无线电基础知识.docx

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无线电基础知识

第一单元无线电基本知识

什么是波？

波是是振动在物质中传播能量的一种形式，，我们常见的波有机械波（如声波、水波）、电磁波（无线电波、宇宙射线、光波）等。

正弦波：

正弦波是频率成分最为单一的一种信号，这种信号的波形是数学上的正弦曲线。

对于一个正弦量来说，如果幅值、频率、初相位确定了，那么这个正弦量就完全确定了。

幅值、频率（与周期是倒数关系）、初相位称为正弦量的三要素。

正弦波可表达为：

Asin（ωt+φ），其中：

A为振幅；ω为角频率（ω=2πf,f为频率）；φ为初相位（描述波前状态的量）。

频率：

声波或交变电流（或电压）在单位时间内完成周期性变化的次数，称为频率，单位:

赫芝（Hz）。

例如；交流市电的频率为50Hz；声音信号的频率范围为20Hz-20000Hz；我国所处地区中波广播发射信号的频率范围为526.5-1606.5kHz,我国调频广播发射信号的频率范围为87-108MHz。

复杂信号的频率成分：

一般信号（例如语音信号和音乐信号等）都是由许多不同频率、不同幅度的正弦信号组成的。

反过来说，一个复杂信号可以分解为许多不同频率、不同幅度的的正弦信号。

为分析问题简单起见，通常使用单一频率的正弦信号。

波长：

沿着波的传播方向，两个相邻的同相位质点间的距离叫做“波长”。

它是指波动媒质中，任意两个相位差为2π的质点之间的距离。

在质点振动的一个周期内，振动状态传播的距离恰是一个波长。

波长反映了波在空间上的周期性。

波长最长的无线电从长波，到中波，短波，微波，然后是红外，可见光，紫外，X光，直到波长最短的伽玛射线

波速：

单位时间内波形传播的距离，称波速。

通常以V表示，单位是米/秒。

声波在空气中传播的速度为340m/s（温度为150C时，温度升高时略有增加）。

真空下的电磁波波速为299792458m/s，近似为30万千米每秒，而在任何介质中电磁波波速均小于这一数值。

波速（V）与波长（λ）和频率（f）的关系：

V=λ·f

电磁波：

电磁波是在空间传播的交变电磁场，即电磁波是由交变电场和交变磁场构成的。

从科学的角度来说，电磁波是能量的一种，凡是能够释出能量的物体，都会释出电磁波。

无线电波和光线、X射线、γ射线等都是波长不同的电磁波。

由于磁波不需要借助导线，在空间就可以传播，因此也称为无线电波。

电磁波的波长从最长的无线电长波，到中波，短波，微波，然后是红外，可见光，紫外线，X光，直到波长最短的伽玛射线。

怎样产生电磁波波？

利用电磁波进行通信的设备，都是靠振荡电路产生电磁波的，振荡电路是一种可以产生一定频率的振荡电流的电路。

经过相应的处理，最后利用天线来发射电磁波。

无线电波段划分

什么是调制？

振荡电路产生的电磁波是高频振荡，节目信号的频率（例如音频信号）比较低，为了传输节目，用节目信号控制高频振荡的参数（振幅、频率或相位），称为调制。

通过调制，节目信号的频谱就搬迁到高频的范围。

一方面可以实现有效传输，另一方面通过安排不同的载波频率，就将不同的节目安排在不同的频道（频率指配），不会发生相互干扰，便于接收端通过选择频率得到相应的节目。

常用的调制方法有调幅、调频和调相。

什么是天线？

是一种变换器，在发射端，发射机产生的高频信号通过馈线或馈管送往天线，通过天线变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换，大大增大了电磁波的传播效率。

第二单元广播

一、调幅广播

1、什么是调幅广播？

由振荡电路产生的高频振荡信号的频率和幅度是固定的，这种信号称为“载波”，它是不携带信息的；通过相应的方法，控制高频振荡的幅度，让其振荡的瞬时幅度随着声音信号的变化规律线性变化，那么这样的高频振荡就携带有声音信息，称为调幅度，简称调幅。

