无线电通信基本原理
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无线电通信基本原理范文第1篇
1.引 言
为了保证无线电发射设备的运行安全，提高无线电信号的播出质量，无线电设备屏蔽技术在无线电通信领域得到了广泛使用。随着无线电通信事业的发展和科学技术的进步，现在无线台站的屏蔽要求越来越高，无线电设备屏蔽问题也越来越受到重视。众所周知，高频无线辐射会对人体产生一定的危害，为保证无线电通信工作人员的身体健康，对无线设备机房进行屏蔽和对人员进行防护很有必要。现在随着全固态无线电发射机的广泛使用和遥控遥测技术的推广，无线电设备屏蔽问题也越来越突出。无线电发射设备由于采用大功率射频设备，内部电磁环境复杂，干扰源众多，无论是数据的采集、传输和计算机系统本身都极易受到干扰，造成误报、误告警、误动作，给无线电通信安全造成不良影响。同时采用屏蔽技术可以大大降低雷击造成的电磁危害。
2.无线电屏蔽的基本原理
无线电设备屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲，就是用屏蔽体将部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。因为屏蔽体对来自导线、电缆、部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量(涡流损耗)、反射能量(电磁波在屏蔽体上的界面反射)和抵消能量(电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波)的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。
当干扰电磁波的频率较低时，要采用高导磁率的材料，从而使磁力线限制在屏蔽体内部，防止扩散到屏蔽的空间去。当干扰电磁场的频率较高时，利用低电阻率的金属材料中产生的涡流，形成对外来电磁波的抵消作用，从而达到屏蔽的效果。
在实际中，许多人不了解电磁屏蔽的原理，认为只要用金属做一个箱子，然后将箱子接地，就能够起到电磁屏蔽的作用。其实电磁屏蔽与屏蔽体接地与否并没有关系。真正影响屏蔽体屏蔽效能的只有两个因素，一个是整个屏蔽体表面必须是导电连续的，另一个是不能有直接穿透屏蔽体的导体。屏蔽体上有很多导电不连续点，最主要的一类是屏蔽体不同部分结合处形成的不导电缝隙。这些不导电的缝隙就产生了电磁泄漏，如同流体会从容器上的缝隙上泄漏一样。解决这种泄漏的一个方法是在缝隙处填充导电弹性材料，消除不导电点。但也不是用导电弹性材料将缝隙密封到滴水不漏的程度才能够防止电磁波泄漏。因为缝隙或孔洞是否会泄漏电磁波，取决于缝隙或孔洞相对于电磁波波长的尺寸。当波长远大于开口尺寸时，并不会产生明显的泄漏。因此，当干扰的频率较高时，这时波长较短，就需要使用电磁密封衬垫。具体说，当干扰的频率超过10MHz时，就要考虑使用电磁密封衬垫。凡是有弹性且导电良好的材料都可以用做电磁密封衬垫。常使用的电磁密封衬垫有导电橡胶、金属编织网、指形簧片、多重导电橡胶等。
3.无线电设备屏蔽的主要方法
无线电设备屏蔽按机理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。
3.1电场屏蔽
电场屏蔽将电场感应看成分布电容间的藕合。在使用中，屏蔽板以靠近受保护物为好，而且屏蔽板的接地必须良好；屏蔽板的形状对屏蔽效能的高低有明显影响，全封闭的金属盒最好，但工程中很难做到；屏蔽板的材料以良导体为好，但对厚度无要求，只要有足够的强度就可了。
3.2 磁场屏蔽
磁场屏蔽通常是指对直流或低频磁场的屏蔽，其效果比电场屏蔽和电磁场屏蔽要差的多。它主要是依靠高导磁材料所具有的低磁阻，对磁通起着分路的作用，使得屏蔽体内部的磁场大为减弱。在使用中，要选用高导磁材料，如坡莫合金;要增加屏蔽体的厚度。这两点均是为了减小屏蔽体的磁阻。被屏蔽的物体不要安排在紧靠屏蔽体的位置上，以尽量减小通过被屏蔽物体体内的磁通；注意屏蔽体的结构设计，凡接缝、通风孔等均可能增加屏蔽体的磁阻，从而降低屏蔽效果；对于强磁场的屏蔽可采用双层磁屏蔽体的结构。
对要屏蔽外部强磁场的，则屏蔽体的外层选用不易饱和的材料，如硅钢；而内部可选用容易达到饱和的高导磁材料，如坡莫合金等。反之，如果要屏蔽内部强磁场时，则材料的排列次序要倒过来。
在安装内外两层屏蔽体时，要注意彼此间的绝缘。当没有接地要求时，可用绝缘材料做支撑件，若需接地时，可选用非铁磁材料(如铜、铝)做支撑件。
3.3 电磁场屏蔽
电磁场屏蔽是利用屏蔽体阻止电磁场在空间传播的一种措施。
它的屏蔽机理是:
（1)未被表面反射掉而进入屏蔽体的能量，在体内向前传播的过程中，被屏蔽材料所衰减，也就是所谓的吸收。
（2）当电磁波到达屏蔽体表面时，由于空气与金属的交界面上阻抗的不连续，对入射波产生的反射。这种反射不要求屏蔽材料必须有一定的厚度，只要求交界面上的不连续;
（3）在屏蔽体内尚未衰减掉的剩余能量，传到材料的另一表面时，遇到金属一空气阻抗不连续的交界面，会形成再次反射，并重新返回屏蔽体内，这种反射在两个金属的交界面上可能有多次的反射。总之，电磁屏蔽体对电磁的衰减主要是基于电磁波的反射和电磁波的吸收。
3.4 实际的电磁屏蔽体结构材料
（1）适用于底板和机壳的材料大多数是良导体，如铜、铝等，可以屏蔽电场，主要的屏蔽机理是反射信号而不是吸收。
（2）对磁场的屏蔽需要铁磁材料，如高导磁率合金和铁。主要的屏蔽机理是吸收而不是反射。
（3）在强电磁环境中，要求材料能屏蔽电场和磁场两种成分，因此需要结构上完好的铁磁材料，屏蔽效率直接受材料的厚度以及搭接和接地方法好坏的影响。
必须尽量减少结构的电气不连续性，以便控制经底板和机壳进出的泄漏辐射。提高缝隙屏蔽效能的结构措施包括增加缝隙深度，减少缝隙长度，在结合面上加入导电衬垫，在接缝处涂上导电涂料，缩短螺钉间距离等。
4.实际运用中的注意事项
（1）要注意由于电缆穿过机壳使整体屏蔽效能降低的程度。典型的未滤波的导线穿过屏蔽体时，屏蔽效能降低30dB以上。
（2）电源线进入机壳时，全部应通过滤波器盒。滤波器的输入端最好能穿出到屏蔽机壳外；若滤波器结构不宜穿出机壳，则应在电源线进入机壳处专为滤波器设置一隔舱。
（3）信号线、控制线进入或穿出机壳时，要通过适当的滤波器。具有滤波插针的多芯连接器适于这种场合使用。
（4）必须注意在截止波导孔内贯通金属轴或导线时会严重降低屏蔽效能。
（5）当要求使用对地绝缘的金属控制轴时，可用短的隐性控制轴，不调节时，用螺帽或金属衬垫弹性安装帽盖住。
（6）为保险丝、插孔等加金属帽。
无线电通信基本原理范文第2篇
焦炉四大车的通信方式大多采用无线或感应无线的通信方式。在感应无线的通信方式中,编码电缆既作为位置检测使用,又作为数据通信使用。将编码电缆应用在移动机车的定位上是相当成功的,但将其应用在数据通信上,其缺点是明显的。首先感应无线通信的工作频率较低(100kHz左右),容易受到电气干扰;其次其通信环路过长,设备复杂,稳定性较差,成本高。近年来,无线电通信技术飞速发展,已由过去的模拟方式发展到现在的数字方式,其特点是硬件设备简单、通信速度快、通信误码率低。因此采用无线数据通信技术解决焦炉四大车的通信问题是未来的发展方向。
1.1通信技术
