第8章-无线电及监测基础知识

其对数单位为： G(dB)＝20lgK＝10lgKp。 同理，对无源四端网络增益 G(dB)是个负值，它表示衰减， 若用 L(dB)来表示衰减，则 L(dB)＝－G(dB)。 例：一截电缆，信号通过后电压降低一半，则 K＝(1／2),Kp＝K2＝(1／4)， G(dB)＝20lg(1／2)＝10lg(1／4)＝－6dB L(dB)＝－G(dB)＝6dB
第七节 无线电波
1．什么是无线电波：频率在 3000GHz 以下，在空中传播的电磁波叫无线 电波。
无线电频率从几十 KHz 到 3000GHz 频率范围的总称叫频谱。而其中某一小 段可叫某一段的频谱。例如 150MHz 频段，从 137～174MHz。
频谱是总称(或是一段频率范围)，频率是频谱中某一具体频点。
若 K＝1000 则 K(dB)＝20lg1000＝60dB；
2．那么 1 分贝表示什么意思呢?
功率 1dB 就是：10lgKp＝1， lgKp＝0.1，Kp＝10 0.1≈1.26
电压 1dB 就是：20lgK＝1， lgK＝0.05，K＝10 0.05≈1.12
∴1 分贝表示功率比为 1.26 倍。或表示电压比为 1.12 倍。
1.极化对通讯和监测的影响 我们知道，要想通讯效果好，收发天线的极化必须一致，即发射天线垂直 极化时，接收天线也要垂直极化；发射天线水平极化时，接收天线也要水平极 化。如果收、发天线的极化不一致，通讯效果将很差(相差 100 倍以上)，同样，
2．极 化的分类：如图 8
其中：线极化由线天线产生，圆(椭圆)极化由螺旋天线产生。而我们无线 电监测中常用的是线极化。线极化又分垂直极化和水平极化。
当然，如果天线做成全波、3／2 次波……即 L＝λ、3／2λ、2λ、5／2 λ……等半波长的整数倍时，天线发射的也都是周期正弦波，不会产生其他谐 波，但是它们的体积和所用材料就增加了，所以他们也没有半波振子发射效率 高。实际使用的天线基本都是半波振子天线或由多个半波振子并联组成的天线 阵，天线阵可以得到所需要的天线方向图。
第八章 无线电及监测基础知识
第一节 高频正弦交流电及其三要素
高频正弦交流电如图 1：
图1 它的数学表达式为：u＝UmSin(2πft＋Ψ0) 其中： (1)Um：为振幅最大值
(2)f：为频率(周期 T) (3)Ψ0：为初始相位 频率：1 秒钟内电压(或电流)最大值重复出现的次数叫频率.单位为 1／秒 也叫赫兹 Hz。 周期：两相邻电压最大值之间的时间间隔叫周期，单位为秒。 周期与频率互为倒数，T＝1／f， f＝1／T。
第三节 半波振子天线和高频电磁波的产生
1．半波振子上的场强分布：(如下图) 如图 2：当高频交流电
图2
u＝UmSin(2πft＋Ψ0)，加到半波振子天线上时，就会从天线上发出高频 交变电磁场(即电磁波)。理论和实践证明，其场强分布为驻波分布(图二中虚 线所示)
对于半波振子天线，两端始终是驻波的节点(振幅始终为 0)，而中间始终 是腹点(振幅始终为最大值)
电场矢量 E 垂直于地面的电磁波叫垂直极化波。 电场矢量 E 平行于地面的电磁波叫水平极化波。 3.极化的判断：根据天线来判断。半波振子垂直放，产生垂直极化波；半 波振子水平放，产生水平极化波。
图8 对微波馈源天线，小激励天线在波导喇叭里面，从外面看不见。可用波导 外观来判断。因为波导短边方向与电场方向是一致的。即波导短边垂直于地面 是垂直极化，而波导短边平行于地面是水平极化。
1.功率密度矢量：我们知道，电场矢量 E 和磁场矢量 H，都是有方向的量
图7
而功率密度矢量 S＝E×H (见图 7)，其方向由右手定则决定，即右手四指
先抓碰电场矢量，再抓碰磁场矢量，此时伸开的大拇指方向就是电波传播(即
功率密度矢量)的方向。
其标量大小：S＝｜E×H｜＝E·H
