3、无线电基础知识

无线电基础知识一、无线电通信基础知识二、常用电子线路三、晶体二极管和三极管Date:2020/1/23Page:2一、无线电通信基础知识1.1、无线电波的划分1.2、无线电波的传播1.3、无线电发送与接收Date:2020/1/23Page:3无线电波：在电磁场里，磁场的任何变化会产生电场，电场的任何变化也会产生磁场。交变的电磁场不仅可能存在于电荷、电流或导体的周围，而且能够脱离其产生的波源向远处传播，这种在空间以—定速度传播的交变电磁场，就称为电磁波。无线电技术中使用的这一段电磁波通常称为无线电波。1.1.1、无线电波Date:2020/1/23Page:41.1.2无线电波的波段（含上限不含下限）1～0.1mm9至高频300～3000吉赫（GHz）丝米波厘米波10～1cm8极高频（EHF）30～300吉赫（GHz）毫米波10～1mm10～1m6特高频（UHF）300～3000兆赫（MHz）分米波微波100～10cm7超高频（SHF）3～30吉赫（GHz）5甚高频（VHF）30～300兆赫（MHz）米波1000～100m4高频（HF）3～30兆赫（MHz）短波100～10m3中频（MF）300～3000千赫（KHz）中波100～10km2低频（LF）30～300千赫（KHz）长波10～1km1甚低频（VLF）3～30千赫（KHz）甚长波段号频段名称频段范围波段名称波长范围（含上限不含下限）λ＝c×T＝c÷fDate:2020/1/23Page:51.1.3无线电波的应用厘米波导航、雷达、固定业务、移动业务、无线电天文、空间通信。毫米波导航、固定业务、移动业务、无线电天文、空间通信。米波乎航、电视、调频广播、雷达、电离层散射通信、固定业务、移动业务。分米波导航、电视、雷达、对流层散射通信、固定业务、移动业务、空间通信。中波导航、广播、固定业务、移动业务短波导航、广播、固定业务、移动业务、其他超长波导航、固定业务、频率标准。长波导航、固定业务波段名称主要用途Date:2020/1/23Page:61.2无线电波的传播频率从几十Hz(甚至更低)到3000GHz左右，波长从几十Mm到0.1mm左右的频谱范围内的电磁波，称为无线电波。电波旅行不依靠电线，也不象声波那样，必须依靠空气媒介帮它传播，有些电波能够在地球表面传播，有些波能够在空间直线传播，也能够从大气层上空反射传播，有些波甚至能穿透大气层，飞向遥远的宇宙空间。发信天线或自然辐射源所辐射的无线电波，通过自然条件下的媒质到达收信天线的过程，就称为无线电波的传播。Date:2020/1/23Page:71)地波:这是沿地球表面传播的无线电波。（中波、长波）2)天波:也即电离层波。地球大气层的高层约100Km存在着“电离层”。无线电波进入电离层时其方向会发生改变，出现“反射”。因为电离层折射效应的积累，电波的入射方向会连续改变，最终会“拐”回地面，电离层如同一面镜子会反射无线电波。我们把这种经电离层反射而折回地面的无线电波称为“天波”。受气候、季节、昼夜等因素影响。（中、短波）无线电波的传播方式（一）Date:2020/1/23Page:83）空间波：由发射天线直接到达接收点的电波，被称为直射波。有一部分电波是通过地面或其他障碍物反射到达接收点的，被称为反射波。直射波和反射波合称为空间波。（电视广播、微波中继、移动通信）4）散射波：当大气层或电离层出现不均匀团块时（12~16Km），无线电波有可能被这些不均匀媒质向四面八方折射和散射，使一部分能量到达接收点，这就是散射波。（波长较短的波段）5)外球层传播：离开地面1000Km以外的宇宙间通信称为外球层传播。卫星通讯和卫星直播电视就是利用这种传播方式。无线电波的传播方式（二）Date:2020/1/23Page:91.3.1、无线电传送的好处1）电波传输不依靠电线。2）也不象声波那样，必须依靠空气媒介帮它传播。3）传播距离远、速度快，而且衰减小。4）频段宽。1.3.2有效的向外发射电磁波的条件1）要有足够高的振荡频率，因为频率越高，发射电磁波的本领越大。2）振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，才有可能有效的将电磁场的能量传播出去。1.3无线电的发送与接收Date:2020/1/23Page:102）无线电的发信部分信号源，低频放大器，调制器，高频信号振荡器，高频放大器，发射天线1.3.3无线电传输任何一种无线电信号传输系统均由发信部分、收信部分和传输媒质三部分组成。1）无线电的传输媒质输无线电信号的媒质主要有地表、对流层和电离层等，这些媒质的电特性对不同波段的无线电波的传播有着不同的影响。3）无线电的收信部分接收天线，输入电路，高频放大器，变频器，中频放大器，解调器，低频放大Date:2020/1/23Page:11A.常以一个高频正弦信号或脉冲信号作为载体，这个载体称为载波信号。B.用需要传输的信号去改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相位。这个用来改变载波信号的某一参数的信号称调制信号。C.在测控系统中需传输的是测量信号，通常就用测量信号作调制信号。经过调制的载波信号叫已调信号。Date:2020/1/23Page:121.3.4无线电信号的调制1）调幅AM：使高频振荡的振幅随信号而改变叫做调幅。任何一种非线性器件都可以用来产生调幅彼。晶体管是一种非线性器件，只要让其工作在非线性（甲乙类，乙类或丙类）状态下，即可用它构成调幅电路。一般总是把高频载波信号和调制信号分别加在谐振功率放大器的晶体管的某个电极上，利用晶体管的发射结进行频率变换，并通过选频放大，从而达到调幅的目的。根据信号所加的电极不同，可分为基极调幅，集电极调幅和发射极调幅等多种调幅电路。调制：用传递信号去调制载波的过程。调制又有调幅与调频和调相之分。Date:2020/1/23Page:132）调频FM：使高频振荡的频率随信号而改变叫做调频。调频波（调频信号）的特点是：其频率随调制信号振幅的变化而变化，而它的幅度却始终保持不变。当调制信号的幅度为零时，调频波的频率称为中心频率ω0。当调制信号向正的方向增大时，调频波的频率就高于中心频率；反之，当调制信号向着负的方向变化时，调频波的频率就低于中心频率。Date:2020/1/23Page:141）发射的无线电波如何被接收到：电磁波在空间传播时，如果遇到导体，会使导体产生感应电流，感应电流的频率跟激起它的电磁波的频率相同。