第8章-无线电及监测基础知识

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。
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。
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
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；
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
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
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。
(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。
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：
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。
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。
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
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)
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
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。
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)
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
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。
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Biblioteka 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。