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2011-9-23第三章高频通信系统中国民航大学电子信息工程学院王晓亮wxl_ee@126.com课程邮箱：com_cauc@126.com，密码：123abc2电子信息工程学院通信系统第三章高频通信系统3.1短波通信原理3.2单边带通信原理3.3高频通信系统概述3.4高频通信工作原理3.5短波自适应通信3电子信息工程学院通信系统3.1短波通信原理电磁波的折射、反射与绕射层折射4电子信息工程学院通信系统3.1短波通信原理电磁波的折射、反射与绕射（续）障碍物折射光滑障碍物折射5电子信息工程学院通信系统3.1短波通信原理电磁波的折射、反射与绕射（续）障碍物折射刀形边缘折射6电子信息工程学院通信系统3.1短波通信原理天波利用电离层反射（不同层折射形成全反射）VHF可通过天波传播电离层分层7电子信息工程学院通信系统3.1短波通信原理天波（续）电离层的形成8电子信息工程学院通信系统3.1短波通信原理天波（续）夜晚D层和E层消失9电子信息工程学院通信系统3.1短波通信原理短波传播的特点1.由于短波频率较高，电离层对它的吸收不大，因此可利用电离层对电波的一次或多次反射实现远距离无线电通信。2.在大多数情况下，E层的电子浓度不足以使短波的电波反射，电波总是在穿过E层后经F层反射回来。10电子信息工程学院通信系统3.1短波通信原理短波传播的特点（续）3.须正确地选择短波的工作频率。•频率过高穿透电离层不再折回；•频率过低则吸收过大不再折回。•选用工作频率时，应尽量接近电磁波能折回的最高可用频率，通常选最高可用频率的80%-90%11电子信息工程学院通信系统3.1短波通信原理短波传播的特点（续）4.由于电离层的高度及其电特性参数等昼、夜有所不同，因而在实际工作时，白昼与夜晚应采用不同的工作频率。•F2层白天浓度大，可反射较高频率•白天用较高频率，晚上改用较低频率5.由于短波的电波能比较深入地通过电离层，因此受各层电离层变化的影响较大，致使信号较不稳定，有各种衰落现象出现。12电子信息工程学院通信系统3.1短波通信原理短波传播中遇到的几个问题1.衰落现象•粗多径效应：“选择性”衰落，各频率衰落变化不同，不但使信号幅度不稳定，还引起波形失真•细多径效应：“一致性”衰落，各频率衰落变化相同，信号基本只发生大小变化而很少引起波形失真13电子信息工程学院通信系统3.1短波通信原理短波传播中遇到的几个问题（续）2.环球回波•时间滞后14电子信息工程学院通信系统3.1短波通信原理短波传播中遇到的几个问题（续）3.传播寂静区•短波频段地波衰减很快，一定远处地波无法传达•电离层反射只能在一定距离外才能收到•出现即收不到地波又收不到天波的寂静区•缩小寂静区的方法–使用较低频率–使用高射天线15电子信息工程学院通信系统3.1短波通信原理短波传播中遇到的几个问题（续）4.电离层暴变对短波传播的影响•电离层暴变–电离层的一种不规则变化，持续几小时至几天•电离层暴变的影响–电离层浓度变化–电离区分裂为多层•电离层暴变的原因–太阳黑子、耀斑等16电子信息工程学院通信系统3.1短波通信原理短波传播中遇到的几个问题（续）4.电离层暴变对短波传播的影响•应对电离层暴变的措施–电离层暴变预测预报–提高接收机信噪比–改用功率较大的发射机–采用更高增益和方向性强的收发天线–降低使用的工作频率–暴变严重时采用能绕过暴变地区的中继转接线路17电子信息工程学院通信系统第三章高频通信系统3.1短波通信原理3.2单边带通信原理3.3高频通信系统概述3.4高频通信工作原理3.5短波自适应通信18电子信息工程学院通信系统3.2单边带通信原理一．单边带工作原理LSBUSBcωωωωcω19电子信息工程学院通信系统3.2单边带通信原理单边带信号的分类原型单边带：只利用一个边带独立单边带：发射机发射两个边带，但两个边带中含有两种不同的消息LSBUSBcωωωcω20电子信息工程学院通信系统3.2单边带通信原理二．