无线电发射、接收原理(讲稿).ppt
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1、九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院大家好1无线电发射、接收原理无线电发射、接收原理 无线电发射、接收知识无线电发射、接收知识收音机发展简介收音机发展简介收音机原理收音机原理大家好2九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院一、无线电发射、接收知识一、无线电发射、接收知识声音及其传播:声音及其传播:1.声音是由振动产生的声音是由振动产生的:振动体周围产生声波,振动体周围产生声波,声波在空气中以声波在空气中以340m/s的速度传送,随着距离的速度传送,随着距离的增加,衰减是很快的,传
2、送距离是有限的。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:音调的高低,就是声音的频率:20Hz-20KHz-叫做叫做“音频音频”无论一个人怎样尽力大喊,靠声波都是传不远的。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:有线传输:大家好3九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院3.无线电波无线电波-与声波有着本质的不同与声波有着本质的不同声波声波-是机械振动的结果是机械振动的结果无线电波无线电波-是电磁振荡的产物是电磁振荡的产物电磁波(无线电波)的产生电磁波(无线电波)的产生:导线中流过交变的电流导线中
3、流过交变的电流产生交变的磁场产生交变的磁场在在其周围再产生变化的电场其周围再产生变化的电场又激起变化的磁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不可分割的电场和磁场,像水波一样向外传播形形成电磁波成电磁波传输的是音频电流,离不开导线,传输不远传输的是音频电流,离不开导线,传输不远放大器放大器大家好4九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院电磁波的传电磁波的传播速度是:播速度是:3108m/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。大家好5九江职业
4、大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院交流电每秒发生 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射能量很低,在无线电广播技术中是不适用的。大家好6九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院4.有线传输中的音频能否产生电磁波传播出去有线传输中的音频能否产生电磁波传播出
5、去原因:原因:a通过天线向外辐射:天线的长度与波长通过天线向外辐射:天线的长度与波长相相比拟比拟/4/2音频频率:音频频率:f:20-20kHz=c/f:15x103-15x106mb串台:都是音频频率串台: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,这样就程则将信号的频谱搬移到任何
6、所需的较高频率范围,这样就容易以电磁波形式辐射出去。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,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,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
7、率的信号,不致互相干扰。出所需频率的信号,不致互相干扰。大家好7九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院故:需要高频信号形成无线电波,无线电波的故: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频率越高越容易传播 5.无线电波特点:无线电波特点:频率高,天线尺寸小,可以有效辐射频率高,天线尺寸小,可以有效辐射频率范围宽,分占,不重叠频率范围宽,分占,不重叠大家好8九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院6.无线电波划分无线电波划分:按波长:按波长:超长波、长波、中波、短波、微
8、超长波、长波、中波、短波、微波波等等等等大家好9九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院7.无线电波的传播方式无线电波的传播方式-和光波一样,具有和光波一样,具有直射、绕射、反射、折射的传播能力。直射、绕射、反射、折射的传播能力。地波,地波,天波,天波,空间波。空间波。(长波和中波)长波和中波)(短波)(短波)(超短波和微波)(超短波和微波)-雷达、导航、卫星等雷达、导航、卫星等大家好10九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院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
9、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。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。大家好12九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院短波波段收听效果短波波段收听效果波长频率波长频率MHz白天收听白天收听11m25.6-26.1很少使用很少使用13m21.45-21.85冬天效果最好冬天效果最好;其他季节也其他季节也好好16m17.48-17.90全年优秀全年优秀
10、(通常日落前三个通常日落前三个多小时内效果很好多小时内效果很好)19m15.10-15.80全年白天最佳波段全年白天最佳波段(通常日通常日落前三个多小时内效果很好落前三个多小时内效果很好)22m13.57-13.87应该是一年好的波段应该是一年好的波段.25m11.60-12.1最佳时刻日出、日落两小最佳时刻日出、日落两小时前后时前后大家好13九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院夜晚收听夜晚收听19m夏季晚上经常效果较好夏季晚上经常效果较好22m13.57-13.87MHz夏季使用夏季使用25m最佳时刻日出、日落两小时前后最佳时刻日出
11、、日落两小时前后31m9.400-9.90MHz最佳全年夜晚波段最佳全年夜晚波段,从日从日落两小时前直到深夜落两小时前直到深夜.41m7.100-7.60MHz天黑以后天黑以后.全年晚上收听全年晚上收听效果好效果好49m5.80-6.20MHz天黑后天黑后.全年晚上最佳波全年晚上最佳波段段大家好14九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院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?大家好15九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院产生高频振荡电流的电路叫作高频振
12、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:大家好16九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院大家好17九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院在电路(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。当开关K 扳向线圈,把电池组和电容断开,LC 就构成了闭
