电磁波的发射与接收
（1）把收音机开关打开，调节调谐旋钮到收不到电台的位置，然后拉一下室内电灯的拉线开关，你就会听到收音机喇叭里发出“咔嗒”的响声，这是由于电灯的开关即将接通时产生火花放电形成的高频电磁波被收音机接收的缘故。开启日光灯开关时效果更明显，这是由于日光灯电路中的起辉器的双金属片断开时镇流器产生较高的自感电动势，使放电更为强烈。
在夏日雷雨的天气里，远方的闪电产生的电磁波也能被收音机收到，你可以听到一连串的“咔嗒”声响，而这个声响比你听到的雷声要提前发生。这是由于电磁波在空气中的传播速度接近真空中的光速，比声速要大得多。你可以用手表测量一下收音机里的声响与雷声的时间差，由此可以推算出发生雷电的地方离你有多远。
（2）把收音机的后盖打开，接通电源，转动调谐旋钮，可以看到该旋钮与调谐电路中的可变电容器的动片连动，调到一定位置即可收到某一电台的播音。若接收其他电台的播音，必须改变可变电容器动片转过的角度。由此可以说明调谐的作用：调节LC电路的固有频率，使它与外来电磁波的频率相同，从而使感应电压达到最大值。
如果能借用一台教学信号源（或学生信号源），则实验的内容可以更深入。在信号源的高频输出端上接一个用粗铜丝（或铝丝）弯成的单股圆环（圆环固定在绝缘座上），作为发射天线。实验时把收音机放在天线旁，使收音机里的磁棒轴线与圆环天线的轴线在同一直线上，如图2．6－1所示。如果没有铜环，也可以将一条导线的两端连接在信号源的高频输出
端上，再把导线套在收音机的磁棒天线上。
首先把信号源置于高频等幅输出段（开关置于“等幅”位置），频率选择开关置于“频率1”挡，打开收音机开关，无论如何调节也收不到音频信号。如果把信号源的“调幅、等福”开关置于“调幅”位置，低频选择开关置于“1kHZ”挡，此时信号源输出高频调制波，调节收音机的调谐旋钮，就能够收到1千赫兹的音频信号。如果转动信号源的频率选择开关，使调制信号变为500赫兹，2千赫兹，收音机发出声音的频率也随之变化，由此可以说明调
制的作用。
如果你能在收音机底板上找到检波二极管，并用一根带夹子的导线将二极管短路，尽管在收音机喇叭里能听到沙沙声，但几乎听不到广播的信号，这说明检波器在收音机里是不可缺少的部分。它的作用是将音频信号从中频信号中检出。
如果用欧姆表的表笔接触音量电位器的动片与地之间，或者用手拿小起子（接触金属杆）直接刮一下音量电位器的动片与地之间，你可以从扬声器中听到“咔嗒”声响，说明检波器后有音频放大器，通过低频放大和功率放大，使信号电流有足够的功率推动扬声器发出足够
的音响。
电磁波的屏蔽
打开收音机，你能够听到广播音响。如果把收音机放在铝盒里，声音就没有了，但放在木盒里，声音并不消失，说明封闭的金属盒能够屏蔽电磁波。
多普勒效应
在学校里，请老师帮助把1千赫兹左右的音频声（用信号原发声，或者用音叉发声）录制在你的磁带中。实验时把磁带放在收录机中，用两根绳子把收录机悬挂在门的气窗横挡上，按下放音按键，使收录机发出音频响声，再让收录机摆动起来；你可以感觉到当收录机向你摆来时音调变高，远离你去时音调变低。如果在实验室里做这个实验，可以把收录机放在转盘架上旋转，以倾听音调的变化，如图2．6－2所示。
声波干涉
将收录机外接两只较小的单扬声器（喇叭）音箱，使两只音箱并排放置，彼此相距0．5—1米。播放事先录好的频率为2—3千赫兹的音频磁带，或者将音频信号源的输出接录音机的话筒插口，使两只扬声器发出音频声波。然后在离两扬声器连线3—6米的位置上用耳朵监听，在两扬声器连线的平行线（例如AB）上向一个方向走动（如图2．6－3），你可以感觉到声强相继出现极小和极大的现象，这是声波干涉的结果。在声强极大点，到两个扬声器的波程差等于声波波长的整数倍，在声强极小点，到两扬声器的波程差等于声波半波长的奇数倍。通过实验你可以大致验证声强极大（或极小）的间距满足公式Δx＝λ·L／a（λ是波长、a是两声源的距离，L是监测点离声源连线的距离）。
