无线电波的发射与接收

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 乂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 波段名称 超长波 长波 频段名称 甚低频 VLF 低频 LF 中频 MF 中高频IF 高频 HF 波长范围 104 105m 频率范围用途 海上远距离通信 超远程无线电通讯 和导航 30 3 kh z 300 30 kHz 1500 300 kHz 6 1.5 M H z 30 6 MHZ 10 104m 3 中波 中短波 短波 2X102 103m 50 2 x 102m 10 50 m 无线电广播 电报通讯 无线电广播、电报 通讯 米波县高频VHF1 10 m 1 10-1 m 10- IO 1 300 30 MHZ 无线电、电视广 播、导航 分米波特高频UHF3000 300 MHZ 电视、雷达、无线 电导航 -43. Z 厘米波超高频SHF -2 A m3 X 10 3x 10 MH 5 一 雷达、卫星 通讯、接力通讯 4 _ _ 毫米波极高频EHF 10 10 -2 m 33 x 10 3X 10 MH 5-- 电视、雷达、无线 电导航 无线电接力通讯亚毫米波超极局频10 3 m以下3 x 10 MH以上 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 C3.0 x 10 m/s 8 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 入c/f 1 式中入一无线电波的波长，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H 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 （一）地波 沿地球表面空间向外传播的无线电波叫地波，如图 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。 （ 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。在地球 表面的大 气层中，大约在60km到400km的范围内，由丁太阳光的照射，气体分子分 解为带正电的离子 和自由电子，这就是电离层。电离层一方面可以反射无线电波，反 射本领随频率增大而减小。实践表明，波长短丁 图1-1无线电波传播示意图 1-1所小。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。 1-2（a）所示。波具有衍射特 性，当无线电波的波长大丁或相当丁山坡、建筑物等障碍物的尺寸时，它可以绕过障碍物继续 10m的微波会穿过电离层飞向宇宙, 它只能反射短波或波长更长的无线电波。电离层另一方面要吸收无线电波，吸收本领随频率减 小而增大，中波和中短波一部分被吸收，因此，只有短波多采用天波方 式传播。 天波传播受外界影响较大，它与电离层强度、太阳辐射强度等多种因素有关， 丁这些原因，收音机夜晚收到的电台比白天多， （三）空间波 沿直线传播的无线电波叫做空间波，它包括由发射点直接到达接收点的直射波和 经地面反射到接收点的反射波，如图1-2（ C〉所示。 .由 2 图 1-2无线电波的传播途径 由丁地球表面是圆球形的，沿直线传播的微波不能传播很远，一般为几十千米。 空间波受 大气干扰小，能量损耗小，接收到的信号较强而且较稳定，所以电视、雷达 都采用以空间波方 式传播的微波。 第二节无线电波的发射 一、载波的调制与解调 （一）载波 无线电广播是利用空中传播的电磁波来传递语言和音乐的。由丁低频电磁波的 辐射需要足 够长的天线，而且能量损失大，所以，低频信号不能直接由天线发射。只有波长足够短，即频 率足够高的电磁波，才能有足够的能量由天线辐射出去。因此, 无线电广播要用高频电磁波载上 低频信号传播到空间去。在无线电广播中，通过高频振荡电路产生的高频、等幅电磁波，叫做 载波。载波是运输工具，起运载低频信号的 作用。 3 1-3调辐，调频，调相 （二）调制 用低频信号控制高频载波的过程叫做调制，低频信号叫调制信号。如果载波的幅度被 低频信号控制，这种调制叫调幅；如果载波的频率被低频调制信号所控制，这 种调制叫调频； 如’果载波的初相被低频调制信号所控制，这种调制叫做调相；如图1-3所示。经过调制后的 电磁波叫已调波，它可以通过天线向空间辐射出去。不同的 广播电台，采用不同频率的载波， 彼此互不干扰。例如北京人民广播电台第一套节 目载波频率是828kh2,第二套节目载波频率 是927 kh 2.由丁载波频率不同，同时广 播，互不干扰 （三）解调 从已调波中，将低频调制信号还原出来的过程叫做解调。解调乂有检波和鉴频 之分，在 调幅收音机和调频音机中将分别进行详细的讲述。 二、无线电广播的基本原理 4 无线电广播主要由话筒、高频振荡器、调制器、放大器和发射天线组成 框图与各部分波形图如图1-4所示。 ，其方 图 1-4无线电广播发射方框图和波形0 语言或音乐的声波，使话筒内的弹簧片产生机械振动，通过电磁感应的作 用，将机械振动 转换为相应的音频电流或电压，经音频放大器放大以后，去调制由高频振荡器产生的高频载 波，高频 调幅波经高频功率放大器放大后，由天线发射出去 第三节无线电波的接收 一、最简单接收机的组成 最简单接收机由输入调谐回路、解调器、音频放大器、扬声器等四部分组 图 1-5最简单接收机方框图与各部分淤形图 成，其方框图与各部分波形图如图 二、最简单接收机各部分的作用 （一）输入调谐回路 1-5所A 5 输入调谐回路的作用是选择所要收听的电台。接收机的天线接收到许多不同 频率的已调 波，由于电磁感应的作用，转变成为相应频率的感应电动势。输入回 路是个谐振电路，利用改变电容器的电容量〔或改变电感线圈的电感量）改变输 入回路的固有 频率，使它同所要收听的某个电台信号发生谐振，将不需要的信号 抑制掉，这样就达到了选择 电台的作用。 （二）解调器 解调器的作用是从已调波信号中还原出音频信号。输入回路选择出来的已调 信号，不能 直接由耳机或扬声器还原成声音，必须先将已调波上所载着的音频信 号还原出来，才能由耳机 或扬声器还原成声音，这种从已调波中检出音频信号的 过程叫解调或检波. （三）音频放大器 音频放大器的作