2．空中电磁波的欧姆定律：
图5
(b)空间性：即同一时间在传播方向上空间不同点的场强分布。 电磁波在空间传播时，某一瞬间在传播方向上不同点的电场大小也是一个正弦 分布，其表达式为： e＝EmSin(2πS／λ＋Ψ0) e 为传播方向上各点的场强、 Em 为最大值、 f 为频率、 S 为距离、 C 为光 速、Ψ为初始相位 其分布图为图 6
2．无线电波波段划分表 频率范围
频率序号 （只含上限频率而不含下限 频率）
4
3～30KHz
5
30～300 KHz
6
300～3000 KHz
7
3～30MHz
8
30～300MHz
9
300～3000MHz
10 3～30GHz
11 30～300GHz
12 300～3000GHz
相应的米制波段划会
超长波 千米波 百米波 十米波
λ(米)＝—— ＝—————————
f
f(GHz)
微波换算公式
c
3
λ(dm)＝—— ＝—————————
f
f(GHz)
分米波换算公式
c
30
λ(cm)＝—— ＝—————————
f
f(GHz)
c
Baidu Nhomakorabea
300
λ(mm)＝—— ＝—————————
f
f(GHz)
厘米波换算公式 毫米波换算公式
第五节 电磁波的功率密度矢量(波印亭矢量)和空中电磁波的欧姆定律
第二节 电生磁，磁生电
1．电生磁：通电导线周围存在磁场，电流愈大，磁场愈强，吸力愈大.(如： 电磁吸铁石，电磁吊车)
2．磁生电：导线切割磁力线产生电动势(或电流)，磁场越大，切割速度 愈大，产生的电动势也就越大.(如：发电机)
3．高频交变的电场、磁场是可以相互感应产生的，即高频交变电场可以 感应出高频交变磁场，高频交变磁场也可以感应出高频交变电场。
图6
电磁波的三要素与正弦波相似，不同处在于它是某瞬间的空间分布，与时
间无关，不存在周期，图 6 中两相邻峰值之间的距离叫波长。
(c)波长的换算：
c
3×118(米／秒)
C＝f·λ，λ(米)＝—— ＝—————————
f
f(Hz)
c
300
λ(米)＝—— ＝—————————
f
f(MHz)
米波换算公式
c
0.3
第四节 电磁波
1．在空中以一定速度传播的交变电磁场叫做电磁波 2．电磁波的三要素 电磁波的场强表达式为： e＝EmSin(2πft＋Ψ0)
其波形图如图 5
e 为瞬时值
Em为最大值 f 为频率
t 为时间
Ψ0
可见它的三要素同正弦交流电。
3．电磁波的两重性：
(a)时间性：即某点电场强度随时间变化的波形。见电磁波的三要素和图 5。
3．为什么半波振子天线发射效率最高呢?
图 4(a)
图 4(b)
因为半波振子天线上场强分布如图 2：当高频电流正半周时，场强也正好 是正半周，当高频电流负半周时，场强也正好是负半周，就像是共振(谐振) 一样，这样感应出来的场强正好是一个正弦波，反之若天线长度大于或小于半 个波长，则场强与高频电流就不可能正负半周同步共振，L≠λ／2 时，场强 分布图如图 4(a)、(b)，由图可见，高频电流在天线上产生的电场将不再是高 频正弦电磁波，而是一个高频的非正弦的周期波形，这个波形将被分解成直流 分量、基波、二次波、三次波……，显然这时天线的发射效率是很低的。举一 个极端的例子，如果 L＜＜λ，此时天线长度 L 很小，波长λ很大，天线 L 上 场强分布近似是一直线，这就不可能产生交变电磁场。
第十一节 用 dBw，dBm，dBv，dBmv，dBμv，来表示功率和电压的大小
1．dBw 是以 1W 功率为基准，用对数单位来表示功率 PA 的大小。也就是表 示功率 PA 是 1W 的多少倍， A(dBw)＝10lg(PA／1W)
1 贝尔＝10dB，它表示 10 倍的功率比或表示 3.16 倍的电压(或电流)比。
3．为什么功率比是 10lgKp，而电流比却是 20lgK 呢?
