无线电发射、接收原理(讲稿)

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夜晚收听 19m 夏季晚上经常效果较好 22m 13.57 - 13.87 MHz夏季使用 25m 最佳时刻日出、日落两小时前后 31m 9.400 - 9.90 MHz 最佳全年夜晚波段,从 日落两小时前直到深夜. • 41m 7.100 - 7.60 MHz天黑以后. 全年晚上收听 效果好 • 49m 5.80 - 6.20MHz 天黑后. 全年晚上最佳波 段
电视信号发射塔上的信号 发射天线
无线电信号发射塔
发射无线电波的目的：传递信息（信号）．
思考：我们要传递的讯号不是等幅高频振荡电流，而是一些 低频讯号（如：声音讯号频率只有几百至几千赫兹，图象讯 号频率也不过上万赫兹）能否把它们直接发送出去？
2、调制：把信号“加”到载波上的过程 载波：用来运载信号的高频等幅波
397m 旋出些
5、关于无线电波的传播下列叙述正确的是： A 电磁波频率越高，越易沿地面传播； B 电磁波频率越高，越易沿直线传播 C 电磁波在各种介质中传播的波长恒定 D 只要有三颗同步卫星在赤道上空传递微 波，就可把信号传遍全世界
B
短波波段收听效果
• 波长－频率MHz 白天收听 • 11m 25.6 - 26.1 很少使用 • 13m 21.45 - 21.85 冬天效果最好;其他季节也 好 • 16m 17.48 - 17.90 全年优秀(通常日落前三个 多小时内效果很好) • 19m 15.10 - 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) • 22m 13.57 - 13.87 应该是一年好的波段. • 25m 11.60 - 12.1０ 最佳时刻日出、日落两小 时前后
类比：(电磁波发射——汽车运货) “货物”——要传送的声音、图象等讯号 “装上货物”的过程——调制信号过程
(1)调幅AM:使高频振荡的振幅随信号而改变
使载波随各 种信号而改 变,叫做调
制
声音信号
调 幅
高频振荡电流
(2)调频FM:使高频振荡的频率随信号而改变
使载随各种 信号而改变, 叫做调制 声音信号
当接收电路的固有频率跟接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 做电谐振）
三、无线电波的接收：
1、接收无线电波的电路： 2、电谐振：当接收电路的固有频率跟 接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 象叫做电谐振，相当于机械振动中的 共振。
• 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。
• 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。
一.无线电波的发射
1.有效发射无线电波的要求:
(1)要有足够高的频率. 频率越高,发射电磁波的本领越大 (2)电场和磁场必须分散到尽可能大的空间——开放电路 （实际开放电路有天线和地线）
天线
地线
发 射 端
• 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 。
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
• 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。
调 频
高频振荡电流
声音信号的调制过程：
二、无线电波的传播
1、无线电波的波段分布
2、无线电波的传播方式：
微波
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?
长波: 波长较长，容易产生衍射现象。
长波在地面传播时能绕过障碍物
（大山、高大建筑物……）
长波容易被电离层吸收；
短波容易被电离层反射；
放大器
传输的是音频电流，离不开导线，传输不远 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
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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。
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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。
3、调谐：使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调 谐的接收电路叫做调谐电路。
4、解调：使声音或图像从高频电流中还原出来，这个过程 是调制的逆过程，所以叫解调。调幅波的解调也叫“检 波”。
类比：(电磁波接收——汽车进站和卸货) “货物”——要传送的声音、图象等讯号
“进站”——电谐振
“卸货”的过程——解调信号过程
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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。
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340 m/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：
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？
• 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：
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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。
小结
• 发射电磁波的条件 • 无线电波的传播方式 • 调制、电谐振、调谐等概念
1 、下列几种方式中，能提高振荡电路向外辐射 能量本领的有： A．减小振荡电路中的电容 B．增加振荡时的电压 C．增加电容器充电的电荷量 D．用开放电路，不用闭合电路
答案：AD
2、关于无线电波的发射过程，下列说法 正确的是： A 必须对信号进行调制； B 必须对信号进行电谐振； C 必须把信号加在高频电流上； D必须使用开放电路
ACD
3、无线电接收机中调谐电路的可变电容器 动片，从完全旋入到完全旋出都不能接收到 某一较高频率电台送出的信号，要接收到电 信号，应： A．增加电源两端的电压 B．将线圈中的铁芯取走 C．增大调谐电路中线圈的匝数 D．减少调谐电路中线圈的匝数
答案：BD
4、有波长分别为290m、397m、566m的无线 电波同时传向收音机的接收天线，当把收 音机的调谐频率调到756kHz时。 （1）哪种波长的无线电波在收音机中产生 的电流最强？ （2）如果想接收到波长为290m的无线电波， 应把调谐电路中可变电容器的动片旋进些 还是旋出些？
射能量很低，在无线电广播技术中是不适用的。
4.有线传输中的音频能否产生电磁波传播出去（调制的原因） 原因： a．通过天线向外辐射：天线的长度与波长λ相 比拟 λ/4， λ/2， λ。 音频频率：f ：20---20kHz λ=c/f λ：15 x 103---15 x 106 m b．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。
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
6.无线电波划分:
按波长： 超长波、长波、中波、短波、微 波 等等
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。
电磁波的传 播速度是： 3×108 m/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。
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
微波容易穿过电离层。
空间பைடு நூலகம்、视波
微波:
频率很高； 直线传播。
发射的无线电波如何被接收到呢？
电磁波在空间传播时，如果遇到导体，会使导体产 生感应电流，感应电流的频率跟激起它的电磁波的频率 相同。因此利用放在电磁波传播空间中的导体(天线和地 线组成)，就可以接收到电磁波了。
如何使我们需要的电磁波在接收天线中激 起的感应电流最强呢？
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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。
• 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。