无线电广播发送与接收广播电视技术概论教学课件.ppt

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1、第第4章无线电广播发送与接收技术章无线电广播发送与接收技术学习指导学习指导 本章重点本章重点：4.1无线电广播技术基础知识 4.2中短波广播发送技术 4.3 调频的基本原理本章难点本章难点：调幅的基本原理调频的基本原理中短波广播发送技术4.4广播接收技术选学内容选学内容：调频立体声广播发送技术 24.14.1无线电广播技术基础知识无线电广播技术基础知识4.1.14.1.1模拟调制与解调技术模拟调制与解调技术 调制的原因（调制的原因（P90P90）1、有效的电磁辐射：有效的电磁辐射：根据天线理论，只有当发射天线的尺寸是被辐射信号波长的十分之一以上时，信号才能实现有效的辐射。2、节目信号的频谱区分

2、：节目信号的频谱区分：对各个频道的节目采用不同的载波进行调制，就可在频谱上将它们区分开来。4高频等幅振荡（载波信号载波信号）Carrier Signal已已调调信信号号（携带有信号特征的高频振荡）Modulated Signal 调制器调制器调制信号调制信号（含原始信息电信号）Modulating Signal调制过程的示意图调制过程的示意图调制（Modulation）定义定义：利用欲传送的低频信号去控制高频振荡利用欲传送的低频信号去控制高频振荡（载波）的某一参数，使之具有信号特征的过（载波）的某一参数，使之具有信号特征的过程程；也即由携带信息的原始节目信号去控制高频振荡信号的某一参数，使该参

3、数按原始电信号（调制信号）的规律变化的处理方式。5调制和解调（调制和解调（P90P90）涉及到三种信号：涉及到三种信号：1.载波信号载波信号：受调制的高频交变信号2.调制信号调制信号：调制载波的信号3.已调波信号已调波信号：调制后的载波信号解解调调：在接收端，从已调波上将它运载的信息检取出来的过程。解调是调制的逆过程。解调是调制的逆过程。调制和解调要用非线性电路实现。调制和解调要用非线性电路实现。6线性电路和非线性电路线性电路和非线性电路定义上：定义上：线性电路线性电路是指完全由线性元件构成的电路。非线性电路非线性电路是指含有一个以上非线性元件构成的电路。数学上：数学上：线性电路线性电路能用一

4、个常系数线性微分方程加以描述。非线性电路非线性电路不能用一个常系数线性微分方程加以描述。物理上：物理上：线性电路线性电路不会产生新的频率分量。非线性电路非线性电路一定会产生新的频率分量。方法上：方法上：线性电路线性电路满足叠加原理。非线性电路非线性电路不满足叠加原理。7三类非线性电子线路三类非线性电子线路1.实现功率放大功能的电路。实现功率放大功能的电路。2.实现振荡功能的电路。实现振荡功能的电路。3.实现波形变换和频率变换功能实现波形变换和频率变换功能的电路。的电路。8模拟调制方式模拟调制方式正弦交流电有三个要素正弦交流电有三个要素 振幅、频率、相位振幅、频率、相位（1）调幅）调幅（Ampl

5、itude Modulation）（2）调频）调频（Frequency Modulation）（3）调相）调相（Phase Modulation）由于和都是使高频振荡的总相角（t+0）受到调变，故统称为角角度度调调制制（Angle Modulation），简称调角。在调角时，高频振荡的振幅不变。9调幅分类及广播电视中对应业务调幅分类及广播电视中对应业务1.含有载波的双边带调幅，简称普通调幅（），含有载波的双边带调幅，简称普通调幅（），主要应用于中波调幅广播（）。2.抑抑制制载载波波的的双双边边带带调调幅幅（DSB-AM,Double Side Band-AM），又称平衡调幅或抑载调幅，主要应用

6、于调频立体声广播（stereo FM）的副信道中差信号（S=L-R）对38z副载波的调制。彩色电视中的色度信号C（t）=U sin sct V cos sct对彩色副载波(fsc=4.43Mz)的调制。3.单单边边带带调调幅幅（SSB-AM,Single Side Band-AM），主要用于短波广播中。4.残残留留边边带带调调幅幅（VSB-AM,Vestigial Side Band-AM），主要用于电视广播中对图象信号（P或V信号）对图象载波f P(或fV)的调制。10数字调制方式数字调制方式数字调制信号：数字信号。数字调制信号：数字信号。数字调制三种方式：数字调制三种方式：1.幅幅度度键键