(1)扩频通信基本原理扩频通信,即扩展频谱通信(Spread SpectrumCommunication),它与光纤通信、卫星通信,一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码(扩频序列:Spread Sequence)调制,实现频谱扩展后再传输;接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理,恢复原始信息数据。(2)扩频通信的理论基础扩频通信的可行性,是从信息论和抗干扰理论的基本公式中引伸而来的。扩展频谱换取信噪比要求的降低,正是扩频通信的重要特点,并由此为扩频通信的应用奠定了基础。总之,我们用信息带宽的10 0倍,甚至10 0 0倍以上的宽带信号来传输信息,就是为了提高通信的抗干扰能力,即在强干扰条件下保证可靠安全地通信。这就是扩展频谱通信的基本思想和理论依据。
2 位置检测的基本原理
2.1编码电缆的结构
编码电缆由电缆芯线、模芯和电缆护套构成。芯线有两种,即基准线(R线)和地址线(G0线—G9线)。基准线R在整个电缆段中不交叉,地址线是按格雷码的编码规律来编制的,G0每隔2P交叉一次,G1每隔4P交叉一次,G2每隔8P交叉一次,以此类推,G9在整个电缆段中只交叉一次,P为依靠电缆本身能识别的最小长度。
2.2位置检测的基本原理
图1为编码电缆位置检测原理示意图。移动机车上安装一个天线箱(发射天线),天线箱距离扁平电缆10 ~30 c m,天线箱发射的高频信号通过电磁感应被地面的编码电缆接收,R线为平行敷设的一对线,接收到的信号作为基准信号,G0 ~ G9在不同的位置有不同的交叉点,其接收到的信号在经过偶数个交叉后,相位与基准信号相同,在经过奇数个交叉点后,相位与基准信号的相位相反,若规定同相位时地址为“0”,反相位时地址为“1”,则在编码电缆的某一位置得到唯一10位的地址编码,此对应与机车的一个地址。例如图中G0~G9的地址码为:001…1。位置检测单元将地址码转换成十进制的米数,即可检测出机车离编码电缆始端的距离,从而得到机车的位置。
3 感应无线定位和通信系统
数据通信受到变频调速器谐波干扰,变频器工作时,作为一个强大的干扰源,其干扰途径一般分为辐射、传导、电磁耦合、二次辐射和边传导边辐射等,谐波的频率为几十千赫兹到几百千赫兹。主要途径如图2所示。从图2可以看出,变频器产生的辐射干扰对周围的无线电接收设备产生强烈的影响。下面介绍感应无线通信系统中数据通信和地址检测的模式,并说明变频调速器对感应无线通信干扰的原因。
3.1数据通信的模式
感应无线通信的工作频率为:地面站:79kHz,车载站:49k Hz,这个频率正好在变频调速器的谐波范围,于是产生了同频干扰。数据通信的流程如图3所示。由于地面站的数据是通过编码电缆发射的,而编码电缆是单线圈结构,发射效率较低,要保证车上的接收质量,必须提高车上接收的灵敏度,因此车上的接收天线是多线圈的,并配有信号放大器,因此灵敏度较高,在接收地面站信号时也很容易接收到变频器的谐波,造成同频干扰。车上接收到错误的数据后就不能往地面站回发数据,只能等待接收下一帧数据。若干扰仍存在,通信就中断了。为了消除变频调速器的谐波干扰,常采用如下两种方法。(1)增加一个参数一样的接收线圈。采用放大器差分输入(减法器)的办法来消除干扰,但同时也把有用的信号差分掉了,为了防止有用信号被差分(相减)掉,这两个线圈必须保持一定的距离。这样它们接收到的干扰信号就不相等了,因此,用差分相减的办法不能完全消除变频调速器的谐波干扰。(2)采用无线扩频通信技术。其工作频率2.4GHz,避开了变频调速器谐波干扰,是一种彻底解决变频调速器的谐波对数据通信干扰的办法。本系统采用的就是无线扩频通讯技术。
3.2地址检测模式
感应无线通信系统中,编码电缆既用作地址检测,又用作数据通信,因此地址检测和数据通信只能分时进行,地址检测建立在数据通信之上。即在一个通信同期内,有一段时间用于车上调制器发送载波,以便地面站检测地址,如图4所示。由于变频调速器的干扰,车载站接收到错误的数据后不能回发数据,也就不能发送载波(用于地址检测)了,因此地址检测便不能实现。
3.3变频调速器的谐波对感应无线数据通信干扰
编码电缆既用作地址检测,又用作数据通信,通过编码电缆和车上天线箱的电磁感应实现车载站和地面站的数据交换。近年来,变频调速器在工业控制中得到了广泛的应用。但它工作时频率丰富的谐波对周围的设备带来了严重的干扰。其严重后果有:(1)影响无线电设备的正常接受;(2)影响周围机器设备的正常工作,使它们因接受错误的信号而产生错误动作。所以数据通信应采用抗干扰能力强,尤其是抗变频调速器谐波干扰的通信技术。
无线电通信基本原理范文第3篇
根据国际电联的工作安排，2009年将集中征集4G技术标准，2010年会推出第一个4G版本，并在2011年世界无线电通信大会上通过。4G预计2015年左右投入商用。4G技术的飞速发展，使得广大用户享受更新、更快捷、更丰富的通信生活成为可能。
24G网络中的关键技术
4G系统针对各种不同业务的接人系统，通过多媒体接入连接到基于口的核心网中。基于IP技术的网络结构使用户可实现在3G、4G、WLAN及固定网间无缝漫游。4G网络结构可分为三层：物理网络层、中间环境层、应用网络层。
(1)物理网络层提供接入和路南选择功能。
(2)中间环境层的功能有网络服务质量映射、地址变换和完全性管理等。
(3)物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的，使发展和提供新的服务变得更容易，提供无缝高数据率的无线服务。并运行于多个频带，这一服务能自适应于多个无线标准及多模终端，跨越多个运营商和服务商，提供更大范围服务。
据国际电信联盟定义，4G技术是可为移动中的用户提供100Mb/S的数据传输、为静止的用户提供1Gb/S的数据传输的无线通讯技术，包含OFDM、智能天线(SA)与多人多出天线(MIMO)技术、软件无线电技术(SDR)三大关键技术。
2.1OFDM
OFDM即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCMMulti-CarrierModulation，多载波调制的一种。OFDM技术有很多优点：可以消除或减小信号波形间的干扰，对多径衰落和多普勒频移不敏感，提高了频谱利用率；适合高速数据传输；抗衰落能力强；抗码间干扰(ISI)能力强。
2.2智能天线(SA)与多入多出天线(MIMO)技术
智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线成形波束能在空间域内抑制交互干扰，增强特殊范围内想要的信号，这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。其基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的接收和发射。同时通过基带数字信号处理器，对各个天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并，实现上行波束赋形。目前智能天线的工作方式主要有两种：全自适应方式和基于预多波束的波束切换方式。