13、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。大家好18九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院随后,由于线圈L 的自感作用,电流到达最大值后并
14、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。大家好19九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院接着,电容器C 又要通过线圈L 进行放电,产生和前面
15、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。大家好20九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院而后,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。大家好21九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院
16、九江职业大学信息工程学院大家好22九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院其实,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。大家好23九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院在无线电发射技术中,所需要的是等幅振荡,
17、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。大家好24九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院大家好25九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院 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
18、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。大家好26九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院为了有效地发送电磁波,就要使振荡电路中的电场和磁场尽可能地分布到周围空间,这就必须对闭合振荡电路加以变化。把电容器的极板尺寸加大,并把极板间的距离也相应变化和增大,就会使电容器内部电场向外辐射增多。如果继续变化,直至把两个极板变成两条导线,一条伸入高空成为天线,另一条埋入地下成为地线,就变成了如图所示的开放式振荡电
19、路。9 9、怎样的振荡电路才能有效向外辐射电磁波呢?、怎样的振荡电路才能有效向外辐射电磁波呢?大家好27九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院大家好28九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院开放式电路的天线和地线之间形成的分布电容替代了原来的电容器C,大大地增加了电场分布的空间,电场的周围又产生磁场,磁场的周围又产生电场,于是有效地把电磁波向周围空间辐射出去。大家好29九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院在无线电技术里,
20、把载运音频信号(或其它低频信号)的高频无线电波称为载波。把音频信号(或其它低频信号)加载到高频无线电波的过程叫作调制。没有加载音频信号(或其它低频信号)的无线电波称为等幅波,加载音频信号以后的无线电波被叫作调制波。用来调制载波的音频信号也叫作调制信号。1010、如何将音频信号加载到高频无线电波中去呢?、如何将音频信号加载到高频无线电波中去呢?大家好30九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院调制调制(Modulate)调制-把音频信号“装载”到高频载波信号上去的过程载波信号(高频振荡信号)有三个要素:振幅Um 角频率(=2f)初相角 让其
21、中之一按音频信号规律变化-就形成了三种调制方式(1).调幅方式调幅方式:Um 随音频信号而变-(2).调频方式调频方式:、f 随音频信号而变-(3).调相方式调相方式:随音频信号而变-P大家好31九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院无线电广播大多采用、调幅波(AM)大家好32九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院大家好33九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院1111、调幅波的发射过程方框图、调幅波的发射过程方框图大家好
22、34九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院声音信号的传送话筒前的人大家好35九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院振荡器信号发射机房大家好36九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院电视信号发射塔上的信号发射天线无线电信号发射塔大家好37九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院二、收音机发展简介二、收音机发展简介从器件上从器件上:电子管晶体管集成电路从广播制式上从广播制
23、式上:直接放大式超外差式(AM/FM)调频立体声从技术上:从技术上:模拟式数字式(数字调频收音机)大家好38矿石收音机电子管收音机晶体管收音机集成电路收音机DPS收音机未来收音机发展历程发展历程大家好39矿石收音机我们习惯把那些不使用电源,电路里只有一个半导体元件的收音机统称为“矿石收音机”。矿石收音机是指用天线、地线以及基本调谐回路和矿石(方铅矿)做检波器而组成的没有放大电路的无源收音机,他是最简单的无线电接收装置,主要用于中波公众无线电广播的接收。1910年,美国科学家邓伍迪和皮卡尔德用矿石来做检波器,故由此而得名。由于矿石收音机无需电源,结构简单,深受无线电爱好者的青睐,至今仍有不少爱好
24、者喜欢自己DIY和研究。但它只能供一人收听,而且接收性能也比较差,当时客观上也制约了无线电广播的普及和发展。大家好40九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院九江职业大学信息工程学院自制方铅矿检波器 首先就要制作出人造方铅矿(辉铅)。这里需要的材料是纯铅、硫磺粉和一个试管。首先要准备好铅屑,为此要把纯铅用小刀刮碎或用大锉刀锉成铅屑。把铅屑和硫磺粉混合,比例大体为:铅屑2030克,硫磺粉58克。如果没有天平也可以将它们按照相同的体积混合。把混合后的粉末倒入玻璃试管中用木棒轻轻捣匀,然后在酒精灯或煤气炉等的微火上把试管加热。请注意:这需要在无人的室内进行。试管在最初
25、加热时要离火焰远一些,等硫磺熔化后才可以将试管移进火焰,当混合粉末闪光而且灼热时,就将试管拿开,保持垂直的位置使它慢慢冷凝。只有将试管打破,才可以将晶体取出。这种晶体很像铁渣,它敲碎的地方有发亮的颗粒状表面,晶体这个纯净的表面有很好的检波效果。晶体的制作不是一次就能成功的,可以多试几次。晶体很爱干净,请仔细洗手后再拿晶体,或者干脆使用镊子。底座可以用任何绝缘材料,橡皮好找且便于加工。它的长度为37-40mm,宽度为12-15mm,厚度为3-5mm。用直径1-1.5mm的铜丝绕成杯状(直径由使用的晶体直径而定),接到其中一个插脚上,将一块用锡箔裹住下方的晶体紧紧装入杯中。转臂的制作大家自己挖掘,
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