航空无线电发射和接收基础
1.9 无线电发射和接收基础
1.9.1 信号调制
一、调制的基本概念
低频信号是不可能直接有效地辐射出去的。必须将要发送的低频信号去控制高频振荡的某个参数，然后再发射出去，这种控制过程就称为调制。
调制过程是使高频振荡的某一参数按照原始低频信号的变化规律来变化。高频振荡实际起着运载低频信号的运输工具作用，所以称为载波。
常用的调制方式:幅度调制和频率调制。
二、调幅
调幅波是载波振幅按照调制信号的大小成线性变化的高频振荡，因此调幅波的振幅携带着原调制信号的信息，它的载波频率维持不变。
1、普通调幅波
.调幅波由ωc、ωc+.、ωc-.三个不同频率的余弦波组成。式中第一项称为载波分量，第二和第三项分别称为上边频和下边频分量。
2、双边带调制波
.抑制载波的双边带调制，简称双边带调制（简写为DSB）。
3、单边带调制波
.抑制载波的单边带调制，简称单边带调制，用SSB表示。它除了保持双边带调制波节省发射机功率的优点外，还将已调信号的频谱宽度压缩一半。
三、调频
所谓调频，就是设法使载波的瞬时频率或瞬时相位在调制信号的控制下变化，而已调波的振幅保持不变。
调频波的特点：占用的频带较宽，抗干扰能力较强,失真小。通常利用调频波来传送要求失真较小的音乐等信号。调频主要用于调频广播、广播电视、通信及遥测等。
1.9.2 信号解调
一、解调的基本概念
接收机收到已调制的高频信号后，为了获得信息，需要将载波去掉，即从调幅波或调频波中提取出原有的调制信号。这种反调制过程，称作解调。
二、调幅信号的解调
输入是调幅波，则输出即是原调制信号。
在无线电接收机中，是利用鉴频器来实现对调频信号的解调的。
三、调频信号的解调
一、无线电发射机的功用
无线电发射机的功用是产生所需的无线电发射信号。
二、调幅发射机的基本结构
在无线电调幅发射机中，可分为低电平调幅和高电平调幅电路。
高电平调幅是在发射机的末级实现调幅，产生满足发射机输出功率要求的已调波。
低电平调幅是先在低功率电平级产生调幅波，再经过高频功率放大器放大到所需的发射功率。
1、振荡器
.振荡器用以产生射频振荡信号，即载波信号。
2、倍频器
.倍频器的功用是将射频信号的频率倍乘到更高的频率。
1.9.3 无线电发射机
3、放大器
.放大器可分为电压放大器和功率放大器两类。电压放大器可有效放大信号的幅度，但对所放大信号的功率无明显要求。功率放大器则不然，主要要求将信号的功率放大到所要求的值。
4、调制器
.调制器用以实现对载波信号的调制。
三、调频发射机的基本结构
1、直接调频电路
.在射频振荡器中实现调频。
.直接调频电路通常利用变容二极管的特性来实现。
2、间接调频电路
.由调相实现调频的方法称为间接调频。
1.9.4 无线电接收机
一、接收机的性能指标
接收机性能指标主要指灵敏度、选择性、保真度及频率准确度等。
1、灵敏度
.灵敏度表示接收机接收弱信号的能力。
.直接影响系统的作用距离。
.在接收机输出端的信噪比维持所需数值的条件下，使接收机输出标准功率所需的天线输入端的最小电动势，称为接收机的灵敏度。
2、选择性
.选择性表示接收机选择所需信号抑制其他信号及干扰的能力。
3、保真度
.也可用失真度来表示。
4、频率准确度与稳定度
.频率准确度指所指示频率与实际接收频率之间的误差。频率稳定度指接收机的接收频率在工作过程中的稳定程度。
二、超外差接收机的基本组成
无线电接收设备的基本任务，是在接收端从无线电信号中提取系统所需的信息。
接收机可以分为高频、检波和低频三个基本组成部分。
1、高频电路
2、变频
3、中频放大器
.中频放大器的增益及通带直接影响接收机的灵敏度及选择性等指标。
5、检波器
.检波器把高频信号变换成低频信号，即实现对已调高频信号的解调。
6、低频放大
.放大低频信号，使其满足扬声器、耳机等终端器件的需要。
传输线主要用于传输高频电磁能。无线电收发设备与天线之间的高频馈线就是一种常见的传输线。
一、传输线的类型与特点
常用的传输线有同轴线与平行双线两类。机载设备中以同轴线的应用最为普遍。
