通讯与天线.docx
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通讯与天线
目錄
第一章、各類通訊系統的頻段…………………………………………3
1.01GSM……………………………………………………………4
1.02GPRS……………………………………………………………4
1.03DCS……………………………………………………………5
1.04PCS………………………………………………………………5
1.05IMT-2000&UMTS（3G）………………………………………5
1.06WLAN…………………………………………………………8
1.07WiFi……………………………………………………………8
1.08WiMAX…………………………………………………………8
1.09Bluetooth………………………………………………………9
1.10AM、FM、XM…………………………………………………9
1.11GPS……………………………………………………………10
第二章、VSWR與阻抗匹配……………………………………………11
2.1VSWR……………………………………………………………11
2.2Impedance………………………………………………………15
第三章、Connect…………………………………………………………16
第四章、Balun……………………………………………………………17
第一章
各類通訊系統的頻段
Name
Frequency
FM
（FrequencyModulation）
88-100MHz
DAB
（DigitalAudioBroadcasting）
174-230MHz（VHFⅢ）
1452-1477MHz（L-band）
DTV
（DigitalTelevision）
174-226MHz（VHF）
470-870MHz（UHF）
GSM
（GlobalSystemforMobileCommunication）
824-894MHz（GSM850）
880-960MHz（GSM900）
GPS
（GlobalPositioningSystem）
L1band:
1575.42MHz
L1band:
1227.60MHz
DCS（GSM1800）
（DigitalCommunicationSystem）
1710-1885MHz
PCS（GSM1900）
（PersonalCommunicationSystem
1850-1990MHz
PHS
（PersonalHandy-phoneSystem）
1880-1930MHz
UMTS（IMT-2000、3G）
（UniversalMobileTelecommunicationsSystem）
1920-2170MHz
WLAN
（WirelessLocalAreaNetwork）
通訊協定：
802.11a/b/g/n
2400-2483.5MHz
5725-5852MHz
藍芽
Bluetooth
2400-2484MHz
Wi-MAX
（WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess）
通訊協定：
IEEE802.16（固定式）
IEEE802.16e（移動式）
2.5-2.7GHz
3.3-3.8GHz
5.725-5.875GHz
UWB
（UltraWide-band）
通訊協定：
IEEE802.15.3a
3.1-10.6GHz
縮寫：
GSM
英文：
GlobalSystemforMobileCommunication（GSM）
台灣：
全球行動通訊系統
大陸：
全球移動通訊系統
