高頻無線電系統(tǒng)的組成

　 　對電波傳播有了總的認識，再來看看電波是怎樣產(chǎn)生的。高頻無線電系統(tǒng)主要有發(fā)射機、接收機和天線三大部分組成。許多現(xiàn)代無線電設(shè)備將發(fā)射機和接收機合并為一個單元，叫做無線電收發(fā)機 [1] 。大型固定系統(tǒng)的發(fā)射臺和接收臺一般設(shè)在不同地點，通常是由另一個遠地臺控制。
1 發(fā)射機
　 　發(fā)射機的結(jié)構(gòu)雖變化多端，但它們都是由激勵器和功放組成。 激勵器 中的載波的幅度、頻率或相位受來自信號源（例如麥克風(fēng)）的較低頻率信號的調(diào)制。已調(diào)信號再變換為發(fā)送頻率。在經(jīng)電纜將其送往發(fā)射天線之前，功率放大器要將信號的輸出功率提升到發(fā)射機所需的瓦特數(shù)。發(fā)射機可能還包含用于清理輸出信號的濾波器。使用帶通濾波器可除去噪聲、寄生信號和激勵器產(chǎn)生的諧波，或源于功放輸出的諧波。這樣可降低對鄰近信道的干擾。
2 接收機
　 　所有現(xiàn)代高頻接收系統(tǒng)都由射頻輸入濾波 / 放大器，一組頻率變換器以及中頻放大器，解調(diào)器，和本地振蕩頻率合成器組成。工作時，接收機選擇所需信號，將其放大到適當電平，經(jīng)過解調(diào)恢復(fù)原來信息（解調(diào)是從已調(diào)波恢復(fù)原始調(diào)制信號的過程）。在當代無線設(shè)備中，這些功能中多數(shù)都是數(shù)字化的。
　 　為了濾除噪聲和無用信號，有時可在射頻輸入級加入一個可調(diào)預(yù)選器（一種帶通濾波器）。然后將經(jīng)過濾波的信號放大并經(jīng)頻率變換后再進一步處理。
　 　濾波處理還不止此。典型情況下，接收信號會在幾個不同的中頻經(jīng)過濾波和放大。中放級的放大倍數(shù)依接收信號的強弱而變。例如，為了輸出語音或數(shù)據(jù)，解調(diào)器輸出音頻（基帶）信號送到相應(yīng)設(shè)備。同時，因為輸入信號的強度大小不等，解調(diào)器可產(chǎn)生一個正比于射頻輸入信號電平的電壓，將此電壓作為自動增益控制信號反送到射頻放大器和中頻放大器，以保證解調(diào)器的輸入大小適當。
3 天線
　 　天線是無線通信中至關(guān)重要的組成部分之一。
　 　特性和參數(shù)
　 　描述天線特性的最常用術(shù)語是阻抗、增益、輻射模式、出射角 [2] 和偏振。
　 　每一個天線都有一個 輸入阻抗 ，它表征接到發(fā)射機上的負載。輸入阻抗值取決于許多因素，如天線設(shè)計、工作頻率以及天線相對于周邊物體的位置。
　 　無線電通信的基本要求是要在所需的地點和時間，尋找盡可能多的動力產(chǎn)生并發(fā)射信號。大多數(shù)發(fā)射機都是設(shè)計成能高效地向 50 歐姆（歐姆是電阻單位，其符號為 ）負載提供最大功率。有些天線，如 對數(shù)周期天線 可以在某個寬頻帶范圍內(nèi)對發(fā)射機呈 50 歐姆負載，這類天線一般可直接連接到發(fā)射機。但其他天線，例如偶極子天線、鞭狀天線、長線天線等，其阻抗隨頻率和周圍環(huán)境的變化很大。在這些情況下，要使用天線調(diào)諧器（天線耦合器），將其置于發(fā)射機和天線之間，以改變天線對發(fā)射機呈現(xiàn)的負載特性，才能將發(fā)射機的輸出功率盡可能多的傳送給天線。
　 　天線 增益 是天線方向性（將輻射能量向某個特定方向聚焦）的計量單位。其大小是將該天線接收到的信號電平與一個全向天線（其輻射在各方向均等）接收到的信號電平相比較而確定的。增益用 表示，增益越大，天線的方向性就越好。發(fā)射天線增益還直接影響到對發(fā)射機功率的技術(shù)要求。例如，若用一付增益為 10 的定向天線取代一付全向天線，用一臺 100 瓦的發(fā)射機就可以產(chǎn)生和一臺 1 千瓦發(fā)射機和一個全向天線同樣的有效輻射功率。
　 　除增益外，用戶還必須懂得天線的 輻射方向圖 才能實現(xiàn)最佳信號傳輸。輻射方向圖與天線設(shè)計有關(guān)，天線相對于地面的位置對其影響很大，此外還可能會受附近建筑物和樹木等物體的影響。大多數(shù)天線的方向圖都不是均勻的，這種不均勻性可以用波瓣 lobe s （輻射最強區(qū)域）和 null s （輻射最弱區(qū)域）來表征。通常，以垂直面和水平面的兩個方向圖來表示（圖 3.5 ），以展現(xiàn)天線增益與仰角（垂直方向圖）方位角（水平圖）的關(guān)系。輻射方向圖與頻率有關(guān)，所以要全面描述一個天線的輻射方向圖，就要有一組不同頻率下的方向圖。
