《電磁波發(fā)射接收》課件

電磁波發(fā)射接收電磁波發(fā)射接收是無(wú)線通信的關(guān)鍵技術(shù)。了解電磁波的發(fā)射和接收原理，是理解無(wú)線通信系統(tǒng)工作機(jī)制的關(guān)鍵。什么是電磁波定義電磁波是一種由電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互垂直振蕩形成的波，可以在真空中傳播。傳播特點(diǎn)電磁波以光速在真空中傳播，不需要介質(zhì)，且能穿透某些物質(zhì)。應(yīng)用領(lǐng)域電磁波在無(wú)線通信、雷達(dá)、醫(yī)療、廣播、電視等方面都有廣泛應(yīng)用。電磁波的特性橫波特性電場(chǎng)和磁場(chǎng)振動(dòng)方向垂直于傳播方向，形成橫波。光速傳播真空中的傳播速度為光速，約為每秒30萬(wàn)公里。能量輻射電磁波攜帶能量，可以穿透物質(zhì)，并在傳播過(guò)程中衰減。干涉與衍射電磁波可以發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象，表現(xiàn)出波動(dòng)性。電磁波的種類11.射頻電磁波射頻電磁波通常用于廣播、通信、雷達(dá)等領(lǐng)域，其頻率范圍從幾十千赫茲到幾百吉赫茲。22.微波微波具有較高的頻率，通常應(yīng)用于衛(wèi)星通信、微波爐、雷達(dá)等，其頻率范圍從300MHz到300GHz。33.紅外線紅外線位于可見光譜的紅色端，主要用于熱成像、遙感、光學(xué)通信等領(lǐng)域。44.可見光可見光是我們?nèi)庋勰軌蚋兄降碾姶挪?，其波長(zhǎng)范圍從380納米到780納米。55.紫外線紫外線位于可見光譜的紫色端，對(duì)人體有傷害，但也具有殺菌、消毒等用途。66.X射線X射線穿透力強(qiáng)，用于醫(yī)學(xué)影像診斷、工業(yè)探傷等領(lǐng)域。77.γ射線γ射線是能量最高的電磁波，具有很強(qiáng)的穿透力，可用于放射治療、核物理研究等領(lǐng)域。波長(zhǎng)與頻率的關(guān)系c光速電磁波在真空中的傳播速度λ波長(zhǎng)相鄰兩個(gè)波峰或波谷之間的距離f頻率電磁波每秒振動(dòng)的次數(shù)波長(zhǎng)和頻率成反比，即波長(zhǎng)越長(zhǎng)，頻率越低；波長(zhǎng)越短，頻率越高。公式：c=λf，其中c代表光速，λ代表波長(zhǎng)，f代表頻率。電磁波的發(fā)射原理1振蕩電路利用振蕩電路產(chǎn)生高頻的交變電流，從而產(chǎn)生變化的電磁場(chǎng)。2天線輻射振蕩電流通過(guò)天線，使天線周圍的電磁場(chǎng)發(fā)生變化，形成電磁波向空間傳播。3天線類型不同的天線類型對(duì)應(yīng)不同的輻射特性，例如偶極天線、環(huán)形天線等。振蕩電路的組成電容器電容器是振蕩電路中必不可少的元件，其儲(chǔ)能特性在電路中起著至關(guān)重要的作用。電感器電感器是振蕩電路中的另一個(gè)重要元件，其儲(chǔ)能特性在電路中起著至關(guān)重要的作用。晶體管晶體管在振蕩電路中充當(dāng)放大器，放大振蕩信號(hào)，從而形成穩(wěn)定的振蕩。電阻器電阻器在振蕩電路中充當(dāng)控制振蕩信號(hào)的幅度和頻率的重要元件。振蕩原理與振蕩條件1能量反饋能量反饋是維持振蕩的關(guān)鍵2正反饋放大信號(hào)，保持振蕩3相位條件反饋信號(hào)相位與輸入信號(hào)相位一致4頻率條件反饋信號(hào)頻率與輸入信號(hào)頻率一致振蕩電路需要滿足特定條件才能持續(xù)振蕩。能量反饋是維持振蕩的關(guān)鍵，它通過(guò)正反饋機(jī)制放大信號(hào)，同時(shí)確保反饋信號(hào)的相位和頻率與輸入信號(hào)一致，從而形成持續(xù)的振蕩。馬可尼發(fā)射機(jī)原理振蕩電路馬可尼發(fā)射機(jī)使用振蕩電路產(chǎn)生高頻交流電，作為電磁波的能量來(lái)源。天線振蕩電路產(chǎn)生的高頻電流通過(guò)天線，在空間產(chǎn)生電磁波。發(fā)射過(guò)程天線中的高頻電流變化會(huì)產(chǎn)生交變的電磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)以光速向外傳播，形成電磁波。