单边带信号的产生滤波法相移法综合法21电子信息工程学院通信系统3.2单边带通信原理二．单边带信号的产生——滤波法滤波法产生SSB信号的实际问题①m(t)不能含有直流分量和较低的频率分量。②带通边带滤波器为高品质因数滤波器。要求对非选择边带的抑制达到－55db。⊗s(t)m(t)正弦载波调制信号DSB信号带通边带滤波器中心频率带宽DSBs(t)单边带调制信号mfSSBs(t)cm1ff2±22电子信息工程学院通信系统3.2单边带通信原理二．单边带信号的产生——滤波法（续）23电子信息工程学院通信系统3.2单边带通信原理二．单边带信号的产生——滤波法（续）频率变换失真小，理想情况下只允许频谱线性搬移频率变换尽量减小损耗对载波抑制能力要强24电子信息工程学院通信系统3.2单边带通信原理二．单边带信号的产生——相移法设一个单频调制的DSB信号为DSBmmcmcmmcms(t)AcostcostA111Acos()tAcos()t22=ω⋅ω==ω+ω+ω−ω上边带（频）下边带（频）取其一25电子信息工程学院通信系统3.2单边带通信原理如果取下边带，有根据数学表达式，做出数学模型mLSBcmmmmcmcAs(t)cos()t2AAcostcostsintsint22=ω−ω=ω⋅ω+ω⋅ω⊗⊗2π−2π−ΣccostωcsintωmmAcost2ωmmAsint2ωLSBs(t)26电子信息工程学院通信系统3.2单边带通信原理j2j()hhj2ej0H()H()ejsgn()e=+j0π−φωπ+⎧=−ω⎪ω=ω==−ω⎨⎪ω⎩hH()ωω10()φω2π2π−ω0ω0hH()ωj−jz相移网络的传输特性2π−hH()ω27电子信息工程学院通信系统3.2单边带通信原理z相移网络的冲激响应2π−h(t)11hj1h(t)F[H()]jF[sgn()]jtt−−=ω=−ω=−=ππz信号通过相移网络的输出响应2π−m(t)h(t)m()h(t)dm()d(t1m()d(t)ˆm()t)∞−∞∞−∞∞−∞ττπ∗=τ−τττ=τπ−τ−τ=∫∫∫该积分称为函数的希尔波特变换。记为。m(t)m(t)28电子信息工程学院通信系统3.2单边带通信原理zSSB信号的一般式SSBcc221c11ˆs(t)m(t)costm(t)sint22ˆ1m(t)ˆm(t)m(t)costtg2m(t)−=ω±ω⎡⎤=+ω⎢⎥⎣⎦mSSB信号的振幅和相位都与调制信号有关。也可以看出，SSB信号波形的振幅变化是较复杂的。⊗⊗2π−2π−Σccostωcsintω调制信号m(t)ˆm(t)载波信号SSBs(t)＋：下边带－：上边带29电子信息工程学院通信系统3.2单边带通信原理三．单边带通信的特点和要求要求振荡频率的稳定度高对边带滤波器的衰减特性要求很高对收、发机的线性要求高30电子信息工程学院通信系统3.2单边带通信原理三．单边带通信的特点和要求（续）单边带通信优点•节约频谱•节省功率损耗单边带通信缺点•设备更复杂、昂贵•更易受相位失真的影响，因此发射端和接收端都需要高质量的晶振和滤波器31电子信息工程学院通信系统3.2单边带通信原理四．单边带发信机的组成原则单边带信号必须在低电平形成•调制器和边带滤波器不能承受高电平单边带信号必须在低载频上形成，并选用合适的移频次数，将其搬移至射频范围单边带信号放大器必须保证线性放大32电子信息工程学院通信系统3.2单边带通信原理四．单边带发信机的组成原则（续）边带滤波器选出有用边带，抑制无用边带，产生两问题•无用边带和载波抑制到何程度才能满足要求•选出有用边带抑制无用边带有何困难33电子信息工程学院通信系统3.2单边带通信原理四．单边带发信机的组成原则（续）无用边带和载波抑制到何程度才能满足要求•抑制40-60dB34电子信息工程学院通信系统3.2单边带通信原理四．