物理：第三章第五節(jié)《電磁波的應(yīng)用》課件PPT（粵教版選修３－４）（共張PPT）

1、物理：第三章第五節(jié)電磁波的應(yīng)用課件PPT（粵教版選修） 電磁波在通信、遙感、空間探測、工農(nóng)電磁波在通信、遙感、空間探測、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科學(xué)研究及日常生活中都得業(yè)生產(chǎn)、國防、科學(xué)研究及日常生活中都得到了廣泛的應(yīng)用。到了廣泛的應(yīng)用。 進(jìn)入進(jìn)入2020世紀(jì)，無線電通信事業(yè)得到了迅世紀(jì)，無線電通信事業(yè)得到了迅猛發(fā)展，相繼出現(xiàn)了無線電廣播、雷達(dá)、無猛發(fā)展，相繼出現(xiàn)了無線電廣播、雷達(dá)、無線電傳真機、電視、無線電尋呼機（線電傳真機、電視、無線電尋呼機（BPBP機）、機）、移動電話（手機）。移動電話（手機）。19571957年，第一顆人造衛(wèi)年，第一顆人造衛(wèi)星發(fā)身成功，人類開始步入衛(wèi)星通信時代。星發(fā)身成功，

2、人類開始步入衛(wèi)星通信時代。前言前言一、無線電廣播與電視一、無線電廣播與電視 從從赫茲赫茲用實驗證實電磁波的存在后，電磁波很快用實驗證實電磁波的存在后，電磁波很快就應(yīng)用在遠(yuǎn)距離無線電通信上。就應(yīng)用在遠(yuǎn)距離無線電通信上。19061906年，年，美國美國做了一做了一次試驗性的次試驗性的廣播廣播。以后無線電廣播就開始進(jìn)入千家萬。以后無線電廣播就開始進(jìn)入千家萬戶。戶。 1932 1932年，年，英國英國廣播公司播出世界上第一個規(guī)范的廣播公司播出世界上第一個規(guī)范的電視節(jié)目電視節(jié)目，從此，人類開始步入電視時代。，從此，人類開始步入電視時代。 電視系統(tǒng)的原理與廣播系統(tǒng)的原理基本相同，它電視系統(tǒng)的原理與廣播系統(tǒng)

3、的原理基本相同，它們主要由們主要由發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射系統(tǒng)和和接收系統(tǒng)接收系統(tǒng)組成，電視系統(tǒng)有組成，電視系統(tǒng)有圖像圖像和和聲音聲音兩部分，而廣播系統(tǒng)則只有兩部分，而廣播系統(tǒng)則只有聲音聲音部分。部分。你能說出電視系統(tǒng)及接收流程圖嗎？你能說出電視系統(tǒng)及接收流程圖嗎？ 廣播系統(tǒng)呢？廣播系統(tǒng)呢？9.電視發(fā)送與接收簡介電視發(fā)送與接收簡介:(1)攝像管攝像管將光信號將光信號 轉(zhuǎn)化為電信號（攝轉(zhuǎn)化為電信號（攝像機核心器件）像機核心器件） (2)顯像管顯像管將電信號轉(zhuǎn)將電信號轉(zhuǎn)化為光信號（電視機化為光信號（電視機核心器件）核心器件）(3)電視臺的發(fā)送與電視機的接收電視臺的發(fā)送與電視機的接收 (4)為在屏幕上為在屏幕上

4、獲得整幅的圖像獲得整幅的圖像,無論攝像管還是無論攝像管還是顯象管都要進(jìn)行顯象管都要進(jìn)行“掃描掃描”.二、移動通信二、移動通信 移動通信是指通信雙方至少有一方可以自由移移動通信是指通信雙方至少有一方可以自由移動進(jìn)行信息交換的通信方式。動進(jìn)行信息交換的通信方式。 移動通信以其特有的靈活、便捷的優(yōu)點符合現(xiàn)代移動通信以其特有的靈活、便捷的優(yōu)點符合現(xiàn)代社會人們對通信技術(shù)的要求，成為社會人們對通信技術(shù)的要求，成為2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代中期年代中期以來發(fā)展最為迅速的通信方式。以來發(fā)展最為迅速的通信方式。你能想象出移動通信的工作模式嗎？你能想象出移動通信的工作模式嗎？ 移動通信系統(tǒng)是一個移動通信系統(tǒng)是一