课题电磁波的发射和接收信息传递电磁波谱 探究热身 1）叫调制， 目前调制方式有调幅(AM)和调频(FM)，调幅(AM)的特点是： ，调频(FM)的特点: 2）下面两组图象中能说明调幅特点的是组，能说明调频特点的是组。 甲（乙） 3）叫调谐，叫解调。无线电波的接收需要经过和两个过程？ 4）电磁波在真空中传播的速度________3×108m/s．（填“大于”、“小于”或“等于”） 我们可以用电磁波来传递________信号和________信号． 5）可见光的波长在到之间。 学习交流 探究一有效的向外发射电磁波的条件 （1）要有足够高的振荡频率，因为频率越高，发射电磁波的本领越大。 （2）振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，才有可能有效的将电磁场的能量传播出去。 改造振荡电路——由闭合电路成开放电路（对照教材P81 图14.3-1） 可以有效的向外界发射电磁波？ 探究一电磁波的接收
典例分析 【例1】在电视节目中，我们经常看到主持人与派到热带地区的记者通过同步通信卫星通话，他们之间每一问一答总是迟“半拍”，这是为什么？如果有两个手持卫星电话的人通过同步通信卫星通话，一方讲话，另一方至少要等多长时间才能听到对方的讲话？（已知地球的质量为6.0×1024kg，地球半径为6.4×106 m，万有引力常量为6.67×10-11 N·m2·kg-2） 【例2】一收音机调谐回路中线圈电感是30 μH，电容器可变，最大电容是270 pF，最小电容是30 pF，求接收到的无线电波的波长范围多大？ 自主检测 1．为了使需要传递的信息(如声音、图像等)加载在电磁波上发射到远方，必须对振荡电流进行() A．调谐B．放大C．调制D．检波 2．要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领，应该采取的措施是() A．增大电容器极板间距B．使振荡电容器的正对面积足够大 C．尽可能使电场和磁场分散开D．增加回路中的电容和电感 3、无线电广播中波段的波长范围为187~560米，为了避免邻台干扰，两个相邻电台的频率至少相差104赫，则在此波段中，最多能容纳的电台数约：( ) A、500个 B、100个 C、187个 D、20个。 4、为了实现全球的电视转播，下面的措施中正确的是（） A.至少发射四颗同步卫星，在赤道平面上空运行 B.至少需发射三颗同步卫星，在赤道平面上空运行 C.只需发射一颗同步卫星，绕着通过南、北极的上空运行 D.至少需发射三颗同步卫星，绕着通过南、北极的上空运行 课后练习 教材P84 1 3 4
无线电波传播方式与各频段的利用 无线电通信是利用电磁波在空间传送信息的通信方式。电磁波由发射天线向外辐射出去，天线就是波源。电磁波中的电磁场随着时间而变化，从而把辐射的能量传播至远方。无线电波共有以下七种传播方式（附图为无线电波传播方式示意图）。 （1）波导方式当电磁波频率为30kHz以下（波长为10km以上）时，大地犹如导体，而电离层的下层由于折射率为虚数，电磁波也不能进入，因此电磁波被限制在电离层的下层与地球表面之间的空间内传输，称为波导传波方式； （2）地波方式沿地球表面传播的无线电波称为地波（或地表波），这种传播方式比较稳定，受天气影响小； （3）天波方式射向天空经电离层折射后又折返回地面（还可经地面再反射回到天空）的无线电波称为天波，天波可以传播到几千公里之外的地面，也可以在地球表面和电离层之间多次反射，即可以实现多跳传播。 （4）空间波方式主要指直射波和反射波。电波在空间按直线传播，称为直射波。当电波传播过程中遇到两种不同介质的光滑界面时，还会像光一样发生镜面反射，称为反射波。 （5）绕射方式由于地球表面是个弯曲的球面，因此电波传播距离受到地球曲率的限制，但无线电波也能同光的绕射传播现象一样，形成视距以外的传播。 （6）对流层散射方式地球大气层中的对流层，因其物理特性的不规则性或不连续性，会对无线电波起到散射作用。利用对流层散射作用进行无线电波的传播称为对流层散射方式。 （7）视距传播指点到点或地球到卫星之间的电波传播。 附表给出了从甚低频（VLF）至极高频（EHF）频段的电波传播方式、传播距离、可用带宽以及可能形成的干扰情况。