因為是由歐盟（EuropeanUnion）所制定的數位式行動電話系統，所以又稱為泛歐式數位行動電話系統，是目前全世界最廣為使用的行動通訊系統，全世界主要國家當中，GSM只有在美國、日本與韓國仍不是主流行動電話系統。
我國所使用的頻率為890-960MHz（900MHz）與1,710-1,880MHz（1800MHz）兩個區段。
前者常稱為GSM900，後者則稱為GSM1800。
行動通訊發展中第二代數位系統代表，屬於分時多工存取TDMA系統，亦是歐洲地區行動電話的通訊標準。
1997年問世，採蜂巢式細胞概念來建構其通訊系統，提供無線語音與數據服務。
蜂巢式細胞概念主要訴求在於，以多個小功率發射機的基地台，取代一個高功率發射機的基地台（basestation）。
GSM系統中，每一小覆蓋面積的基地台都配置部分頻譜，且鄰近基地台所配置的頻譜均不相同以避免同頻干擾。
縮寫：
GPRS
英文：
GeneralPacketRadioService（GPRS）
中文：
整合封包無線電服務技術
GPRS是由歐洲電信標準協會（EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute）發展出來的通訊技術標準，以全球行動通訊系統（GSM）為基礎，運用封包交換（PacketSwitching）的處理科技，每秒能傳輸10萬位元（100KB）的資料封包，比現行同類通訊環境（電路交換技術）快上10倍。
GPRS是跨入第三代行動通訊（3G）的重要技術。
它強化了GSM的數據傳輸能力，以封包交換（PacketSwitching）取代「電路交換」（circuitswitch），大幅提升傳輸速率，有效運用頻譜資源。
當資料在GPRS系統傳送時，是被分成一連串小「封包」，而不是獨佔一整條「電路」來進行傳輸。
因此可讓多人共享網路資源，充份利用有限頻寬。
GPRS為高速寬頻（Broadband）的無線行動通訊網路，可以降低阻塞與中斷情形的發生，不但比無線應用通訊協定（WAP）的速度來的快，而且擁有良好語音品質。
GPRS的特性：
1.GPRS為全新的技術，它是跨入第三代行動通信（3G）的基礎。
2.GPRS採用IP（InternetProtocol）通信協定，可提供所有以IP為基礎之數據服務，
為實現WirelessInternet向前邁進一步。
3.與現有GSM系統共存，可充份共享並利用現有系統資源。
4.採用分封交換技術，可指配多個客戶分享同一資源，大幅提升網路和空中頻道資
源的使用效率。
縮寫：
DCS
英文：
DigitalCellularSystem1800（DCS1800,GSM1800）
台灣：
數位式行動電話系統1800
大陸：
GSM1800
DCS1800和GSM1800是相同的系統，GSM1800是1991年繼全球行動通訊系統900後才推出的，比GSM900擁有更大的頻寬，而且電波穿透力較強，不過相同的，有擁有和GSM900一樣缺點：
容易受地形影響，死角多，而且傳輸距離比GSM900短，基地台設置必須多出GSM900系統2～4倍。
縮寫：
PCS
英文：
PersonalCommunicationService（PCS）
台灣：
個人通訊服務
大陸：
個人通訊服務
或者稱為個人通信服務，這是一種頻率為1900MHz的通訊服務，和全球行動通訊系統（GSM）十分的類似。
PCS是一種提供了數據、語音以及其他各種附加的服務，和早期的行動電話系統只單純提供語音服務有很大的不同，所以要結合多方系統，包括有線通訊、行動電話通訊以及網路等。
目前在北美地區，大部分人指稱的數位行動電話系統即為PCS。
縮寫：
3G
英文：
ThirdGeneration（3G）
台灣：
第三代行動電話
大陸：
３G移動通信