　 　在確定通信距離時， 出射角 是一個重要因素，它是發(fā)射天線水平面與天線方向圖的主瓣間的夾角。遠距離通信時常用小出射角，短距離通信時多用大出射角。
　 　天線相對于地面的取向決定其 極化 方向。大多數(shù)高頻天線要么采用垂直極化，要么采用水平極化。垂直極化天線的出射角小，適用于發(fā)送地波和遠距離天波。垂直天線的主要缺點是受地面的電導(dǎo)率和本地噪聲影響大。為獲得最佳效果，需采用地面屏蔽。
　 　水平極化天線的出射角較大，適用于短距離通信，遠至 400 英里。通過調(diào)節(jié)天線的離地高度，有可能提高較小出射角時的天線增益，以實現(xiàn)較遠距離的天波傳播。
　 　極化方向
　 　對于地波傳播，發(fā)射天線和接收天線應(yīng)采用相同的極化方向才能得到最佳效果。而對于天波傳播，卻無需計劃方向一致，這時由于電離層散射會改變信號的極化方向。
　 　類型
　 　高頻通信中使用的天線種類繁多，在此我們僅介紹幾種最常用的類型。
　 　垂直鞭狀天線 是全向天線，出射角小，垂直極化，多適用于發(fā)送地面波。圖 3.6 是垂直鞭狀天線的典型輻射方向圖。加裝一個反射器，構(gòu)成第二垂直鞭，可以為其方向圖添加方向性。
　 　最通用的高頻天線之一是 半波偶極振子 ，其天線長度大約等于發(fā)射波長的一半。改變偶極子的取向即可使其水平極化或垂直（中心饋電）極化。圖 3.7 是一個中心饋電的水平偶極子天線。其輻射方向圖隨離地高度變化很大。 垂直偶極天線常用于艦船和地面交通工具上。
4 噪聲和干擾
　 　當你在雷暴時聽收音機，一定注意到曾 [4] 出現(xiàn)過中斷。當你正在收聽你所喜愛的 FM 臺時，你可能也同時聽到過飛行員向塔臺急促地報告 [5] 飛行數(shù)據(jù)。這些都是影響接收機性能的干擾。當你想要收聽音樂時，這些干擾很是令人煩惱，高頻通信任務(wù)的成敗取決于是否聽到并懂得所傳送的信息，所以噪聲和干擾十分有害。
　 　接收機噪聲和干擾源既有來自內(nèi)部的，也來自外部的。在高頻的大部分頻段，外部噪聲電平大大超過接收機內(nèi)部噪聲。信號的品質(zhì)以信噪比 SNR 表示，單位為分貝（ dB ）。信噪比越高，信號品質(zhì)就越好。有些干擾是無意的，如飛行員對塔臺的呼叫。有些干擾是敵方為破壞我方通信而故意施放的。
　 　人們采用各種技術(shù)來抗擊噪聲和干擾。其中有： ⑴ 提高有效輻射功率，⑵ 設(shè)法優(yōu)化工作頻率，⑶ 選擇適當?shù)恼{(diào)制方案， ⑷ 選擇適當?shù)奶炀€系統(tǒng)，⑸ 設(shè)計能抗干擾的接收機。下面我們先看看一些常見的噪聲源和干擾源。
天然噪聲源
　 　閃電是主要的大氣（天然）噪聲源。 大氣噪聲 在夏天最為頻繁，晚上最強，主要處于 1 到 5MHz 頻段。已有人測定了全球各地的大氣噪聲平均值與一天中不同時間和季節(jié)的關(guān)系，并將其用于預(yù)測高頻無線電系統(tǒng)的性能。另一個 天然噪聲 源是來自太空的 宇宙噪聲 。它對整個高頻頻段的影響是均勻的，但不影響 20MHz 以下接收機的性能。
人為噪聲
　 　電力線、計算機設(shè)備等都會產(chǎn)生人為噪聲，它們是經(jīng)輻射或通過電力電纜到達接收機的。人們將這類人為干擾稱為 電磁干擾 EMI [9] ，電磁干擾在城市區(qū)域最強。人們常用無線電設(shè)備接地和屏蔽技術(shù)和對電源輸入線路濾波的方法來抑制 EMI 。
無意干擾
　 　任何時刻都有成千上萬的高頻發(fā)射機都在空間爭用本來就比較窄的頻段中的射頻頻譜，相互間必然會形成干擾。在夜晚以及在靠近 MUF 的頻率低端干擾最為嚴重。
　 　無意干擾 的一個主要來源是發(fā)射機、接收機和天線的布局。例如，船艦上地方狹窄，不得不將若干無線電系統(tǒng)放在一起。 30 余年來，有人設(shè)計了許多 RF 通信系統(tǒng)，實現(xiàn)了克服布局問題的高性能集成艦載通信系統(tǒng)。減小布局干擾的方法有：使天線精確定向、采用對強無用信號不會過載的接收機、精心設(shè)計以便將互調(diào)降至最低程度的發(fā)射機等。
故意干擾
　 　故意干擾，或叫 人為干擾 ，是有意破壞通信、在工作頻率上發(fā)送的干擾信號。人為干擾可能直接針對某一個頻道，也可能是寬帶的?？赡苁沁B續(xù)不斷的干擾，也可能只在被干擾信號存在時才進行干擾。現(xiàn)代軍用無線電系統(tǒng)采用某些技術(shù)來克服人為干擾，降低被檢測和被偵聽的機率。其中的 擴頻技術(shù) 是以比原始信息的頻率分量寬得多的頻帶發(fā)射已調(diào)信息的。我們將在第 7 章討論這些技術(shù)。
　 　信號從發(fā)射機經(jīng)由多條路徑到達接收機，形成衰落，這是由于這些信號會隨機地相互加減造成的。