1.10 天线和无线电波
1.10.1 传输线的基本概念
二、分布参数
分布参数导致传输线上电压电流波形发生变化的根本原因。
传输线的分布参数指分布在整个传输线上的电阻（电导）、电感和电容。
传输线对信号源所呈现的阻抗，与线长和信号频率直接相关；传输线越长、信号频率越高，则分布电阻越大。
三、行波和驻波
行波：ρ＝1，当负载等于传输线的特性阻抗时，传输到末端的能量被负载全部吸收，线上只有入射波，没有反射波，传输线工作在行波状态。负载与传输线电阻匹配状态。
驻波状态：ρ＝∞如果传输线末端开路或短路，则线上为纯驻波。理想的无耗开路线和短路线的输入阻抗总是呈现为电抗性的，这表明开路线是不消耗输入电源的能量的。
复合波：ρ>1当负载不是准确等于传输线的特性阻抗时，传输线上既有行波又有驻波，两者合成称为复合波。
驻波系数(也称驻波比)ρ：通常，用这一参数来衡量负载匹配的状况。负载阻抗偏离传输线特性阻抗越多，线上的驻波成分越多，驻波系数就越大。越接近匹配状态，应接近于1。
1.10.2 天线的基本概念
一、天线的功用
天线的功用是将无线电发射设备产生的射频信号能量转换成电磁波有效地辐射到空中去。
二、天线的方向性
所谓方向性，是指在距发射天线相同距离的球面上，不同方向所接收到的信号的能量不同。或者说，天线将其所发射的能量集中在某些方位，而其它方位较小甚至没有。
天线的方向性可用天线的方向性图表示，也可用天线的主瓣宽度――波瓣宽度表示。天线的增益系数同样也可表明天线的方向性特性。
1、方向性图和主瓣宽度
2、天线增益系数
天线增益系数是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想无方向性天线在空间同一点处所产生的能流密度之比。
一、大气层对电波传播的影响
电离层对电波传播会产生较为明显的影响。电离层随季节而变化；白天的电子浓度比晚上大。
二、电波的传播方式
不同频率的无线电波在大气中传播时，由于本身的传播规律及地面和大气层的不同影响，形成了不同的传播方式。
不同波段的电波的传播具有不同的特点。
1.10.3 无线电波的传播
1、天波
.电波由发射天线向空中辐射，遇到电离层后反射到接收点，这种传播方式称为天波传播。
短波主要利用天波传播。
2、地波
.电波沿地球表面传播到接收点，称为地波。
.中波主要利用地波传播。
3、空间波
.空间波包括直接波和地面反射波。
.电波沿视线直接传播到接收点，称为直接波
.经地面反射后到达接收点的电波，叫地面反射波
.超短波和微波是利用空间波来传播的，空间波传播也称为视线传播。
4、散射波
三、各波段电波的传播特点
1、超长波和长波的传播特点
.表面波传播方式
.传播稳定、传播距离长、绕射能力强、地面吸收少
.奥米伽导航、潜艇导航
2、中波的传播特点
.地波传播方式
.传播距离比长波近、地面吸收大
.无线电罗盘
3、短波的传播特点
.天波传播方式
.高频通信
4、超短波和微波的传播特点
.空间波传播方式
.视线范围，直线传播保密性较好
.甚高频通信与甚高频导航系统
一、波导
波导的基本功用是传输微波电磁能量。当工作频率达到几千兆赫或更高时，传输低频信号用的平行双线和同轴线的损耗显著增大，是无法正常传输电磁能量的，只能用波导来传输。
波导通常是用铝、铜等金属制成的封闭金属导管，其内壁镀银，以减少损耗。
波导的形状，以矩形截面波导为主应用最为普遍，其次是圆形波导。
波导的尺寸是有严格限制的，一定尺寸的波导只能用于传输一定波段的信号。
二、定向耦合器
定向耦合器用以从传输能量的主波导中耦合很小一部分能量到副波导中去，以输往测量仪器或实现其他目的。
1.10.4 波导器件
1.11 航空仪表与传感器基础
一、航空仪表的分类
按照航空仪表的结构，通常可将其分为模拟式仪表数字式仪表两大类。
.模拟式仪表是纯机械结构或采用仪表、机械与电气相结合的仪表（简称机电仪表）
.数字式仪表则是机械、电气、数字计算与电子显示相结合的仪表。