偶極天線的工作原理1電磁波發(fā)射電流在天線中振蕩2電磁場(chǎng)產(chǎn)生振蕩電流產(chǎn)生變化磁場(chǎng)3電磁波輻射變化磁場(chǎng)激發(fā)電磁波4空間傳播電磁波以光速傳播偶極天線由兩根長(zhǎng)度相等的導(dǎo)線構(gòu)成，兩端分別連接電源。當(dāng)電源通電時(shí)，電流在導(dǎo)線中振蕩，產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，變化的磁場(chǎng)會(huì)激發(fā)電場(chǎng)，進(jìn)而形成電磁波。不同天線類型的特點(diǎn)偶極天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，易于制造，廣泛應(yīng)用于廣播、電視等領(lǐng)域。單極天線與偶極天線相比，尺寸更小，但其輻射方向性更強(qiáng)，常用于移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信等。環(huán)形天線輻射方向性好，尺寸小巧，常用于移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信等。螺旋天線具有較寬的帶寬和較高的增益，常用于無(wú)線通信、雷達(dá)等領(lǐng)域。天線的增益與指向性增益指向性天線接收或發(fā)射信號(hào)的效率天線輻射或接收電磁波的方向性高增益天線，信號(hào)更強(qiáng)指向性強(qiáng)的天線，能量集中在特定方向常用單位：分貝（dB）常用指標(biāo)：半功率波束寬度電磁波在自由空間的傳播1直線傳播電磁波在自由空間中以直線形式傳播，不受阻礙，速度接近光速。2能量衰減隨著距離的增加，電磁波的能量逐漸衰減，因?yàn)槟芰糠稚⒃诟蟮目臻g范圍內(nèi)。3不受介質(zhì)影響在自由空間中，電磁波的傳播不受空氣、水或其他介質(zhì)的影響，可以自由地傳播到遙遠(yuǎn)的地方。電磁波在介質(zhì)中的傳播介質(zhì)的影響介質(zhì)對(duì)電磁波的傳播速度和方向會(huì)產(chǎn)生影響。介質(zhì)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率決定了電磁波在介質(zhì)中的傳播速度。折射現(xiàn)象電磁波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生折射，傳播方向發(fā)生改變，且傳播速度也會(huì)改變。吸收與衰減介質(zhì)會(huì)吸收電磁波的能量，導(dǎo)致電磁波的強(qiáng)度隨著傳播距離的增加而衰減。不同的介質(zhì)對(duì)不同頻率的電磁波吸收率不同。散射現(xiàn)象電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)遇到介質(zhì)中的微粒，發(fā)生散射，導(dǎo)致傳播方向發(fā)生改變。散射的程度與微粒的大小和電磁波的頻率有關(guān)。電磁波的衍射與折射衍射現(xiàn)象當(dāng)電磁波遇到障礙物或孔隙時(shí)，會(huì)偏離直線傳播路徑，繞過(guò)障礙物或孔隙繼續(xù)傳播?；莞乖硌苌洮F(xiàn)象可以用惠更斯原理來(lái)解釋，即波前的每一點(diǎn)都可以看作是新的波源。折射現(xiàn)象電磁波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向會(huì)發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為折射。折射率折射現(xiàn)象的程度由兩種介質(zhì)的折射率決定。電磁波的反射與吸收反射電磁波遇到不同介質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象，部分能量被反射回去。反射系數(shù)反射系數(shù)表示反射波能量與入射波能量的比值，取決于介質(zhì)的特性。吸收電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，能量會(huì)被吸收，導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度衰減。吸收系數(shù)吸收系數(shù)表示電磁波在介質(zhì)中傳播單位距離內(nèi)能量衰減的程度。電磁波的干涉與衍射干涉當(dāng)兩列或多列電磁波相遇時(shí)，它們會(huì)相互疊加，產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。