高频无线电系统的组成
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高频无线电系统的组成  2012/3/1
对电波传播有了总的认识,再来看看电波是怎样产生的。高频无线电系统主要有发射机、接收机和天线三大部分组成。许多现代无线电设备将发射机和接收机合并为一个单元,叫做无线电收发机 [1] 。大型固定系统的发射台和接收台一般设在不同地点,通常是由另一个远地台控制。1 发射机发射机的结构虽变化多端,但它们都是由激励器和功放组成。 激励器 中的载波的幅度、频率或相位受来自信号源(例如麦克风)的较低频率信号的调制。已调信
 

对电波传播有了总的认识,再来看看电波是怎样产生的。高频无线电系统主要有发射机、接收机和天线三大部分组成。许多现代无线电设备将发射机和接收机合并为一个单元,叫做无线电收发机 [1] 。大型固定系统的发射台和接收台一般设在不同地点,通常是由另一个远地台控制。

1 发射机

发射机的结构虽变化多端,但它们都是由激励器和功放组成。 激励器 中的载波的幅度、频率或相位受来自信号源(例如麦克风)的较低频率信号的调制。已调信号再变换为发送频率。在经电缆将其送往发射天线之前,功率放大器要将信号的输出功率提升到发射机所需的瓦特数。发射机可能还包含用于清理输出信号的滤波器。使用带通滤波器可除去噪声、寄生信号和激励器产生的谐波,或源于功放输出的谐波。这样可降低对邻近信道的干扰。

2 接收机

所有现代高频接收系统都由射频输入滤波 / 放大器,一组频率变换器以及中频放大器,解调器,和本地振荡频率合成器组成。工作时,接收机选择所需信号,将其放大到适当电平,经过解调恢复原来信息(解调是从已调波恢复原始调制信号的过程)。在当代无线设备中,这些功能中多数都是数字化的。

为了滤除噪声和无用信号,有时可在射频输入级加入一个可调预选器(一种带通滤波器)。然后将经过滤波的信号放大并经频率变换后再进一步处理。

滤波处理还不止此。典型情况下,接收信号会在几个不同的中频经过滤波和放大。中放级的放大倍数依接收信号的强弱而变。例如,为了输出语音或数据,解调器输出音频(基带)信号送到相应设备。同时,因为输入信号的强度大小不等,解调器可产生一个正比于射频输入信号电平的电压,将此电压作为自动增益控制信号反送到射频放大器和中频放大器,以保证解调器的输入大小适当。

3 天线

天线是无线通信中至关重要的组成部分之一。

特性和参数

描述天线特性的最常用术语是阻抗、增益、辐射模式、出射角 [2] 和偏振。

每一个天线都有一个 输入阻抗 ,它表征接到发射机上的负载。输入阻抗值取决于许多因素,如天线设计、工作频率以及天线相对于周边物体的位置。

无线电通信的基本要求是要在所需的地点和时间,寻找尽可能多的动力产生并发射信号。大多数发射机都是设计成能高效地向 50 欧姆(欧姆是电阻单位,其符号为 )负载提供最大功率。有些天线,如 对数周期天线 可以在某个宽频带范围内对发射机呈 50 欧姆负载,这类天线一般可直接连接到发射机。但其他天线,例如偶极子天线、鞭状天线、长线天线等,其阻抗随频率和周围环境的变化很大。在这些情况下,要使用天线调谐器(天线耦合器),将其置于发射机和天线之间,以改变天线对发射机呈现的负载特性,才能将发射机的输出功率尽可能多的传送给天线。

天线 增益 是天线方向性(将辐射能量向某个特定方向聚焦)的计量单位。其大小是将该天线接收到的信号电平与一个全向天线(其辐射在各方向均等)接收到的信号电平相比较而确定的。增益用 表示,增益越大,天线的方向性就越好。发射天线增益还直接影响到对发射机功率的技术要求。例如,若用一付增益为 10 的定向天线取代一付全向天线,用一台 100 瓦的发射机就可以产生和一台 1 千瓦发射机和一个全向天线同样的有效辐射功率。

除增益外,用户还必须懂得天线的 辐射方向图 才能实现最佳信号传输。辐射方向图与天线设计有关,天线相对于地面的位置对其影响很大,此外还可能会受附近建筑物和树木等物体的影响。大多数天线的方向图都不是均匀的,这种不均匀性可以用波瓣 lobe s (辐射最强区域)和 null s (辐射最弱区域)来表征。通常,以垂直面和水平面的两个方向图来表示(图 3.5 ),以展现天线增益与仰角(垂直方向图)方位角(水平图)的关系。辐射方向图与频率有关,所以要全面描述一个天线的辐射方向图,就要有一组不同频率下的方向图。

在确定通信距离时, 出射角 是一个重要因素,它是发射天线水平面与天线方向图的主瓣间的夹角。远距离通信时常用小出射角,短距离通信时多用大出射角。

天线相对于地面的取向决定其 极化 方向。大多数高频天线要么采用垂直极化,要么采用水平极化。垂直极化天线的出射角小,适用于发送地波和远距离天波。垂直天线的主要缺点是受地面的电导率和本地噪声影响大。为获得最佳效果,需采用地面屏蔽。

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