经过调幅的电波叫调幅波。

它保持着高频载波的频率特性，但包络线的形状则和所传递的信号波形相似。

接收机通过对调幅波包络检波（解调），就能恢复出声音信号。

2、调幅原理

调幅原理方框图

3、调幅波的解调

调幅波的解调通常使用包络检波器，包络检波器由非线性器件和低通滤波器组成。

检波器的输入信号为调幅波，输出信号就是发射端的调制信号，即节目信号。

4、中波广播

中波广播属于调幅广播（AM广播），是载波频率处于中波波段的广播。

依据国际电信联盟（ITU）的规范，在台湾、港澳、中国大陆所属的第三区（Region3）中，中波广播使用526.5kHz–1606.5kHz的中频频段，各频道中心频率数字为9的倍数，自531kHz–1602kHz，频道间隔为9kHz。

美洲所在的第二区（Region3），则使用520kHz–1,610kHz，频道间隔10kHz。

中波广播白天依靠地波传播，夜间靠地波和天波传播。

5、短波广播

短波广播是载波频率范围处于2.3MHz-27MHz（在该范围中，有若干个频段作广播用，有些频段是安排给通信或其他应用）的短波波段的调幅广播。

无论白天和夜间，短波电波的传播是通过电离层的反射传播的，因此，传播距离很远，特别适合用于国际广播。

6、广播信号传输系统

（1）广播节目制作与播出中心

主要设备和系统；话筒、录音机、调音台、监听设备中央控制系统等

话筒（麦克风，传声器）：

声电转换器件，它将声音信号变为音频电信号。

广播节目可分为语言节目与文艺节目两大类，经话筒得到的音频电信号可以直接通过广播信号传输系统传送（称为直播），多数情况下是通过录制载体记录，在需要播出时重放。

特别是质量要求很高的文艺节目，有比较复杂的节目制作流程。

有了录制载体，也便于节目交换和随时调用。

录制载体：

盘式磁带盒式磁带循环磁带激光唱片硬磁盘硬光盘等

播出形式：

直播、录播和转播。

（2）节目源的传输

将广播节目从广播中心送往地处郊区的发射台，70年代以前主要是通过音频电缆（数百公里以外的发射台，依靠使用定向天线的短波传送）。

后来采用微波和卫星技术以及光缆。

（3）发射台

对于大型发射台来说，有很多发射机，使用不同的频率对不同的覆盖区域发射很多套不同的节目。

这样的发射台就通过自己的节目调度中心，将通过上述手段得到的广播节目按照节目运行时刻表分配到相应的发射机的信号输入端。

最后，通过发射机处理，其输出信号经天线交换系统和馈线，送往天线发射。

通过电磁波传送到听众的接收机。

7、发射机的系统组成

中、短波发射机是调幅发射机。

实现调幅可以通过不同的方式。

发射机主要由以下系统组成：

射频系统、音频系统、控制系统、冷却系统、监测系统和电源系统。

8、调幅广播接收机

（1）、早期最简单的收音机——矿石收音机

矿石收音机结构简单，不需要供电电源，没有对信号放大的能力，通常只能接收信号比较强的广播电台的广播，用耳机收听。

矿石收音机需要的元器件少，一般仅需要一副线圈，一个可变电容，一个检波器（矿石-氧化亚铜，具有单向导电性，相当于一个晶体二极管），一个固定电容（可以省略）和一副高阻抗耳机。

因不使用放大器，无信号失真因素，矿石收音机的音质很好。

由于依靠天线接收无线电波的能量，天线越长、越高越好。

工作原理：

L1、L2分别是线圈的初级和次级，C1是可变电容器，改变初级线圈的抽头和C1选择电台（谐振于电台的载波频率），经D1（矿石-氧化亚铜）检波后，由高频旁路电容C2滤掉高频成分，耳机中得到的便是音频电流（含有直流成分）。

（2）、超外差式收音机

超外差式收音机电路

混频电路

工作原理

天线接收到的高频信号经调谐电路进行频率选择（设选择的调幅波的载波频率为fS）和放大后送入混频器,与本地振荡信号（频率为fL）在混频器中混合，产生出许多组合频率成分。