移动通信环境中的多径传播对通信的有效性与可靠性造成了严重的影响。而多输入多输出(M1MO)技术在通信链路两端均使用多个天线，发端将信源输出的串行码流转成多路并行子码流，分别通过不同的发射天线阵元同频、同时发送，接收方则利用多径引起的多个接收天线上信号的不相关性从混合信号中分离估计出原始子码流，这相当于频带资源重复利用，使频谱利用率和链路可靠性极大的提高。
2.3软件无线电技术(SDR)
软件无线电(SDR)是将标准化、模块化的硬件功能单元经一通用硬件平台，利用软件加载方式来实现各类无线电通信系统的一种开放式结构的技术。其中心思想是使宽带模数转换器(A/D)及数模转换器(D/A)等先进的模块尽可能地靠近射频天线的要求。尽可能多地用软件来定义无线功能。其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、调制解调算法软件、信道纠错编码软件、信源编码软件等。软件无线电技术主要涉及数字信号处理硬件(DSPH)、现场可编程器件(FPGA)、数字信号处理(DSP)等。
2.4基于IP的核心网
4G移动通信系统的核心网是一个基于全IP的网络，可以实现不同网络间的无缝互联。核心网独立于各种具体的无线接人方案，能提供端到端的IP业务，能同已有的核心网和PSTN兼容。核心网具有开放的结构，能允许各种窄中接口接人核心网；同时核心网能把业务、控制和传输等分开。采用IP后，所采用的无线接入方式和协议与核心网络(CN)协议、链路层是分离独立的。在4G通信系统中将取代IPv4协议，主要采用全分组方式IPv6技术。
34G技术的发展现况及其挑战
3.1日本NTI-DoCoMo在4G的领先优势
2008年日本NTTDoCoMo公司新闻公报称，该公司在2007年年底进行的4G外场试验中，创下5.3Gb/s的最大下行速率纪录。在此次试验中，无线通信系统的发射端和接收端天线均从一年前试验时的6根增加到12根，并采用了该公司独有的接收信号处理技术，使下行速率成功翻倍。
3.2WiMAX“准4G”标准
2007年10月19日，国际电信联盟ITU在日内瓦举行无线通信全体会议，无线宽带技术WiMAX通过投票正式成为3G标准。
WiMAX，即IEEE802A6x，全称是“微波存取全球互通技(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)”，被业界认为是高于现有3G标准的“准4G”标准。和传统的TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000相比，WiMAX的最大传输半径达到了约50km，接近前者的两倍。而在传输速度上，WiMAX也让其他3G标准望尘莫及。在10km范围内，WiMAX网络的带宽可以达到70Mb/S，甚至超过了ADSL等有线网络的技术，而3G标准中的TDSCDMA和WCDMA则均为2Mb/s。
3.3美国与欧洲针对4G的举动
作为美国的代表，3G时代的霸主高通公司一方面希望通过引入DMMX和HMMX这两项技术后，性能达到4G的要求；另一方面则通过收购Flarion科技公司获得了近300项OFDM技术专利，这被业界视为高通欲在4G时代继续保持专利的绝对领先之举。
在欧洲，爱立信已与美国加利福尼亚大学合作开发4G技术。加利福尼亚大学已正式成立了加州通信和信息技术学会，并得到了爱立信的投资。而阿尔卡特、爱立信、摩托罗拉、诺基亚、西门子成立了旨在推动4G技术开发的世界无线研究论坛WWRF(WirelessWorldResearchForum)。该组织下设的6个工作组，分别讨论业务、市场、结构、接口、核心技术等问题。
3.4我国正在加快4G关键技术研究步伐
从2001年底起，继在国产3G标准制定方面取得巨大进展之后，国家“十五”、“863”计划启动了面向未来移动与无线通信发展的“FUTURE计划”。
2006年7月，上海建设的世界最大的4G实验网通过了863项目的验收。通过验收的上海试验网由三个无线覆盖小区、六个无线接入点组成，具有在移动环境下支持蜂值速率为100Mb/S的无线传输及高清晰度交互式图像业务演示等功能。
“FUTURE计划”负责人之一、国家“863”计划未来移动通信总体组组长尤肖虎表示，我国已经在国内外申请移动通信技术发明专利100余项，我国在第四代移动通信技术上已经处于世界前沿。
2009年，我国对4G的发展步伐明显加快。大唐移动联合中兴通讯、华为以及相关高校和科研院所完成了4G相关白皮书。相关业内人士透露，我国已经完成了4G标准的技术方案起草工作，目前正在进行4G关键技术的系统验证。我国目前正在更多地区进行4G系统的测试工作，且要赶在2010年前对其进行商业化测试，以便在2011年世界无线电通信大会时向国际电信联盟提交有着自主知识产权的4G标准。
44G移动通信技术未来预测
无线电通信基本原理范文第4篇
关键词：GPS RTK；高速公路；应用
1 RTK技术概述
RTK除了作静态布设控制网外，还可作实时动态监测。基于载波相位观测，RTK测量技术能够实现实时差分GPS测量。主体思路为：将1台GPS安装在基准站上，做为接收机，持续监测可视范围内的GPS卫星，同时借助无线电传送设施，及时把观测信息传送至用户监测站。在用户监测站，GPS接收机一边接收GPS卫星信号，一边接收观测数据，其是由基准站传送，这一过程需要用到无线电设施。之后，参照相对定位原理，实时对整周模糊度进行解算，求出未知数，同时对显示用户站的空间坐标以及相关准确度进行运算。经过实时运算，获得定位结果，由此可以评估监测基准站以及用户站的观测成果的质量，以及判断解算结果的收敛状况，对解算结果的正确性进行实时判断，进而避免发生冗余观测量，减少观测用时。
构成RTK测量系统的主体有：GPS接收系统、数据传送系统以及软件部分。其中，发射电台（位于基准站）、接收电台（位于流动站）构成了数据传送系统，这一系统在确保动态测量的实时上起着主要作用。软件部分的作用为：对流动站的空间坐标进行实时解算。在传承GPS测量技术优势的基础上，RTK测量技术还兼具观测花费时间少、实时解算等优势。所以，对于生产效率的提高有很大好处。如果应用快速静态测量途径，在15千米区间里，实时动态定位的准确度能够达到1至2厘米，在高速公路施工中，针对放样测量工作有很好的适用性。
2 RTK技术基本原理
目前，RTK技术的全称是：实时动态载波相位分技术。此项技术的定位已经达到了厘米级的精确度，在常见的工程测量中，能够充分满足其精度需求。
RTK技术集成了多项技术成果，如大地测量技术、空间技术、卫星技术、无线电通信技术以及计算机技术，能够广泛应用在诸多领域。RTK的三大构成主体有：基准站、诸多流动站以及通讯系统。构成基准站的设备有：GPS接收机以及天线、无线电通信发射机、电源、基准站控制仪等。组成流动站的主要设备有：GPS天线以及接收机、手簿等。
在测量过程中，全部卫星信息传送到基准站，后者随即将其连同自身信息传送至移动站。可见，每个移动站接受的信息来自两方：卫星信息、基准站信息。当移动站进行初始化之后，基准站信息便可以被控制器接收，后者会将移动站的空间坐标显示出来。RTK系统能够高速、精确解算整周模糊度的原因主要为：该系统的算法非常快速。这些高速算法，包含函数法、最小二搜索法、组合波搜索法以及高速分解法等。RTK技术的优势主要建立在快速数据传输技术基础上。