5、個有線有線與與無線無線相結(jié)合的相結(jié)合的綜合通信系統(tǒng)。以甲市移動用戶綜合通信系統(tǒng)。以甲市移動用戶A A與乙市移動用與乙市移動用戶戶B B進(jìn)行移動通信為例，其信號流程圖如圖：進(jìn)行移動通信為例，其信號流程圖如圖：移動用移動用戶戶A A鄰近基鄰近基站站移 動 交移 動 交換中心換中心甲甲 市市話話 局局乙乙 市市話話 局局移動交移動交換中心換中心鄰近基鄰近基站站移動用移動用戶戶B B10.雷達(dá)雷達(dá):通過物體對無線電波反射來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)通過物體對無線電波反射來發(fā)現(xiàn)目標(biāo),測定目標(biāo)測定目標(biāo)有關(guān)參考知識有關(guān)參考知識1.數(shù)字信號數(shù)字信號:2.多普勒雷達(dá)多普勒雷達(dá) 多普勒雷達(dá)就是利用多普勒效應(yīng)進(jìn)行定位，測速，測多普勒

6、雷達(dá)就是利用多普勒效應(yīng)進(jìn)行定位，測速，測距等工作的雷達(dá)。所謂多普勒效應(yīng)就是，當(dāng)聲音，光和無距等工作的雷達(dá)。所謂多普勒效應(yīng)就是，當(dāng)聲音，光和無線電波等振動源與觀測者以相對速度線電波等振動源與觀測者以相對速度V V相對運動時，觀測者相對運動時，觀測者所收到的振動頻率與振動源所發(fā)出的頻率有所不同。因為所收到的振動頻率與振動源所發(fā)出的頻率有所不同。因為這一現(xiàn)象是奧地利科學(xué)家多普勒最早發(fā)現(xiàn)的，所以稱之為這一現(xiàn)象是奧地利科學(xué)家多普勒最早發(fā)現(xiàn)的，所以稱之為多普勒效應(yīng)。由多普勒效應(yīng)所形成的頻率變化叫做多普勒多普勒效應(yīng)。由多普勒效應(yīng)所形成的頻率變化叫做多普勒頻移，它與相對速度頻移，它與相對速度V V成正比，與振

7、動的頻率成反比。成正比，與振動的頻率成反比。 脈沖多普勒雷達(dá)的工作原理可表述如下：當(dāng)雷達(dá)發(fā)射脈沖多普勒雷達(dá)的工作原理可表述如下：當(dāng)雷達(dá)發(fā)射一固定頻率的脈沖波對空掃描時，如遇到活動目標(biāo)，回波一固定頻率的脈沖波對空掃描時，如遇到活動目標(biāo)，回波的頻率與發(fā)射波的頻率出現(xiàn)頻率差，稱為多普勒頻率。根的頻率與發(fā)射波的頻率出現(xiàn)頻率差，稱為多普勒頻率。根據(jù)多普勒頻率的大小據(jù)多普勒頻率的大小, ,可測出目標(biāo)對雷達(dá)的徑向相對運動速可測出目標(biāo)對雷達(dá)的徑向相對運動速度；根據(jù)發(fā)射脈沖和接收的時間差度；根據(jù)發(fā)射脈沖和接收的時間差, ,可以測出目標(biāo)的距離?？梢詼y出目標(biāo)的距離。同時用頻率過濾方法檢測目標(biāo)的多普勒頻率譜線同時用頻

8、率過濾方法檢測目標(biāo)的多普勒頻率譜線, ,濾除干擾濾除干擾雜波的譜線，可使雷達(dá)從強雜波中分辨出目標(biāo)信號雜波的譜線，可使雷達(dá)從強雜波中分辨出目標(biāo)信號. . 所以脈沖多普勒雷達(dá)比普通雷達(dá)的抗雜波干擾能力強，能探所以脈沖多普勒雷達(dá)比普通雷達(dá)的抗雜波干擾能力強，能探測出隱蔽在背景中的活動目標(biāo)。測出隱蔽在背景中的活動目標(biāo)。 機載火控系統(tǒng)用的主要是脈沖多普勒雷達(dá)。如美國戰(zhàn)機機載火控系統(tǒng)用的主要是脈沖多普勒雷達(dá)。如美國戰(zhàn)機裝備的裝備的 A P G68雷達(dá)，代表了機載脈沖多普勒火控雷達(dá)的雷達(dá)，代表了機載脈沖多普勒火控雷達(dá)的先進(jìn)水平。它有先進(jìn)水平。它有18種工作方式，可對空中、地面和海上目標(biāo)種工作方式，可對空中、

9、地面和海上目標(biāo)邊搜索邊跟蹤，抗干擾性能好，當(dāng)飛機在低空飛行時，還可邊搜索邊跟蹤，抗干擾性能好，當(dāng)飛機在低空飛行時，還可引導(dǎo)飛機跟蹤地形起伏，以避免與地面相撞。這種雷達(dá)體積引導(dǎo)飛機跟蹤地形起伏，以避免與地面相撞。這種雷達(dá)體積小，重量輕小，重量輕,可靠性高可靠性高.脈沖多普勒雷達(dá)于脈沖多普勒雷達(dá)于20世紀(jì)世紀(jì)60年代研制年代研制成功并投入使用。成功并投入使用。20世紀(jì)世紀(jì)70年代以來，美國首先在年代以來，美國首先在F-14、F-15、F-16飛機上裝備，使戰(zhàn)斗機具有飛機上裝備，使戰(zhàn)斗機具有“下視下視”雷達(dá)，目前脈雷達(dá)，目前脈沖多普勒雷達(dá)廣泛用于沖多普勒雷達(dá)廣泛用于S-27、S-30、殲、殲-10等