3G指的是第三代行動通訊技術（主要有三個規格WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA）
第三代無線行動通訊技術的簡寫，泛指通訊速度在384kbps（是目前全球行動通訊系統（GSM）將近40倍的速率）以上的技術。
主要有三個規格WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA，與從前以類比技術為代表的第一代和目前正在使用的第二代行動通訊技術相比，3G將有更寬的頻寬，其傳輸速度最低為384K，最高為2M，頻寬可達5MHz以上。
不僅能傳輸話音，還能傳輸數據，從而提供快捷、方便的無線應用，如無線接入Internet。
能夠實現高速數據傳輸和寬頻多媒體服務是第三代行動通訊的另個主要特點。
從而為用戶提供更經濟、內容更豐富的無線通信服務。
但第三代行動通訊仍是標準不一的區域性通信系統。
雖然第三代行動通訊可以比現有傳輸率快上千倍，但是未來可能仍將無法滿足多媒體的通信需求。
目前亞太行動寬頻電信提供的就是屬於CDMA2000800MHz的行動通訊技術。
兩大規格中，一個是由ETSI提出，並獲得日本與歐盟所支持，包含分碼（WCDMA）與分時（TD-CDMA）兩種多重存取技術的UMTS（UniversalMobileTelephoneSystem）技術規格；另一個則是由美國技術開發者提出，由北美與韓國所採用cdmaOne系統所演進的CDMA2000技術規格。
不論從系統業者的佈局，或是3G執照的核發，WCDMA都證明了它在3G發展上的主流地位。
像許多亞洲國家，雖然目前使用各種不同的數位行動通訊標準，例如GSM、CDMA、PDC，或是以AMPS、NMT與PHS為基礎的住宅區類比系統，但仍然選擇站在歐洲這一邊；而本來採用cdmaOne系統的韓國，為了確保能與世界相容，依然保留兩張3G執照給WCDMA系統業者。
目前歐洲與日本所使用的3G共通頻段為1900MHz～2200MHz，是在1992年的世界無線電會議（WorldRadioConference）中初步通過，繼而在2000年世界無線電會議中獲得認可的頻段。
該會議同時還新增2500MHz為另一個全球行動通訊的頻率。
縮寫：
UMTS
英文名稱：
UniversalMobileTelecommunicationsSystem
中文名稱：
全球通訊系統
UMTS主要來自歐洲中心的電子電信主席聯盟、系統商、手機廠商以及研究機關等組成的非營利團體「UMTS論壇」主要工作在於推動IMT-2000以及對於新規格電信推動及開發，總部設在日內瓦，而UMTS論壇制定了3G的電信規格以及相關技術也因此這個規格被定名為「UMTS」，UMTS為「UniversalMobileTelecommunicationsSystem」的縮寫。
UMTS的規格內容包含日本以亞洲所稱的「W-CDMA」以及歐規TD-CDMA的「UMTSTDD」，簡單來說這上述三個是大致相同的東西，都是屬於IMT-2000的其中一種技術規格，其中UMTSTDD為上傳下載非對稱的設定規格，日本下半年新加入的3G系統商IPmobile以及eAccess都將採取這個技術規格。
歐洲手機的3G網路UMTS跟我們的W-CDMA一樣嗎？
前面說到，歐洲因為有UMTS論壇，所以該規格在歐洲制訂的名稱稱為UMTS，而在歐洲3G手機常以「UMTS手機」這個名詞來稱呼，好比在日本3G手機的取代名詞為NTTDoCoMo提供的3G服務名稱「FOMA」。
也因此要稱為UMTS也好、W-CDMA也好都是見仁見智的事情，舉例來說，到日本可以使用的漫遊機如SonyEricssonK600i，在歐洲的手機店可以看到標示「UMTS手機」的K600i，相反的在台灣的雙模手機同樣支援GSM/W-CDMA而歐洲也是稱為「UMTS手機」。
