無線電波的發射與接收

2021-03-04 00:29:42 字數 2944 閱讀 5548

我們在物理學的學習中知道,通有交流電的導線,會在它周圍產生變化的磁場,變化的磁場又能在它周圍引起變化的電場,而變化的電場還將在它周圍更遠的空間引起變化的磁場。這種不斷交替變化,由近及遠傳播的電磁場就叫電磁波。無線電技術中使用的電磁波叫無線電波。

無線電廣播、電視廣播都是利用無線電波進行傳播訊號的。現代通訊離不開無線電波。本章將介紹無線電波的波長、頻率、波段劃分,以及它的發射與接收。

第一節無線電波的波長、頻率與波段劃分

一、無線電波波段的劃分

表1-1無線電波波段的劃分

理論和實驗都可以證明,無線電波在真空中的傳播速度跟實驗測得的光速相等,即

c=3.0×108m/s

無線電波在乙個振盪週期t內傳播的距離叫做波長。波長、頻率和無線電波傳播速度c的關係為

λ=c/f

式中:λ一無線電波的波長,單位m ;

c一無線電波的傳播速度,單位m/s;

f一無線電波的頻率,單位hz

無線電波的波長從不到一公釐到幾十千公尺(頻率範圍由幾十千赫到幾十萬兆赫)。通常根據波長〔頻率)把無線電波劃分成幾個波段,如表1-1所示。

二、無線電波的傳播

無線電波是橫波,即電場和磁場的方向都跟波的傳播方向垂直。在無線電波中各處

的電場強度和磁感應強度的方向也總是互相垂直的,如圖1-1所示。不同波長的電磁波,傳播特性不相同;其傳播方式大致可分為地波、天波和空間波三種形式。

(1) 地波

沿地球表面空間向外傳播的無線電波叫地波,如圖1-2(a)所示。波具有衍射特性,當無線電波的波長大於或相當於山坡、建築物等障礙物的尺寸時,它可以繞過障礙物繼續向前傳播。

地球是導體,地波沿地面傳播時,地球表面因電磁感應而產生感應電流,因此要消耗能量,並且能量損耗隨頻率公升高而增大。考慮到能量損失, 只有中、長波才利用地波方式傳播。由於地波傳播穩定可靠,在超遠端無線電通訊和導航等方面多採用中長波。

圖1-1無線電波傳播示意圖

(二)天波

依靠電離層的反射作用傳播的無線電波叫做天波,如圖1-2(b〕所示。在地球表面的大氣層中,大約在60km到400km的範圍內,由於太陽光的照射,氣體分子分解為帶正電的離子和自由電子,這就是電離層。電離層一方面可以反射無線電波,反射本領隨頻率增大而減小。

實踐表明,波長短於10m的微波會穿過電離層飛向宇宙,它只能反射短波或波長更長的無線電波。電離層另一方面要吸收無線電波,吸收本領隨頻率減小而增大,中波和中短波一部分被吸收,因此,只有短波多採用天波方式傳播。

天波傳播受外界影響較大,它與電離層強度、太陽輻射強度等多種因素有關,.由於這些原因,收音機夜晚收到的電台比白天多,

(三)空間波

沿直線傳播的無線電波叫做空間波,它包括由發射點直接到達接收點的直射波和經地面反射到接收點的反射波,如圖1-2(c 〉所示。

圖1-2 無線電波的傳播途徑

由於地球表面是圓球形的,沿直線傳播的微波不能傳播很遠,一般為幾十千公尺。空間波受大氣干擾小,能量損耗小,接收到的訊號較強而且較穩定,所以電視、雷達都採用以空間波方式傳播的微波。

第二節無線電波的發射

一、載波的調製與解調

(一)載波

無線電廣播是利用空中傳播的電磁波來傳遞語言和**的。由於低頻電磁波的輻射需要足夠長的天線,而且能量損失大,所以,低頻訊號不能直接由天線發射。只有波長足夠短,即頻率足夠高的電磁波,才能有足夠的能量由天線輻射出去。