RTK的基准坐标系统为WGS-84系统。后者将前者所有的观测值与解算结果都包含在内。现今，我国应用的坐标系为1980国家大地坐标系。以往为一些区域性坐标系统，如1954坐标系、各类工程坐标系、城市坐标系等。所以，在实际应用中，需要把RTK基准坐标系统（WGS-84系统）转换成地方坐标系统，因此，一定要掌握两者间的转换系数（平移因子、尺度因子以及旋转因子）。
3 RTK技术在高速公路中的应用
3.1 构建高速公路控制系统
在高速公路施工中，测量任务主要有定线、平断面测量、定位测量三大任务。要圆满完成这三大任务就必须建立一个高精度的、布局合理的整体控制系统，其优劣将直接影响GPSRTK技术的效果。控制系统的构建可采用GPS作静态测量构建时应精心选择原有（提供）的控制点并将加密的控制点纳入同一坐标系统中去（即建立了本段高速的控制网）。
本段高速公路控制系统中各控制点的作用之一是为了设置GPSRTK基准站，因此要求新设控制点应设置在地势较高、视野开阔，控制点的周围不得有高度角度超过10度的障碍物，在控制点100米范围内不能有强电磁干扰（无线电台、高压线、微波等），及不能有导致多路经效应的GPS信号反射体（比如大机积水域、高大建筑物等）。
3.2 坐标系统转换参数和确定
将基准站安置在符合要求的新设控制点或旧有控制点上获其WGS-84坐标将移动站安置在基准站控制范围尽可能远的另一符合要求的新设控制点或旧有控制点上，可解算出四参数或七参数须架设俩个点，适合本段高速公路的施工测量任务。
3.3 RTK在高速公路上的施工放样
将基准站架设在已知控制点上，或随意架设在一个符合条件的控制点，打开工程之星软件，建立新文件，输入已获得四参数或七参数，根据工程的需要，将移动站设置在工作点（比如线路中桩，平断面点，待放样点等）上。根据工程的需要，可同时使用多个移动站。基准站与移动站的距离一般不超过15km。放样时，要等到出现固定解，这样才能满足工程的精度。
4 RTK坐标系统的转换
（1）当基准站已知坐标系统为WGS-84系统时，移动站也要应用此坐标系统，那么就无需转换坐标系统。
（2）当基准站已知坐标系统为WGS-84坐标系统，而移动站应用的为地方坐标系统，那么需要用到两者的转换系数，将之输入到基准站上。
（3）当基准站应用的坐标系统是地方坐标系统，而移动站为
WGS-84系统时，那么需要将地方坐标系统、两个坐标系统间的转换系数输入到基准站，同时将WGS-84系统应用在移动站。
（4）如果基准站应用的地方坐标系统，而移动站也为地方坐标系统，那么将地方坐标系统输入至基准站，同时将基准站输入为地方坐标系统与WGS-84坐标系统间的坐标转换参数。
5 RTK作业的影响因素
一些因素会制约RTK的作业，因此需要避免。GPS综合系统的局限性导致了这些不利影响因素的发生。例如，当处于树林茂密的地区时，GPS接受信号的能力很差，GPS要实现精确可靠的定位必需有5颗适当分布的卫星。此外，RTK传输数据链也会导致自身不利因素的发生。RTK数据链工作时，其周边电磁环境、作用范围都会在很大程度上影响其工作效率。
6 利用TOPCON（GPT-7001）全站仪进行检查
在泉州南惠高速公路NHA1合同段中，利用南方S-82静态布设和复测控制点，实时动态放样线路中桩和定线。断面测量的成果进行复核，其精度完成符合设计要求，RTK静态测量点位和高程的精度在1厘米和2厘米以内。
7 结束语
无线电通信基本原理范文第5篇
关键词：宽带短波；信道建模；Watterson模型
中图分类号：TN925文献标识码：A文章编号：10053824（2014）03-0048-05
0引言
短波是指频率为330 MHz的无线电波。利用短波进行的无线电通信称为短波通信。短波通信具有较强的抗毁性、设备小、造价低廉和组网灵活等优点。因此比较适合用于处于移动状态的物体，比如车、船和飞机等。另外，因为短波是唯一不受网络枢纽和有源中继器制约的远程通信手段，所以，一旦发生战争或自然灾害，其他通信网络会受到破坏，卫星也有可能受到攻击，此时短波通信将发挥重要作用。目前，国际上广泛认可的经典模型为国际电信联盟（CCIR）推荐的Watterson短波信道模型。然而其有效带宽不超过12 kHz，只适合传输速率比较低的数据通信。
1宽带短波信道模型
1.1信道模型及其2种衍生模型
1.1.1Watterson模型
Watterson模型[1]是短波信道模型中具有代表性的一种模型，它是由Watterson等人在1969年提出的高斯散射模型，其由增益抽头延迟线、多路随机噪声产生器、抽头调制器和信号相加器等组成，如图1所示。
Watterson模型为一个窄带短波模型，其建模思想基于以下3个基本假设：
1） 抽头增益函数Gi（t）为复高斯过程，其服从瑞丽分布，相位服从均匀分布；
2） 在统计上，抽头增益函数Gi（t）是相互独立的；
3） 多普勒频扩功率谱服从高斯分布。每个抽头增益函数Gi（t）由2个复高斯函数相加，其功率谱也服从高斯分布。
Watterson模型虽被CCIR广泛推荐使用，但其自身的一些局限性限制了模型在宽带信道模型的应用，这些局限性主要体现在以下3个方面：
1） Watterson模型是一个静态窄带模型，其有效带宽小于等于12 kHz，只满足10 min内的短波信道实测数据；
2） Watterson窄带模型中未对延迟功率谱进行建模，其多普勒频移也不能随时间延迟的变化而变化。
3） 多普勒频扩的高斯功率谱形状并不适用于所有高频电离层传播模式。在某些特殊情况下，指数形状优于高斯形状。
Watterson模型是国际上比较认可的广泛使用的经典模型，但由于其有效带宽不超过12 kHz，所以不能用其直接用于宽带短波的研究中，目前已拥有2种Watterson模型的改进模型，这2种模型属于宽带短波模型。
1.1.2改进模型：后接高斯随机延迟
Watterson后接高斯随机延迟模型[2]为Lacaze于1998年提出。文献[2]假设每条传输路径上的传输时延均满足高斯分布。其信道模型图如图2所示。
1.1.3Watterson改进模型：后接群延迟特性滤波器
Milson提出在Watterson模型的后端加上一个线性特性的群延迟滤波器来模拟信道的群延迟特性，获得宽带短波信道模型，其结构如图3所示。
图3加群延迟滤波器的Watterson改进模型但这种方法存在根本性的不足，其认为宽带信道内的频率分量是相关的，但实际情况是相隔几赫兹的频率分量将经历独立衰落。
1.2电离层物理模型
电离层物理模型是V.E.Gherm等人于2003年提出的一种新的基于电离层物理参数的宽带短波信道模型，并以该模型的基本理论和结构建立了软件信道模拟器。因此在信号带宽、可用工作频率、接收发射路径以及电离层特性的状态下可以生成各种可能传播路径上的多普勒扩展和时延扩展。并且还可以输出宽带短波信道的随机时间序列。
无线电通信基本原理范文第6篇
关键词：电子设备 电磁兼容性 干扰源 有效抑制
1引言
随着电子技术的迅速发展，现代的电子设备已广泛地应用于人类生活的各个领域。当前，电子设备已处速发展的时期，并且这个发展过程仍以日益增长的速度持续着。电子设备的广泛应用和发展，必然导致它们在其周围空间产生的电磁场电平的不断增加。也就是说，电子设备不可避免地在电磁环境（EME）中工作。因此，必须解决电子设备在电磁环境中的适应能力。电磁兼容性（EMC）是一门关于抗电磁干扰（EMI）影响的科学。目前，就世界范围来说，电磁兼容性问题已经形成一门新的学科。电磁兼容的中心课题是研究控制和消除电磁干扰，使电子设备或系统与其它设备联系在一起工作时，不引起设备或系统的任何部分的工作性能的恶化或降低。一个设计理想的电子设备或系统应该既不辐射任何不希望的能量，又应该不受任何不希望有的能量的影响。
