無線電技術導論第六章無線電發射概論第1頁，課件共33頁，創作于2023年2月第一節無線電波的傳播

一、無線電波的發射1.從電容器電路到天線電路

當外加一電壓時,C兩極板介質間建立一電場。

當外加交流電壓時,C兩極板介質間存在交變電場,

電路中形成交流電流,電場輻射不出去。

如果將C兩平行極板換為兩條平行導線,并且把兩條導線張開,電場就輻射到空間，電容器電路則變成天線電路。

第2頁，課件共33頁，創作于2023年2月2.無線電波的發射高頻電流在天線中流動時,根據安培右手法則,天線的周圍空間產生電磁場。由于高頻電流方向變化極快，在外層的電力線和磁力線剛建立起來，還來不及隨電流的終止而消失，相反方向的電流又產生新的電力線和磁力線，把前面的電力線和磁力線推向遠方，形成電磁波(無線電波)的發射。第3頁，課件共33頁，創作于2023年2月二、無線電波的傳播

1.無線電波的波段

第4頁，課件共33頁，創作于2023年2月2.無線電波的傳播方式地波傳播:沿地表面傳播,直接到達接收天線。天波傳播:由電離層反射傳播,到達接收天線。直接波傳播:從發射天線出發,直接到達接收天線。地面反射波傳播:從發射天線出發,經地面反射到達接收天線。第5頁，課件共33頁，創作于2023年2月三.無線電各波段傳播特點

⒈電離層概況:

距地表70km～300km高空存在一天然“反射層”--電離層,這里空氣稀薄,受太陽輻射的紫外線和X射線等高能粒子的沖擊,氣體分子或原子發生電離,產生自由電子和離子(主要是帶負電的電離子),因此,電離層能吸收、反射或折射無線電波。無線電波長越長,通過電離層時或由電離層反射時損耗越大。

白天:

F2電子密度最大，F1層、E層、D層依此減小。夜間:各層的電子密度降低,D層消失。

⒉各波段傳播特點:

長波到達D層被反射回來；

中波到達E層被反射回來；

短波可以穿過D層和E層，到達F層被反射回來。第6頁，課件共33頁，創作于2023年2月2.各波段傳播特點(續)

⑴中波(MF)中波是國內廣播的主要波段。

白天:由于D層電離子密度較大,對中波(1km～100m)有強烈吸收作用,中波經過D層時損耗很大,不能靠電離層反射傳播。

中波主要靠地波傳播。因此，白天只能收到本地及臨近地區的中波廣播電臺節目。夜間:D層消失,中波經由E層反射傳播,而且可傳播到比較遠的地方。因此，夜晚可收聽到許多外地的中波廣播電臺節目。

中波傳播特點:日靠地波,夜靠天波

第7頁，課件共33頁，創作于2023年2月⑵短波(HF)

短波是廣播電臺的主要波段。短波的波長較短(100m～10m),

白天:由于D層、E層電離子密度較夜間大,對短波的低頻段具有較強的吸收作用,只有中、高頻段的短波能夠穿過D層、E層,到達F層被反射回地面。因此,白天短波要用中、高頻段傳播。

夜間:D層消失,E層電離子密度較小,短波能夠穿過D層、E層,到達F層被反射回地面，短波可用低頻段。

由于短波的波長較短,不僅以天波傳播,地表也能反射短波無線電波,因此,短波可經電離層和地表反射傳播到世界各地。短波傳播特點:日用中、高頻段,夜可用低頻段,可洲際(全球)傳播。第8頁，課件共33頁，創作于2023年2月寂靜區(靜區):地波和天波都收不到的地區。

⑶超短波(VHF)超短波是電視和調頻通訊的主要波段。超短波的波長(10m～1m)。超短波入射到電離層時,通常會直接穿過不能返回地面,因此,要靠直線傳播。為了減小地波的損耗,把超短波傳送到很遠的地方,必須設置中繼站,通過中繼站一站接一站的直線傳播,把超短波傳向遠方。中繼站間隔一般為50km，超短波發射臺天線一般高于100m。第9頁，課件共33頁，創作于2023年2月超短波異常傳播現象:

