電磁波譜電磁波的應(yīng)用無線電波的發(fā)射傳播和接收課件教科版選修

電磁波譜和無線電波電磁波譜是一個廣泛的輻射范圍，從低能無線電波到高能伽馬射線。無線電波是電磁波譜的一部分，用于通信、廣播和導(dǎo)航。電磁波譜簡介電磁波譜涵蓋了所有頻率的電磁輻射，從低頻的無線電波到高頻的伽馬射線。電磁波譜中的不同輻射類型具有不同的波長、頻率和能量，并表現(xiàn)出獨(dú)特的性質(zhì)和應(yīng)用。電磁波的分類無線電波頻率最低，波長最長。微波用于微波爐、雷達(dá)等。紅外線用于遙控器、夜視儀等?？梢姽馊搜劭梢愿兄墓?。無線電波的特性橫波特性電場和磁場相互垂直振蕩，并與傳播方向垂直，形成橫波。波長范圍廣無線電波的波長范圍從幾公里到幾毫米不等，覆蓋了電磁波譜中的大部分區(qū)域。傳播速度快無線電波以光速傳播，速度約為每秒30萬公里，是地球上最快的信息傳遞方式。穿透能力強(qiáng)無線電波可以穿透某些介質(zhì)，例如空氣、玻璃和水，但會受到障礙物的阻擋，比如金屬和厚厚的墻壁。無線電波的應(yīng)用領(lǐng)域通信無線電波在通信領(lǐng)域至關(guān)重要，例如廣播、電視、手機(jī)信號、衛(wèi)星通信等。導(dǎo)航無線電波可以用于導(dǎo)航系統(tǒng)，例如GPS定位、雷達(dá)探測等。醫(yī)療無線電波在醫(yī)療領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用，例如X射線、磁共振成像等。工業(yè)無線電波用于工業(yè)控制、無線遙控、工業(yè)檢測等方面。無線電波的發(fā)射原理無線電波的發(fā)射需要使用天線，將電信號轉(zhuǎn)換成電磁波。1振蕩電路產(chǎn)生高頻交流電2調(diào)制將音頻信號疊加在高頻信號上3放大增強(qiáng)信號強(qiáng)度4天線將電磁波發(fā)射出去高頻交流電在天線周圍產(chǎn)生變化的磁場，磁場變化又產(chǎn)生變化的電場，電場變化又產(chǎn)生變化的磁場，以此類推，形成電磁波。天線的工作原理1電磁波的產(chǎn)生天線通過電流的振蕩產(chǎn)生交變磁場，從而產(chǎn)生電磁波。2電磁波的輻射產(chǎn)生的電磁波在空間中以光速傳播，并以天線的形狀和尺寸決定輻射的方向和強(qiáng)度。3信號的接收當(dāng)電磁波遇到另一個天線時，會感應(yīng)出電流，從而接收信號。天線的分類11.按工作頻率分類天線的工作頻率決定了其尺寸和形狀。22.按輻射方向分類天線可以是全向的，輻射到所有方向，也可以是定向的，只輻射到特定方向。33.按結(jié)構(gòu)分類天線可以是線狀的，如偶極天線，也可以是面狀的，如拋物面天線。44.按應(yīng)用場景分類不同的天線設(shè)計適用于不同的應(yīng)用，如廣播、通信、雷達(dá)等。常見天線類型1偶極天線偶極天線由兩根等長導(dǎo)線組成，它們以中間為中心，以一定距離隔開。這種天線結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，廣泛應(yīng)用于廣播電視、移動通信等領(lǐng)域。2單極天線單極天線由一根導(dǎo)線與接地平面相連構(gòu)成。它與偶極天線相比，結(jié)構(gòu)更為簡單，通常用于移動設(shè)備和無線網(wǎng)絡(luò)。3螺旋天線螺旋天線由金屬線繞成螺旋狀，并以一定角度傾斜于地面。它具有較高的增益和較窄的波束，常用于衛(wèi)星通信和雷達(dá)系統(tǒng)。4微帶天線微帶天線是一種平面天線，它由金屬片和介質(zhì)基板組成。