无线电发射、接收原理(讲稿)

九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院无线电发射、接收原理无线电发射、接收知识收音机发展简介收音机原理九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院一、无线电发射、接收知识声音及其传播：1.声音是由振动产生的：振动体周围产生声波，声波在空气中以340m/s的速度传送，随着距离的增加，衰减是很快的，传送距离是有限的。音调的高低，就是声音的频率：20Hz---20KHz----叫做“音频”无论一个人怎样尽力大喊，靠声波都是传不远的。2.有线传输：九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院3.无线电波------与声波有着本质的不同声波---------是机械振动的结果无线电波---是电磁振荡的产物电磁波（无线电波）的产生：导线中流过交变的电流→→产生交变的磁场→→在其周围再产生变化的电场→→又激起变化的磁场→→。。。→形成不可分割的电场和磁场，像水波一样向外传播→→形成电磁波传输的是音频电流，离不开导线，传输不远放大器九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院电磁波的传播速度是：3×108m/s在无线电广播中我们会经常听到：“这里是××广播电台，××××千赫……”这是在告诉我们这家电台的名称和发射的无线电波频率。九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院交流电每秒发生50次改变方向和大小的周期性变化。在电学里，把电流强度随时间作周期性变化的电流叫作振荡电流。交流电就是一种振荡电流。振荡电流每秒周期性变化的次数叫作振荡频率。在无线电技术里，向外发射的是高辐射能量的高频（一般在几百千赫以上）振荡电流，而每秒振荡几十次的低频振荡电流的辐射能量很低，在无线电广播技术中是不适用的。九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院4.有线传输中的音频能否产生电磁波传播出去原因：a．通过天线向外辐射：天线的长度与波长λ相比拟λ/4λ/2λ音频频率：f：20---20kHzλ=c/fλ：15x103---15x106mb．串台：都是音频频率(1)无线电通信系统是通过空间辐射方式传送信号，根据电磁波理论，对于语音信号来说，相应的辐射天线尺寸要在几十公里以上，实际上这是不可能制造出来的。而调制过程则将信号的频谱搬移到任何所需的较高频率范围，这样就容易以电磁波形式辐射出去。(2)如果不进行调制而是把被传送的信号直接辐射出去，那么各电台所发出的信号频率就会相同，它们混在一起，收信者将无法选择所要接收的信号。而调制作用的实质是把各信号的频谱搬移，使它们互不重叠地占据不同的频率范围，也即信号分别托附于不同频率的载波上，接收机就可以分离出所需频率的信号，不致互相干扰。九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院故：需要高频信号形成无线电波，无线电波的频率越高越容易传播5.无线电波特点：①频率高，天线尺寸小，可以有效辐射②频率范围宽，分占，不重叠九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院6.无线电波划分:按波长：超长波、长波、中波、短波、微波等等九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院7.无线电波的传播方式----和光波一样，具有直射、绕射、反射、折射的传播能力。地波，天波，空间波。。。。。(长波和中波）（短波）（超短波和微波）--雷达、导航、卫星等九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院•中波基本上是沿地表传播，受地面的吸收作用，使中波的传播距离受到限制。但中波的信号稳定，多用于省市以内较近距离的无线电广播。•短波的传播主要靠地面和天空中电离层之间的反射，虽然信号没有中波稳定，但传播距离远，多用于国际间的无线电广播。•超短波能够穿透电离层而不被其反射，与光线的传播性质相似，主要用于电视、雷达和近距离通讯。九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院短波波段收听效果•波长－频率MHz白天收听•11m25.6-26.1很少使用•13m21.45-21.85冬天效果最好;其他季节也好•16m17.48-17.90全年优秀(通常日落前三个多小时内效果很好)•19m15.10-15.80全年白天最佳波段(通常日落前三个多小时内效果很好)•22m13.57-13.87应该是一年好的波段.•25m11.60-12.1０最佳时刻日出、日落两小时前后九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院•夜晚收听•19m夏季晚上经常效果较好•22m13.57-13.87MHz夏季使用•25m最佳时刻日出、日落两小时前后•31m9.400-9.90MHz最佳全年夜晚波段,从日落两小时前直到深夜.•41m7.100-7.60MHz天黑以后.全年晚上收听效果好•49m5.80-6.20MHz天黑后.全年晚上最佳波段九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院8、既然无线电发射靠的是高频振荡电流。那高频电流又是怎样产生的呢？九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院•产生高频振荡电流的电路叫作高频振荡电路，它一般是由一个线圈（用字母L表示）和电容（用字母C表示）构成的回路组成，所以叫LC振荡电路，如图所示：九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院•在电路（a）中，电容C经由一个开关K和电池组并联，电池组向C充电。当C充满电荷时，两极板间的电场最强，其两端的电压也最大（等于电池组的电压）。这时开关没有把线圈接入，LC回路呈开路状态，电路中的能量全部是电能。•当开关K扳向线圈，把电池组和电容断开，LC就构成了闭合回路。这时电容C便通过线圈L放电，由于L的自感作用，放电电流i不能立刻达到最大值而只能逐渐增大。在放电过程中，电容极板上的电荷逐渐减少，电场逐渐减弱。但随着L中的电流增大，线圈中的磁场却逐渐加强。在C放电的过程中，LC回路中的电场能被逐渐转变为线圈中的磁场能。C放电完毕，极板上的电荷和电场全部消失，通过L中的电流达到最大值，电容C中的电场能全部转变为线圈L中的磁场能，如图（b）。在此过程中形成了振荡电流i的OA段。