无线电波原理

无线通信的概念利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式称为无线电通信，简称无线通信。我们身边有哪些无线通信应用无线通信的发展1876年贝尔发明了电话1895年意大利人马克尼和俄国人波波夫利用电磁波实现了无线通信1837年莫尔斯电码无线电波的传播无线电波段划分无线电波的干扰无线电波传播基础无线电微波红外线可见光紫外线X射线射线双绞线同轴电缆卫星地面微波调幅无线电调频无线电海事无线电光纤电视(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024移动无线电一般将频率低于3×1012Hz的电磁波称为无线电波一．无线电波段的划分波段名称波长范围频率范围频段名称主要传播方式和用途长波(LW）1000~10000m30~300KHz低频（ＬＦ）越洋通信远距离导航中波(MW)100~1000m300KHz~3M中频（ＭＦ）船用通信、飞行通信广播、业余无线电通信、短波(SW)１０~１００m3~3０M高频（HＦ）广播、通信超短波(VSW)１~１０m30~300M甚高频（ＶHＦ）电视广播、调频广播、雷达微波分米波(USW)１０~１００cm300MHz~3G特高频（ＵＨＦ）移动通信、中继与卫星通信、电视广播、雷达厘米波(SSW)１~１０cm3~3０G超高频（ＳＨＦ）中继与卫星通信、雷达毫米波(ESW)1~10mm30~300G极高频（ＥＨＦ）微波通信、雷达长波中波短波超短波微波二、无线电波的传播方式问题讨论:为什么不同波段的无线电电波采用不同的传播方式?知识拓展地波传输（长波、中波信号的传播方式）:沿地球弯曲表面传播，适用于波长在200m以上的中、长波。由于大地表面是导体，当电磁波在其表面传播时，一部分能量将被损耗掉，且频率越高，损耗越大。短波天波传输（短波信号的传播方式）：适用于10m-200m的短波。电磁波到达电离层后，一部分能量被吸收，一部分被反射、折射到地面。当频率升高时，电磁波被电离层吸收的能量增加，当频率升高超过一定值时，电磁波将会穿过电离层，不再返回地面。微波直射波（微波信号的传播方式）波长≤10m的电磁波,不再适用电离层传播，而是沿空间直线传播，利用直射和反射实现电磁波的传播。通常，50米高的天线通信距离约50公里。卫星通信卫星地球表面卫星发送多点接收多点接收中国实用通信广播卫星中国试验通信卫星“东方红2号”理想情况下，无线信号在从发射器到接收器间的一条直线上传播。实际情况下，由于障碍物等环境的影响，无线信号的传播将发生反射、衍射和散射三种现象。无线电波的传播反射：当信号遇到表面大于信号波长的障碍物（地球表面、高建筑物、大型墙面）产生。衍射衍射：当信号遇到大于波长的不可穿透物的边缘（如尖锐不规则的边缘物）产生。散射散射：当信号遇到比波长更小的物体（如树叶、街牌、灯柱）时产生。电波的多径传播快衰落多径传播使得接收信号的幅度和相位会产生快速变化，称为快衰落。克服方法主要是各种分集方式。发射端散射阴影散射反射接收端衍(绕)射慢衰落（阴影衰落）由于建筑物、地形起伏等障碍物对传播路径的阻挡，在障碍物后面会形成“阴影区”，造成接收信号强度缓慢变化，称为慢衰落。克服方法主要是加大发射功率，增加接收灵敏度。慢衰落多普勒频移当接收端与发射端之间存在相对运动时，接收端接收到的信号频率与发射端的信号频率不相同，这种现象称为多普勒效应，接收频率与发射效率之差称为多普勒频移。频移大小和相对速度成正比，相对速度越快，频偏越大；频偏越大，数据误码率就越高若接收端朝向发射端方向运动，则多普勒频移为正（接收信号频率上升）；反之若接收端背向发射端方向运动，则多普勒频移为负（接收信号频率下降）多普勒频移三、无线电波的发射1.有效的向外界发射电磁波的条件是什么？⑴要有足够高的振荡频率，因为频率越高，发射电磁波的本领越大。⑵振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，才有可能有效的将电磁场的能量传播出去。