它具有尺寸小、重量輕、便于集成等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于移動通信、無線網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信。天線的指向性定義天線指向性指天線在不同方向上輻射或接收電磁波的能力。天線輻射的功率在不同方向上并不相同，指向性越好，能量越集中。指向性圖指向性圖通常用極坐標(biāo)圖表示，橫軸表示方位角，縱軸表示天線在該方向上的輻射功率。圖中最大值所在方向即為天線最大輻射方向。天線的增益天線的增益是指天線在特定方向上發(fā)射或接收信號的能力，也稱為方向性。增益越高，天線在該方向上的信號強(qiáng)度就越大，信號傳輸距離就越遠(yuǎn)。增益單位描述1dBi分貝各向同性天線在特定方向上的功率密度是各向同性天線的功率密度的1dBi倍無線電波的傳播方式1直射傳播無線電波沿直線傳播2反射傳播無線電波遇到障礙物反射3折射傳播無線電波遇到不同介質(zhì)折射4繞射傳播無線電波繞過障礙物傳播無線電波傳播方式多種多樣，影響著信號傳輸?shù)木嚯x和質(zhì)量。直射傳播直線傳播無線電波沿直線路徑傳播，不發(fā)生彎曲。傳播距離短直射傳播受地球曲率影響，傳播距離有限。地面波無線電波沿著地面?zhèn)鞑?，主要用于短波廣播。反射傳播地面反射無線電波遇到地面或建筑物時，會發(fā)生反射。反射波的方向取決于入射角和地面性質(zhì)。電離層反射無線電波在傳播過程中遇到電離層，也會發(fā)生反射，這是遠(yuǎn)距離無線電通信的重要方式。影響因素反射波的強(qiáng)度和方向受地面性質(zhì)、入射角、頻率等因素影響。折射傳播折射傳播無線電波在不同介質(zhì)的交界面發(fā)生偏折，改變傳播方向，即為折射傳播。影響因素折射程度取決于兩個介質(zhì)的折射率差異，以及入射角的大小。繞射傳播無線電波遇到障礙物時，會發(fā)生繞射現(xiàn)象。繞射是指無線電波沿著障礙物邊緣傳播的現(xiàn)象。繞射的程度取決于障礙物的大小和無線電波的波長。波長越短，繞射現(xiàn)象越明顯。障礙物越小，繞射現(xiàn)象越明顯。電離層反射傳播電離層反射無線電波遇到電離層，部分能量被反射回地面。電離層地球大氣層的高層，受到太陽輻射而電離。傳播距離電離層反射，可以使無線電波傳播更遠(yuǎn)。無線電波傳播的影響因素11.頻率頻率越高，無線電波傳播距離越短，但穿透能力越強(qiáng)。22.距離距離越遠(yuǎn)，信號衰減越嚴(yán)重，需要更高的功率或更好的天線。33.地形山脈、建筑物等障礙物會阻擋無線電波傳播，造成信號衰減或信號盲區(qū)。44.氣象條件雨雪、霧霾等天氣會吸收無線電波能量，造成信號衰減或信號失真。頻率無線電波頻率與傳播距離密切相關(guān)，頻率越高，傳播距離越短，反之亦然。例如，低頻無線電波可以繞過地球表面?zhèn)鞑?，覆蓋全球范圍，而高頻無線電波則只能傳播幾十公里。距離無線電波傳播距離會影響信號強(qiáng)度和質(zhì)量。100KM短距離信號損失少，傳輸穩(wěn)定1000KM中距離信號衰減明顯，需增強(qiáng)器10000KM遠(yuǎn)距離信號弱，需中繼站100000KM超遠(yuǎn)距離衛(wèi)星通信地形地形對無線電波的傳播路徑和強(qiáng)度有很大影響。山脈、丘陵、建筑物等地形地貌會阻擋或反射無線電波。例如，山脈可以阻擋無線電波的傳播，導(dǎo)致無線電信號在山區(qū)覆蓋范圍有限。建筑物也可以阻擋或反射無線電波，影響信號強(qiáng)度和質(zhì)量。1山脈阻擋無線電波傳播2丘陵反射無線電波3建筑物阻擋或反射無線電波氣象條件氣象條件對無線電波傳播的影響降雨雨水會吸收無線電波能量，導(dǎo)致信號衰減。