無線電通訊系統
一. 通訊系統的分類
1. 通訊（communication）
一切將資訊從傳送者傳送到接收者的過程。
自古以來，資訊就如同物質和能量一樣，是人類賴以生存和發展的基礎資源之一。人類通訊的歷史可以追溯到遠古時代，文字、信標、烽火及驛站等作為主要的通訊方式，曾經延續了幾千年。
電通訊的發展歷史從1837年美華人莫爾斯發明人工電報裝置開始，至今不過170年。翻開厚厚的電信史冊，沿著歷史的腳步一路走來，在技術和市場需求的雙重驅動下，僅有一百多年曆史的電通訊發生了翻天覆地的鉅變，取得了令人驚歎的輝煌成就。
訊息 （NEWS，MESSAGE）：
—— 通訊過程中傳輸的具體物件：文字，語音，圖象，資料等。
資訊 （INFORMATION）：
—— 有用的訊息
訊號 （SIGNAL）：
—— 資訊的具體存載體。
2. 通訊系統
實現資訊傳送過程的系統。
3. 分類
（1）按傳輸的資訊的物理特徵，可以分為電話、電報、傳真通訊系統，廣播電視通訊系統，資料通訊系統等；
（2）按通道傳輸的訊號傳送型別，可以分為模擬和數字通訊系統；
（3）按傳輸媒介（通道）的物理特徵，可以分為
有線通訊系統—利用導線傳送資訊；
無線通訊系統—利用電磁波傳送資訊；
光纖通訊系統—利用光導纖維傳送資訊。
在無線模擬通訊系統中，通道便是指自由空間。
二．無線通訊系統
組成：傳送裝置+接收裝置+傳輸媒體。
1. 傳送裝置
（1）變換器（換能器）：將被髮送的資訊變換為電訊號。例如話筒將聲音變為電訊號。
（2）發射機：將換能器輸出的電訊號變為強度足夠的高頻電振盪。
（3）天線：將高頻電振盪變成電磁波向傳輸媒質輻射。
2. 傳輸媒體——電磁波
在自由空間中, 波長與頻率存在以下關係: c = f λ式中: c為光速, f 和λ分別為無線電波的頻率和波長, 因此, 無線電波也可以認為是一種頻率相對較低的電磁波。 對頻率或波長進行分段, 分別稱為頻段或波段。 不同頻段訊號的產生、放大和接收的方法不同, 傳播的能力和方式也不同, 因而它們的分析方法和應用範圍也不同。無線電波只是一種波長比較長的電磁波, 佔據的頻率範圍很廣。
電磁波從發射機天線輻射後，不僅電波的能量會擴散，接收機只能收到其中極小的一 部分，而且在傳播過程中，電波的能量會被地面、建築物或高空的電離層吸收或反射；或在大氣層中產生折射或散射，從而造成強度的衰減。根據無線電波在傳播過程所發生的現象 , 電波的傳播方式見圖1-3，主要有（a）繞射（地波），（b）反射和折射（天波），（c）直射（空間波） 。決定傳播方式的關鍵因素是無線電訊號的頻率。
沿大地與空氣的分介面傳播的電波叫地表面波，簡稱地波。繞射傳播。傳播途徑主要取決於地面的電特性。地波在傳播過程中，由於能量逐漸被大地吸收，很快減弱（波長越短，減弱越快），因而傳播距離不遠。但地波不受氣候影響，可靠性高。超長波、長波、中波無線電訊號，都是利用地波傳播的。短波近距離通訊也利用地波傳播。
天波：利用天空的電離層折射和反射而傳播的電波，也叫天空波。電離層只對短波波段的電磁波產生反射作用，因此天波傳播主要用於短波遠距離通訊。兩個突出特點：一是傳播距離遠，同時產生中間靜區地帶，二是傳播不穩定，隨晝夜和季節的變化而變化。因此，短波通訊要經黨更換波段，以保證質量。
空間波又稱為直射波，是由發射點從空間直線傳播到接收點的無線電波。直射波傳播距離一般限於視距範圍。在傳播過程中，它的強度衰減較慢，超短波和微波通訊就是利用直射波傳播的。在地面進行直射波通訊，其接收點的場強由兩路組成：一路由發射天線直達接收天線，另一路由地面反射後到達接收天線，如果天線高度和方向架設不當，容易造成相互干擾（例如電視的重影）。限制直射波通訊距離的因素主要是地球表面弧度和山地、樓房等障礙物，因此超短波和微波天線要求儘量高架。