總而言之，常常在歐系手機中看到的網路設定UMTS字樣，其實就是台灣常在說的W-CDMA的意思，只是由前述的UMTS論壇定名，在歐洲普遍以此名稱相稱。
UMTS基地台
早期的UMTS電話雛形
英國Vodafone廣告看板
縮寫：
WLAN
英文名稱：
無線區域網路
中文名稱：
WirelessLocalAreaNetwork（網路技術）
所謂的無線區域網路，即你的電腦透過無線網路卡（WirelessCard），結合無線寬頻數據機（AccessPoint，以下簡稱AP）進行區域無線網路連結；若再透過外部接取線路（如ADSL、專線）即可暢遊網路世界運用無線網路資源。
無線區域網路與一般傳統的乙太網路（Ethernet）的概念並沒有多大的差異，只是無線區域網路將用戶端接取網路的線路傳輸部分轉變成無線傳輸之形式，但是卻具備有線網路缺乏的行動性，然而之所以稱其是區域網路，則是因為會受到無線寬頻數據機與電腦之間距離的遠近限制而影響傳輸範圍，所以必須要在區域範圍之內才可以連上網路。
縮寫：
WiFi：
商業聯盟的名稱，該聯盟主要提供WLAN產品認證的功能。
凡通過WiFi測試及認證過的WLAN產品就可以貼上"WiFi"的標籤。
縮寫：
WiMAX
英文名稱：
WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess
中文名稱：
全球互通微波存取介面
它是由WiMAX社群所制定修改的。
這個社群是由超過四百家的公司一同組成，以IEEE國際電機工程師學會的802.16文件作為標準。
這個技術有點像Wi-Fi無線網路（即802.11），然而，最重要的差別是，他的通信距離是以數十公里計（理論值是50公里），而無線網路是以公尺計，尤其是在使用需要高頻寬，以及穩定服務品質（即QoS）的連線，如VoIP網路電話服務時，通話距離尤其短。
應用已經到處可見。
如之前所說，這個技術可以在大眾運輸工具上使用，因為其涵蓋範圍極大，可以在長距離移動時保持連線，而不需要太多的轉接與重新連線。
WiMAX在架設嵌合式無線網路（meshednetwork）或是臨時佈建上網，如架設網站上，都十分有用，因為用WiMAX連上網路十分方便，同時價錢也相對便宜。
英文：
Bluetooth
台灣：
藍牙
大陸：
N/A
藍芽無線技術首先由易利信於1994年開發出來，1998年由英特爾、朗訊科技（Lucent）與其他BluetoothSpecialInterestGroup（SIG）會員，共同發表Bluetooth1.0規格，目前，已有超過1,200家公司公開支持藍芽計畫，使其成為行動設備無線連接的實質標準。
在藍芽1.0規格確立後，全球各地廠商即可完成內含藍芽技術的產品設計工作，並且進行產品認證與相容性測試。
藍芽計畫是結合通訊與資訊業，發展以無線電為傳輸工具的技術，目的在破除電子、電腦通訊設備的接頭及通訊規格不統一的限制，並加以整合。
由於它採取開放式平台，只要是採用藍芽技術的產品，就可以自由地互相溝通，改善通訊業每個廠商各擁專利為重的缺點。
藍芽技術多應用於小型的無件及基頻模組晶片（Chip），裝置於終端器中，使用2.45GHz頻率。
這個頻率免付費、免申請，全世界都共同開放且不受法律規定限制。
為防電子裝置互相干擾，採用躍頻技術，將頻帶分成許多小部份，訊號就在這些不同的通道中照亂數跳躍，以預防干擾。
縮寫：
AM
英文名稱：
amplitudemodulation
中文名稱：
振幅調制；調幅（廣播）；信號高低調變度以（%）百分比表示。
頻寬：
530-1710KHz
縮寫：
FM
英文名稱：
fequencymodulation
中文名稱：
調頻調制；調頻（廣播）；信號頻率調變度以（KHzorMHz）表示。
頻寬：
87.5-107.9KHz
縮寫：
XM
英文名稱：
SatelliteRadio（目前美國採用）
