机载电台无线电通信原理.docx

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机载电台无线电通信原理

飞机机载电台无线电通信原理

【摘要】

本论文主要阐述飞机无线电通信的原理、组成以与应用。

首先是介绍了飞机通信的概况，然后进一步说明无线电通信的原理以与实现方法，其实现主要利用调幅、调频和单边带调制等高频电子技术，此外论文还涉与了无线电抗干扰噪音抑制、载波抑制即编码抑制等内容，最后对无线电通信技术的开展前景如跳频、扩展频谱通信与数字通信作了描述。

关键词：

飞机通信调制/解调

Abstract:

Thecaptionmainlyexpoundstheprinciplesofaircraftradiomunication,positionandapplication.Thefirstpartissummaryofaircraftmunications,andthenabetterdepictionoftheprinciplesandtherealizationmethod,itsimplementationusingmainlyAM,FMandsinglesidebandmodulationhigh-frequencyelectronictechnology,inadditiontopaperalsodealswiththeradiointerferencenoisesuppression,carrier-suppressed,thatthecodesuppressionetc.Atlast,theprospectsforthedevelopmentofradiomunicationstechnology,suchasfrequencyhopping,spreadspectrummunicationsanddigitalmunications,brieflydescribe.

Keywords:

Aircraftmunicationmodulation/demodulation

1飞机通信

现代通信经过有线通信系统——利用导线传送信息；无线通信系统——利用电磁波传送信息；开展到光纤通信系统——利用光导纤维传送信息。

飞机通信采用无线电系统，其原因不言而喻。

无线电是指在自由空间〔包括空气和真空〕传播的电磁波，无线电技术是通过无线电波传播信号的技术。

无线电技术的原理在于，导体中电流强弱的改变会产生无线电波。

利用这一现象，通过调制可将信息加载于无线电波之上。

当电波通过空间传播到达收信端，电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。

通过解调将信息从电流变化中提取出来，就达到了信息传递的目的。

无线电通信实现原理：

将声频或视频信号经过载频调制成调幅波或调频波，然后再通过功率放大，经由天线发射出去！

接收方由天线接收到信号后，进展检波或鉴频电路将原来的声频或视频信号别离出来，再进展放大，最后通过扬声器或显示设备将声频或视频复原出来。

电波在各种媒介质与其分界面上传播的过程中，由于反射、折射、散射与绕射，其传播方向经历各种变化，由于扩散和媒介质的吸收，其场强不断减弱。

为使接收点有足够的场强，必须掌握电波传播的途径、特点和规律，才能达到良好的通信效果。

2.无线电通信原理

2.1无线电波的分类

无线电广播、无线电通信、卫星、雷达等都依靠无线电波的传播来实现。

无线电波一般指波长由100,000米到0.75毫米的电磁波。

根据电磁波传播的特性，又分为超长波、长波、中波、短波、超短波、微波等假设干波段，其中：

超长波的波长为100,000米-10,000米，频率3-30千赫；长波的波长为10,000米-1,000米，频率30-300千赫；中波的波长为1,000米-100米，频率300千赫-3.0兆赫；短波的波长为100米-10米，频率为3.0-30兆赫；超短波的波长为10米-1米，频率为30-300兆赫，波长在1米以下通称为微波。

频率与波长的关系为：

频率=光速／波长。

航空和航海中的话音通信波段为短波或超短波，又称为高频〔HF-HighFrequency〕或甚高频〔VHF-VeryHighFrequency〕。

使用的机载设备为短波电台或超短波电台。

2.2无线电波传播方式

2.2.1地波〔地外表波〕传播

沿大地与空气的分界面传播的电波叫地外表波，简称地波。

其传播途径主要取决于地面的电特性。

地波在传播过程中，由于能量逐渐被大地吸收，很快减弱〔波长越短，减弱越快〕，因而传播距离不远。

但地波不受气候影响，可靠性高。

超长波、长波、中波无线电信号，都是利用地波传播的。

短波近距离通信也利用地波传播。

2.2.2直射波传播

直射波又称为空间波，是由发射点从空间直线传播到接收点的无线电波。

直射波传播距离一般限于视距X围。

在传播过程中，它的强度衰减较慢，超短波和微波通信就是利用直射波传播的。

2.2.3天波传播

天波是由天线向高空辐射的电磁波遇到大气电离层折射后返回地面的无线电波。

电离层只对短波波段的电磁波产生反射作用，因此天波传播主要用于短波远距离通信。

2.2.4散射传播

散射传播是由天线辐射出去的电磁波投射到低空大气层或电离层中不均匀介质时产生散射，其中一部份到达接收点。

散射传播距离远，但是效率低，不易操作，使用并不广泛。

2.3无线电波的特点

2.3.1短波

电离层是指从距地面大约60公里到2000公里处于电离状态的高空大气层。

上疏下密的高空大气层，在太阳紫外线、太阳日冕的软X射线和太阳外表喷出的微粒流作用下，大气气体分子或原子中的电子分裂出来，形成离子和自由电子，这个过程叫电离。

产生电离的大气层称为电离层。

电离层分为D、E、F1、F2四层。

D层高度60-90公里，白天可反射2-9MHz的频率。

E层高度85-150公里，这一层对短波的反射作用较小。

F层对短波的反射作用最大，分为F1和F2两层。

F1层高度150-200公里，只在日间起作用，F2层高度大于200公里，是F层的主体，日间夜间都支持短波传播。

电离层的浓度对工作频率的影响很大，浓度高时反射的频率高，浓度低时反射的频率低。

电离的浓度以单位体积的自由电子数〔即电密度〕来表示。

电离层的高度和浓度随地区、季节、时间、太阳黑子活动等因素的变化而变化，这决定了短波通信的频率也必须随之改变。

2.3.1.1短波传播途径

短波的根本传播途径有两个：

一个是地波，一个是天波。

如前所述，地波沿地球外表传播，其传播距离取决于地表介质特性。

海面介质的电导特性对于电波传播最为有利，短波地波信号可以沿海面传播1000公里左右；陆地外表介质电导特性差，对电波衰耗大，而且不同的陆地外表介质对电波的衰耗程度不一样〔潮湿土壤地面衰耗小，枯燥沙石地面衰耗大〕。

