無線電通信系統(tǒng)的基本組成(個人整理)

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1、課題一 無線電通信系統(tǒng)的基本組成 ◆ 知識點 　無線發(fā)射設備的基本原理和組成 　無線接收設備的基本原理和組成 　了解無線接收設備中的超外差接收技術 任務目標 通過本課題的學習，掌握無線通信系統(tǒng)的基本組成，了解超外差接收基本原理。 課題導入 圖１－１　無線廣播系統(tǒng)的組成 如圖１－１所示，是我們非常熟悉的收音機收聽廣播電臺節(jié)目的示意圖。在這個電臺節(jié)目接收過程中，電臺播音員（節(jié)目源）、發(fā)射機、發(fā)射天線、收音機缺一不可，分別完成了信號的產生、變換、發(fā)射、傳輸和接收，組成了一個基本的無線通信系統(tǒng)。當接收本地電臺節(jié)目時聲音效果很好，而當接收外地距離較遠電臺節(jié)目時聲音效果有時

2、好，有時差；有時我們還會發(fā)現，不同品牌、價位的收音機，其接收效果也各不相同，并且調頻波段接收的音質要優(yōu)于調幅波段，其原因我們會在以后的課題學習中逐步揭示。 除了以上無線廣播系統(tǒng)以外，還有很多不同功能，不同使用場合的無線通信設備，例如我們家庭使用的用于接收處理圖像的電視接收機，公安部門常使用的對講機，便于隨身攜帶的移動電話（手機），教師上課使用的無線教學擴音器等等。雖然其外觀、體積、功率、傳送信息內容差異很大，但組成這些通信設備最基本的電路結構是極為相同或相似的，高頻電子技術所研究的正是組成這些通信系統(tǒng)設備的最基本電路。 相關知識 一、通信系統(tǒng)的基本組成 從發(fā)送者到接收者之間信息的傳遞稱

3、為通信。利用電信號傳輸信息的系統(tǒng)稱通信系統(tǒng)，也稱電信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)基本組成可由如圖１－２所示方框圖表示。它由輸入、輸出變換器，發(fā)送、接收設備和信道等部分組成。其各部分的含義如下： 圖１－２　通信系統(tǒng)的基本組成方框圖 1．信源 信源是指需要傳送的原始信息。如語言、音樂、圖像、文字等，往往是以機械振動、光強等物理量為載體呈現。 2．輸入變換器 將信源非電物理量轉換為電信號的裝置。如麥克風將機械振動轉換為音頻電信號；光電管將光圖像信號轉換為視頻電信號。這些信號頻率較低，不便于在信道中傳輸，常稱之為基帶信號。根據信源轉換為電信號的方式，可分為模擬通信、數字通信： （1）模擬信號：變換后

4、信號電壓或電流為隨信源物理量線性連續(xù)變化的信號。 （2）數字信號：變換后信號電壓或電流隨信源物理量非連續(xù)、離散變化的信號，常采用二進制數字信號。 根據以上不同的信號類型而組成的發(fā)射、接收處理的通信系統(tǒng)分別稱為模擬通信和數字通信。本課程主要研究的是模擬通信系統(tǒng)。 3．發(fā)送設備 發(fā)送設備用于將輸入的基帶電信號變成適合于信道傳輸的信號。發(fā)送設備在無線通信系統(tǒng)中也稱發(fā)射設備，發(fā)射信號常稱為射頻信號。圖１－３（ａ）為無線電測向信號源，可發(fā)射摩爾斯電報碼【１】，屬無線發(fā)射設備。 4．接收設備 接收設備作用是把發(fā)送設備發(fā)送的有用信號從眾多的信號和噪聲中選取出來。圖１－３（ｂ）為無線電測向機【２】