在确定无线电系统实际通信距离、覆盖范围和无线电干扰影响范围时，无线电传播损耗是一个关键参数。无线电通信系统若不进行科学的频率指配和严格的系统设计与场强预测，会使系统之间产生严重干扰而不能正常工作。为了保证无线电通信用户的通信质量，确保无线电波发射的业务覆盖服务区和电波传播的可靠程度，必须仔细地计算从接收天线到发射天线之间的传播损耗。理论上讲，在自由空间无线电波的传播损耗大小与传播距离的平方及使用频率的平方成正比关系，但是在确定无线电系统实际通信距离、覆盖范围和无线电干扰影响范围时，同时还要考虑在传播路径上存在着各种各样的影响，如高空电离层影响，高山、湖泊、海洋、地面建筑、植被以及地球曲面的影响等，因而电波具有反射、绕射、散射和波导传播等传播方式。在研究电波传播特性时，通常以数学表达式来描述这些传播损耗特性，即所谓的数学模型。无线电波传播模型通常是很复杂的，必须对不同的频段使用不同的电波传播模型，以预测电台覆盖和传播场强。下面简要地叙述几种传播方式（详细数学公式略）。 VLF(f< 30kHz) 频率低于30kHz的电波，传播损耗近似等于自由空间传播损耗，即相当于电波在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，不发生反射、折射、绕射和吸收现象，只存在因电磁能量扩散引起的传播损耗。在此频段内，电波在电离层与地球之间可以以波导方式沿地球表面进行传播。 LF(30kHz< f< 300kHz) 在这个频段内，有两种重要的传播方式：地波方式及电离层天波方式。天波信号幅度具有明显的昼夜变化，这是由于电离层吸收和变化
第四章电磁波及其应用 三、电磁波的发射和接收 1．使载波随着发送的信号而改变的过程叫作 A．调谐B．检波 C．调制D．解调 解析把信息加在载波上，使载波随信号而改变，这种技术叫调制。 答案 C 2．下列说法中正确的是 A．无线电技术中使用的电磁波叫作无线电波 B．无线电波在真空中的波长范围从几米到几十千米 C．无线电波的频率越低越容易发射 D．发射无线电波的目的是为了向远处传送电能 解析无线电技术中使用的电磁波叫无线电波，故A正确。无线电波的波长一般在几毫米到几十千米，故B错误，无线电波频率越高越容易发射，发射无线电波的目的主要是为了输送信号，故C、D错误。 答案 A 3．下列关于手机的说法中正确的是 A．手机仅能发射电磁波 B．手机仅能接收电磁波 C．手机既能发射电磁波又能接收电磁波 D．手机通话时，不需要基站进行中转 解析手机既能传送信息又能接收信息，故既能发射也能接收电磁波，当手机与其他用户通话时，必须通过基站中转。所以A、B、D错误。 答案 C 4．电视机换台时，实际上是在改变 A．电视台的发射频率 B．电视机的接收频率
C．电视台发射的电磁波的波速 D．电视机接收的电磁波的波速 解析电视机接收到的电磁波的频率不同，从而收看到的电视频道不同，所以换台是改变电视机的接收频率。 答案 B [限时45分钟，满分60分] 一、选择题(每小题4分，共36分) 1．以下说法中，正确的是 A．电视和录音机都能接收电磁波 B．无线电广播用长波 C．电视使用短波 D．kHz表示千赫，MHz表示兆赫 解析录音机的工作原理是把磁带里包含有的磁信号还原为声音，与接收电磁波毫无关联；电磁波里的长波不用作无线电广播，只有中、短波才用作无线电广播；电视的传播使用微波而不是短波；在收音机里常有符号kHz和MHz，它们分别代表千赫和兆赫。 答案 D 2．下列应用没有利用电磁波技术的是 A．无线电广播B．移动电话 C．雷达D．白炽灯 解析白炽灯利用的是电流的热效应，其余三个选项应用的是电磁波技术，选项D正确，A、B、C错误。 答案 D 3．(多选)一台最简单的收音机，除了接收天线和扬声器外，至少还必须具备下列哪几个单元电路 A．调谐电路B．调制电路 C．振荡电路D．检波电路 解析最简单的收音机具有调谐电路和检波电路。 答案AD 4．手机A拨手机B时，手机B发出铃声，屏上显示A的号码，若将手机A置于一真空玻璃罩中，用手机B拨手机A，则
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，变化的磁场又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 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 C=3.0×108m/s 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 λ=c/f