九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院•随后，由于线圈L的自感作用，电流到达最大值后并不立即消失，而是逐渐减小，线圈L中的磁场也开始减弱。磁场的变化要产生感生电流。因此电容C又被感生电流反方向重新充电，这时，电容极板上的电荷极性和极板间的电场方向跟以前相反。在这个过程中，L中的磁场能又被逐渐转变成为电容器中的电场能。随着磁场的逐渐减弱，感生电流也逐渐减小。当L中的磁场减小到零时，全部能量返回电容C，此时C极板两端的电压和极板间的电场又达到最大值，但方向和原来相反，如图（c）所示。于是形成了振荡电流i的AB段。九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院•接着，电容器C又要通过线圈L进行放电，产生和前面放电电流方向相反的电流。放电完毕时，电路中的磁场又再一次的全部转变成磁场能。只是这时线圈中的磁场方向和图（b）相反，如图（d）所示。这个过程形成了振荡电流i的BC段。九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院•而后，在线圈L的自感作用下，感生电流再次使电容C充电，线圈中的磁场能又如图（e）所示，全部转化为电容器的电场能，形成了振荡电流的CD段。这样上述电场和磁场周期性转化的过程就会反复循环地进行下去，从而在LC回路中得到周期性变化的振荡电流。九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院•其实，在LC振荡回路中，由于线圈导线中有电阻的存在，必然要引起能量损失，所以振幅（振荡电流i的最大值）会逐渐减小，最终导致停振。这种振荡被称作减幅振荡或阻尼振荡，其振荡波形如（a）。如果能在振荡过程中适时地给LC回路补充能量，来补偿电路上的能量损耗，那么振幅就会保持不变。这种振幅不变的振荡叫作等幅振荡，如图（b）所示。九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院•在无线电发射技术中，所需要的是等幅振荡，这就需要不断地给振荡回路补充能量。在实际电路中的做法是，从振荡回路取出一部分振荡电流送给放大器进行放大，然后把经放大器放大的振荡电流再补充给振荡回路，就使得振荡电路能够保持等幅振荡。这种放大器和LC回路被统称为振荡电路或振荡器，下图就是一个振荡电路的示意图。九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院•由振荡器产生的高频等幅振荡电流在LC回路中不断地使电容器C内的电场和线圈L内的磁场发生转变。由于电容器C极板间的距离很小，线圈L也绕成螺线管状，回路中的电场和磁场几乎完全集中在电容器和线圈的内部。这种振荡回路向外辐射的电磁能量极小，是不利于向外辐射电磁波的。通常把这种振荡电路叫作闭合振荡电路。九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院•为了有效地发送电磁波，就要使振荡电路中的电场和磁场尽可能地分布到周围空间，这就必须对闭合振荡电路加以变化。把电容器的极板尺寸加大，并把极板间的距离也相应变化和增大，就会使电容器内部电场向外辐射增多。如果继续变化，直至把两个极板变成两条导线，一条伸入高空成为天线，另一条埋入地下成为地线，就变成了如图所示的开放式振荡电路。9、怎样的振荡电路才能有效向外辐射电磁波呢？九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院•开放式电路的天线和地线之间形成的分布电容替代了原来的电容器C，大大地增加了电场分布的空间，电场的周围又产生磁场，磁场的周围又产生电场，于是有效地把电磁波向周围空间辐射出去。九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院•在无线电技术里，把载运音频信号（或其它低频信号）的高频无线电波称为载波。把音频信号（或其它低频信号）加载到高频无线电波的过程叫作调制。没有加载音频信号（或其它低频信号）的无线电波称为等幅波，加载音频信号以后的无线电波被叫作调制波。用来调制载波的音频信号也叫作调制信号。10、如何将音频信号加载到高频无线电波中去呢？九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院调制（Modulate）调制----把音频信号“装载”到高频载波信号上去的过程载波信号（高频振荡信号）有三个要素：振幅Um角频率ω（ω=2f）初相角θ让其中之一按音频信号规律变化-----------就形成了三种调制方式(1).调幅方式：Um随音频信号而变----ＡＭ(2).调频方式：ω、f随音频信号而变---ＦＭ(3).调相方式：θ随音频信号而变----PＭ九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院无线电广播大多采用ＡＭ、ＦＭ调幅波（AM）九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院11、调幅波的发射过程方框图九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院声音信号的传送话筒前的人九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院振荡器信号发射机房九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院电视信号发射塔上的信号发射天线无线电信号发射塔九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院二、收音机发展简介从器件上：电子管→→晶体管→→集成电路从广播制式上：直接放大式→→超外差式（AM/FM）→→调频立体声从技术上：模拟式→→数字式（数字调频收音机）矿石收音机电子管收音机晶体管收音机集成电路收音机DPS收音机未来收音机发展历程矿石收音机我们习惯把那些不使用电源，电路里只有一个半导体元件的收音机统称为“矿石收音机”。矿石收音机是指用天线、地线以及基本调谐回路和矿石(方铅矿）做检波器而组成的没有放大电路的无源收音机，他是最简单的无线电接收装置，主要用于中波公众无线电广播的接收。1910年，美国科学家邓伍迪和皮卡尔德用矿石来做检波器，故由此而得名。由于矿石收音机无需电源，结构简单，深受无线电爱好者的青睐，至今仍有不少爱好者喜欢自己DIY和研究。但它只能供一人收听，而且接收性能也比较差，当时客观上也制约了无线电广播的普及和发展。九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院•自制方铅矿检波器•首先就要制作出人造方铅矿（辉铅