2电磁干扰源的分类
各种形式的电磁干扰是影响电子设备电磁兼容性的主要因素，因此，它是电磁兼容性设计中需要研究的重要内容。
2－1 内部干扰
内部干扰是指电子设备内部各元部件之间的相互干扰，包括以下几种。
（1）工作电源通过线路的分布电容和绝缘电阻产生漏电造成的干扰；(与工作频率有关)
（2）信号通过地线、电源和传输导线的阻抗互相耦合，或导线之间的互感造成的干扰；
（3）设备或系统内部某些元件发热，影响元件本身或其它元件的稳定性造成的干扰；
（4）大功率和高电压部件产生的磁场、电场通过耦合影响其它部件造成的干扰。
2－2 外部干扰
外部干扰是指电子设备或系统以外的因素对线路、设备或系统的干扰，包括以下几种。
（1）外部的高电压、电源通过绝缘漏电而干扰电子线路、设备或系统；
（2）外部大功率的设备在空间产生很强的磁场，通过互感耦合干扰电子线路、设备或系统；
（3）空间电磁波对电子线路或系统产生的干扰；
（4）工作环境温度不稳定，引起电子线路、设备或系统内部元器件参数改变造成的干扰；
（5）由工业电网供电的设备和由电网电压通过电源变压器所产生的干扰。
3干扰的传递途径
当干扰源的频率较高、干扰信号的波长又比扰的对象结构尺寸小，或者干扰源与扰者之间的距离r>>λ／2π时，则干扰信号可以认为是辐射场，它以平面电磁波形式向外副射电磁场能量进入扰对象的通路。
（2）干扰信号以漏电和耦合形式，通过绝缘支承物等（包括空气）为媒介，经公共阻抗的耦合进入扰的线路、设备或系统。
如果干扰源的频率较低，干扰信号的波长λ比扰对象的结构尺寸长，或者干扰源与干扰对象之间的距离r
（3）干扰信号可以通过直接传导方式引入线路、设备或系统。
4电磁兼容性设计的基本原理
4－1 接地
接地是电子设备的一个很重要问题。接地目的有三个：
（1）接地使整个电路系统中的所有单元电路都有一个公共的参考零电位，保证电路系统能稳定地干作。
（2）防止外界电磁场的干扰。机壳接地可以使得由于静电感应而积累在机壳上的大量电荷通过大地泄放，否则这些电荷形成的高压可能引起设备内部的火花放电而造成干扰。另外，对于电路的屏蔽体，若选择合适的接地，也可获得良好的屏蔽效果。
（3）保证安全工作。当发生直接雷电的电磁感应时，可避免电子设备的毁坏；当工频交流电源的输入电压因绝缘不良或其它原因直接与机壳相通时，可避免操作人员的触电事故发生。此外，很多医疗设备都与病人的人体直接相连，当机壳带有110V或220V电压时，将发生致命危险。
因此，接地是抑制噪声防止干扰的主要方法。接地可以理解为一个等电位点或等电位面，是电路或系统的基准电位，但不一定为大地电位。为了防止雷击可能造成的损坏和工作人员的人身安全，电子设备的机壳和机房的金属构件等，必须与大地相连接，而且接地电阻一般要很小，不能超过规定值。
电路的接地方式基本上有三类，即单点接地、多点接地和混合接地。单点接地是指在一个线路中，只有一个物理点被定义为接地参考点。其它各个需要接地的点都直接接到这一点上。多点接地是指某一个系统中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引线的长度最短。接地平面，可以是设备的底板，也可以是贯通整个系统的地导线，在比较大的系统中，还可以是设备的结构框架等等。混合接地是将那些只需高频接地点，利用旁路电容和接地平面连接起来。但应尽量防止出现旁路电容和引线电感构成的谐振现象。
4－2 屏面
屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。
因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量（涡流损耗）、反射能量（电磁波在屏蔽体上的界面反射）和抵消能量（电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波）的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。
屏蔽体材料选择的原则是：
（1）当干扰电磁场的频率较高时，利用低电阻率（高电导率）的金属材料中产生的涡流（P=I2R，电阻率越低（电导率越高），消耗的功率越大），形成对外来电磁波的抵消作用，从而达到屏蔽的效果。
（2）当干扰电磁波的频率较低时，要采用高导磁率的材料，从而使磁力线限制在屏蔽体内部，防止扩散到屏蔽的空间去。
（3）在某些场合下，如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时，往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体。
4－3 其它抑制干扰方法
（1）滤波
滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施。滤波器可以显著地减小传导干扰的电平，因为干扰频谱成份不等于有用信号的频率，滤波器对于这些与有用信号频率不同的成份有良好的抑制能力，从而起到其它干扰抑制难以起到的作用。所以，采用滤波网络无论是抑制干扰源和消除干扰耦合，或是增强接收设备的抗干扰能力，都是有力措施。用阻容和感容去耦网络能把电路与电源隔离开，消除电路之间的耦合，并避免干扰信号进入电路。对高频电路可采用两个电容器和一个电感器（高频扼流圈）组成的CLCMπ型滤波器。滤波器的种类很多，选择适当的滤波器能消除不希望的耦合。
（2）正确选用无源元件
实用的无源元件并不是“理想”的，其特性与理想的特性是有差异的。实用的元件本身可能就是一个干扰源，因此正确选用无源元件非常重要。有时也可以利用元件具有的特性进行抑制和防止干扰。
（3）电路技术
有时候采用屏蔽后仍不能满足抑制和防止干扰的要求，可以结合屏蔽，采取平衡措施等电路技术。平衡电路是指双线电路中的两根导线与连接到这两根导线的所有电路，对地或对其它导线都具有相同的阻抗。其目的在于使两根导线所检拾到的干扰信号相等。这时的干扰噪声是一个共态信号，可在负载上自行消失。另外，还可采用其它一些电路技术，例如接点网络，整形电路，积分电路和选通电路等等。总之，采用电路技术也是抑制和防止干扰的重要措施。
5 电磁兼容性问题的规范和标准
干扰特别委员会（CISPR），主要研究无线电系统中干扰噪声的测量。1976年，CISPR开始制订电磁干扰的EMI标准。1900年10月在几经修订基础上公布再版标准，随后该委员会还与国际无线通信资询委员会一起审议，为电子产品电磁兼容性的检测制订数据要求及具体方法。制订了以信息技术装置噪声为对象的“工业、科学及医疗用无线电仪器的干扰特性允许值及其测量方法”（标准11号）；“车辆、机动船和火花点火发动驱动装置无线电干扰特性的测量方法及允许值”（标准12号）；“无线电和电视接收机的无线电干扰特性的测量方法及允许值”（标准13号）等。直至1992年中期，国际EMI标准才最终完善起来。CISPR推荐的容限已为世界上许多国家所采纳，并作为其国家条例的基础。