中文名稱：
衛星廣播
XM不只是聲音,也可以傳輸畫面。
縮寫：
GPS
英文名稱：
GlobalPositionSystem
中文名稱：
全球衛星定位系統
為美國國防部開發，利用規模遍及全球的人造衛星之航法系統，由24顆人造衛星所構成，其中包括三顆預備衛星。
利用對民間開放的C/A碼標準測法，能得到數十米的精度，為無線電定位法的一種。
第二章
VSWR與阻抗匹配
2,1縮寫：
VSWR
英文名稱：
VoltageStandingWaveRadio
中文名稱：
電壓駐波比
當RF線路阻抗不匹配時，會發生VSWR現象。
阻抗表示阻擋電流通過之能力，單位為歐姆Ω，阻抗會造成部分的訊號回彈，且會使訊號在纜線上互相抵銷。
VSWR會造成回彈損失。
只要在VSWR在1.4:
1以內則都不錯。
VSWR值過大會造成RF線路傳送之功率顯著下降，某些未安置保護設計，如此回彈訊號甚至能燒壞傳送線路。
一般手機均有此保護設計。
為防止VSWR，所有的纜線、接頭、設備的阻抗均需相同。
電壓駐波比（VSWR）是射頻技術中最常用的參數，用來衡量部件之間的匹配是否良好。
如果接近1:
1，當然好。
常常聽到這樣的問題：
但如果不能達到1，會怎樣呢？
駐波比小到幾，天線才算合格？
為什麼大小81這類老式的軍用電臺上沒有駐波表？
VSWR及標稱阻抗
射機與天線匹配的條件是兩者阻抗的電阻分量相同、感抗部分互相抵消。
如果發射機的阻抗不同，要求天線的阻抗也不同。
在電子管時代，一方面電子管本輸出阻抗高，另一方面低阻抗的同軸電纜還沒有得到推廣，流行的是特性阻抗為幾百歐的平行饋線，因此發射機的輸出阻抗多為幾百歐姆。
而現代商品固態無線電通信機的天線標稱阻抗則多為50歐姆，因此商品VSWR表也是按50歐姆設計標度的。
如果你擁有一台輸出阻抗為600歐姆的老電臺，那就大可不必費心血用50歐姆的VSWR計來修理你的天線，因為那樣反而幫倒忙。
只要設法調到你的天線電流最大就可以了。
VSWR不是1時，比較VSWR的值沒有意義
天線VSWR＝1說明天線系統和發信機滿足匹配條件，發信機的能量可以最有效地輸送到天線上，匹配的情況只有這一種。
而如果VSWR不等於1，譬如說等於4，那麼可能性會有很多：
天線感性失諧，天線容性失諧，天線諧振但是饋電點不對…等等。
在阻抗圓圖上，每一個VSWR數值都是一個圓，擁有無窮多個點。
也就是說，VSWR數值相同時，天線系統的狀態有很多種可能性，因此兩根天線之間僅用VSWR數值來做簡單的互相比較沒有太嚴格的意義。
正因為VSWR除了1以外的數值不值得那麼精確地認定（除非有特殊需要），所以多數VSWR表並沒有像電壓表、電阻表那樣認真標定，甚至很少有VSWR給出它的誤差等級資料。
由於表內射頻耦合元件的相頻特性和二極體非線性的影響，多數VSWR表在不同頻率、不同功率下的誤差並不均勻。
VSWR都＝1不等於都是好天線
一些國外雜誌文章在介紹天線時經常給出VSWR的曲線。
有時會因此產生一種錯覺，只要VSWR＝1，總會是好天線。
其實，VSWR＝1只能說明發射機的能量可以有效地傳輸到天線系統。
但是這些能量是否能有效地輻射到空間，那是另一個問題。
一副按理論長度作製作的偶極天線，和一副長度只有1/20的縮短型天線，只要採取適當措施，它們都可能做到VSWR＝1，但發射效果肯定大相徑庭。
做為極端例子，一個50歐姆的電阻，它的VSWR十分理想地等於1，但是它的發射效率是0。
影響天線效果的最重要因素：
諧振
天線系統和輸出阻抗為50歐的發信機的匹配條件是天線系統阻抗為50歐純電阻。
要滿足這個條件，需要做到兩點：
第一，天線電路與工作頻率諧振（否則天線阻抗就不是純電阻）；第二，選擇適當的饋電點。
讓我們用絃樂器的弦來加以說明。
無論是提琴還是古箏，它的每一根弦在特定的長度和張力下，都會有自己的固有頻率。