干涉可以是相長(zhǎng)干涉，也可以是相消干涉，這取決于波的相位關(guān)系。干涉現(xiàn)象可以用于測(cè)量電磁波的波長(zhǎng)、頻率等參數(shù)，也可以用于制作一些光學(xué)器件，例如干涉儀。衍射當(dāng)電磁波遇到障礙物或孔隙時(shí)，它會(huì)繞過(guò)障礙物或孔隙繼續(xù)傳播，產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。衍射現(xiàn)象表明電磁波具有波動(dòng)性，它會(huì)導(dǎo)致波的傳播方向發(fā)生改變。衍射現(xiàn)象可以用于制作一些光學(xué)器件，例如衍射光柵，也可以用于解釋一些自然現(xiàn)象，例如彩虹。電磁波在大氣中的傳播特點(diǎn)大氣層影響大氣層會(huì)吸收、反射和散射電磁波，導(dǎo)致信號(hào)衰減和信號(hào)路徑變化。天氣狀況雨雪、霧霾等天氣會(huì)對(duì)電磁波傳播造成很大影響，導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度下降。地形地貌山脈、河流、建筑物等地形地貌也會(huì)影響電磁波傳播路徑，導(dǎo)致信號(hào)衰減和信號(hào)畸變。電磁波在電離層中的傳播電離層反射電離層中的自由電子會(huì)反射某些頻率的無(wú)線電波，使信號(hào)能夠傳播更遠(yuǎn)距離。電離層吸收電離層也會(huì)吸收某些頻率的無(wú)線電波，導(dǎo)致信號(hào)衰減。電離層折射電離層會(huì)使無(wú)線電波發(fā)生折射，改變其傳播方向。極光影響極光現(xiàn)象也會(huì)影響電磁波在電離層中的傳播?？臻g衛(wèi)星通信的電磁波傳播衛(wèi)星天線衛(wèi)星天線接收地面站發(fā)射的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)通信。信號(hào)傳播路徑電磁波信號(hào)從地面站發(fā)射，經(jīng)過(guò)大氣層傳播到衛(wèi)星，再?gòu)男l(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到地面接收站。中繼站中繼站可以增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度，延長(zhǎng)通信距離，提高通信可靠性。電磁波接收機(jī)的結(jié)構(gòu)天線天線用于接收電磁波信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。前置放大器放大接收到的微弱電信號(hào)，以提高信號(hào)強(qiáng)度。中頻放大器對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步放大和濾波，以去除噪聲。解調(diào)器將中頻信號(hào)還原為原始的音頻或視頻信號(hào)。接收機(jī)的超外差結(jié)構(gòu)1輸入接收天線接收的信號(hào)2高頻放大放大信號(hào)的幅度和頻率3混頻將接收信號(hào)與本機(jī)振蕩信號(hào)混合4中頻放大放大中頻信號(hào)超外差接收機(jī)將接收的信號(hào)頻率轉(zhuǎn)換為固定的中頻信號(hào)進(jìn)行處理，提高了接收機(jī)的靈敏度和選擇性。超外差結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代無(wú)線電接收機(jī)普遍采用的架構(gòu)。接收信號(hào)的解調(diào)與檢波接收機(jī)通過(guò)天線接收到的信號(hào)一般是高頻信號(hào)，為了提取出信號(hào)中包含的信息，需要進(jìn)行解調(diào)和檢波。1解調(diào)將高頻載波信號(hào)轉(zhuǎn)換為低頻信號(hào)2檢波將低頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為音頻信號(hào)3音頻信號(hào)處理對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行放大和濾波解調(diào)是將高頻載波信號(hào)轉(zhuǎn)換為低頻信號(hào)的過(guò)程，常用的解調(diào)方法有調(diào)幅解調(diào)和調(diào)頻解調(diào)。檢波則是將低頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為音頻信號(hào)，以便于人類能夠聽到。