因此利用放在电磁波传播空间中的导体，就可以接收到电磁波了。1.3.5无线电信号的解调2）无线电波的调谐装置（天线）通过改变可变电容的电容大小改变调谐电路的固有频率，进而使其、与接收电台的电磁波频率相同，这个频率的电磁波就在调谐电路里激起较强的感应电流，这样就选出了电流最大的电磁波。解调：将调制信号还原出来的过程。解调又有检波与鉴频和鉴相之分。3）变频（混频）将一定频率范围的已调制高频信号变成固定的中频信号。调幅收音机中频：465KHz调频收音机中频：10.7MHz电视图象中频：38MHzDate:2020/1/23Page:15幅度检波：从调幅波中取出调制信号的过程,称为幅度检波。从高频调幅波中解调出原调制信号4）无线电波的调幅解调（检波一）常用的检波电路三种:小信号平方律检波,大信号包络全波和乘积检波。分类Date:2020/1/23Page:16调幅检波的过程：Date:2020/1/23Page:175）无线电波的调频解调（检波二）Date:2020/1/23Page:18二、常用电子线路2.1、整流电路2.2、滤波电路2.3、稳压电路2.4、振荡电路Date:2020/1/23Page:192.1整流电路1）半波整流2）全波整流3）桥式整流整流：利用整流元件（通常是整流二极管）的单向导电性，实现将交流电变换成单向的脉动直流电。单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样功率容量条件下，体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。Date:2020/1/23Page:20半波整流：Date:2020/1/23Page:21全波整流：Date:2020/1/23Page:22桥式整流：Date:2020/1/23Page:23滤波：将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。2.2、滤波电路电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量，又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。Date:2020/1/23Page:24电容滤波电路：电容滤波电路原理：若v2处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压v2给电容器C充电。此时C相当于并联在v2上，所以输出波形同v2，是正弦波。当v2到达wt=p/2时，开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载ＲL放电。指数放电起始点的放电速率很大。在刚过wt=p/2时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过wt=p/2时二极管仍然导通。在超过wt=p/2后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。所以在t2到t3时刻，二极管导电，Ｃ充电，Vi=Vo按正弦规律变化；t1到t2时刻二极管关断，Vi=Vo按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。Date:2020/1/23Page:25电感滤波电路原理：电感滤波电路：利用储能元件电感器Ｌ的电流不能突变的性质，把电感Ｌ与整流电路的负载ＲL相串联，也可以起到滤波的作用。当v2正半周时，D1、D3导电，电感中的电流将滞后v2。当负半周时，电感中的电流将更换经由D2、D4提供。因桥式电路的对称性和电感中电流的连续性，四个二极管D1、D3；D2、D4的导电角都是180°。Date:2020/1/23Page:262.3、稳压电路引起输出电压变化的原因是负载电流的变化和输入电压的变化理想的稳压电路输出电阻Ro=0,则Vo与负载RL无关，为了降低Ro,稳定Vo,高质量的稳压电路必须采用深度电压负反馈以改善电路性能。2.3.1二极管稳压电路2.3.2串联型稳压电路2.3.3三端集成稳压电路Date:2020/1/23Page:272.3.1二极管稳压电路：它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的，由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。当输入电压变化时如何稳压：I↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓当负载电流变化时如何稳压：IO↑→IR↑→VR↑→VZ↓（VO↓）→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑Date:2020/1/23Page:28稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不能连续调节。线性串联型稳压电源工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。目前这种稳压电源已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器和电子电路之中。线性串联型稳压电源的缺点是损耗较大、效率低。2.3.2串联型稳压电路：显然，VO=VI-VR，当VI增加时，R受控制而增加，使VR增加，从而在一定程度上抵消了VI增加对输出电压的影响。若负载电流IL增加，R受控制而减小，使VR减小，从而在一定程度上抵消了因IL增加（或VI减小）对输出电压的影响。Date:2020/1/23Page:29在实际电路中，可变电阻R是用一个三极管来替代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的管压降VCE，VCE相当于VR。要想输出电压稳定，必须按电压负反馈电路的模式来构成串联型稳压电路。典型的串联型稳压电路如图16.04所示。它由调整管、放大环节、比较环节、基准电压源几个部分组成。Date:2020/1/23Page:30VI↑→VO↑→VF↑→VO1↓→VCE↑→VO↓输入电压变化，负载电流保持不变负载电流变化，输入电压保持不变IL↑