7、控控ASK：载波的幅度随数字调制信号而变化2.频频移移键键控控FSK：载波的频率随数字调制信号而变化3.相相移移键键控控PSK：载波的相位随数字调制信号而变化11一、调幅调制一、调幅调制 调幅波的波形（调幅波的波形（P91）121 1、调幅波的表达式（时域分析）、调幅波的表达式（时域分析）9090信号信号表达式:Icost载波载波表达式 I c cos（ct）调幅系数（调幅度）调幅系数（调幅度）m a=I /I cU /U c 调幅度又可进一步分为上、下调幅度包络函数包络函数 U c 1+m a cost保证不失真条件保证不失真条件 0m a1 132、调幅波的频谱（、调幅波的频谱（P91）1

8、4频谱结构三部分组成（频域分析）频谱结构三部分组成（频域分析）1.载频分量载频分量fc 幅度 Uc2.上边频分量上边频分量fc+F 幅度 ma Uc/23.下边频分量下边频分量fc-F 幅度 maUc /2通频带通频带 B=2F一条重要结论一条重要结论-调幅过程实质上是将调制信号u (t)的频谱进行“搬移搬移”操作，搬至载频的两边。相应的通频带B=2 Fmax，即最高话音频率的两倍。15调幅波的两个重要参数调幅波的两个重要参数1.调调幅幅度度 m a-反映调幅波振幅变化的相对程度。调幅度又可进一步分为上、下调幅度保证不失真条件保证不失真条件 0m a1 2.通通频频带带 B=2 Fmax-反映

9、已调波的有效带宽。16AMAM电路模型电路模型模拟乘法器模拟乘法器：是核心部件，将输入信号频谱不失真地搬移到某一载频的两侧。滤波器滤波器：取出有用分量，抑制无用分量。17平衡调幅 DSB-AM基本设想基本设想：“只传两个边带，不传载波”时时域域分分析析：已调波有两个特点，高频振荡之包络已不再是在载波振幅上下变化。合成包络不再反映调制信号变化规律，但仍保持调制信号的特征。频频域域分分析析：载波分量fc已经被抑制，频谱中只含有上边频和下边频分量。调制效率调制效率：100%电路模型电路模型：模拟乘法器18平衡调幅波的特点平衡调幅波的幅度与调制信号幅度的绝平衡调幅波的幅度与调制信号幅度的绝对值成正比。

10、对值成正比。调幅信号为正值时，平衡调幅波与载波调幅信号为正值时，平衡调幅波与载波同相；调制信号电压为负值时，平衡调同相；调制信号电压为负值时，平衡调幅被与载波反相。幅被与载波反相。当调制信号电平过零而改变其电压极性时，平衡调幅波相位随之变化180。19平衡调幅平衡调幅的过程平衡调幅的过程：将调制信号与被调制信号相乘。20单边带调幅SSB-AM基本设想：基本设想：只用一个边带依然保持调制信号的特征，并可节省一半带宽。两两种种方方式式：只传送上边带的USSB-AM和只传送下边带的LSSB-AM。时时域域分分析析：u（t）=m a U c cos（c +）t/2 （上边带单边带调幅 USSB-AM）

11、或u（t）=m a U c cos（c -）t/2 （下边带单边带调幅 LSSB-AM）频域分析频域分析：载波分量fc已经被抑制，频谱中只含有上边频或下边频分量。电路模型电路模型：（1）滤波法，（2）相移法。优点优点：（1）提高信道利用率，B=Fmax；（2）节约发射功率；（3）失真小，噪音小，保密性强。缺缺点点：（1）频率稳定度要高，尤其载频要非常准确和稳定；（2）放大器线性放大要求高；（3）需陡峭边沿（截止性能高）的滤波器。21残留边带调幅VSB-AM基本设想：基本设想：规定图象信号全部保留上边带的06 MHz，下边带保留频率较低部分01.25 MHz。以减少接收设备有成本，不产生失真，且