P出
U2 出／R
U2 出
因为功率比 Kp＝——＝—————＝————＝K2
P入
U2 入／R
U2 入
所以 Kp(dB)＝10lgKp＝10lgK2＝20lgK
公式为：Z0＝E／H 叫空间电波的欧姆定律。
由上式可得
S＝E·H＝H2·Z0＝E2／Z0 Z0
μ0 Z0＝ { —— }=120π＝377Ω
ε0
式中：μ0＝4π×10-7
1
ε0＝———×10-9 36π
叫真空介电系数。
本文“{ }”为根号，矢量 E、H 字母上方应有→,以下同，请予注意!—
—编者注
第六节 电磁波的极化
流从负最大增加到 0，电场也从负最大增加到 0，就这样，高频交流电变化一
周，电场也变化一周，如果高频交流电为 150MHz，即每秒变化 1.5 亿次，则
电场也在半波振子两边变化 1.5 亿次／秒，这个垂直面上的高频变化的电场在
水平面上就会感应出高频变化的磁场→再交变成高频电场→再交变成高频磁
上面是一个形象的比喻，有利于理解和记忆。实际上是天线附近的高频交 变电磁场的变化感应四周的介质也产生相应的高频电磁场，就这样像水波一样 的向四周传开。
第十节 四端网络的增益 G(或衰减 L)
如图：
设一个匹配四端网络功率放大倍数为 Kp，电压放大倍数为 K，则 Kp＝K2， 若 K＝10，则 Kp＝100。
把它们用分贝表示得： K(dB)＝20lg10＝20dB Kp(dB)＝10lg100＝20dB
由上可见，对匹配的有源四端网络而言，Kp 和 K 用对数单位表示，它们 总是相等的，我们把它叫做四端网络的增益用 G 表示。
图 12 天线收到信号后，与本振信号差频为中频信号，经放大后送去解调(检波、 鉴频、鉴相)，解调出的低频信息信号送到音频(视频)系统供人们听(看)。
图 13 解调是调制的反过程，对调幅信号用检波器还原出低频信息信号；对调频 波用鉴频器还原出低频信息信号，而对调相波用鉴相器还原出低频信息信号。 图 13 是一个调幅信号解调过程的波形图。
(A)图 10 是一个调幅波的产生过程，它的载波(图 10.a)幅度受到低频信 号(图 10.b)的控制，产生了幅度随低频信号变化的高频信号(图 10.c)。
图 11 (B)图 11 是一个调频波的产生过程，它的载波(图 11.b)频率受到低频信 号(图 11.a)的控制，产生了频率随低频信号变化的高频信号(疏密波 图 11.c)。 (C)调相波实际上是一种变相的调频波，因为相位变化一周(360 度)频率变 化 1Hz。 2．为什么要调制呢? 直接把声音、音乐、各种信息信号进行功率放大，送给天线发射出去，这 样行不行呢? 答：这样是不行的。因为低频信号的波长很长，例如一个 15KHz 的音乐信 号，它的波长是 20Km，半波就是 10Km，10Km 长的半波振子天线是很难做出来 的。同时发射机功放中的λ/4 谐振腔体和接收机谐振电路中的电感 L 和电容 C 也都将很大，也是很难做出来的。 3.无线电通讯接收方框图(如图 12)
第九节 分贝(dB)和贝尔
1．分贝(或 dB)是电子学中广泛用来表示两个功率(或电压、电流)之比的 对数单位。
设两个功率之比为 Kp，则这两个功率之比 Kp 的对数单位表示为： 且 Kp(dB)＝10lgKp； 若 Kp＝2，则 Kp(dB)＝10lg2＝3dB 若 Kp＝10，则 Kp(dB)＝10lg10＝10dB 若 Kp＝1000，则 Kp(dB)＝10lg1000＝30dB 设两个电压(或电流)之比为 K，则这两个电压(或电流)之比的对数单位表 示为 K(dB)＝20lgK 若 K＝2 则 K(dB)＝20lg2＝6dB； 若 K＝10 则 K(dB)＝20lg10＝20dB；
米波 分米波 厘米波 毫米波 亚毫米波
3．无线电波的传播方式：直线传播、反射传播和绕射传播。电波的频率越高， 传播距离越短，反射能力越强，绕射能力越低。
第八节 无线电通讯收发方框图 1．无线电通讯发射方框图，如图 9；方框波形图如图 10
图9
图 10
图中高频振荡器产生的高频振荡信号(图 10.a) 与低频信息信号 (图 10.b)，在调制器中调制(调幅、调频、调相)后，得到一个被调制的高频信号(图 10.c)，再经功率放大后，送到天线发射出去。以上是一个简述的发射过程。
2．电磁波产生过程：
图 3（a）
图 3（b）
如图 3(a)、(b)，当 t＝0 时，高频电流为 0，半波振子天线上的场强也为
0，当 t＝t1 时电流增加，天线上场强也增加为 E’，当 t＝t2 时高频交流电最大，
天线上场强也最大为 Em，当 t＝t3 时电流减小，电场也减小，电流小到 0，电
场也小到 0，电流小到负值，电场也为负值，电流负最大，电场也负最大，电