经带通滤波器（收音机中通常称为中周）滤波，选择出频率固定的所谓中频信号（载波频率为fI），并进行放大。

选择收听不同的电台，就有不同的fS，相应也有不同的fL，但二者的差fI总是固定的，通常为465kHz，即不论接收什么调幅电台的信号，通过混频处理，都变为载波频率为465kHz的调幅波。

然后，经过包络检波器检波，就获得广播节目信号，经低频放大器放大后，通过扬声器放音。

二、调频广播

1941年美国开始商业调频广播。

1959年，中央广播事业局广播科学研究所与北京广播器材厂合作，试制出中国第一部调频广播发射机，并在北京试播。

美国于1961年调频立体声广播研发成功。

我国黑龙江台于1979年采用导频制在我国首次试播了立体声广播。

1、什么是调频波？

调频波的振幅不变，瞬时频率随着音频调制信号的变化规律而变化。

1941年美国建立起世界上第一个调频电台。

调频广播工作频段：

VHF（视距传播）；

我国调频广播使用的频率范围：

87-108MHz；

调频时载波的最大频偏为75kHz。

调频广播的主要优点是：

抗干扰能力强，音质好（失真小，传送的音频信号最高频率可达15kHz）。

2、怎样产生调频波？

用音频调制信号控制电抗元件（通常为变容二极管）的参数，便可产生振荡频率随调制信号变化的调频波。

现在应用的电抗元件是变容二极管。

3、接收机怎样解调调频波？

频率解调器（频率检波器），也称鉴频器。

实现频率解调的方法有三种。

过去常用波形变换鉴频器，现在常用脉冲均值鉴频器和脉冲记数式鉴频器。

　波形变换鉴频器原理（调频波调频调幅波包络解调器音频调制信号）：

4、调频广播发射台系统

5、调频广播发射机

6、调频广播接收机

混频器的作用与调幅接收机相同，不过这里的中频信号为10.7MHz。

限幅器用来消除调频波的幅度干扰。

7、调频立体声广播

（1）什么是立体声？

人们利用双耳能够判断声源的方位和空间分布，这就是“双耳效应”。

能使听者获得空间分布感觉的系统称为立体声系统，它由适当布局的话筒、传输通道（有线或无线）和扬声器（喇叭）组成。

最简单的立体声是容易实现的左右两个声道的两声道立体声。

（2）、最早的立体声广播实验

最早的立体声广播是利用中波调幅广播进行实验的。

方法：

两台不同频率的发射机分别传送立体声信号的L和R声道信号，用两台收音机分别接收不同频率的发射机的信号，各自的扬声器分别重放L和R声道信号。

缺点：

频谱和设备利用不经济；立体声质量差，两个传输通道分别传送L和R，随不会发生串话，但很难保证L和R信号之间固有的幅度关系和相位关系。

因此，未能得到实际应用。

（3）、什么是调频立体声广播

早期的调频广播都是单声道广播，也就是说传送的是节目信号的左右信息（用Ｌ和Ｒ表示）的和信号（用Ｍ＝Ｌ＋Ｒ表示），收音机扬声器播放的声音听起来就不会有立体感。

世界大多数国家的调频立体声广播使用的制式是导频制。

实现方法：

发射端原理

节目信号的L和R送入立体声编码器，通过编码，形成立体声复合信号。

立体声复合信号由三部分组成：

和信号Ｍ，处于30Hz-15kHz的频率范围（称为主信道）；差信号S信号对38kHz的副载波进行抑制载波调幅，上下边带占据23kHz-53kHz的频率范围（称为副信道）；19kHz的导频信号。