電磁波傳輸方式，依據波長不同，可分：
波段名稱 波長範圍 頻率範圍 波段名稱 傳播方式 應用場合
長波波段
(LW) 1000～10000m 30～300KHz 低頻
(LF) 地波 遠距離通訊
中波波段
(MW) 100～1000m 300～3000KHz 中頻
(MF) 地波，
天波 廣播，
通訊，導航
短波波段
(SW) 10～100m 3～30MHz 高頻
(HF) 天波，地波 廣播，
中距離通訊
超短波波段(VSW) 1～10m 30～300MHz 甚高頻
(YHF) 直線傳播
對流層散射 行動通訊，電視廣播，調頻廣播，雷達導航等
分米波波段(USW) 10～1000cm 300～3000MHz 超高頻
(UHF) 直線傳播
散射傳播 通訊，中繼通訊，衛星通訊，電視廣播，雷達
釐米波波段(SSW) 1～10cm 3～30GHz 特高頻
(SHF) 直線傳播 中繼通訊，
雷達，衛星通訊
毫米波波段(ESW) 1～10mm 30～300GHz 極高頻
(EHF) 直線傳播 微波通訊，雷達
3. 接收裝置
接收是發射的逆過程
（1）接收天線：將空間傳播到其上的電磁波→高頻電振盪
（2）接收機：高頻電振盪 電訊號
（3）變換器（換能器）：將電訊號 所傳送資訊
三．無線通訊存在的問題
訊號直接以電磁波形式從天線輻射出去，存在以下問題：
1．無法制造合適尺寸的天線。
天線尺寸與波長相比擬時，訊號才能被天線有效輻射。如音訊訊號：20Hz-20KHz。計算知實際做不到。
2. 接收者無法選出要接收的訊號。
存在干擾：其它電臺發射訊號，各種工業裝置輻射電磁波，大氣層、宇宙固有的電磁干擾。
所以對接收裝置的要求：能從眾多的電磁波中選出有用的微弱訊號。
四．解決方案
發射機和接收機藉助線性和非線性電子線路對攜有資訊的電訊號進行變換和處理。除放大外，最主要有調製、解調。
1. 調製：由攜有資訊的電訊號去控制高頻振盪訊號的某一引數，使該引數按照電訊號的規律而變化。
調製訊號：攜有資訊的電訊號。
載波訊號：未調製的高頻振盪訊號。
已調波：經過調製後的高頻振盪訊號。
調幅、調角（調頻、調相）。
2. 解調：調製的逆過程，將已調波轉換為載有資訊的電訊號。
3. 調製的作用：
（1）顯著減小天線的尺寸；(聲音 30 ～ 3000 Hz，天線要幾百 km)；如果天線高度為輻射訊號波長的四分之一，更便於發揮天線的輻射能力。於是分配民用廣播的頻段為535-1605 KHz（中頻段），對應波長為187-560 m，天線需要幾十米到上百米；而行動通訊手機天線只不過10cm，它使用了900 MHz頻段。這些廣播與行動通訊都必須進行某種調製，而將話音或編碼基帶頻譜搬移到應用頻段。
（2）將不同電臺傳送的資訊分配到不同頻率的載波訊號上，使接收機可選擇特定電臺的資訊而抑制其它電臺傳送的資訊和各種干擾。
五．發射機組成
採用調幅方式的中波廣播發射機組成方框圖如圖1-4。
（1）振盪器：產生fosc的高頻振盪訊號，幾十kHz以上。
（2）高頻放大器（倍頻器）：一或多級小訊號諧振放大器，放大振盪訊號，使頻率倍增至fc，並提供足夠大的載波功率。
（3）低頻放大器：多級放大器組成，前幾級為小訊號放大器，用於放大微音器的電訊號；後幾級為功放，提供功率足夠的調製訊號。
（4）高頻功放及調幅器：實現調幅功能，將輸入的載波訊號和調製訊號變換為所需的調幅波訊號，並加到天線上。