无线电发射机功率电平是影响周围无线电电子设备，产生干扰电平的一个重要因素。因此无线电发射机功率电平应该受到限制。例如，根据无线电通信咨询委员会357-1号建议，在卫星通信系统和地面微波中继通信线路共同使用的（5800～8100MHz）频段上，当给到天线上的功率不超过13dBW时，应该限制微波中继通信线路的发射机有效辐射功率（即发射机功率和天线增益的乘积）数值为55dBW。建议同时限制卫星通信的地面站的功率及通信卫星辐射功率通量密度。许多其它的无线电业务，例如业余无线电爱好者的，移动通信系统等的发射机功率的最大值也应该受到限制。
频率规划在全国和全世界范围内已被广泛采用，是提高射频资源利用率的一种途径，也是保证无线电电子设备电磁兼容性的重要措施之一。因此应严格按照国际协议（无线电频率分配表）和全国文件，实行国家、地区的频带划分和业务之间的频带分配。根据频率—空间分配的原理进行无线频道分配。频率规划必须保证每个无线电电子设备干扰电平最小，或消除干扰，由国家无线电管理委员会负责协调。
近年来，我国许多部门都在开展电磁兼容性的试验研究和有关技术标准的制定工作，制定了一系列标准和规范。例如，国家标准GB3907-83为工业无线电干扰基本测量方法；GB4824.1-84为工业、科学和医疗射频设备无线电干扰允许值；GB6279-86为车辆、机动船和火花点火发动机驱动装置无线电特性测量方法及允许值等。国家无线电管理委员会对工、科、医等电子设备的使用频率、带宽和最大辐射场强都作出了具体规定。这对保证电子设备的正常工作和人民的正常生活以及促进现代科学技术更迅速发展，都起了重要的作用。
6 一些典型电磁兼容性问题的解决
由于电子技术在各行各业中的广泛应用，在人类活动的空间无处不充斥着电磁波，因此，电子设备不解决电磁波干扰问题，就不能兼容工作。在实际应用中，人们在研究抗干扰技术方面也积累了大量的经验，不断地研究出许多实用的方法来消除电磁干扰。
实验发现汽车工作时，电磁干扰相当突出，严重时会损坏电子元器件。因此，汽车电子设备的电磁环境最为恶劣，汽车电子设备的电磁兼容性问题也特别受到人们的重视。汽车点火所产生的高频辐射最为突出。日本和美国等先进国家的环保部门为防止汽车电气噪声对环境的污染，规定只能使用带阻尼（如碳芯）的屏蔽线作为点火线，实践表明这是很有效的措施。
为了解决微电技术，尤其是计算机在汽车上的应用和推广，根据需要和实际要求，可以设计出效果良好的滤波电路，置于前级可使大多数因传导而进入系统的干扰噪声消除在电路系统的入口处；可以设置隔离电路，如变压器隔离和光电隔离等解决通过电源线、信号线和地线进入电路的传导干扰，同时阻止因公共阻抗、长线传输而引起的干扰；也可以设置能量吸收回路，从而减少电路、器件吸收的噪声能量；或通过选择元器件和合理安排电路系统，使干扰的影响减小。
微机设备的软件抗干扰主要是稳定内存数据和保证程序指针。微机是一个可编程控制装置，软件可以支持和加强硬件的抗干扰能力。如果微机系统中随机内存RAM主要用于测量和控制时数据的暂时存放，内存空间较小，对存放的数据而言，若将采集到的几组数据求平均值作为采样结果，可避免在采集时因干扰而破坏了数据的真实性；如果存放在随机内存中的数据因干扰而丢失或者数据发生变化，可以在随机内存区设置检验标志；为了减少干扰对随机内存区的破坏，可在随机存储器芯片的写信号线上加触发装置，只有在CPU写数据时才发。软件抗干扰的措施也很多，如数字滤波程序、抗窄脉冲的延时程序、逻辑状态的真伪判别等。有时候，必须采用软件和硬件相结合的办法才能抑制干扰，常用的办法是设置一个定时器，从而保护程序正常运行。
近年来，电子仪器向着“轻、薄、短、小”和多功能、高性能及成本低方向发展。塑料机箱、塑料部件或面板广泛地应用于电子仪器上，于是外界电磁波很容易穿透外壳或面板，对仪器的正常工作产生有害的干扰，而仪器所产生的电磁波，也非常容易辐射到周围空间，影响其它电子仪器的正常工作。为了使这种电子仪器能满足电磁兼容性要求，人们在实践中，研究出塑料金属化处理的工艺方法，如溅射镀锌、真空镀（AL）、电镀或化学镀铜、粘贴金属箔（Cu或AL）和涂覆导电涂料等。经过金属化处理之后，使完全绝缘的塑料表面或塑料本身（导电塑料）具有金属那样反射（如手机）。吸收、传导和衰减电磁波的特性，从而起到屏蔽电磁波干扰的作用。实际应用中，采用导电涂料作屏蔽涂层，性能优良而且价格适宜。在需要屏蔽的地方，做成一个封闭的导电壳体并接地，把内外两种不同的电磁波隔离开。实践表明，若屏蔽材料能达到（30～40）dB以上衰减量的屏蔽效果时，就是实用、可行的。
由于电子技术应用广泛，而且各种干扰设备的辐射很复杂，要完全消除电磁干扰是不可能的。但是，根据电磁兼容性原理，可以采取许多技术措施减小电磁干扰，使电磁干扰控制到一定范围内，从而保证系统或设备的兼容性，例如，通信系统最初设计时，就应该严格进行现场电波测试，有针对性地选择频率及极化方式，避开雷达、移动通信等杂波干扰；高压线选择路径时，应尽量绕开无线电台（站）或充分利用接收地段的地形、地物屏蔽；接收设备与工业干扰源设备适当配置，使接收设备与各种工业干扰源离开一定距离；在微波通信电路设计中，为了减少干扰，可采用天线高低站方式调整微波电路反射点，并利用山头阻挡反射波，使之不能对直射波形成干扰。另外，微波铁塔是独立的高大建筑物，应采用完善的接地、屏蔽等避雷措施。
无线电通信基本原理范文第7篇
关键词：卫星通信；消防救援；技术手段
1引言
中国是一个灾难频发的国家。自然灾害时有发生，并且随着当今社会日益增多的大型活动，突发的紧急灾害事故及社会公共安全事故越来越频繁的发生，给人民生命财产和国民经济造成了很大的损失。这使得人们进一步意识到完善应急通信体系的重要性。
卫星应急通信系统是为满足各类紧急情况下的通信需求而产生的，而自然灾害，尤其是社会事件等突发公共安全事件发生的规模和地点都无法提前预知和准备。这些通信设备在发生灾害的时候就需要临时组装，来接收现场的图片视频影音资料，这些信息对于处理突发事件，有十分重要的作用。通过卫星通信来建立临时或应急的通信能力几乎都是预案中的首选，并且发挥着至关重要的作用。
随着科技发展，卫星通信显示出了更加重要的作用，在文章介绍了卫星通信的基本原理和组成，在消防应急中的应用等等。
2卫星通信在消防应急中的应用
2.1卫星通信的基本原理、组成及优势
卫星通信的原理就是利用人造地球卫星作为中继站转发或反射无线电信号，在多个地球站之间进行的通信。地球站是指设在地球表面的无线电通信站。
卫星通信系统是由地面部分和空间部分两部分构成的。通信卫星实际上就足一个悬挂在空中的通信中继站。它居高临下，视野开阔，只要在它的覆盖照射区以内，不论距离远近都可以通信，通过它转发和反射电报、电视、广播和数据等无线信号。
卫星通信与其他通信方式相比较，有以下的特点：（1）通信距离可以达到远，且费用与通信距离无关。（2）通信容量大，适用多种业务传输。卫星通信使用微波频段，可以使用的频带很宽。（3）广播方式工作，可以进行多址通信。通常，其他类型的通信手段只能实现点对点通信，而卫星是以广播方式进行工作的，只要是卫星覆盖的区域，都可以进行通信，这些地球站可共用同一颗通信卫星来实现多边通信，即进行多址通信。（4）可以自发自收进行监测。发信端地球站同样可以接收到自己发出的信号，从而可以判断传输质量好坏。（5）无缝覆盖能力。利用卫星移动通信，可以不受气候条件、地理环境和时间的限制，建立覆盖全球性的海、陆、空一体化通信系统。（6）安全可靠性。与其他方式相比，卫星通信所受的约束和障碍更加少，所以其安全可靠性很好。