當弦以固有頻率振動時，兩端被固定不能移動，但振動方向的張力最大。
中間擺動最大，但振動張力最鬆弛。
這相當於自由諧振的總長度為1/2波長的天線，兩端沒有電流（電流波谷）而電壓幅度最大（電壓波腹），中間電流最大（電流波腹）而相鄰兩點的電壓最小（電壓波谷）。
我們要使這根弦發出最強的聲音，一是所要的聲音只能是弦的固有頻率，二是驅動點的張力與擺幅之比要恰當，即驅動源要和絃上驅動點的阻抗相匹配。
具體表現就是拉弦的琴弓或者彈撥的手指要選在弦的適當位置上。
我們在實際中不難發現，拉弓或者撥弦位置錯誤會影響弦的發聲強度，但稍有不當還不至於影響太多，而要發出與琴弦固有頻率不同的聲響卻是十分困難的，此時弦上各點的振動狀態十分複雜、混亂，即使振動起來，各點對空氣的推動不是齊心合力的，發聲效率很低。
天線也是同樣，要使天線發射的電磁場最強，一是發射頻率必須和天線的固有頻率相同，二是驅動點要選在天線的適當位置。
如果驅動點不恰當而天線與信號頻率諧振，效果會略受影響，但是如果天線與信號頻率不諧振，則發射效率會大打折扣。
所以，在天線匹配需要做到的兩點中，諧振是最關鍵的因素。
在早期的發信機，例如本期介紹的71型報話機中，天線電路只用串聯電感、電容的辦法取得與工作頻率的嚴格諧振，而進一步的阻抗配合是由線圈之間的固定耦合確定死的，在不同頻率下未必真正達到阻抗的嚴格匹配，但是實際效果證明只要諧振就足以好好工作了。
因此在沒有條件做到VSWR絕對為1時，業餘電臺天線最重要的調整是使整個天線電路與工作頻率諧振。
天線的駐波比和天線系統的駐波比
天線的VSWR需要在天線的饋電端測量。
但天線饋電點常常高懸在空中，我們只能在天線電纜的下端測量VSWR，這樣測量的是包括電纜的整個天線系統的VSWR。
當天線本身的阻抗確實為50歐姆純電阻、電纜的特性阻抗也確實是50歐姆時，測出的結果是正確的。
當天線阻抗不是50歐姆時而電纜為50歐姆時，測出的VSWR值會嚴重受到天線長度的影響，只有當電纜的電器長度正好為波長的整倍數時、而且電纜損耗可以忽略不計時，電纜下端呈現的阻抗正好和天線的阻抗完全一樣。
但即便電纜長度是整倍波長，但電纜有損耗，例如電纜較細、電纜的電氣長度達到波長的幾十倍以上，那麼電纜下端測出的VSWR還是會比天線的實際VSWR低。
所以，測量VSWR時，尤其在UHF以上頻段，不要忽略電纜的影響。
不對稱天線
我們知道偶極天線每臂電氣長度應為1/4波長。
那麼如果兩臂長度不同，它的諧振波長如何計算？
是否會出現兩個諧振點？
如果想清了上述琴弦的例子，答案就清楚了。
系統總長度不足3/4波長的偶極天線（或者以地球、地網為鏡象的單臂天線）只有一個諧振頻率，取決於兩臂的總長度。
兩臂對稱，相當於在阻抗最低點加以驅動，得到的是最低的阻抗。
兩臂長度不等，相當於把弓子偏近琴馬拉弦，費的力不同，驅動點的阻抗比較高一些，但是諧振頻率仍舊是一個，由兩臂的總長度決定。
如果偏到極端，一臂加長到1/2波長而另一臂縮短到0，驅動點阻抗增大到幾乎無窮大，則成為端饋天線，稱為無線電發展早期用在汽艇上的齊柏林天線和現代的1/2波長R7000垂直天線，當然這時必須增加必要的匹配電路才能連接到50歐姆的低阻抗發射機上。
偶極天線兩臂不對稱，或者兩臂周圍導電物體的影響不對稱，會使諧振時的阻抗變高。
但只要總電氣長度保持1/2波長，不對稱不是十分嚴重，那麼雖然特性阻抗會變高，一定程度上影響VSWR，但是實際發射效果還不至於有十分明顯的惡化。
當VSWR過高時，主要是天線系統不諧振時，因而阻抗存在很大電抗分量時，發射機末級器件可能需要承受較大的瞬間過電壓。
早期技術不很成熟時，高VSWR容易造成射頻末級功率器件
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