时间内缓慢变化；快衰落是指接收信号电 平快速随机变化，其变化范围可达到数十分 贝。实际上，信号的快衰落与慢衰落兼而有 之，快衰落往往叠加在慢衰落之上，只是在 短时间内观测时，后者不易被察觉，而前者 则表现明显。
6、无线电波的平衰落与选择性衰落
1、各波段的主要信道模式
极长波、超长波、特长波和甚长波均可以地下与 海水传播、沿地磁力线的哨声传播等；长波以表面波、 天波、地—电离层波导传播；中波以地表面波、天波 传播；短波以地表面波、天波、电离层波导、散射波 传播；超短波、分米波、厘米波以直射波、地面和对 流层的反射波、对流层折射及超折射波导、散射波传 播；毫米波、亚毫米波以直射波传播。
分量，以不同的相速度和不同的衰减常数传 播，会使其各不同频率分量的幅、相关系随 传播距离的增加而连续变化；这种变化对模 拟信号而言是信号波形的畸变，对数字信号 而言是误码率的上升。
5.1.2 电波传播的基本特性
无线电波的传播特性同时取决于传播媒质的结构 特性和电波的特征参数。在各种信道中，媒质结构的 电参数（包括介电常数、磁导率与电导率）的空间分 布和时间变化及边界状态是传播特性的决定因素。
平衰落是指发射信号的频谱特性在接收机内仍能保 持不变的衰落，选择性衰落是指发射信号的频谱特性在 接收机内发生了畸变的衰落，如图5-3所示。其中f0为 中心频率，f1 = f0 - f2，f2 = f0 + f2。
图5-3 平衰落与选择性衰落 示意图
7、无线电波的传播损耗
无线信道发射天线输入功率pt与接收天线输 出功率pr（满足匹配条件）之比即为该电路的传 播损耗L，反映了在公里量级的空间距离内，信
2、电波传播的基本机制及媒质对电波传播的影响
无线电信号的基本传播机制是直射、反射、折 射、绕射和散射。
受媒质的影响，电波传播存在传播损耗、衰落 和传播失真，信号的幅度、相位均会发生变化。 （1） 直射。在自由空间和均匀、线性媒质中，电波 沿直线传播。 （2） 反射与折射。当电波由一种媒质辐射至另一种 媒质时，在两种媒质的分界面上要发生反射和折射。 射线返回第一种媒质，即产生了反射；射线进入第 二种媒质，但方向发生了偏折，即产生了折射。一 般，反射和折射是同时发生的。入射角等于反射角， 不一定等于折射角。