5、，屬無線接收設備。 圖１－３　無線電測向設備 a 無線測向發(fā)射信號源 b PJ-80無線測向機 同一系統(tǒng)的發(fā)射與接收設備配合組成完整的通信系統(tǒng)；不同的通信系統(tǒng)，其發(fā)送和接收設備一般不能通用。發(fā)送設備與接收設備是組成通信系統(tǒng)的核心。 有些通信設備具有發(fā)射與接收兩種功能，如便攜式短波電臺、對講機、手機等，它們都具有信號的收發(fā)功能，常稱之為雙工。 5．信道 信道是信息傳輸的通道，也稱傳輸媒介，可分為有線信道和無線信道兩大類，相應的稱為有線通信或無線通信。 （1）有線通信：利用各種導線作為信道來傳輸信號的通信方式，如圖1-4所示。有線通信信道多為同種電纜、雙絞線及光纖等，信號不容易受

6、到干擾，應用很廣泛。 圖1-4 常見的有線信道 架空明線 同軸電纜 光纜 （2）無線通信：無線電信息傳輸系統(tǒng)是利用無線電波在空間的傳播來完成信息的傳遞。為了保證信息的有效傳輸，常通過相應的天線實現高頻電信號的發(fā)射與接收。不同頻率高頻信號所需天線大小、尺寸、形狀各不相同，小的僅幾厘米，大到幾百米高度。圖1-5是兩種無線通信天線。 圖1-5 無線通信天線 無線電通信系統(tǒng)中，無線信道多為大氣層或外層空間。由于無線電波能方便快捷地在空間傳播，所受限制較少，因此廣泛應用于廣播、電視、通信、雷達和導航等領域。 ６．輸出變換器 用于將接收輸出的電信號恢復出原始信息。如功率放大器與揚聲器

7、將音頻電信號轉換為揚聲器紙盆的機械振動。 ７．噪聲與干擾 信號在傳輸過程中，不可避免地會受到各種噪聲的干擾。噪聲按其來源一般可分為外部噪聲和內部噪聲兩大類。外部噪聲包括自然界存在的各種電磁波干擾(閃電、宇宙射線、太陽輻射等)，工業(yè)上強力電機、電力機車、電焊機等工作時產生的電磁輻射和其它無線電設備發(fā)射的信號等。內部噪聲則是指電子設備本身產生的各種噪聲。因此，噪聲與干擾不僅存在信道，也存在于發(fā)射、接收的整個電路中，通信系統(tǒng)要盡量避免噪聲的干擾。 二、典型的無線發(fā)射設備的組成 典型的調幅發(fā)射機的組成方框圖如１－６所示，調頻發(fā)射機的基本框圖如圖１－7，圖１-8為調頻無線話筒發(fā)射器實物。下面以圖

8、１－６調幅發(fā)射機原理框圖介紹組成發(fā)射機的各主要電路的作用。 圖１－６調幅發(fā)射機原理框圖 圖１－7 調頻發(fā)射機原理框圖 圖１－8 無線話筒實物 1．音頻（話筒）放大器 音頻（話筒）放大器又稱為調制信號放大器，用來放大話筒或音樂的電信號，輸出足夠強的音頻調制信號；通常，低頻放大器是由幾級小信號低頻電壓放大器或集成運算放大器組成，圖１－8中是由MC4558集成運算放大器及阻容元件組成。音頻電路測試常采用如表１－１中A點正弦波波形輸入測試。 2．振蕩器 振蕩器用來產生頻率穩(wěn)定的高頻振蕩信號，其性能的好壞直接影響到發(fā)射機的正常工作，振蕩電路常用的有LC振蕩器，石英晶體振蕩電路等

9、。振蕩器輸出等幅的高頻正弦波，如表１－１中B點波形所示。 表１－１　發(fā)射機原理框圖中各點波形示意圖 A點的波形 B點的波形 C點的波形 石英晶體的頻率穩(wěn)定性極好，高性能發(fā)射設備多采用石英晶體振蕩器或石英晶體頻率鎖相的壓控振蕩器。 3．倍頻器 各種振蕩電路，尤其是采用石英晶體的振蕩電路，受晶體基頻的限制及分布參量的影響，難以產生太高的振蕩頻率，所以電路上往往采用倍頻器倍頻，使高頻振蕩的頻率倍增到所需的載波頻率上，以滿足較高載頻的要求。 4．調制器 用調制信號(如音頻信號)去控制等幅的高頻振蕩某參量的過程，稱為調制。通俗地講，調制就是把調制信號的信息“裝載”到載頻 (