进行立体声广播时，将立体声复合信号作为调制信号，对发射机射频载波（处于87-108MHz范围）调频。

接收端原理

立体声广播时，调频接收机解调器（鉴频器）输出的便是立体声复合信号。

将其送入立体声解码器，通过解码处理，最终得到左（L）和右（R）信号，分别通过左右两个扬声器放音。

当用单声道接收机接收立体声广播时，由于它没有立体声解码器，只能恢复出主信道信号（和信号），因此听觉跟单声道广播一样，没有立体感。

（4）调频立体声广播接收机

第三单元电视

一、无线电视广播

（一）无线电视广播系统

（二）无线电视广播频段及频率范围

频段

频率（MHz）

VHF波段I

（41）47-68/48.5-92

VHF波段III

（167）174-223（230）

UHF波段IV

470-（566）582

UHF波段V

582（606）-796（860.958）

（三）电视信号及传送特点

同时传输图像（采用残留边带调幅）和伴音（采用调频）。

我国规定每个电视频道的带宽为8MHz，图像和伴音发射机的功率比通常取10：

1，伴音载波频率比图像载波频率高6.5MHz。

（四）、电视原理

1、电视信号：

（1）电视图像信号：

电视图像信号是现场的或记录的活动景象通过一定的技术系统变换出的电信号。

（2）黑白电视图像信号：

将图像上不同位置各点的明暗程度，通过电子扫描和光电转换，变为按时间顺序排列、电平大小与图像亮度成比例变化的电压或电流的信号。

（3）黑白全电视图像信号（简称黑白电视信号）：

黑白图像信号+行和场同步信号+消隐信号。

其中，同步信号是用来在恢复图像画面时，保证收发同步扫描；消隐信号是为行回扫和场回扫时不形成扫迹而设置的。

（4）彩色电视图像信号：

带有图像色彩信息的电信号。

通过技术设备将色彩图像分出的三基色（红-R，绿-G，蓝-B）转换成电信号后，线性变换为亮度信号（Y）和V=（R-Y）与U=（B-Y）两个色差信号。

其中的亮度信号（Y）将在黑白显示器上显示出黑白图像。

（5）彩色全电视图像信号：

Y+V+U+行和场同步信号+色同步信号+消隐信号。

（6）伴音信号

与电视画面内容相关联的声音信号。

2、怎样得到电视图像信号？

一幅画面有许多像素组成，像素的光电转换（由光信号变为电信号）是按照一定的规律进行扫描而得到的，接收端也以扫描的方式同步地进行相反的转换（由电信号变为光信号）。

对图像画面的扫描是自左而右、自上而下、一行一行逐幅进行的。

当扫描速度足够快时，由于人眼的视觉惰性，观看接收机屏幕上还原出的图像就连续的的活动图像。

摄像机中的摄像管是光电转换器件，扫描是由摄像管产生电子束完成的。

我国电视标准规定，一帧画面扫描总行数为625行（其中正程为575行，逆程为50行，）采用隔行扫描方式，将一帧分为两场，每场扫描312.5行（其中正程为287.5行，逆程为25行）。