（3）减小电感和电容，提高振荡频率。（4）增大电容器极板距离，既能提高振荡频率，又能扩大辐射空间。Blahblahblahblah传输线中的电信号转化成自由空间的电磁波有效的接收或发射电磁波什么是天线？天线的基本原理改造LC振荡电路——由闭合电路成开放电路（如图）2.采用什么手段可以有效的向外界发射电磁波？＋＋＋＋－－－－＋＋＋＋－－－－为了使开放电路中产生振荡电流，常用如图所示的方法，使振荡器的线圈L2靠近开放振荡电路的线圈L1。当振荡器中产生高频振荡电流时，由于互感作用，就可以在开放振荡电路中产生相同频率的振荡电流，这种方法叫做感应耦合。3.发射无线电波的装置：问题：我们要传递的信号不是高频振荡电流，而是一些低频信号（如：声音信号频率只有几百至几千赫兹，图象信号频率也不过上万赫兹），它能把直接发射出去？为了传送声音、文字、图象等信号，首先要把传递的信号转变成电信号。但这种电信号的频率较低，不能直接发射出去，需要将这种低频电信号加到高频振荡电流上发射出去。这种把低频电信号加载到高频振荡电流（载波）上的过程叫做调制。4.利用无线电波可以传递各种信号常用的调制方式有调幅和调频两种：1、调幅：调幅是用信号的高低变为幅度的变化的电信号，这种调制叫做调幅，用AM表示。传输距离较远，但受天气因素影响较大，适合省际电台的广播。信号载波调幅波2、调频：使电磁波的频率随信号改变，这种调制方式叫做调频。用FM表示。信号载波调频波调频波优点：振幅不变，抗干扰能力强，失真较小。缺点：接收机结构复杂，服务半径比较小。调幅（AM）波与调频（FM）波1．传真传真是利用无线电波传送图片、书信等静止图像的方法。原理：画面上不同点反射明暗不同的光，通过光电管，转化为强弱不同的电流，调制到高频等幅振荡电流上发送出去。接收处通过辉光管，把强弱不同的电流还原为明暗不同的光。通过感光纸还原为原来的信号。四、调制信号源2．电视电视是利用无线电波传送活动的图像。原理：由摄像管将景物反射的明暗不同的光转换成强弱不同的电流，即形成图像信号，然后调制到高频振荡电流上发送出去。在接收端，显像管的电子枪受电信号的控制，发射强弱不同的电子束，并且用与摄像管的电子枪相同的方式和步调进行扫描，还原成原来的活动图像。3．雷达雷达是利用无线电测定物体位置的设备。原理：从雷达站的天线向一定方向发射不连续的微波，遇到障碍物后被反射回来被天线接收。根据发出的和收到的两个波的时间间隔，就可测知障碍物的距离。无线电波的接收常见设备无线电波的危害无线电波传播基础声音信号的传送话筒前的人五、常见设备振荡器信号发射机房电视信号发射塔上的信号发射天线无线电信号发射塔彩塔接收天线电报大楼上的接收天线收音机内的接收装置就是一个简单的调谐电路我们生活的空间布满了强弱不同的电磁波,我们又如何选出自己所需的无线电波呢?六、无线电波的接收1.当接收电路的固有频率跟要接收的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强（这种现象叫做电谐振）可变电容2、调节接收电路的固有频率使它与要接收的电磁波的频率相同的过程叫做调谐能够调谐的接收电路叫做调谐电路。3.用调谐电路接收到的感应电流是调制的高频振荡电流，要直接感受到所需要的信号，还需要检波。高频放大器检波器低频放大器信号调制发射调谐电路输出电磁波发射和接受流程图电磁波的发射电磁波的接收高频振荡电流检波（解调）传播七、电磁波的危害电磁波的危害手机的危害原因•在待机状态下，手机不断的发射电磁波，与周围环境交换信息。•手机在建立连接的过程中发射的电磁波特别强。电磁波的危害电磁波可能造成的伤害•手机释放的电磁辐射对脑细胞的影响•电磁辐射的遗害会不断累积﹐在十至十五年后﹐很可能出现更多因手机普及而导致的癌症病例•电磁辐射对胎儿的发育起到极大的影响。容易导致胎儿畸形和发育不良。手机危害的预防移动电话接通瞬间释放的电磁波容易产生不好的影响，所以移动电话响时，一秒后再听手机。•如果身边有其他电话可用，就不要使用手机。