0x00 无线电简史

  • 1837 年，摩斯发明电报，创造摩斯密码（Morse Code）
  • 1865 年，麦克斯韦提出电磁波学说
  • 1876 年，贝尔发明电话
  • 1887 年，德国科学家赫兹（Hertz）做出电磁波，历史上第一次直接验证电磁波存在
  • 1897 年，意大利科学家马可尼（Marconi）在赫兹实验的基础上，实现了远距离无线电信号的传送，这个距离在当时不过一百码，但一年后他就实现了船只与海岸的通信。
  • 1901 年，马可尼做了跨越大西洋传送无线电信号的表演。这一次他把信号从英国的 Cornwall 发送到加拿大的 Newfoundland。 马可尼因此获得 1909 年度诺贝尔奖。与他分享这一年度诺贝尔奖的是布劳恩（Braun），因为布氏发现金属硫化物具有单向导电性，这一成果可用于无线电接收装置。
  • 1904 年，英国科学家弗莱明（Fleming）获得了一项专利，在专利说明书中描述了一个高频交变电流整流用的两极真空管，标志着进入无线电电子学时代。
  • 1906 年，美国科学家弗雷斯特（Forest）发明了真空三极管，是电子技术发展史上第一个重要里程碑。同年，美国科学家费森登（Fessenden）在 Massachusetts 领导了第一次广播。
  • 1912 年，英国科学家埃克尔斯（Eccles）提出了无线电波通过电离层传播的理论，这一理论使得一群业余爱好者在 1921 年实现了短波试验性广播； 同年，美国的费森登（Fessenden）和阿姆斯特朗（Armstrong）改进了接收机的工作方式，发明了外差式接受系统，这种形式仍是目前许多无线电接收机的主要工作方式

0x01 电磁波与无线电

电磁波的特征参数

频率（f）：电磁波 1s 振荡的次数，单位赫兹（Hz）
波长（λ）：电磁波每振荡一次向前传播的距离，单位米（m）
波速（c）：电磁波每1s向前传播的距离，单位米/秒（m/s）

相关公式： 波速波长频率

电磁波波段划分

L 波段、S 波段、C 波段、X 波段、Ku 波段、K 波段、Ka 波段。

这种划分方式是雷达业内的通俗叫法，没有一个严格、统一的标准。通常的划分是：

名称 波段
L 波段 1~2GHz
S 波段 2~4GHz
C 波段 4~8GHz
X 波段 8~12GHz
Ku 波段 12~18GHz
K 波段 18~27GHz
Ka 波段 27~40GHz
U 波段 40~60GHz
V 波段 60~80GHz
W 波段 80~100GHz

电磁波的速度与分类

电磁波产生之后，传播时不需要任何介质，在真空中也能传播，其在真空中传播速度为固定值，是宇宙中物质运动的最快速度，与光速相同，数值为

电磁波根据波长的大小，分为短波、中波、长波、微波、红外线、可见光、紫外线、Χ 射线、γ 射线等。

常见波速与频率

无线电波传播途径

无线电波广泛地应用于无线电通讯、广播、电视等方面，无线电波的发射和接受通过天线实现，其传播分为三种途径：天波、地波、微波。

地波：沿地球表面空间传播的无线电波叫做地波。由于地球是一个大导体，地球表面会因地波的传播引起感应电流，因此地波在传播过程中要损失能量，频率越高损失的能量也越多，所以地波主要适用于长波、中波和中短波。

天波：依靠电离层的反射来传播的无线电波叫做天波。电离层对于不同波长的电磁波的反射和吸收表现不同的特性，波长越长，吸收越强反射越弱，因此短波最适宜以天波的形式传播。

微波：微波是由于频率高、波长短，它既不能以地波的形式传播，又不能依靠天波的形式传播，和光一样，沿直线传播。

无线电与电磁波

频率在数百千赫兹到数百兆赫兹之间的电磁波叫做无线电波，它包括短波、中波、长波、微波，无线电波也仅仅是电磁波的一部分，但电磁波不仅仅只有无线电波，仅仅只有频率相对较低的一部分电磁波才叫无线电波。

0x02 无线电信号调制

什么叫调制，为什么要调制

声音的频率是 20Hz~20KHz，转变成电磁波后也是这个频率，属于低频。电磁波的频率越高越容易传送得更远。所以音频需搭载在高频信号上才能传输得更远，音频搭载上高频信号的过程就叫调制，说白了就是将需要发送的信号与作为载体信号的高频信号做加法，过程很简单，就是正余弦的加减（如图）

调频波波形演示
动态演示

无线电信号是原始信号和已调振荡信号的总称。声音、图像、文字、电码等欲传送的信息，通过转换设备后，转变成为相应变化的电压或电流，这种变化的电压或电流称为原始信号。在发射机中原始信号是用来调制高频振荡的，或者说是用来控制高频振荡的某一参数的，因此又称为调制信号或控制信号。经过调制的高频振荡，或者说参数按调制信号规律变化的高频振荡，称为已调振荡（已调波）

调制的目的是为了把音频传送到更远的地方。目前常用的方法有调幅（AM）和调频(FM)两种方法。

  • AM(Amplitude Modulation 调幅)：调制幅度，高频信号的幅度随着音频信号幅度的改变而改变，当音频信号的幅度高时高频信号的幅度也跟着高，反之跟着变低，形成音频信号的幅度包络，但高频信号的频率保持不变；调幅的特点是频宽宽，距离短。频宽宽的意思是对阻碍物的穿透能力强，但是传输距离较短

  • FM(Frequency Modulation 调频)：调制频率，高频信号的频率随着音频信号幅度的改变而改变，当音频信号的幅度高时高频信号的频率也跟着高，反之跟着变低，但高频信号的幅度保持不变。调频的特点是频宽窄，距离长。频宽窄的意思是对阻碍物的穿透能力弱，但是传输距离长

频率：波在一定时间内震动次数
幅度：波在震动时候上下的幅度大小
调制器：用于实现调制信号对高频载波信号的调制，产生已调波输出。
高频放大器：对产生的已调波进行功率及幅度的放大后送至天线发射出去。
电源：为电路各个部分提供电源。

常见数字信号波形

几种常见的数字信号波形

单极性不归零码(Unipolar NRZ)波形：正电平表示二进制信息代码 1，零电平表示二进制信息代码 0，脉冲之间无间隔，这就是上图中最简单、最常用数字基带信号。其特点是极性单一，有直流分量

双极性不归零码(Bipolar NRZ)波形：正电平表示二进制信息代码 1，负电平表示二进制信息代码 0，脉冲之间无间隔，波形如图所示。其特点是正、负电平幅度相等，当 0、1 等概率出现时无直流分量，这是双极性码与单极性码的最大不同

单极性归零码(Unipolar RZ)波形：在非零码元内，脉冲占空比小于1(不归零码脉冲占空比等于1)，或者说脉冲宽度小于码元宽度，每个脉冲在码元长度内都回到零电平，因此被称为归零码

双极性归零码(Bipolar RZ)波形：它是双极性波形的归零形式，每个码元内的脉冲(正脉冲或负脉冲)都回到零电平，即相邻脉冲之间一定有零电平作间隔

归零码常应用于磁记录系统中
数字通信原理：数字基带信号及其功率谱