场频是50Hz（即每秒扫描50场，每场的扫描时间是20ms），帧频是25Hz。

每秒扫描的总行数是62x25=15625,因此行频是15625Hz,扫描一行所需的时间,即行周期为64μs。

扫描光栅的宽高比为4∶3。

隔行扫描：

每帧图像分为两场来扫描，第一场（奇数场）扫描画面的奇数行，第二场（偶数场）扫描画面的偶数行。

两场图像嵌套在一起构成一幅完整图像。

3、彩色图像是怎样传送的？

（1）三基色原理

（2）彩色图像摄取

通过彩色图像摄像机先将彩色图像分解红（R）、绿（G）、蓝（B）三基色图像，通过三个光电转换器件分别将分解后的红（R）、绿（G）、蓝（B）光信号转换为电信号。

（3）彩色电视信号编码

三基色电信号并不是各自独立传送的。

此外，为了与黑白电视机兼容，还要考虑传送亮度信号（即黑白电视信号中的图像信号）。

亮度信号EY可以由三基色电信号（分别用ER、EG、EB表示）得到：

EY=0.299ER+0.587EG+0.114EB

三基色信号减去亮度分量后得到三个色差信号：

ER-Y=ER-EY

EG-Y=EG-EY

EB-Y=EB-EY

在彩色电视系统中，实际传送的是亮度信号EY和红色色差信号ER-Y=ER-EY与蓝色色差信号EB-Y=EB-EY。

上述信号组合过程称为编码，通过相应的矩阵电路实现。

（4）亮度信号EY、红色色差信号ER-Y=ER-EY与蓝色色差信号EB-Y=EB-EY是怎样传送的？

亮度信号处于0-6MHz的频率范围，能量分布是从0Hz开始随着频率的升高逐渐衰减的，能量主要集中在低中频率范围。

色差信号通过低通滤波器后频带压缩至0-1.3MHz的频率范围，是与亮度信号的部分频谱重叠的。

在原有0-6MHz的频率范围传输亮度信号（为与黑白电视兼容）又要

传送色差信号，为不使相互影响和便于以后在接收端分离，将色差信号进行频谱搬迁，通过正交平衡调幅，将其搬至频带的高端。

为减弱亮度信号与色差信号的相互影响，选择正交调幅的副载波频率为4429687.5Hz,（相当于283/2个行频），正交调幅后形成的谱线与亮度信号的谱线是交错（间置）的，即亮度信号的频谱出现在行频的整数倍处，色差上下边带的频谱处于半行频的奇数倍处。

经正交平衡调幅后形成的红色与蓝色两个色差的上下边带信号频谱相同，但成正交关系（相位差900）：

在发射端，亮度信号与经过频谱搬迁后的色差上下边带信号复合（称为复合彩色电视信号）在一起，像传送黑白图像时一样（还要加上同步信号）对射频主载波进行残留边带调幅。

（5）接收机信号处理

接收端经对主载波解调，得到复合彩色电视信号，经过带通滤波器和梳状滤波器选择出发端经过频谱搬迁的两种色差上下边带信号，再两个相互正交的平衡解调就可以分别得到红、蓝两个色差信号。

对于黑白电视机来说，只处理亮度信号，显示黑白图像。

对于彩色电视机来说，由红色色差信号ER-Y和蓝色色差信号EB-Y导出绿色色差信号EG-Y：

EG-Y=-（0.299/0.587）ER-Y-（0.114/0.587）EB-Y

再将三个色差信号与亮度信号相加，便恢复出三基色信号：

ER-Y+EY=ER-EY+EY=ER

EG-Y+EY=EG-EY+EY=EG

EB-Y+EY=EB-EY+EY=EB

上述处理是通过相应的解码矩阵电路实现。

三基色电视信号经彩色显像器件的电光转换、扫描和混色，最终在屏幕上显示出彩色图像。

4、电视伴音

电视广播中传送的与图像内容相关的声音信号称为电视伴音信号，伴音方式有单声道伴音、立体声伴音和双语言伴音，应用的是调频广播的技术。

单伴音（单声道）是怎样传输的？

第一种方式：

相当于使用独立的调频发射机传送伴音信号，伴音信号首先对频率比图像中频（38MHz）低6.5MHz的伴音中频（31.5MHz）调频，然后经频率变换变成伴音射频（比图像射频载波高6.5MHz），经功率放大，最后通过双工器与图像发射机的输出信号合在一起，通过高频电缆送往天线发射。

第二种方式：

伴音信号对频率比图像中频（38MHz）低6.5MHz的伴音中频（31.5MHz）调频，再与图像中频信号合成，一起进行功率放大，最后的输出信号通过高频电缆送往天线发射。