接收信號(hào)的放大與濾波接收到的信號(hào)通常非常微弱，需要進(jìn)行放大才能進(jìn)行后續(xù)處理。同時(shí)，信號(hào)中可能存在干擾信號(hào)，需要使用濾波器來(lái)濾除干擾，保留有用信號(hào)。1放大使用放大器提高信號(hào)強(qiáng)度2濾波使用濾波器去除干擾信號(hào)3信號(hào)處理為后續(xù)處理準(zhǔn)備信號(hào)信號(hào)調(diào)制與解調(diào)技術(shù)調(diào)制將信息信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)的過(guò)程。調(diào)制將信息信號(hào)疊加到載波上，使載波的某個(gè)參數(shù)隨信息信號(hào)變化。常用的調(diào)制方式包括幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）。解調(diào)在接收端將調(diào)制信號(hào)還原為原始信息信號(hào)的過(guò)程。解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，通過(guò)對(duì)載波進(jìn)行處理，提取出信息信號(hào)。解調(diào)技術(shù)的選擇取決于調(diào)制方式，并與接收機(jī)性能密切相關(guān)。數(shù)字調(diào)制技術(shù)頻移鍵控(FSK)通過(guò)改變載波頻率來(lái)表示數(shù)字信號(hào)，可用于無(wú)線通信和數(shù)據(jù)傳輸。相移鍵控(PSK)通過(guò)改變載波相位來(lái)表示數(shù)字信號(hào)，擁有較高的頻譜利用率。幅移鍵控(ASK)通過(guò)改變載波幅度來(lái)表示數(shù)字信號(hào)，適合短距離通信和數(shù)據(jù)傳輸。正交幅度調(diào)制(QAM)結(jié)合了幅度調(diào)制和相位調(diào)制，可在有限帶寬內(nèi)傳輸更多數(shù)據(jù)。信號(hào)編碼與解碼技術(shù)11.數(shù)字編碼將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，例如，脈沖編碼調(diào)制(PCM)。22.糾錯(cuò)編碼在數(shù)字信號(hào)中添加冗余信息，以檢測(cè)和糾正傳輸過(guò)程中的錯(cuò)誤。33.調(diào)制編碼將數(shù)字信號(hào)調(diào)制到載波信號(hào)上，以便通過(guò)無(wú)線或有線信道傳輸。44.解碼接收方將編碼后的信號(hào)還原為原始信號(hào)。電磁兼容性問(wèn)題干擾電磁干擾是電磁兼容性問(wèn)題中最常見的問(wèn)題，可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備性能下降，甚至出現(xiàn)故障。輻射電子設(shè)備會(huì)輻射電磁波，過(guò)高的輻射可能會(huì)對(duì)人體健康造成負(fù)面影響，因此需要進(jìn)行有效的輻射防護(hù)。電磁輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)安全標(biāo)準(zhǔn)電磁輻射會(huì)影響人體健康，因此制定了嚴(yán)格的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電磁輻射的限值，以及相應(yīng)的防護(hù)措施。主要標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際上常用的電磁輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)包括：ICNIRP指南、IEEE標(biāo)準(zhǔn)等。這些標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)頻率、暴露時(shí)間和暴露部位等因素設(shè)定安全限值。重要性嚴(yán)格執(zhí)行電磁輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，可以有效降低電磁輻射對(duì)人體的危害，確保人們的健康安全。措施常見的電磁輻射防護(hù)措施包括：保持距離、使用屏蔽材料、合理使用電器等。