因此,無線電廣播要用高頻電磁波載上低頻訊號傳播到空間去。在無線電廣播中,通過高頻振盪電路產生的高頻、等幅電磁波,叫做載波。載波是運輸工具,起運載低頻訊號的作用。

& 1-3調輻,調頻,調相

(二)調製

用低頻訊號控制高頻載波的過程叫做調製,低頻訊號叫調製訊號。如果載波的幅度被低頻訊號控制,這種調製叫調幅;如果載波的頻率被低頻調製訊號所控制,這種調製叫調頻;如'果載波的初相被低頻調製訊號所控制,這種調製叫做調相;如圖1-3所示。經過調製後的電磁波叫已調波,它可以通過天線向空間輻射出去。

不同的廣播電台,採用不同頻率的載波,彼此互不干擾。例如:北京人民廣播電台第一套節目載波頻率是828kh2,第二套節目載波頻率是927 kh2.

由於載波頻率不同,同時廣播,互不干擾

(三)解調

從已調波中,將低頻調製訊號還原出來的過程叫做解調。解調又有檢波和鑒頻之分,在調幅收音機和調頻音機中將分別進行詳細的講述。

二、無線電廣播的基本原理

無線電廣播主要由話筒、高頻振盪器、調製器、放大器和發射天線組成,其方框圖與各部分波形圖如圖1-4所示。

語言或**的聲波,使話筒內的彈簧片產生機械振動,通過電磁感應的作用,將機械振動轉換為相應的音訊電流或電壓,經音訊放大器放大以後,去調製由高頻振盪器產生的高頻載波, 高頻調幅波經高頻功率放大器放大後,由天線發射出去

第三節無線電波的接收

一、最簡單接收機的組成

最簡單接收機由輸入調諧迴路、解調器、音訊放大器、揚聲器等四部分組成,其方框圖與各部分波形圖如圖1-5所^

二、最簡單接收機各部分的作用

(1) 輸入調諧迴路

輸入調諧迴路的作用是選擇所要收聽的電台。接收機的天線接收到許多不同頻率的已調波, 由於電磁感應的作用,轉變成為相應頻率的感應電動勢。輸入迴路是個諧振電路,利用改變電容器的電容量〔或改變電感線圈的電感量)改變輸入迴路的固有頻率,使它同所要收聽的某個電台訊號發生諧振,將不需要的訊號抑制掉,這樣就達到了選擇電台的作用。

(2) 解調器

解調器的作用是從已調波訊號中還原出音訊訊號。輸入迴路選擇出來的已調訊號,不能直接由耳機或揚聲器還原成聲音,必須先將已調波上所載著的音訊訊號還原出來,才能由耳機或揚聲器還原成聲音,這種從已調波中檢出音訊訊號的過程叫解調或檢波.

(三)音訊放大器

音訊放大器的作用是放大檢波出來的訊號。解調器解調出的音訊訊號只能由耳機還原成微弱的的聲音,效果不好,並且收聽不到訊號較弱的電台的節目。因此,音訊放大器將音訊訊號放大後,再由耳機或揚聲器還原成聲音。

(四)揚聲器

揚聲器的作用是將按音訊訊號變化的電流或電壓變為相應的機械振動,轉化為聲音。

為提高接收機的質量,實際接收機比以上所講述的最簡單接收機要複雜得多,但基本原理無差別。

3 4無線電波的發射 傳播和接收

班級 高二 班學號姓名 學習目標 1.了解無線電波的發射和接收原理。2.了解電諧振的原理和作用。3.了解電磁波在生活中的應用。4.通過對無線電波的廣泛應用,樹立科技興國和投身科學的熱情。學習重難點 重點 無線電波的發射和接收過程 難點 無線電波的發射和接收過程 前置性補償 1.電磁波如何形成?2.電...

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