（五）、电视节目制作与播出系统

主要设备：

图像信号源设备：

摄像机、电视电影机、卫星电视接收机等；

记录设备：

磁带录像机、硬盘录像机、激光视盘等；

编辑制作设备：

磁带编辑机、非线性编辑机、特技机、字幕机等；

声音设备：

传声器、录音机、调音台等；

其他设备：

视音频切换设备、监测设备、灯光设备、转播设备等。

（六）、电视发射机构成

1、分别放大式（双通道）电视发射机

2、共同放大式（单通道）电视发射机

（七）、电视接收机

彩色电视接收机由公共通道、亮度通道、解码通道、显示通道、伴音通道、控制系统、电源系统等部分组成。

电视接收机的显示器有以下几种：

黑白显象管；彩色显象管；彩色液晶显示器；彩色等离子显示器；其他新型显示器。

二、有线电视系统

（一）、概述

有线电视是利用同轴电缆或光缆组成传输与分配网络，将电视节目传送给观众的一种电视广播方式。

传输的信号也是高频电磁波，与无线电波的传播不同，信号只限制在电缆或光缆中传送，没有多径传播和反射（良好匹配的情况下）。

优点：

节目容量大，不易受外界干扰、传输质量高

有线电视系统中，用于传送电视节目的频段和频率范围：

VHF频段：

48.5-84MHz，167-223MHz

UHF频段：

470-566MHz，606-958MHz

频道带宽：

8MHz

视频与伴音的调制方式：

与无线电视相同。

（二）、系统构成

三、卫星电视（含广播）

（一）概述

卫星电视是利用人造地球同步卫星上的转发器，通过无线电波向地面传送电视节目，供个体或集体接收的电视广播。

优点：

覆盖范围广，可传输的节目套数高，节目传输质量高。

我国可以使用频段：

频段

上行频率范围（GHz）/带宽（MHz）

下行频率范围（GHz）/带宽（MHz）

C

5.85-7.075/1225

3.4-4.2/800

Ku

14.0-14.8/800

11.7-12.2/500

Ku

17.3-17.8/500

11.7-12.2/500

（二）系统构成

1、卫星电视广播系统构成

2、上行发送端原理

伴音信号先对6.5MHz载波调频，与视频信号一起组成基带信号，然后再对70MHz的中频载波调频，经上变频器变为上行发射指配的频率，功率放大后通过发射天线送往卫星。

3、卫星转发器原理

卫星转发器接收到地面发来的信号，放大后进行频率变换变为中频信号（70MHz），放大后再进行上变频，变到指配的下行频率，功率放大后向地面发射。

一个卫星转发器有宽的带宽，例如36MHz或54MHz，可以分配用来传输很多套8MHz带宽的电视节目。

卫星发射信号是由输入信号的和组成，每一路信号占据各自的信道。

4、卫星信号接收原理

集体接收时，卫星地球接收站接收天线（大尺寸的形状像抛物面的锅）对准卫星，接收信号经馈线送到高频头处理，变为中频信号，经功率分配后，分配到各个接收机。

个体接收时，由接收天线（尺寸较小的形状像抛物面的锅）对准卫星，信号经馈线直接到送卫星接收机。

5、卫星接收机

6、卫星节目传输实例

第四单元

数字广播电视

一、基础知识

1、模拟信号与数字信号

不论是声音信息还是图像信息，要想记录或传送，都要首先通过话筒或摄像机，将其变成相应的电信号。

这种表示信息的电信号，按时间和幅度取值的不同情况可分为：

1时间和幅度都连续的信号；

2时间离散、幅度连续的信号；

3时间连续、幅度离散的信号；

4时间和幅度都离散的信号。

通常，我们把时间和幅度都连续的信号称为模拟信号，把时间与幅度都离散的信号称为数字信号。

2生活环境中的连续与离散

楼梯台阶高度是一个台阶一个台阶的变化，是离散的；而两侧扶手高度的变化是逐渐的，连续的。

3、数字信号的形式

数字信号用0和1表示，数字电信号的形式是用不同电平代表0和1的脉冲序列。

例如，最简单的二进制数字信号01010，可以用几种不同的高低电平表示。

4、模拟信号怎样变为数字信号？

把模拟的电信号变为数字的电信号，通常采用PCM（脉冲编码调制）技术来实现。

PCM是将模拟信号的抽样量化值变换成代码，这个过程也称A/D转换（或ADC）。

整个A/D转换过程包括：

取样、量化和编码。

（1）、取样

取样又叫抽样，是对模拟电信号按一定的时间间隔进行周期性扫描，把时间连续和幅度连续的电信号，变为时间离散和幅度连续的信号。

取样也称时间量化。

对模拟信号取样的时间间隔Ts称为取样周期，而Ts的倒数即为取样频率fs,fs=1/Ts。

取样频率的含义是每秒钟对模拟信号取样的次数，单位是赫兹（HZ）。

一个频带限制在0～fH之间的低通模拟信号，必须以fs≥2fH的频率对其取样，才能不失真地从取样值恢复出原始信号。

在数字音频技术中，视不同的应用，通常使用以下