在使用手机时，可以采用手机专用耳机，实现远距离使用是比较有效的办法。•休息时不要将手机置于枕头边。•注意手机的摆放位置。医学专家建议我们，手机不用时最好放在包里，但不要放在胸前的口袋中，也不要直接挂在胸前。手机危害的预防多吃绿茶可以防范辐射。•使用绿色手机。GSM标准的手机的辐射标准为0.6～2瓦，而采用CDMA技术的手机其辐射标准要小得多，所以CDMA手机被称作绿色手机。电磁污染电磁污染基本上是两大类：一是自然界所固有的；再就是人在利用电磁能时形成的．目前在人类的生存环境中，自然界固有的电磁辐射的影响已相对较小，人为的电磁辐射的影响却在迅速增大．在我国近十几年来电磁辐射的影响更是爆炸性的增强，“电气烟雾”弥漫在我们周围．作为人造电磁辐射源，它还涉及很多方面，例如，广播电台、电视台、雷达、导航、通信、射电天文、气象预测、医疗设备中的电针炙、核磁共振等，宇航方面的各种飞行器等电子设备都会辐射电磁波，家庭中使用的微波炉、红外烤箱等家用电器，也都会产生电磁辐射．生活环境中充满了电磁波，只要是使用电的电器用品，都会放出电磁波。墙壁中看不见的电线，也会使电磁波检测笔哔哔叫。所以睡觉时不要太靠近装有电线的墙壁，以免因电磁波影响而无法好好睡一觉。而现代人人手一手机，它的电磁波其实是很强的。在电脑前拨通手机，大家往往会发现电脑萤幕闪铄不已。又在打开的收音机前拨通手机，收音机也受到很大的干扰。微波炉的微波也是很强的电磁波，有人曾经做过实验，发现微波抑制了植物的生长！这个实验是将4盆绿豆苗分别放入微波炉中照射微波5秒、10秒、15秒、20秒後，移出置於空旷处。另外一盆完全不照射微波做为实验控制组。观察这5盆绿豆芽每天的生长进度，发现不受微波照射的实验控制组，绿豆苗生长正常。经微波照射过後的植物，只有照射5秒的一盆尚有存活力，其他一概陆续枯萎，可见微波对生物的杀伤力。虽然如此，微波过的食物仍可食入，绝不会吃进微波的！另外也有人做微波使鱼眼变白的实验，将鱼眼睛放入微波炉中，照射微波九秒後观察鱼眼睛的变化。发现微波使鱼眼睛煮熟了。而当人的眼晴暴露在微波中，人眼晴中的水晶体也会和鱼眼睛一样变白，於是再也看不见东西了，这就是所谓的白内障。因此当妈妈使用微波炉煮点心时，小朋友千万不要在微波炉的玻璃门外看着，以免视力会越来越差。电磁波这麽可怕，我们该怎麽预防呢？（一）拔掉插头可防止电磁波：电器用品不使用时，最好将插头拔掉，避免室内环境受到电磁波的侵害。（二）保持距离可减少电磁波：没错，距离越远，电磁波强度越弱。所以在使用电器用品像电脑、电视、电风扇、吹风机、微波炉、电磁炉时，都要远离这些电器用品，以策安全。电磁泄密磁泄露造成泄密电磁辐射除了造成无法清理的磁污染外，低强度的电磁泄露会带来意想不到的麻烦．法国某公司机要室附近停了一辆机动车，车内配备有电磁传感器、高灵敏度接受机和简易信息处理系统．车内电子探测系统与机要室的电脑信息网络之间无任何信息传输通道．奇妙的是，车内的显示荧屏上展示的图文信息，居然与机要室微机荧屏上显示的信息完全一样．这就是因为网络上的荧屏、机壳接缝、键盘、电缆接头等处产笺电磁泄露，辐射到处间，它们可以被某些哪怕是简易的探测系统窃收和破译．目前，世界上不少国家都把美国作为电脑间谍活动及信息破坏的对象．为此，五角大楼坚持每年拨款数十亿美元，用来保障所有相关指挥系统的信息安全．调制：使电磁波随各种信号而改变叫做调制。调幅：使高频遮挡的振幅随信号而改变叫做调幅。调频：使高频振荡的频率随信号而改变叫做调频。电谐振：当接收电路的固有频率跟接收道的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电路最强，这种现象叫做电谐振。调谐：使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐。检波：从接受到的高频振荡中“检”出所携带的信号，叫做检波。检波是调制的逆过程，因此也叫解调。相关概念解释八、课后习题【例1】为了使需要传递的信