☆在夏季的白天,電離層E層的下部常會產生分散E層(Es層),Es層會把入射的超短波反射回地面，會出現超短波直接傳播至數百公里,甚至幾千公里以外的現象。

☆對流層(距地表約17km～7km)中的湍流和電離層E層常會對入射的超短波產生散射,使超短波部分返回地面,也會導致超短波直接傳播至數百公里以外,甚至更遠的現象。第10頁，課件共33頁，創作于2023年2月⑷微波微波是電視和微波通信的主要波段。微波UHF波段的波長(1m～10dm)。微波的傳播一般也是通過中繼站直線傳播。微波還可以通過地面-空中物體,衛星-衛星,衛星-地面傳播。

例如,UHF波段的TV信號的傳播,移動通信信號的傳播等。第11頁，課件共33頁，創作于2023年2月第二節天線---無線電波的進出口發射天線和接收天線

發射天線將發射機產生電信號,轉換成電磁波并向空間輻射,發射天線是無線電波的出口;

接收天線把收到的電磁波再還原成電信號,送給接收機,接收天線是無線電波的入口。天線由天線振子和天線饋線組成。天線振子作用：電信號電磁波天線饋線作用：把發射機產生的電信號饋送到天線振子;

發射天線振子

把天線振子接收的電磁波還原成的電信號饋送到接收機。

電信號接收機第12頁，課件共33頁，創作于2023年2月一、天線振子的長度

只有當天線振子的長度L與無線電波的頻率f(或波長λ)相適時,無線電波才能順利地通過天線。設無線電波的波長為λ，當信號從天線中心點輸入、振子兩端都懸空時,L=λ/2為振子的適宜長度;當信號從天線振子一端輸入、振子另一端接地時，L=λ/4為振子的適宜長度。f=S/λ稱作天線的諧振頻率(或稱為天線的固有頻率),其中,S為電磁波的傳播速度,300000km/s；λ稱作天線的固有波長。第13頁，課件共33頁，創作于2023年2月一、天線振子的長度(續)當無線電波的頻率f為天線的固有頻率的奇數倍時,天線與無線電波也產生諧振。頻率f稱作天線的諧波頻率。一副天線可有許多諧波頻率,使其適用于許多不同頻率。例:信號頻率為50MHz,當信號從天線中心點輸入、振子兩端都懸空時,試計算天線振子的長度。解：已知f=50MHz,電磁波傳播速度S=300000km/s,則λ=S/f=300000km/50MHz=6mL=λ/2=3m第14頁，課件共33頁，創作于2023年2月二、天線的饋電天線饋線作用:把發射機產生的電信號饋送到天線振子;把天線振子接收的電磁波還原成的電信號饋送到接收機。

天線饋電方式:

把發射機產生的電信號饋送到天線振子的方式,主要有:電流饋電---從電流最大點處饋電的方式。(比較常用)電壓饋電---從電壓最高點處饋電的方式第15頁，課件共33頁，創作于2023年2月常用天線①1/4波長天線

天線振子的長度L=λ/4

,

主要有:垂直接地天線和布朗天線垂直接地天線：水平面沒有方向性。

使用時必須妥善接地,否則接地電阻較大,會消耗信號功率。主要用于近距離較低頻率的通信和廣播。布朗天線：水平面沒有方向性。水平安裝放射狀的λ/4

振子的作用與接地相同。主要用于超短波信號的傳播。第16頁，課件共33頁，創作于2023年2月常用天線

(續)②1/2波長天線

天線振子的長度L=λ/2

,

主要有:半波對稱子(半波偶極)天線和波道式天線(王字天線)半波對稱子天線：水平面有方向性,呈8字形。

與振子垂直方向:發送功率最強,接收靈敏度最高;

沿振子軸向:發送功率最弱,接收靈敏度最低。主要用于短波信號的收播。波道式天線:定向天線。波道式天線有三個振子組成,呈“王”字形。引向器振子長度LD,投射器振子長度LP=λ/2

,反射器振子長度LR。設計LD＞LP＞LD,加強正前方的接收能力,消弱后方的接收能力。主要用于超短波或更高波段信號的收播。例如,TV和雷達天線。第17頁，課件共33頁，創作于2023年2月第三節無線電波發射機介紹