云層云層會反射和散射無線電波，影響信號質(zhì)量。溫度溫度變化會導(dǎo)致大氣折射率變化，進(jìn)而影響無線電波傳播路徑。風(fēng)力強(qiáng)風(fēng)會造成天線晃動，影響信號穩(wěn)定性。無線電波的接收原理接收天線接收天線用于捕獲無線電波，并將電磁能量轉(zhuǎn)換為電信號。放大器放大器用于增強(qiáng)接收到的微弱電信號，使其足以被后續(xù)電路處理。解調(diào)器解調(diào)器用于從接收到的信號中提取出音頻、視頻或數(shù)據(jù)信息。揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器將解調(diào)后的音頻信號轉(zhuǎn)換為聲音，使人們能夠聽到接收到的廣播節(jié)目。接收天線接收無線電波接收天線用于捕獲來自無線電發(fā)射源的無線電波。轉(zhuǎn)換信號天線接收無線電波后將其轉(zhuǎn)換為電信號。增強(qiáng)信號信號放大器增強(qiáng)信號，以便進(jìn)一步處理。收音機(jī)接收機(jī)的組成天線天線用于接收無線電波，并將其轉(zhuǎn)化為電信號。調(diào)諧器調(diào)諧器用于選擇特定的無線電頻率，并將其放大。放大器放大器用于放大接收到的信號，使其足夠強(qiáng)以被檢測。檢波器檢波器用于提取音頻信號，并將其轉(zhuǎn)換為音頻頻率。收音機(jī)的工作原理1接收信號收音機(jī)的天線接收來自廣播電臺的無線電波，這些無線電波攜帶著聲音信息。2信號放大接收到的信號非常微弱，需要經(jīng)過放大才能被處理。收音機(jī)使用放大器來增強(qiáng)信號強(qiáng)度。3音頻解碼放大后的信號被送入調(diào)諧器，調(diào)諧器選擇特定頻率的信號，并將信號轉(zhuǎn)換成音頻信號。4音頻輸出音頻信號經(jīng)過揚(yáng)聲器轉(zhuǎn)換成聲音，最終通過揚(yáng)聲器播放出來。常見收音機(jī)類型老式收音機(jī)老式收音機(jī)使用模擬信號接收，音質(zhì)清晰，通常配備有調(diào)諧旋鈕和音量控制旋鈕。它們通常使用真空管或晶體管作為放大器，價格較低。便攜式收音機(jī)便攜式收音機(jī)體積小巧，便于攜帶，通常使用電池供電，適合外出使用。它們可以接收AM和FM廣播信號，有些還支持收聽短波廣播。數(shù)字收音機(jī)數(shù)字收音機(jī)使用數(shù)字信號接收，音質(zhì)更加清晰，抗干擾能力強(qiáng)，通常具備多種功能，例如錄音、鬧鐘、藍(lán)牙連接等?；ヂ?lián)網(wǎng)收音機(jī)互聯(lián)網(wǎng)收音機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)連接接收廣播信號，可以收聽全球各地的廣播節(jié)目，不受地域限制。它們通常具備豐富的功能，例如節(jié)目搜索、收藏、定時等。數(shù)字廣播技術(shù)數(shù)字音頻壓縮數(shù)字廣播使用先進(jìn)的音頻壓縮技術(shù)，例如MP3和AAC，以提高音頻質(zhì)量并節(jié)省帶寬。數(shù)據(jù)傳輸數(shù)字廣播不僅傳輸音頻，還能夠傳遞其他數(shù)據(jù)信息，例如節(jié)目信息、文本和圖像?？垢蓴_能力強(qiáng)與模擬廣播相比，數(shù)字廣播信號對噪聲和干擾的抵抗能力更強(qiáng)，保證了更清晰的音頻體驗(yàn)。頻道數(shù)量增加數(shù)字廣播能夠在相同的頻譜范圍內(nèi)提供更多的頻道，為用戶提供更多選擇。總結(jié)電磁波譜電磁波譜涵蓋各種類型的電磁波，從無線電