主要缺点是：传输时延大。以300000km/s的速度传播的电波，要经过240ms～260ms的延时，加上终端设备对数字信号的处理时间等，延时还要增加很多，根据国际电报电话咨询委员会建议，单程传输不要超过400ms；在南纬75°以上和北纬75。以上的高纬度地区，由于同步卫星的仰角低于5°难以实现卫星通信；同步轨道的位置有限，不能无限度地增加卫星数量和减小星间间隔；每年有天文现象发生，十分影响通信。例如存在不可避免的日凌中断和星食发生；卫星寿命一般为几年至十几年，要做长远的部署和计划，故要做好承担一定风险的准备。
2.2卫星通信在消防应急中的具体应用
2.2.1消防指挥VAS卫星通信的组成
一般来说，具体到消防方面，其应急指挥通信系统由应急指挥中心（中心站）和事故现场侧设备组成，两者通过地球同步轨道卫星建立通信连接。事故现场侧由应急通信车（车载站）和现场采集设备（编写站）组成。
（1）地面固定主站。主站的作用：通过卫星对车载站进行管理控制，并且提供地面固定网络和卫星移动网络的互联转接。
（2）应急通信中的指挥车。应急通信车组成是由车辆、VSAT车载、设备无线局域网设备等。通信车经VSAT卫星实现远程通信，并且对应急现场进行最基本的信息采集、车载视频监控、信息处理、指挥控制、多业务作业终、端通信保障、综合保障。
（3）便携站。由主设备箱、天线箱、辅助设备箱以及便携发电机构成。在公共交通（民航、铁路）系统可用的情况下，便携站的应用灵活，既可以通过别的运输工具将便携站运抵现场，作为远端移动站使用，也可以放置在前线指挥部作为卫星地面站使用。
2.2.2消防应急卫星的应用
（1）卫星通信系统中的业务实现方式概述。为了保证灾难救援现场和应急指挥部的通信，需要的最基础的业务就是语音、视频及数据业务，下文简单的介绍一下这3种业务的实现方式。在抢险救灾现场，语音通话是最基本、最重要的业务需求，语音业务包含2个方面：一是解决现场工作人员之间的通话；另一个是解决现场人员拨打和接听系统电话或公网电话的问题。现场工作人员之间的语音通话通过车载集群设备来解决，这可以满足救援人员之间互相通话。现场人员拨打电话的方法是利用海事卫星电话，海事卫星电话的特点是不受天气限制，特别是海事卫星车载设备可以实现动中通，但是海事卫星电话也存在的问题，这就是话路少、资费高。在抢险救灾过程中，视频业务的互通既可以使后方的领导和指挥人员直观地了解现场的情况，实现直接交流。视频业务主要是采用VSAT卫星通道完成的。在国网主站配置基于H.323协议的MCU（MultipointControl Unit，多点控制单元），主站的MCU接入应急救灾指挥中心电视系统；在车载站和便携站配置会议电视终端，会议电视终端通过VSAT卫星通道接入主站的MCU，这样，就相当于一个远端会场，实现视频回传及参加电视会议。抢险救灾现场的视频图像可以通过无线图像传输设备（单兵）、车顶可升降摄像头及车内摄像头采集获得。
抢险救灾现场的数据业务包括内网数据和外网数据。内网数据可分为现现场指挥办公的邮件、Web浏览等；外网数据主要包括浏览Internet、收发外网邮件等。在通信车，现场使用无线局域网设备的无线数据访问办公室工作人员。内部网数据通过VSAT卫星频道、网站访问防火墙安全认证后救援指挥中心。卫星数据传输格式的IP包和支持TCP/IP协议，所以数据服务访问实现比较简单，通过将一个卫星设备和救援指挥中心信息网络路由器连接可以实现。
（2）卫星通信系统可以通过卫星通信指挥车装载，实现移动式处理消防救援。应急通信指挥车是卫星通信系统中的一个地面站，它可以十分迅速的在火灾现场或者各类别的应急现场建立小型移动指挥站，这样可以实施对消防部队的直接指挥和对火灾现场的事故紧急处理。通信指挥车可以通过卫星信道进行指挥，与此同时可以直接与消防中心进行语音图片等信息的双向交流，接收消防中心所下达的有效指令；利用指挥车上的350MHz车载台与消防调度中心保持实时通信与联络；利用GPS进行定位，随时发送指挥车所在的位置以及行车方向和所在环境等；车顶上的摄像设备可以随时收集灾难现场的情况，然后传送回消防调度站，有利于消防人员及时布置消防设施和消防力量；车上工作人员可以携带小型摄像机深入应急现场，将最新最真实的前方情况传送出来。这样就实现了移动式作战，更有利于救援方案的实施。
（3）卫星通信系统可以有效的帮助消防中心对仓库、生产厂房等监控点实时监控，预防火灾的发生。卫星通信系统是一个巨大的宽带网络，可以通过信道对监控点进行实时监控，一旦有危险发生，比如说仓库着火等，系统便会发出警报，这样消防中心就会收到报警信息，然后根据消防指挥中心中关于失火地点的资料和商家的信息确定救援方案。消防中心还可以远程控制摄像机进行有效的处警指挥。
（4）32星通信可以实现报警和处警一体化。在卫星通信系统中空间信息平台可以提供空间数据的采集、处理、存储、显示、应用和管理功能，包括GIS/GPS/RS空间基础数据，基础地理数据及关键区域空间数据。这些既可以及时的发现发生火灾的地址等详细情况，也可以及时的估测所需消防力量，派出消防队伍，集中调度重要应急资源，而且实时的更新现场的信息，有利于随时调整消防方案，实现了报警和处警一体化，更加快速有效率的完成救援活动。
2.3卫星通信在消防中应用的需要改进的地方
（1）目前，我国应急救援通信系统均是局域性设置，需要形成社会联动的通信体系，这样才利于适于应对重大灾害事件；（2）各部门均建有独立的指挥中心，造成重复投资，资源浪费，接处警和效率难以提高；（3）现有各救灾部门应急救援通信网络融合性差，难以保证有效协调运作；（4）现有通信装备的集成效能不能满足重大灾害事件作战要求，利用率较低，互通性能差；（5）没有法定的通信技术、管理方式，以指导未来规划性建设。
无线电通信基本原理范文第8篇
关键词：高频电子线路；小信号放大器；S参数；教学
Research of teaching method on small-signal amplifier in high-frequency circuits
Tang Jian
Yancheng Teachers University， Yancheng， 224051， China
Abstract： Through several years' teaching practice， the S-parameters of microwave engineering are introduced in the process of teaching high-frequency circuits properly， as well as the software simulation， which make the students understand and related knowledge point from multiple perspectives. The proposed teaching method has achieved good teaching effects in the classroom teaching.