12、易于实现发送特点：发送特点：上边带06 MHz全传，下边带00.75 MHz全传，0.75 1.25 MHz减传，1.25 MHz 6 MHz不传。发射总带宽为1.25+6.5+0.25=8 MHz。电路模型：电路模型：首先对图像载波fv进行双边带调幅，再经残留边带滤波器（斜切滤波器）形成电视发射信号。22角度调制频率和相位的基本关系：频率和相位的基本关系：角频率（t）是总相角（t）对时间的一阶导数。总相角（t）是瞬时角频率对时间的积分。（t）=d（t）/dt （t）=0t（t）dt+0高频已调波的通式：高频已调波的通式：u (t)=U c cos（t）=U c cos 0t（t）dt+0角度

13、调制分类：角度调制分类：调频（FM）和调相（PM）两种；角角度度调调制制的的共共性性：（1）高频已调波的振幅U c稳定；（2）高频已调波的总相角（t）随调制信号变化。23二、调频调制二、调频调制 调频波的波形（调频波的波形（P93）24调制调频波分析（P90）调制信号：调制信号：u (t)=U cos t 载波信号：载波信号：u c(t)=U c cos Ct 调频已调波的一般表达式调频已调波的一般表达式 u（t）=U c cosC t+Kf0t u（t）dt瞬时角频率偏移：瞬时角频率偏移：（t）=Kf u（t）=Kf U cos t （根据调频的定义）Kf称为调制灵敏度，表示单位调制信号所引

14、起的角频移。瞬时角频率：瞬时角频率：（t）=C+（t）=C+Kf u（t）瞬时相位：瞬时相位：（t）=0t（t）dt =C t+Kf0t u（t）dt=C t+（t）瞬时相位增量：瞬时相位增量：（t）=Kf0t u（t）dt 调频波的相位变化量正比于调制电压对时间的积分。调频波的相位变化量正比于调制电压对时间的积分。25 将将：调制信号：调制信号：u (t)=U cos t 代入：代入：调频已调波的一般表达式调频已调波的一般表达式 u（t）=U c cosC t+Kf0t u（t）dt 得：u（t）=U c cosC t+Kf0t U cos t dt u (t)=U c cos（Ct+（Kf

15、 U /）sint）u (t)=U c cos（Ct+m f sint）所以：调频已调波所以：调频已调波u(t)：u (t)=U c cos（Ct+m f sint）调调制制指指数数（调调频频系系数数）：mf=f/=Kf U /，它表示在调频过程中，瞬时相位（t）变化幅度，反应了调制深度，单位是弧度。瞬时相位：瞬时相位：（t）=0t（t）dt+0=Ct+m f sint26调频波的频域分析调频波的频域分析m f1时（窄带调频）：时（窄带调频）：它与AM中单音调制的频谱结构相仿，区别是下边频分量相位差180O。当当m f 较大时频谱的特点：较大时频谱的特点：（1）频谱由载频分量和无穷多个边频分量

16、所组成；边频与载频之间角频率相差n（n=1，2，3，）。对于奇次边频分量，上、下边频的相位相反(反相）；对于偶次边频分量，上、下边频的相位 相同（同相）。（2）第n对边频分量的振幅为J n（m f）U c，m f越大，边频分量越多。（3）在某些m f值上，J n（m f）=0，即 第n对边频分量的振幅为0；在某些m f值上，J 0（m f）=0，即载频分量的振幅为0；如m f=2.4时，载频分量的振幅J 0（2.4）=0。27调频波的频谱调频波的频谱（P94）有效带宽有效带宽B:B=2(m f+1)F =2(f+F)调频广播标准规定调频广播标准规定：B=200 kHz；电视广播中伴音标电视广播