無線電通訊系統
一. 通訊系統的分類
1. 通訊（communication）
一切將資訊從傳送者傳送到接收者的過程。
自古以來，資訊就如同物質和能量一樣，是人類賴以生存和發展的基礎資源之一。人類通訊的歷史可以追溯到遠古時代，文字、信標、烽火及驛站等作為主要的通訊方式，曾經延續了幾千年。
電通訊的發展歷史從1837年美華人莫爾斯發明人工電報裝置開始，至今不過170年。翻開厚厚的電信史冊，沿著歷史的腳步一路走來，在技術和市場需求的雙重驅動下，僅有一百多年曆史的電通訊發生了翻天覆地的鉅變，取得了令人驚歎的輝煌成就。
訊息 （NEWS，MESSAGE）：
—— 通訊過程中傳輸的具體物件：文字，語音，圖象，資料等。
資訊 （INFORMATION）：
—— 有用的訊息
訊號 （SIGNAL）：
—— 資訊的具體存載體。
2. 通訊系統
實現資訊傳送過程的系統。
3. 分類
（1）按傳輸的資訊的物理特徵，可以分為電話、電報、傳真通訊系統，廣播電視通訊系統，資料通訊系統等；
（2）按通道傳輸的訊號傳送型別，可以分為模擬和數字通訊系統；
（3）按傳輸媒介（通道）的物理特徵，可以分為
有線通訊系統—利用導線傳送資訊；
無線通訊系統—利用電磁波傳送資訊；
光纖通訊系統—利用光導纖維傳送資訊。
在無線模擬通訊系統中，通道便是指自由空間。
二．無線通訊系統
組成：傳送裝置+接收裝置+傳輸媒體。
1. 傳送裝置
（1）變換器（換能器）：將被髮送的資訊變換為電訊號。例如話筒將聲音變為電訊號。
（2）發射機：將換能器輸出的電訊號變為強度足夠的高頻電振盪。
（3）天線：將高頻電振盪變成電磁波向傳輸媒質輻射。
2. 傳輸媒體——電磁波
在自由空間中, 波長與頻率存在以下關係: c = f λ式中: c為光速, f 和λ分別為無線電波的頻率和波長, 因此, 無線電波也可以認為是一種頻率相對較低的電磁波。 對頻率或波長進行分段, 分別稱為頻段或波段。 不同頻段訊號的產生、放大和接收的方法不同, 傳播的能力和方式也不同, 因而它們的分析方法和應用範圍也不同。無線電波只是一種波長比較長的電磁波, 佔據的頻率範圍很廣。
電磁波從發射機天線輻射後，不僅電波的能量會擴散，接收機只能收到其中極小的一 部分，而且在傳播過程中，電波的能量會被地面、建築物或高空的電離層吸收或反射；或在大氣層中產生折射或散射，從而造成強度的衰減。根據無線電波在傳播過程所發生的現象 , 電波的傳播方式見圖1-3，主要有（a）繞射（地波），（b）反射和折射（天波），（c）直射（空間波） 。決定傳播方式的關鍵因素是無線電訊號的頻率。
沿大地與空氣的分介面傳播的電波叫地表面波，簡稱地波。繞射傳播。傳播途徑主要取決於地面的電特性。地波在傳播過程中，由於能量逐漸被大地吸收，很快減弱（波長越短，減弱越快），因而傳播距離不遠。但地波不受氣候影響，可靠性高。超長波、長波、中波無線電訊號，都是利用地波傳播的。短波近距離通訊也利用地波傳播。
天波：利用天空的電離層折射和反射而傳播的電波，也叫天空波。電離層只對短波波段的電磁波產生反射作用，因此天波傳播主要用於短波遠距離通訊。兩個突出特點：一是傳播距離遠，同時產生中間靜區地帶，二是傳播不穩定，隨晝夜和季節的變化而變化。因此，短波通訊要經黨更換波段，以保證質量。
空間波又稱為直射波，是由發射點從空間直線傳播到接收點的無線電波。直射波傳播距離一般限於視距範圍。在傳播過程中，它的強度衰減較慢，超短波和微波通訊就是利用直射波傳播的。在地面進行直射波通訊，其接收點的場強由兩路組成：一路由發射天線直達接收天線，另一路由地面反射後到達接收天線，如果天線高度和方向架設不當，容易造成相互干擾（例如電視的重影）。限制直射波通訊距離的因素主要是地球表面弧度和山地、樓房等障礙物，因此超短波和微波天線要求儘量高架。
