無線電波的發(fā)射和接收課件人教版選修

無線電波的發(fā)射和接收無線電波是現(xiàn)代通信的基礎(chǔ)。它們無處不在，卻又神秘莫測(cè)。本課程將揭示無線電波的奧秘，探索其發(fā)射和接收的原理。by導(dǎo)讀1理解基礎(chǔ)概念我們將學(xué)習(xí)無線電波的本質(zhì)和特性。2探索傳播原理了解無線電波如何在不同環(huán)境中傳播。3掌握調(diào)制解調(diào)技術(shù)學(xué)習(xí)信息如何被編碼到無線電波中。4認(rèn)識(shí)設(shè)備原理探討發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和天線的工作原理。什么是無線電波電磁波的一種無線電波是電磁波譜中的一部分。頻率范圍通常在3kHz到300GHz之間。傳播特性能夠在空氣中傳播，不需要介質(zhì)。應(yīng)用廣泛用于廣播、通信、雷達(dá)等多個(gè)領(lǐng)域。無線電波的特點(diǎn)波長(zhǎng)可變從幾毫米到幾千米不等。穿透性強(qiáng)能夠穿過建筑物和大氣層。速度恒定在真空中傳播速度約為光速?？烧{(diào)制能夠攜帶各種信息。無線電波的反射和折射反射當(dāng)無線電波遇到導(dǎo)體表面時(shí)，會(huì)發(fā)生反射。反射角等于入射角。折射當(dāng)無線電波進(jìn)入不同介質(zhì)時(shí)，傳播方向會(huì)發(fā)生改變。這種現(xiàn)象稱為折射。無線電波的傳播地面波沿地球表面?zhèn)鞑?，適用于短距離通信。天波通過電離層反射回地面，適用于遠(yuǎn)距離通信?？臻g波直接從發(fā)射天線傳播到接收天線，適用于視線范圍內(nèi)通信。自由空間中的無線電波傳播直線傳播在無障礙物的自由空間中，無線電波呈直線傳播。能量衰減隨距離增加，信號(hào)強(qiáng)度逐漸減弱。球面擴(kuò)展能量在三維空間中呈球面擴(kuò)展。地球大氣層中的無線電波傳播1對(duì)流層影響微波傳播。2平流層對(duì)傳播影響較小。3電離層反射短波，影響遠(yuǎn)距離通信。4對(duì)地層地面波傳播。無線電波在電離層中的折射1入射無線電波進(jìn)入電離層。2減速由于電子密度變化，波速減慢。3改變方向傳播路徑逐漸彎曲。4折射最終改變傳播方向。無線電波在電離層中的反射臨界頻率當(dāng)無線電波頻率低于臨界頻率時(shí)，會(huì)被電離層反射回地面。最大可用頻率取決于電離層狀態(tài)和入射角，通常是臨界頻率的3-5倍。無線電波在地表和海面的反射地表反射地面的電導(dǎo)率和介電常數(shù)影響反射特性。海面反射海水的高導(dǎo)電性使其成為良好的反射體。多徑效應(yīng)反射波與直射波疊加，可能導(dǎo)致信號(hào)增強(qiáng)或減弱。極化效應(yīng)反射可能改變無線電波的極化方向。遮擋和衍射對(duì)無線電波傳播的影響遮擋效應(yīng)建筑物等障礙物會(huì)削弱或阻擋信號(hào)。衍射現(xiàn)象無線電波可以繞過障礙物邊緣傳播。陰影區(qū)障礙物后方可能形成信號(hào)較弱的區(qū)域。無線電波的調(diào)制信息信號(hào)需要傳輸?shù)脑夹畔ⅰ］d波高頻振蕩，作為信息的載體。調(diào)制過程將信息信號(hào)加載到載波上。調(diào)制信號(hào)包含原始信息的高頻信號(hào)。幅度調(diào)制原理信息信號(hào)改變載波的振幅。載波頻率保持不變。特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，抗干擾能力較弱。主要用于廣播和短波通信。頻率調(diào)制原理信息信號(hào)改變載波的頻率。載波振幅保持不變。優(yōu)點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)，音質(zhì)好。應(yīng)用廣泛用于FM廣播和移動(dòng)通信。帶寬需要較寬的頻帶。相位調(diào)制原理信息信號(hào)改變載波的相位。特點(diǎn)與頻率調(diào)制類似，但實(shí)現(xiàn)方式不同。優(yōu)勢(shì)抗噪聲性能好，適合數(shù)字通信。應(yīng)用用于衛(wèi)星通信和高速數(shù)據(jù)傳輸。無線電波的解調(diào)1接收信號(hào)天線捕獲調(diào)制后的無線電波。2放大處理對(duì)接收到的微弱信號(hào)進(jìn)行放大。3解調(diào)電路從載波中提取原始信息。4信息重現(xiàn)還原出發(fā)送端的原始信息。幅度解調(diào)包絡(luò)檢波利用二極管檢測(cè)信號(hào)包絡(luò)。同步檢波使用本地載波進(jìn)行相干解調(diào)。濾波去除高頻成分，恢復(fù)原始信號(hào)。頻率解調(diào)限幅消除幅度變化的影響。鑒頻器將頻率變化轉(zhuǎn)換為電壓變化。低通濾波去除高頻成分，得到原始信號(hào)。相位解調(diào)相干解調(diào)使用本地載波與接收信號(hào)相乘，然后通過低通濾波器恢復(fù)原始信號(hào)。非相干解調(diào)先將相位調(diào)制轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)制，然后使用頻率解調(diào)技術(shù)。無線電發(fā)射機(jī)的組成與工作原理1信息源產(chǎn)生需要傳輸?shù)男畔ⅰ?調(diào)制器將信息加載到載波上。3功率放大器增強(qiáng)調(diào)制信號(hào)的功率。4天線將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁波輻射。天線的分類與工作原理電流元最基本的天線形式，理論上的點(diǎn)源。偶極子天線最簡(jiǎn)單的實(shí)用天線，由兩個(gè)對(duì)稱導(dǎo)體組成。單極天線垂直安裝的四分之一波長(zhǎng)天線。環(huán)形天線由閉合導(dǎo)線環(huán)組成，適用于某些特定應(yīng)用。全向天線定義在水平面內(nèi)各個(gè)方向輻射均勻的天線。特點(diǎn)覆蓋范圍廣，但增益較低。應(yīng)用適用于移動(dòng)通信和廣播系統(tǒng)。例子偶極子天線、垂直單極天線。定向天線特點(diǎn)在特定方向有較強(qiáng)輻射。增益比全向天線具有更高的增益。應(yīng)用用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信和雷達(dá)系統(tǒng)。陣列天線原理多個(gè)輻射單元按特定方式排列，通過相位控制實(shí)現(xiàn)波束成形。優(yōu)勢(shì)可以實(shí)現(xiàn)電子波束掃描，增益高，方向圖可控。無線電接收機(jī)的組成與工作原理天線捕獲電磁波。射頻放大器放大微弱信號(hào)。混頻器將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為中頻。解調(diào)器提取原始信息。接收機(jī)的工作過程1信號(hào)捕獲天線接收無線電波并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。2信號(hào)放大射頻放大器增強(qiáng)微弱的接收信號(hào)。3頻率轉(zhuǎn)換混頻器將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào)。4信號(hào)解調(diào)解調(diào)器從中頻信號(hào)中提取原始信息。常見無