17、中伴音标准规定准规定：B=250 kHz。28调制调频已调波的特点调制调频已调波的特点振幅恒定振幅恒定，始终保持U c 不变；角频移角频移（t）=f cost，最大角频移最大角频移（最大角频偏）f =Kf U ；瞬时相移瞬时相移（t）=m f sint，最大相移最大相移为m f 。当单音调制信号的振幅U 为恒定时，最大角频偏f=Kf U保持恒定，且不随而变化。但调制指数 m f=f/=fmax/F却是与调制角频率成反比，调制角频率越高，所引起的最大相移m f 越小。29三个截然不同的频率参数三个截然不同的频率参数中心角频率中心角频率C：瞬时角频率（t）的平均值。最大角频偏最大角频偏f：表示瞬时

18、角频率偏离中心角频率C的最大值，并且它与调制信号的角频率无关。调制角频率调制角频率：表示瞬时角频率变化的快慢。30调制指数（调频系数）调制指数（调频系数）m f=f/=fm/F=最大频偏最大频偏/调制频率调制频率m f实质是最大的相位偏离值，表示在调频过程中，瞬时相位（t）变化幅度，反应了调制深度，单位是弧度。31调频波的功率关系（1）不论m f 为何值，已已调调波波的的平平均均功功率率恒恒等等于于载载波波功功率率。（2）改改变变m f 的的值值会会引引起起载载频频分分量量与与边边带带分分量量间间功功率率的的重重 新新 分分 配配，但 是 总 的 平 均 功 率 仍 保 持 不 变。（3）调频

19、时，边边带带功功率率是是由由载载波波功功率率分分配配提提供供；其大小由实际的频谱结构所决定。32AM、FM调制指数的比较调制指数的比较调制指数调制指数 调幅系数调幅系数m a 调频系数调频系数m f 相同点相同点 表示已调波调制深浅的程度，正比于调制信号幅度。与载波振幅与载波振幅 成反比 无关与调制信号频率与调制信号频率 无关 成反比取值范围取值范围 0，1 任意含义含义 已调波包络变化程度 已调波的最大相移关系式关系式 m a=U /U c m f=f/=Kf U /33调幅与调频的调幅与调频的主要区别（主要区别（P94P94）（1）高高频频载载波波振振幅幅：调幅的振幅是变化的。调频是等幅波

20、。（2）高高频频载载波波频频率率：调幅的高频载波频率不变化；调频的频率变化，并与调制信号的幅度成正比。（3）已已调调波波频频带带宽宽度度：调幅后的信号所占的频带宽度为调制信号最高频率的两倍。调频波所占的频带宽度要比调幅波宽得多。（4）声声音音质质量量：调幅保真度较差，收听效果不够满意。调频声音清晰，保真度较高，抗干扰能力强，噪声小，音质优美动听。可进行调频立体声广播，使收听者能获得立体感、方位感、临场感强的声音。（5）传输距离传输距离：调幅的传输距离和覆盖范围比调频大。344.1.24.1.2无线电波的传播特性无线电波的传播特性 1 1、无线电波的基本特性、无线电波的基本特性（P95P95）无

21、无线线电电波波：电电场场和和磁磁场场的的波波动动（电电磁磁波波）。1.电场的变化会产生磁场；相反地，磁场的变化又会产生电场。2.在变动的电场周围产生变动着的磁场，并且又在变动的磁场周围产生变动的电场。3.电场和磁场的交替运动，向四面八方传播出去。352、频率和波长、频率和波长 1.频频率率：电磁波在每秒钟变化的次数，单位为赫兹（Hz）。2.电电磁磁波波的的传传播播速速度度：在空气中的传播速度为光速3108m/s。3.周周期期：电磁波每变化一次所用的时间，单位为秒（s）。4.波波长长：在一个周期内传播的距离，单位为米（m）。电磁波的频率（f）、波长（）与波速（）之间关系：=f36附录附录1无线电

22、波频段划分（无线电波频段划分（P295）37电磁波传输方式电磁波传输方式波波 段段波波 长长频频 率率方式方式传播特点传播特点中、中、长波长波200m1500kHz沿地表传播大地表面是导体，一部分电磁波会损耗掉，频率越高，损耗越大短波短波10m-200m1.530MHz靠电离层反射传播电磁波一部分被吸收，另一部分被反射或折射到地面。频率越高，被吸收的能量越小，但频率越过一定值，电磁波会穿过电离层，不再返回地面超短超短波波10m30MHz沿空间直线传播地球表面是弯曲的，所以只能限制在视线范围内383、广播电视波段（频段）划分、广播电视波段（频段）划分（P96）中中波波（中频）526.5kHz（5