按工作原理可将航空仪表分为测量仪表、计算仪表和调节仪表等。
按功用则可分为飞行仪表、发动机仪表和其他设备仪表。飞行仪表又可分为大气数据系统、仪表姿态系统仪表、航向系统仪表和指引系统仪表等。
1、测量仪表
①飞行仪表用于测量飞机的各种运动参数。
大气数据系统仪表有高度表、升降速度表、指示空速表、马赫数表（或称M数表）、大气静温温度表和空气总温温度表等
姿态系统仪表有地平仪、转弯仪和测滑仪等
航向系统仪表有磁罗盘、陀螺罗盘和陀螺磁罗盘等
指引系统仪表有姿态指引仪、水平指引仪和一些重要数据指引
②发动机仪表是指发动机工作系统中的各种参数测量仪表。转速表（螺旋桨转速表，或低压涡轮和高压涡轮转速表）、进气压力表和气缸头温度表（两表用于活塞式发动机）、扭矩表和排气温度表、压力比表（或推力表）和喷气温度表（两表用于涡轮喷气或涡轮风扇发动机）、燃油压力表、滑油压力表、滑油温度表、燃油油量表（指汽油油量表或煤油油量表）、燃油流量表、滑油油量表、发动机振动指示器、油门指位表和散热器风门指位表等
2、计算仪表
.计算仪表是指飞机上的一些领航（或称导航）和系统性能方面的计算仪表（或称计算器、计算机），如自动领航仪、航行计算器、飞行指引仪（或系统）、惯性导航仪（或系统）、性能管理系统中的性能管理计算机和飞行管理系统中的飞行管理计算机等。
3、调节仪表
.这里所说的调节仪表是指维护范围的一些自动化控制系统设备，如自动驾驶仪、马赫配平系统、调整片自动配平系统、倾斜阻尼器、偏航阻尼器和自动油门系统等。
二、航空仪表的配置
航空仪表指示器主要集中在驾驶舱；其他地方：如灭火瓶、氧气瓶、冷气瓶和液压系统的储压瓶等设备上有些压力表，燃油加油口处有油量表；传感器装在被测系统便于准确测定参数的位置处；其余电子设备基本上集中在电子设备舱。
对有正副驾驶员的飞机，飞行仪表基本上是双套的，其余仪表为单套。飞行仪表集中在左右仪表板上（即正副驾驶员的正前方仪表板）。两人都需要观察的单套仪表分布在中央仪表板（主要是发动机仪表）和中央操纵台或是驾驶舱的顶板上。少量仪表因正副驾驶员在工作上的分工或是个人需要（如氧气设备）分布在左右操纵台和侧面板上。所有仪表设备的控制电门和保险电门都分布在便于驾驶员操纵的仪表板、操纵台、驾驶盘、顶板和侧板上。
航空仪表在仪表板上的排列也有一些原则。
三、传感器用敏感元件的分类与基本原理
传感器是能把被测物理量或化学量转换为与之有确定对应关系的电量输出的装置。
在航空电子系统中，利用传感器测量出飞机的飞行参数、姿态、发动机工作状态参数以及其它所需的物理量。
传感器一般由敏感元件、传感元件和其它辅助件组成，有时也将信号调节与转换电路、辅助电源做为传感器的组成部分。
以下主要按检测对象和效应来介绍光敏传感器、温度传感器、力敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、湿度传感器、离子传感器、生物传感器、硅片传感器的基本原理。
1、弹性敏感元件
.具有弹性变形特性的物体称为弹性元件。
2、线绕式电位计
.它主要作为一种把机械的线位移或角位移转换为与其成一定函数关系的电阻式电压的传感元件来应用。
3、电容式传感器
.电容测量技术不但可广泛地用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，而且还逐步地扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。
4、压电式传感器
.压电式传感器的工作原理是以某些物质的压电效应为基础的。
.常见的压电材料有石英、钛酸钡、锆钛酸铅等。
5、磁电式传感器
.在电磁感应现象中，磁通量Ф的变化是关键。因此可以制造不同类型的磁电式传感器。
6、光电式传感器
.光电式传感器是能将光能转换为电能的一种器件。它的物理基础是光电效应。在现代测量与控制系统中，应用非常广泛。
7、霍尔式传感器
.霍尔式传感器是一种利用霍尔效应进行工作的传感器。根据霍尔效应制成的元件。叫做霍尔元件。