電磁波傳輸方式，依據波長不同，可分：
波段名稱 波長範圍 頻率範圍 波段名稱 傳播方式 應用場合
長波波段
(LW) 1000～10000m 30～300KHz 低頻
(LF) 地波 遠距離通訊
中波波段
(MW) 100～1000m 300～3000KHz 中頻
(MF) 地波，
天波 廣播，
通訊，導航
短波波段
(SW) 10～100m 3～30MHz 高頻
(HF) 天波，地波 廣播，
中距離通訊
超短波波段(VSW) 1～10m 30～300MHz 甚高頻
(YHF) 直線傳播
對流層散射 行動通訊，電視廣播，調頻廣播，雷達導航等
分米波波段(USW) 10～1000cm 300～3000MHz 超高頻
(UHF) 直線傳播
散射傳播 通訊，中繼通訊，衛星通訊，電視廣播，雷達
釐米波波段(SSW) 1～10cm 3～30GHz 特高頻
(SHF) 直線傳播 中繼通訊，
雷達，衛星通訊
毫米波波段(ESW) 1～10mm 30～300GHz 極高頻
(EHF) 直線傳播 微波通訊，雷達
3. 接收裝置
接收是發射的逆過程
（1）接收天線：將空間傳播到其上的電磁波→高頻電振盪
（2）接收機：高頻電振盪 電訊號
（3）變換器（換能器）：將電訊號 所傳送資訊
三．無線通訊存在的問題
訊號直接以電磁波形式從天線輻射出去，存在以下問題：
1．無法制造合適尺寸的天線。
天線尺寸與波長相比擬時，訊號才能被天線有效輻射。如音訊訊號：20Hz-20KHz。計算知實際做不到。
2. 接收者無法選出要接收的訊號。
存在干擾：其它電臺發射訊號，各種工業裝置輻射電磁波，大氣層、宇宙固有的電磁干擾。
所以對接收裝置的要求：能從眾多的電磁波中選出有用的微弱訊號。
四．解決方案
發射機和接收機藉助線性和非線性電子線路對攜有資訊的電訊號進行變換和處理。除放大外，最主要有調製、解調。
1. 調製：由攜有資訊的電訊號去控制高頻振盪訊號的某一引數，使該引數按照電訊號的規律而變化。
調製訊號：攜有資訊的電訊號。
載波訊號：未調製的高頻振盪訊號。
已調波：經過調製後的高頻振盪訊號。
調幅、調角（調頻、調相）。
2. 解調：調製的逆過程，將已調波轉換為載有資訊的電訊號。
3. 調製的作用：
（1）顯著減小天線的尺寸；(聲音 30 ～ 3000 Hz，天線要幾百 km)；如果天線高度為輻射訊號波長的四分之一，更便於發揮天線的輻射能力。於是分配民用廣播的頻段為535-1605 KHz（中頻段），對應波長為187-560 m，天線需要幾十米到上百米；而行動通訊手機天線只不過10cm，它使用了900 MHz頻段。這些廣播與行動通訊都必須進行某種調製，而將話音或編碼基帶頻譜搬移到應用頻段。
（2）將不同電臺傳送的資訊分配到不同頻率的載波訊號上，使接收機可選擇特定電臺的資訊而抑制其它電臺傳送的資訊和各種干擾。
五．發射機組成
採用調幅方式的中波廣播發射機組成方框圖如圖1-4。
（1）振盪器：產生fosc的高頻振盪訊號，幾十kHz以上。
（2）高頻放大器（倍頻器）：一或多級小訊號諧振放大器，放大振盪訊號，使頻率倍增至fc，並提供足夠大的載波功率。
（3）低頻放大器：多級放大器組成，前幾級為小訊號放大器，用於放大微音器的電訊號；後幾級為功放，提供功率足夠的調製訊號。
（4）高頻功放及調幅器：實現調幅功能，將輸入的載波訊號和調製訊號變換為所需的調幅波訊號，並加到天線上。