無線電廣播和通信中,

聲音和圖象及其它信息都是由高頻電振蕩信號“運載”,通過天線發送。用來產生高頻電信號,

并把要傳送的信號加載到高頻“運載”電振蕩信號上，并使得輸出的高頻“運載”電振蕩信號具有額定的功率，這種設備叫作無線電發射機。無線電發射機的基本結構：

第18頁，課件共33頁，創作于2023年2月一、無線電發射機振蕩部分發射機振蕩部分包括振蕩器,緩沖放大器,倍頻器和混頻器1.振蕩器---發射機的心臟。作用:產生高頻電振蕩信號。

常用振蕩電路：LC振蕩電路,石英晶體振蕩器振蕩器的主要性能參數:頻率,頻率穩定度

電源電壓的波動,環境溫度,外部劇烈振動等因素,對穩定度都會產生影響。

后級電路對振蕩器的作用，也會對穩定度產生影響。第19頁，課件共33頁，創作于2023年2月一、無線電發射機振蕩部分(續)

2.緩沖放大器--位于振蕩器與后級電路之間的放大電路

作用:

①將從振蕩器獲得很小的功率信號放大,向后級電路提供滿足額定的功率要求的高頻電振蕩信號。②由于緩沖放大器的輸入阻抗很大,輸出阻抗很小,因此,緩沖放大器可以隔離后級電路對振蕩器的影響。緩沖放大器的主要性能參數:功率增益Ap（Po/Pi）輸入功率Pi輸出功率Po頻率帶寬BW輸入阻抗Ri輸出阻抗Ro第20頁，課件共33頁，創作于2023年2月3.倍頻器

在實際工程中,振蕩器通常不能直接產生所需要的高頻率振蕩信號,則需要使用倍頻器或混頻器。倍頻器的作用:獲得所需要的高頻率振蕩信號。將含有許多高次諧波的振蕩信號給乙類或丙類放大器*,通過放大器負載所接的LC調諧回路,選出所需的頻率。主要參數:輸入/輸出頻率范圍變頻損耗諧波抑制比輸入信號電壓最大輸入功率輸入駐波比系統阻抗第21頁，課件共33頁，創作于2023年2月4.混頻器

利用倍頻器只能得到輸入信號頻率整數倍的高頻振蕩信號,獲得幾個頻率信號的“和”或“差”則需使用混頻器?；祛l器的作用:獲得所需要的高頻率振蕩信號適用于倍頻器無法勝任的場合,或一部發射機在不同頻率下使用的場合。主要參數:變頻損耗噪聲系數隔離度第22頁，課件共33頁，創作于2023年2月二、無線電發射機調制部分調制部分的作用:把要傳播的低頻信號(如:聲音和圖象及其它信息的無線電信號)

附加到振蕩器產生的高頻載波上去。

把低頻附加到振蕩器產生的高頻載波上去的方法,稱作調制。調制常用方式有兩種:調幅(AM)和調頻(FM)1.調幅--使高頻載波的振幅隨要傳播的低頻信號的振幅作正比例變化,高頻載波的頻率保持不變。

⑴調幅原理

第23頁，課件共33頁，創作于2023年2月1.調幅(續)⑵調幅波的頻率成分

設載波是一個正弦波,

υc=Vcsinωct

設信號波也是一個正弦波,

υs=Vssinωst

通常ωc?ωs,則

調制波υm=

(Vc+kdVssinωst)·sinωct(6-1)

式中

kd是調制器的比例常數設Vm=Vc+kdVssinωst(6-2)

調制波最大振幅

A=Vc+kdVs,調制波最小振幅

B=Vc-kdVs調幅度

則Vm=Vc+kdVssinωst=Vc(1+msinωst)

υm=Vc(1+m

sinωst)·sinωct(6-3)展開(6-3),υm=第24頁，課件共33頁，創作于2023年2月⑶振幅調制器示例①單管調幅器電路載波υc由B1耦合輸入到基極信號波υs由C4耦合輸入到基極調制波υm由B2耦合輸出