23、70m）至1605.5kHz（187m），国内声音广播。国内声音广播。短短 波波（高 频）2.3MHz（130m）至26.1MHz（11.5m），国外声音广播。国外声音广播。微波微波可分为特高频UHF（分米波）、超高频SHF（厘米波）、极高频EHF（毫米波）。卫星广播通常使用C波段（3.96.2GHz）和Ku波段(11.712.2GHz)。传输节目和卫星广播。传输节目和卫星广播。39微波频率波段微波频率波段Microwave Frequency BandsBand波段波段Frequency Range(in GHz)频率范围频率范围LSCXKuKKaVWmm1-22-44-88-1212-18

24、18-2727-4040-7575-110110-300403、广播电视波段（频段）划分、广播电视波段（频段）划分（P96）超超短短波波包括米波（甚高频）和分米波（特高频）。甚甚高高频频VHF（米米波波）48.7MHz（6.16m）至223MHz（1.35m），又分为、三个波段。特特高高频频UHF（分分米米波波）470MHz（0.64m）至958MHz（0.31m），主要用于地面电视广播，可容纳56个频道，它又分为、两个波段。41电离层电离层电离层电离层：从地球上空60公里到大气层外缘几千公里高度的空间内，大气层中的空气分子受太阳辐射的紫外线和X射线照射后，一部分气体分子被电离，形成电子、正离

25、子和负离子。电离层分层：电离层分层：白天有三到四层存在，按其高度排列为D、E、F层或D、E、F1、F2层，在夜间，D、F1层消失，只有E、F2层存在。424、电波的传播途径、电波的传播途径1、天天波波传传播播经过电离层反射后到达接收点；2、空空间间波波传传播播经过对流层在自由空间传播；3、地波传播地波传播沿地球表面传播。传播距离比较：传播距离比较：电离层电离层 地面地面 直线直线43无线电波的传播特性无线电波的传播特性（P97P97）44各波段电波的传播特（各波段电波的传播特（P97P97）1、中波：、中波：白天主要由地波传播白天主要由地波传播。晚晚间间D层层消消失失，天天波波由由E电电离离层

26、层反反射射可可传到较远距离传到较远距离。铁塔高度通常为四四分分之之一一波波长长，即几十米至一百多米，所辐射的地波约可传播可传播200公里公里。45各波段电波的传播特点各波段电波的传播特点2、短波：、短波：主要由天波传播主要由天波传播。（F2电离层）电离层）衰衰落落现现象象：由于电离层的电离程度和位置高度变化，传播不稳定，收听的信号忽强忽弱。短波广播的发射天线尺寸比中波要短小得多，发射机的功率也可以小得多。靠天波传播的距离很远，可达上万公里可达上万公里。46各波段电波的传播特点各波段电波的传播特点3 3、超短波、超短波（米波和分米波）只只能能靠靠空空间间波波传传播播。即在收、发两点间直线的方向传

27、播，也称为视视距距（视视线距离）传播线距离）传播。传播距离一般只有几十公里几十公里，发射天线架得越高传播效果越好。47各波段电波的传播特点各波段电波的传播特点4 4、微波：、微波：视视距距传传播播：它可象光线一样聚成一条细束来传播。微波可用来在两个地点之间传送节目。微微波波中中继继传传输输：由于微波的传播距离只有几十公里，而且会受到传播路径中高大物体的阻挡，因此需要每隔一定距离设一微波站，形成微波链路，将信号一站一站接力传向远方的方式。485 5、覆盖网和传输网（、覆盖网和传输网（P98P98自学）自学）覆盖网覆盖网：由转播台、差转台和同步卫星形成的扩大节目覆盖范围的网络。传输网传输网：完成台际节目信号传输的网络。通常主用光纤链路，备用微波链路。496 6、频率资源的有效利用（、频率资源的有效利用（P98P98自学）自学）频率资源由国家无线电管理委员会管理。广播电视机构负责广播电视频率的指配。对指配的频率资源充分有效利用的方法1.多工技术2.数字技术50