短波信号沿地面最多只能传播几十公里。

地波传播不需要经常改变工作频率，但要考虑障碍物的阻挡，这与天波传播是不同的。

短波的主要传播途径是天波。

短波信号由天线发出后，经电离层反射回地面，又由地面反射回电离层，可以反射屡次，因而传播距离很远〔几百至上万公里〕，而且不受地面障碍物阻挡。

但天波是很不稳定的。

在天波传播过程中，路径衰耗、时间延迟、大气噪声、多径效应、电离层衰落等因素，都会造成信号的弱化和畸变，影响短波通信的效果。

2.3.1.2短波频率X围

电离层最高可反射40MHz的频率，最低可反射1.5MHz的频率。

根据这一特性，短波电台工作频段被确定为1.6MHz-30MHz。

2.3.2超短波

超短波通信就是利用直射波传播的。

在地面进展直射波通信，其接收点的场强由两路组成：

一路由发射天线直达接收天线，另一路由地面反射后到达接收天线，如果天线高度和方向架设不当，容易造成相互干扰。

限制直射波通信距离的因素主要是地球外表弧度和山地、楼房等障碍物，因此超短波天线要求尽量高架。

机载超短波电台实际工作频段为108.000MHz-400MHz。

3无线电通信的实现方法

在无线电通信中，传送信息的载体是特定频率的载波〔也称为主频〕。

那么信息又是如何放到载波上的呢？

这就引出了“调制〞的概念。

调制就是将信息的动态波形通过一定形式加到载波上发送出去，接收台收到被调制的载频信后，再复原信息。

调制分为幅度调制〔简称“调幅〞〕、频率调制〔简称“调频〞〕、相位调制〔简称“调相〞〕三种。

调制信号在接收端通过解调复原出传送信息，幅度调解调称为检波，频率解调称为鉴频，相位解调成为鉴相。

飞机通信有幅度调制、频率调制两种方式。

3.1调制

3.1.1调幅

我们不可能直接传送话音，我们先用一个转换装置将话音信号〔也就是人说的话〕转换成振幅平缓变化的电压信号，这就是我们要传输的信号，叫做调制信号，然后将调制信号与一个高频率的信号在一个相乘器里相乘，就会得到另一高频率的信号，它的包络〔所谓包络就是连接周期信号每个周期内波峰的假想线〕随着调制信号幅度的变化而变化，我们把这个高频信号叫做载波，把已经调制好的信号叫调幅波。

就是说，我们要传输的话音信号已经包含在了调幅波中，换句话，就是我们把调制信号从低频搬移到了高频，以便利用电离层传播。

这样我们通过发射装置将已调信号发射出去，在接收端接收信号后，通过解调装置恢复出原信号，在经过转换装置将电压信号恢复成人的普通话音，就实现的两地之间两个人的通话目的，这也是通信电台的根本原理。

幅度调制中，输出已调信号的包络与输入调制信号成正比，其时间波形表达为：

=

cos

〔3.1.1〕

式中

——载波幅度；

——调制信号，它可以是确知信号，也可以是随机信号；

——载波角频率；

——载波的初相位。

3.1.2调频

载波的频率随着话音信号〔调制信号〕幅度的变化而变化，话音信号幅度大，载波的频率相应变大，话音信号幅度小，载波的频率相应变小，注意，这里变化的是频率，而不是幅度，这也是调频和调幅的区别，我们经过调制，就得到了一个频率随着调制信号变化而变化的已调信号，我们称之为“调频信号〞。

通过调相实现调频的方法：

间接调频：

根据FM波与PM波的关系，即频率与相位的关系，实现调频。

FM波的表达式：

〔3.1.2〕

那么：

〔3.1.3〕

方法：

由调频与调相的内在联系，将调制信号进展积分，用其值进展调相，便得到所需的调频信号。

1载波电压Vmcoswct通过调相器后引入一个附加相移△j（t），

即vO（t）=Vmcos[wct+△j（t）]。

②假设附加相移受到vW（t）的积分值

的控制，那么输出的已调波信号为

〔3.1.4〕

〔3.1.5〕

当

时，上式可表示为

〔3.1.6〕

〔3.1.7〕

式中，Mf=kp（k1VWm/W）=Dwm/W，Dwm=kpk1VWm

Mf：

调频指数，与调制信号振幅VWm成正比。

图3-1调频信号

3.2解调

调制信号在接收端通过解调复原出传送信息，幅度调制信号解调称为检波，频率调制信号解调称为鉴频，相位调制信号解调称为鉴相。

3.2.1检波

　　对于普通幅度调制信号分为以下两种解调方法

包络检波：

利用普通调制信号的包络，将包络提取出来，就可以恢复原来的调制信号。

包络检波由非线性器件和低通滤波器两局部器件实现。

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同步检波：

采用与发射波同频同相的同步信号，将调制信号取出。

“同步检波〞也称相干检波,适用于所有线性幅度调制信号。

抑制载波的双边带或者单边带调幅只能通过“同步检波〞来解调。

同步检波一般由乘积器实现，直接把本地恢复载波与接收信号相乘，用低通滤波器将低频信号提取出来。

在这种检波器中，要求