10、載波)上去。經過調制后的高頻振蕩稱為已調信號或已調波。由于載波的頻率很高，可用尺寸較小的天線以電磁波的形式將其發(fā)射到空中，傳向遠方，表１－１中C點波形為經調幅后的波形。調制電路是組成無線電發(fā)射設備必不可少的單元?？煞譃橐韵氯N調制： l 當被控制的是高頻振蕩的幅度時，這種調制稱為幅度調制，簡稱調幅(AM)。 l 當被控制的是高頻振蕩的頻率時，這種調制稱為頻率調制，簡稱調頻(FM)。 l 當被控制的是高頻振蕩的相位時，這種調制稱為相位調制，簡稱調相(PM)。 5．高頻功率放大器 高頻功率放大器簡稱高頻功放，它的作用是對已調 (制)信號放大到足夠大的功率，最后由天線以電磁波形式輻射出去，

11、滿足發(fā)射功率的要求。同時，高頻功率放大器往往具有濾波作用，濾除不需要的雜波和諧波分量，保持已調波有用信號的純凈，降低雜波干擾。 根據功率要求，高頻功率放大器常采用較大功率的高頻晶體管，而在短距離微功率發(fā)射應用上仍可采用小功率高頻晶體管。 6．發(fā)射天線 天線的作用是將已調高頻載波經天線輻射出去，在空間形成交變的電磁波并傳向遠方。天線的好壞直接影響到發(fā)射距離和性能。不同頻段、不同應用的發(fā)射機配備的天線各不相同，大至拋物面天線、陣列天線、背射天線，小到半波振子天線、開槽天線和微型印制天線，視使用場合、用途、頻段、作用距離等因素而定。 不同用途的發(fā)射設備，對發(fā)射電路的要求各有不同。一般要求發(fā)射

12、電路的頻率穩(wěn)定度要高，發(fā)射輸出功率足夠，效率高，功耗小。 三、典型的無線接收設備的組成 收音機是最典型的無線電調幅接收設備，其組成方框圖及各點波形如圖1-9所示，圖1-10為調幅收音機實物圖，其主要單元電路有： 圖1-9　調幅收音機原理框圖 圖1-10　集成電路收音機電路板圖 1． 高頻放大器 用來對天線所接收到的有用高頻信號進行初步的選擇和放大，并對其他頻率的無用信號進行抑制。 2． 混頻器 是超外差式接收機的核心，其作用是將高頻放大器輸出的高頻己調信號（調幅信號）和本機振蕩器所提供的高頻等幅信號，在混頻器中實現變頻。這里本機振蕩器所提供的振蕩頻率比接收的高頻己調

13、信號的載頻高一個中間頻率，在混頻器輸出端就可獲得載頻頻率為二者頻率之差的較低的中頻信號，這是“超外差”式接收機名稱的由來。 目前大多數的無線電接收設備如無線電廣播接收機 (收音機)，電視接收機、短波通信電臺、雷達接收機等，都采用“超外差”接收方式。超外差接收機具有接收靈敏度高，選擇性好，結構簡單的特點，混頻器是其重要特征。 3． 中頻放大器 用來放大中頻信號，中頻頻率較低且是固定頻率，因此中頻放大器的選擇性和增益都可做的較高，使整機的接收性能提高。 4． 檢波器 用于從中頻信號中“取出”調制信號，這個過程稱為解調，調幅波的解調也稱檢波。這里中頻信號的包絡線的形狀與高頻己調信號相同，仍攜有原來調制信號的信息(參見表１－2 F點的波形)，檢波器從中頻調幅信號中取出含信息的包絡信號成份，經低頻放大器放大，送到耳機或揚聲器中轉變?yōu)槁曇粜盘枴? 圖中可參見波形變換情況，無線接收設備的工作過程與發(fā)射設備相反，它的任務是把通過空間傳來的電磁波接收下來，選出所需的已調波信號，并把它還原為原來的調制信號，以推動輸出變換器，獲得所需的信息。