无线电波的发射和接收
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第一章无线电波的发射与接收我们在物理学的学习中知道,通有交流电的导线,会在它周围产生变化的磁场,变化的磁场又能在它周围引起变化的电场,而变化的电场还将在它周围更远的空间引起变化的磁场。
这种不断交替变化,由近及远传播的电磁场就叫电磁波。
无线电技术中使用的电磁波叫无线电波。
无线电广播、电视广播都是利用无线电波进行传播信号的。
现代通讯离不开无线电波。
本章将介绍无线电波的波长、频率、波段划分,以及它的发射与接收。
第一节无线电波的波长、频率与波段划分一、无线电波波段的划分表1-1无线电波波段的划分理论和实验都可以证明,无线电波在真空中的传播速度跟实验测得的光速相等,即C=3.0×108m/s无线电波在一个振荡周期T内传播的距离叫做波长。
波长、频率和无线电波传播速度c的关系为λ=c/f式中:λ一无线电波的波长,单位m ;c一无线电波的传播速度,单位m/s;f一无线电波的频率,单位HZ无线电波的波长从不到一毫米到几十千米(频率范围由几十千赫到几十万兆赫)。
通常根据波长〔频率)把无线电波划分成几个波段,如表1-1所示。
二、无线电波的传播无线电波是横波,即电场和磁场的方向都跟波的传播方向垂直。
在无线电波中各处的电场强度和磁感应强度的方向也总是互相垂直的,如图1-1所示。
不同波长的电磁波,传播特性不相同;其传播方式大致可分为地波、天波和空间波三种形式。
(一)地波沿地球表面空间向外传播的无线电波叫地波,如图1-2(a)所示。
波具有衍射特性,当无线电波的波长大于或相当于山坡、建筑物等障碍物的尺寸时,它可以绕过障碍物继续向前传播。
地球是导体,地波沿地面传播时,地球表面因电磁感应而产生感应电流,因此要消耗能量,并且能量损耗随频率升高而增大。
考虑到能量损失,只有中、长波才利用地波方式传播。
由于地波传播稳定可靠,在超远程无线电通讯和导航等方面多采用中长波。
图1-1无线电波传播示意图(二)天波依靠电离层的反射作用传播的无线电波叫做天波,如图1-2(b〕所示。
第四章:电磁振荡与电磁波4.3:无线电波的发射和接收一:知识精讲归纳考点一、无线电波的发射1.要有效地发射电磁波,振荡电路必须具有的两个特点:(1)要有足够高的振荡频率,频率越高,发射电磁波的本领越大.(2)振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间,因此采用开放电路.2.实际应用中的开放电路,线圈的一端用导线与大地相连,这条导线叫作地线;线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连.3.电磁波的调制:在电磁波发射技术中,使载波随各种信号而改变的技术.调制分为调幅和调频.(1)调幅(AM):使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制方法.(2)调频(FM):使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制方法.考点二、无线电波的接收1.接收原理:电磁波在传播时如果遇到导体,会使导体中产生感应电流,空中的导体可以用来接收电磁波,这个导体就是接收天线.2.电谐振:当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时,接收电路中产生的振荡电流最强,这种现象叫作电谐振,相当于机械振动中的共振.(1)调谐:使接收电路产生电谐振的过程.(2)解调:把声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程.调幅波的解调也叫检波.考点三、电视广播的发射和接收1.电视广播信号是一种无线电信号,实际传播中需要通过载波将信号调制成高频信号再进行传播.2.高频电视信号的三种传播方式:地面无线电传输、有线网络传输以及卫星传输.3.电视信号的接收:电视机接收到的高频电磁波信号经过解调将得到的信号转变为图像信号和伴音信号.技巧一:有效发射电磁波的条件要有效地向外发射电磁波,振荡电路必须具有的两个特点:(1)要有足够高的振荡频率.频率越高,振荡电路发射电磁波的本领越大,如果是低频信号,要用高频信号运载才能将其更有效地发射出去.(2)采用开放电路.采用开放电路可以使振荡电路的电磁场分散到尽可能大的空间,如图2.图22.调制(1)概念:把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上,使载波随各种信号而改变.(2)调制的分类①调幅:使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制技术,如图3所示.图3②调频:使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制技术,如图4所示.二:考点题型归纳题型一:电磁波的发射和接收1.(2023秋·江西上饶·高二统考期末)无线电波可以用于广播及其他信号的传输。
3 无线电波的发射和接收教学目标(1)知道有效发射电磁波的条件,根据这个条件思考天线应有的形状。
(2)知道在电磁波的发射过程中调频、调幅两种调制方法。
(3)知道接收需要的电磁波要进行调谐,知道还原信号还要进行解调。
(4)将电谐振与力学中的共振相类比,体会物理学中的统一性。
教学重难点教学重点根据有效发射电磁波的条件得出天线应有的形状的过程教学难点天线应有的形状、调制和解调过程教学准备多媒体课件教学过程新课引入教师活动:展示LC振荡电路的电路图。
教师设问:在普通的LC振荡电路中,电场主要集中在电容器的极板之间,磁场主要集中在线圈内部。
在电磁振荡的过程中,电场能和磁场能主要是在电路内互相转化,辐射出去的能量很少,怎样才能有效地发射电磁波呢?教师活动:将话题引入无线电波的发射和接收。
讲授新课一、无线电波的发射教师活动:讲解有效发射电磁波的条件。
有效发射电磁波的条件:⏹ 要有足够高的振荡频率⏹ 振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间频率越高,发射电磁波的本领越大理论研究表明,单位时间内发射出去的电磁波的能量与振荡频率的四次方成正比。
根据振荡频率公式f = 可知要使振荡频率高,电路中LC 的乘积应比较小。
结合平行板电容器的电容 r 4πSC kd ε=可以通过减小电容器两极板的正对面积、增大极板间距来满足要求。
可以通过减小线圈的匝数来减小电感。
如果将振荡电路深化成一根导线,导线的两端作为电容器的两个极板,中间的导线作为线圈。
这样既起到了减小电容和电感的效果,同时还可以使电场和磁场扩展到电容器的外部。
这样的振荡电路称为开放电路。
教师活动:讲解实际中使用的电路。
实际应用中的开放电路,线圈的一端用导线与大地相连,这条导线叫作地线;线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连。
无线电波就能由这样的开放电路有效地发射出去。
教师设问:刚才我们研究怎样将电磁波辐射到空间中去,但这不是我们的目的,请同学思考使这些电磁波载上信号?请同学们手机查询资料来回答这个问题。