10、三代戰(zhàn)斗機。等三代戰(zhàn)斗機。 裝有脈沖多普勒雷達(dá)的預(yù)警飛機，已成為對付低空轟炸裝有脈沖多普勒雷達(dá)的預(yù)警飛機，已成為對付低空轟炸機和巡航導(dǎo)彈的有效軍事裝備。此外，這種雷達(dá)還用于氣象機和巡航導(dǎo)彈的有效軍事裝備。此外，這種雷達(dá)還用于氣象觀測，對氣象回波進(jìn)行多普勒速度分辨，可獲得不同高度大觀測，對氣象回波進(jìn)行多普勒速度分辨，可獲得不同高度大氣層中各種空氣湍流運動的分布情況。氣層中各種空氣湍流運動的分布情況。 3.石英晶體振蕩器的基本原理石英晶體振蕩器的基本原理 (1)、石英晶體振蕩器的結(jié)構(gòu)、石英晶體振蕩器的結(jié)構(gòu) 石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結(jié)晶體）石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結(jié)晶

11、體）的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)成大致是：的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片,它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個對應(yīng)面它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個對應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到上涂敷銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳管腳 上，再加上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃

12、殼、陶瓷或封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。下圖是一種金屬塑料封裝的。下圖是一種金屬外殼封裝的石英晶體結(jié)構(gòu)示意圖。外殼封裝的石英晶體結(jié)構(gòu)示意圖。 (2)、壓電效應(yīng)、壓電效應(yīng) 若在石英晶體的兩個電極上加一電場，晶片就會產(chǎn)生機械變形。若在石英晶體的兩個電極上加一電場，晶片就會產(chǎn)生機械變形。反之，若在晶片的兩側(cè)施加機械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上反之，若在晶片的兩側(cè)施加機械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。如果在晶片的兩極將產(chǎn)生電場，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會產(chǎn)生機械振動，同時晶片的機械振動上加交變電壓，晶片就會產(chǎn)生機械振動，同時

13、晶片的機械振動又會產(chǎn)生交變電場。在一般情況下，晶片機械振動的振幅和交又會產(chǎn)生交變電場。在一般情況下，晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定變電場的振幅非常微小，但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現(xiàn)象值時，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，它與稱為壓電諧振，它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關(guān)。率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關(guān)。 (3)、等效電路、等效電路 當(dāng)晶體不振動時，可把它看成一個平板電容器

14、稱為靜電電容當(dāng)晶體不振動時，可把它看成一個平板電容器稱為靜電電容C，它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關(guān)，一般約幾個它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關(guān)，一般約幾個PF到到幾十幾十PF。當(dāng)晶體振蕩時，機械振動的慣性可用電感。當(dāng)晶體振蕩時，機械振動的慣性可用電感L來等效。來等效。一般一般L的值為幾十的值為幾十mH 到幾百到幾百mH。晶片的彈性可用電容。晶片的彈性可用電容C來等來等效，效，C的值的值 一般只有一般只有0.00020.1pF。晶片振動時因摩擦而造成的損耗用。晶片振動時因摩擦而造成的損耗用R來等效，它的數(shù)值約為來等效，它的數(shù)值約為100。由于晶片的等效電感很大，而。由于晶片的等效電

15、感很大，而C很小，很小，R也小，因此回路的品質(zhì)因數(shù)也小，因此回路的品質(zhì)因數(shù)Q很大，可達(dá)很大，可達(dá)100010000。加上晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、。加上晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關(guān)，而且可以做得精確，因此利用石英諧幾何形狀、尺寸有關(guān)，而且可以做得精確，因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。 (4)、石英晶體振蕩器是高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，被廣泛、石英晶體振蕩器是高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，被廣泛應(yīng)用于彩電、計算機、遙控器等各類振蕩電路中，以及通信應(yīng)用于彩電、計算機、遙控器等各類振蕩電路中，以及通信系統(tǒng)中用于頻率發(fā)生器、為數(shù)據(jù)處理設(shè)備產(chǎn)生時鐘信號和為系統(tǒng)中用于頻率發(fā)生器、為數(shù)據(jù)處理設(shè)備產(chǎn)生時鐘信號和為特定系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號特定系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號 。石英鐘走時準(zhǔn)、耗電省、經(jīng)久耐用。石英鐘走時準(zhǔn)、耗電省、經(jīng)久耐用為其最大優(yōu)點。石英鐘都是以石英晶體振蕩器為核心電路。為其最大優(yōu)點。石英鐘都