！由于υs頻率較低,C4的容值應很大,以保證υs的最低頻率能耦合到基極,避免υs信號低頻率失真。

C1是υc的旁路電容,其容值大小取決于υc的頻率;但若其容值太大會使υs中的高頻旁路,造成輸入到基極的υs信號高頻率失真。

C2和C3的容值應適當大,使其容抗對υm的最低頻率可以忽略，避免輸出的υm信號中的低頻率部分發生失真。！RB,RC和RE阻值適當,設置的靜態工作點能保證線性放大區工作。第25頁，課件共33頁，創作于2023年2月振幅調制器調制信號各種輸入方式⑷雙邊帶調幅波和單邊帶調幅波第26頁，課件共33頁，創作于2023年2月⑷雙邊帶調幅波和單邊帶調幅波(續)雙邊帶調幅波：經過振幅調制后,包含載波和上、下邊帶的調制波--DSB(DoubleSideBand)。載波的作用僅是攜載信息波；對稱分布在載波中心兩邊的上、下邊帶包含著完全相同的信息。

如果把調制波的載波和一個邊帶去掉,同樣可把信號波傳遞出去。單邊帶調幅波：把調制波的載波和一個邊帶去掉，只保留一個邊帶的調制波--SSB(SingleSideBand)。單邊帶調幅波有:USB調幅波，LSB調幅波單邊帶調幅波的應用意義:降低發射機功耗，提高波段利用率。

☆雙邊帶調幅波通信,發射機要發送整個調制波(載波+兩個邊帶),載波占據發射功率的50%以上。用單邊帶調幅波通信,發射機可大幅降低功耗。

☆雙邊帶調幅波所占頻帶寬度為信號波最高頻率的兩倍,單邊帶調幅波可省掉一半頻帶寬度。第27頁，課件共33頁，創作于2023年2月2.調頻--使高頻載波的頻率隨要傳播的低頻信號的振幅

作正比例變化,高頻載波的振幅保持不變。⑴調頻原理⑵調頻波的頻率成分設載波是一個余弦波:

υc=Vccosωct

設信號波也是一個余弦波:

υs=Vscosωst調制波角頻率ω(t)=ωc+kfVscosωst=ωc+cosωst(6-4)式中

kf是調制器的比例常數,由具體調制電路確定;=kfVs是υs引起的最大頻偏,∝Vs,與ωs無關;ω(t)=dθ(t)/dt,(6-5)設初相角θ0=0,調制波υf=Vccos(ωct+mfsinωst)(6-6)式中mf=/ωs稱為調頻指數,由具體調制電路確定。mf＜＜1,窄帶調頻;mf

＞＞1,寬帶調頻。展開(6-6),可證明調制波的頻率成分很多。第28頁，課件共33頁，創作于2023年2月三、無線電發射機功率放大器1.功率放大器的作用:

把經過調制并已變換成所需頻率的電信號放大到足夠的功率,利用天線以電磁波的形式發送出去。2.功率放大器的特點:具有驅動負載的足夠大的輸出功率，即具有足夠大的電壓變化量和足夠大的電流變化量。3.功率放大器的特征參數:

⑴最大輸出功率POM

不失真(或失真在允許的范圍內)放大器輸出的最大功率。

POM

=輸出電壓有效值VOM×輸出電流有效值IOM

⑵功率轉換效率η

放大器把直流電源供給的能量PE轉換為交流能送給負載的效率。第29頁，課件共33頁，創作于2023年2月三、無線電發射機功率放大器(續)4.功率放大器的種類:線性放大器和非線性放大器。

通常功率放大器(簡稱:功放)是根據其放大電路中晶體管選擇的靜態工作點進行分類的。當所選靜態工作點使晶體管在輸入信號電壓作用的整個周期內,都有電流通過(即ICQ≥ICM)時,這種功放稱作甲類放大器。當所選靜態工作點ICQ=0時,使晶體管只在輸入信號電壓的正半周導通,有電流通過,負半周截止,這種功放稱作乙類放大器。當所選靜態工作點在輸入信號電壓作用的整個周期內,使晶體管的I