8、热电式传感器
.常用的热电式传感器有热电偶及热敏电阻两种。
.热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随温度显著变化这一特性制成的温度敏感元件。
.热敏电阻的最大特点是具有负的电阻温度系数。当温度升高时，电阻率明显地减小。
.热电偶传感器是利用热电偶将温度的变化转换为热电势的变化元件。航空仪表中常用来测量发动机的排气温度．
9、膜片传感器和智能传感器
.新的压力传感器采用硅膜片。硅膜片为硅材料的应变片，是利用半导体工艺直接生长在硅膜片上形成的固态压力微型传感器。
.近代传感器发展很快，微电子技术和微处理机技术已进入传感器领域，使传感器有了新的突破．一个单功能传感器与微电脑的“硬件”和“软件”集合一体，特别是与“软件”的有机结合，可以把获得的信息进行存储、数据处理、控制及打印，变成多功能传感器，此类传感器又称为智能传感器。
四、航空仪表的工作特性
1、稳定性
.航空仪表的稳定性，是表示输入量跃变后输出量能否在相应的数值上稳定下来的一种工作特性。
.在输入量跃变后，输出量随时间的变化过程称为过渡过程。过渡过程所需要的时间称为稳定时间，或称过渡过程时间。稳定时间越短，说明仪表的稳定性越好。
.我们在调整或修理航空仪表时，首要条件是保证航空仪表在工作的全过程中，都必须是稳定的。
2、工作状态
.对测量仪表来说，工作状态分为静稳态、动稳态和动态。
.对自动控制系统来说，工作状态分为稳定状态和操纵状态。
3、工作特性
.航空仪表的工作特性分为静态特性（简称静特性）和动态特性（简称动特性）两种。
.静态时，如果输出量与输入量成比例关系，即静特性曲线为一条直线，则称为线性特性；具有线性特性的工作系统称为线性系统。
.如果输出量与输入量不成比例关系，即静特性曲线不为一条直线，则称为非线性特性。具有非线性特性的工作系统称为非线性系统。
4、灵敏性
.航空仪表的灵敏性常用灵敏度、迟滞、漂移、阀值、分辨率和死区等参数来描述。
.灵敏度是指输入量变化一个单位时，输出量所产生的相应变化量。
.迟滞表明输入信号在正（输入量增大）、反（输入量减小）行程期间输出一输入特性线不重合的程度，也就是说，对应于同一大小的输入信号，行程方向不同，输出信号大小不相等。
.漂移是仪表工作系统的一种不稳定现象，指输入量没有变化而输出量在变动，它分为零点漂移、灵敏度漂移和时间漂移三种。
.由于迟滞的原因，输入量从零开始缓慢增加到某一数值（称最小输入值）后才会有输出，我们把这个最小输人值称之为阀值。在实际使用中，阀值是指输出达到某一最小值时的输入量。
.输入信号从非零值开始缓慢增加到某一新值时，输出量才开始变化。我们把输出开始变化时所用的输入增量，称为分辨率。
.死区是指输入量在较小范围内变化时，没有输出的区域，即仪表工作不灵敏区域。
5、工作精度
.仪表的工作精度就是它反映实际情况的准确程度。对测量仪表，指示值越接近实际值越好；对计算仪表，计算出来的参数越准确越好；对调节仪表，控制对象越接近指个基准越好。
6、误差
1.12 静电敏感器件
一、静电的基本概念
各种绝缘体由于摩擦、感应等原因会积累电荷。所积累电荷的极性和数量与物体本身的性质有关。静电所产生的电压会达到很高的数值。
物体所积累的电荷在物体间相互接触时会相互流通，即静电泄放。
二、静电敏感器件
现代电子设备中的微处理器和大规模集成器件等对静电十分敏感，可能在未觉察的情况下就已被静电所损坏，因此必须十分注意对这类器件的保护。
为易于识别，含有静电敏感器件的电子组件上都标有明显的符号和名牌。
工作中必须遵守下列几点保护措施：
.不得用手接触静电敏感器件、电路板或组件的金属销钉；
.拆下静电敏感器件、电路板后必须装入专用的防静电包装袋内；
.拆下的组件电缆头上必须装上防静电的电缆头盖，挂上防静电标签；
.在电子设备舱中拆装静电敏感组件时应带上腕带并接地。
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