单边带发信机的组成原则（续）选出有用边带抑制无用边带有何困难•语音信号最低频率较低（300Hz左右），载频较高，调制后无用边带与有用边带频谱非常近•要求滤波器有十分陡峭的衰耗特性目前最好的晶体滤波器衰耗陡度可达1000dB%1/=Δcff时滤波器衰耗量滤波器衰耗特性陡度35电子信息工程学院通信系统3.2单边带通信原理四．单边带发信机的组成原则（续）选出有用边带抑制无用边带有何困难•一次变频对滤波器损耗陡度要求过高，不可行•多次变频方案36电子信息工程学院通信系统第三章高频通信系统3.1短波通信原理3.2单边带通信原理3.3高频通信系统概述3.4高频通信工作原理3.5短波自适应通信37电子信息工程学院通信系统3.3高频通信系统概述通信系统的功能高频通信系统为机组提供远距离的语音通信。用于飞机与飞机之间，飞机与地面台之间的通信（电离层反射）。38电子信息工程学院通信系统3.3高频通信系统概述高频通信系统的技术参数工作频率范围：•2MHz－30MHz（2.8MHz–22MHz）•频道间隔1kHz工作方式：单边带兼容调幅电源：115VAC400HZ三相39电子信息工程学院通信系统3.3高频通信系统概述高频通信系统组成无线电通信面板收发机天线天线调谐耦合器40电子信息工程学院通信系统3.3高频通信系统概述高频通信系统组成与部件功用41电子信息工程学院通信系统3.3高频通信系统概述高频通信系统组成与部件功用（续）42电子信息工程学院通信系统3.3高频通信系统概述高频通信系统组成与部件功用（续）43电子信息工程学院通信系统3.3高频通信系统概述无线电通信面板用来选择工作频率、工作方式及调节接收灵敏度B737-800B737-300A32044电子信息工程学院通信系统3.3高频通信系统概述HF收发机用于发射和接收载有音频的射频信号。前面扳上有三个故障灯，一个测试电门，一个话筒插孔和一个耳机插孔。45电子信息工程学院通信系统3.3高频通信系统概述HF天线安装在飞机尾部或垂直安定面的前缘，是一个“凹”槽天线46电子信息工程学院通信系统3.3高频通信系统概述天线调谐耦合器在所选择的频率上使天线与发射机阻抗相匹配47电子信息工程学院通信系统3.3高频通信系统概述天线调谐耦合器波音737-300/400/500空客A32048电子信息工程学院通信系统第三章高频通信系统3.1短波通信原理3.2单边带通信原理3.3高频通信系统概述3.4高频通信工作原理3.5短波自适应通信49电子信息工程学院通信系统3.4高频通信工作原理——接收机工作原理二次变频的超外差接收机具有两种工作方式兼容调幅工作方式，在此方式，接收机接收普通调幅信号。例如，接收由地面塔台发射的选择呼叫信号。SSB工作方式，在这种工作方式，它可以接收LSB信号或USB信号。这两种工作方式在电路设计上除解调电路和AGC电路外，其余电路相同，使得整机电路较为简单。50电子信息工程学院通信系统3.4高频通信工作原理——接收机工作原理接收机组成原则1.加强前端电路的选择性和动态范围2.合理地选择变频次数和中频值3.收、发两端频率源必须保证同步4.采用边带激励的自动增益控制5.各级增益合理分配51电子信息工程学院通信系统3.4高频通信工作原理——接收机工作原理接收机组成高频端电路中放和检波器自动增益控制音频电路52电子信息工程学院通信系统3.4高频通信工作原理——接收机工作原理高频端电路要求•线性好，动态范围宽组成•输入电路•射频衰减器•高频放大器•混频器组成决定接收机的灵敏度及抗干扰能力53电子信息工程学院通信系统3.4高频通信工作原理——接收机工作原理高频端电路——混频器混频次数的选择•单边带接收机绝大多数采用二次或三次混频，以克服镜像干扰中频频率的选择•为避免中频直通干扰，应选在工作频段之外•选择高中频，能有效抑制镜像干扰以及组合频率干扰，并对克服互调干扰有利54电子信息工程学院通信系统3.4高频通信工作原理——接收机工作原理高频端