Key words： high-frequency circuits； small-signal amplifier； S-parameters； teaching
高频电子线路课程主要讨论应用各种无线电技术的高频电子线路，结合无线电通信方式讨论设备和系统中高频电路的线路组成、工作原理及工程设计计算，如选频网络、高频小信号放大器、高频功率放大器、高频接收机及发射机等[1-2]。高频电子线路与低频电子线路的区别在于，前者处理的信号为高频电磁波信号，需要使用电感及电容组成的选频网络实现输入级和输出级的阻抗匹配。
高频小信号电路的教学从分析晶体管的高频小信号模型入手，把完整的放大器结构看成双端口网络，建立导纳矩阵的Y参数小信号模型，在阻抗匹配部分采用的是电感抽头式电路与电容组成的谐振网络，通过阻抗匹配的要求推导出接入系数的关系式，但在常规教学中，阻抗匹配只是用来推导接入系数，并未做深入的解释，学生对阻抗匹配概念比较模糊。笔者在教学中引入微波工程中S参数的概念，使学生更深刻地理解高频小信号放大器阻抗匹配的物理意义。结合微波电子技术中小信号低噪声放大器，为学生学习小信号放大器提供了一个新的认识角度。
1 高频电子线路中小信号放大器的组成
高频小信号放大器由信号源、晶体管、并联振荡回路和负载阻抗并联组成，因此，采用导纳分析比较方便，其中输出回路中抽头系数为P1，变压器接入系数为P2，在引入晶体管Y参数模型后，假设不存在内反馈，即yre=0，并把晶体管集电极回路和负载折合到振荡回路两端（1和3）后的等效图如图1所示[1]。
图1 折合到1和3两端后的等效图
由图1可得谐振增益[1]：
（1）
为了获得最大增益，负载阻抗需和信号源内阻相同，因此，满足的匹配条件如式（2）所示。根据式（2）即可求出接入系数P1和P2，分析自激条件可得到稳定系数S，从而完成高频小信号放大器设计[1]。
（2）
（3）
虽然在常规的高频电子线路教学中，根据以上内容已完成高频小信号放大器的设计教学，但其中关于阻抗匹配的概念仅是一带而过。由于高频电子线路中处理的是高频电磁波信号，所谓阻抗匹配，即无反射波，所有高频的微波信号皆能传至负载，不会有信号反射回源点，从而提升能源效益[3，4]。因此，笔者在教学中引入微波技术中的散射参量S的概念，并使用软件完成高频小信号放大器的仿真，加深学生对高频小信号放大器的理解。
2 散射参量S的概念
设n端口网络的第j个端口接微波源，其余所有端口接匹配负载，即网络只有一个电压入波aj，按上面的公式可知，任意一个端口的电压的出波[3]：
（4）
（1）如果i≠j，按照归一化电压波的定义可知：
（5）
（6）
公式（5）和（6）表明，在网络负载端口都处于匹配的状态的条件下，Sij的物理意义是任意两个端口之间的归一化电压传输系数；当相关端口的特性阻抗相同时，其物理意义是两个物理端口的电压传输系数；其模的平方是两端口之间的功率传输系数。
（2）如果i=j，按照归一化的电压波的定义可知：
（7）
公式（7）表明，在网络的各负载端口都处于匹配状态的条件下，Sij的物理意义是任意端口的电压发射系数。因此，使用散射参量S即可表征高频小信号放大器的传输增益、反射系数以及阻抗匹配情况。
3 采用S参数分析法的高频小信号放大器的软件仿真
在课堂上使用软件仿真演示采用S参数分析法的高频小信号放大器设计和分析过程，具有步骤简单易实现且效果直观的优点。高频晶体管放大器与低频放大器的设计方法有明显的不同，它需要考虑一些特殊的因素，其中最重要的是输入信号与晶体管良好的匹配以及放大器的稳定性分析。稳定性分析以及增益、噪声系数等都是设计高频放大器电路时必须考虑的基本问题，只有综合考虑这些问题，才能设计出符合实际应用要求的高频晶体管放大器。
我们采用ADS软件仿真实现高频晶体管低噪声放大器。ADS是美国安捷伦公司开发的高频电子设计自动化软件，包括时域电路仿真（SPICE类仿真）、频域电路仿真（谐波平衡，线性分析）、通信系统仿真等。小信号放大器采用的是小信号SP模型，模型中已经带有确定的直流工作点[5]。和理论教学的过程一致，首先进行直流特性的仿真，仿真电路图如图2所示。仿真结果如图3所示，选定晶体管的直流工作点后，可以进行晶体管的S参数扫描，对应的工作点为Vce=2.7 V，Ic=5 mA。由于SP模型本身已经对应于一个确定的直流工作点，因此，在做S参数扫描时无需加入直流偏置，仿真结果如图4所示。图4给出的是S11参数，可见在工作频率2 GHz处的反射系数依然较大，为-6.5 dB，可知当前晶体管的输入端反射较大，输入匹配不好。
图2 晶体管直流工作点扫描仿真电路图
图3 直流特性仿真结果图
图4 晶体管的S11参数仿真结果图
由晶体管的S参数可得其在2 GHz的输入阻抗为（18.89+j*6.81）Ω（虚部表示含有感抗部分），为实现良好的输入及输出匹配，引入用微带线分布参量实现的等效电感电容选频网络，仿真电路结构图如图5所示，所匹配的阻抗大小均为50 Ω，亦即选频网络的阻抗变化作用，将晶体管的输入输出阻抗均变化为信号源的标准阻抗50 Ω，从而实现阻抗匹配，降低输入信号的反射，并获得最优的传输增益。放大器的工作中心频率选在2 GHz。
图5 使用分布参数微带线匹配后的小信号放大器仿真图
经过仿真后的S参数结果如图6～图8所示。其中S11反应的是输入匹配情况，S11越小，输入匹配则越大，S22反应的是输出匹配情况，S22越小，输出端反射越小，匹配越好。S21则是放大器的增益，在2 GHz下达到了10 dB。
图6 匹配后的放大器S11参数仿真结果图
图7 匹配后的放大器S22参数仿真结果图
图8 匹配后的放大器S21参数仿真结果图
该仿真为学生提供了直观形象的高频微波小信号放大器的设计过程，并引入了S参数的概念，使学生对小信号放大器设计过程中输入及输出匹配的影响有了更深刻的认识。
4 噪声系数在高频小信号放大器教学中的介绍
高频小信号放大器一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，也用于高灵敏度电子探测设备的放大电路。在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此，希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。由放大器所引起的信噪比恶化程度通常用噪声系数F来表示[6]。理想放大器的噪声系数F=1（0分贝），其物理意义是输出信噪比等于输入信噪比。一般对于低噪声放大器使用高Q值电感完成偏置和匹配功能，由于电阻会产生额外的热噪声，放大器的输入端应避免直接连接到偏置电阻，低噪声放大器PCB应具有损耗低，易于加工和性能稳定的特点，均匀材料的物理和电气性能（特别是介电常数和厚度），虽然对材料的表面光洁度有一定要求，也可以使用通常在FR-4（介电常数4和5之间）的基片，如果电路需要高氧化铝陶瓷等材料，可以使用作为底物的微波板PCB布局，要考虑到邻近相关电路的影响，注意过滤，接地和外部电路设计，以满足电磁兼容的设计原则。
通过在电路原理图中加入噪声系数计算控制器和稳定系数计算控制器，为学生演示噪声系数和稳定性系数的仿真结果，并设置优化控件。为提高稳定性，在晶体管源级增加电感，最终得到以上高频小信号放大器的噪声系数及稳定系数（如图9和10所示）。可见在2 GHz下的噪声系数仅为1.925，稳定系数大于1。
图9 优化后的放大器噪声系数仿真结果图
图10 优化后的放大器稳定系数仿真结果图
5 结束语
针对高频电子线路中的重要知识点，拓展了高频小信号放大器的教学内容。引用了微波技术中的散射参数S的概念，采用ADS仿真的方法展现了高频小信号放大器的设计过程，通过软件仿真和新的物理概念的引入，在课堂上学生从多个角度深刻认识了阻抗匹配的基本原理和物理含义，低噪声系数的介绍使学习不再局限于教材上的稳定系数的内容，让学生从目前无线电通信接收机的实际要求中深刻领会产业前沿，进一步激发学习本课程的兴趣。
参考文献
[1] 张肃文.高频电子线路[M].第五版.北京：高等教育出版社，2009.
[2] 谈文心，邓建国，张相臣.高频电子线路[M].西安：西安交通大学出版社，1996.
[3] 黄智伟.射频小信号放大器电路设计[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008.
[4] 张玉兴.射频与微波晶体管功率放大器工程[M].北京：电子工业出版社，2013.