式中：λ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 Z 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1-1所示。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。 (一）地波 沿地球表面空间向外传播的无线电波叫地波，如图1-2(a)所示。波具有衍射特性，当无线电波的波长大于或相当于山坡、建筑物等障碍物的尺寸时，它可以绕过障碍物继续向前传播。 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。 图1-1无线电波传播示意图 (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，由于太阳光的照射，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，波长短于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，.由于这些原因，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。
电磁波的发射和接收 【教学目标】 （一）知识与技能 1．了解无线电波的波长范围。 2．了解无线电波的发射过程和调制的简单概念。 3．了解调谐、检波及无线电波接收的基本原理。 （二）过程与方法 通过观察总结了解无线电波的基本应用，了解现代技术的应用方法，学会基本原理。 （三）情感、态度与价值观 通过对无线电波应用原理的基本认识感悟科学技术的价值和重要性。端正科学态度，培养科学的价值观。 【教学重点】对本节基本概念的理解。 【教学难点】对调谐的理解，无线电波发射与接收过程。 【教学方法】演示推理法和分析类比法 【教学用具】信号源，示波器，收音机，录音机，调频发射机，计算机多媒体，实物投影仪等。 【教学过程】 （一）引入新课 师：在信息技术高速发展的今天，电磁波对我们来说越来越重要，无论是广播、电视还是无线电通信以及航空、航天中的自动控制和通信联系，都离不开电磁波．在无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波，那么无线电波是怎样发射和接收的呢？这节课我们就来学习电磁波的发射和接收。 （二）进行新课 1．无线电波的发射 师：请同学们讨论，在普通LC振荡电路中能否有效地发射电磁波？ 学生讨论。 生：在普通LC振荡电路中，电场主要集中在电容器的极板之间，磁场主要集中在线圈内部。在电磁振荡过程中，电场能和磁场能的相互转化主要是在电路内部完成的，辐射出去的能量很少。不能有效地发射电磁波 师：有效地发射电磁波的条件是什么？ 学生阅读教材有关内容。 师生总结：要有效地向外发射电磁波，振荡电路要满足如下条件： （1）要有足够高的振荡频率。 （2）振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，才能有效地把电磁场的能量传播出去。
无线电波的传播特性 1、无线电波的传播特性及信号分析 甚低频VLF 3-30KHz 超长波1KKm-100Km 空间波为主海岸潜艇通信;远距离通信;超远距离导航低频LF 30-300KHz 长波10Km-1Km 地波为主越洋通信;中距离通信;地下岩层通信;远距离导航中频MF 0.3-3MHz 中波1Km-100m 地波与天波船用通信;业余无线电通信;移动通信;中距离导航高频HF 3-30MHz 短波100m-10m 天波与地波远距离短波通信;国际定点通信 甚高频VHF 30-300MHz 米波10m-1m 空间波电离层散射（30-60MHz）;流星余迹通信;人造电离层通信（30-144MHz）;对空间飞行体通信;移动通信 超高频UHF 0.3-3GHz 分米波1m-0.1m 空间波小容量微波中继通信;（352-420MHz）;对流层散射通信（700-10000MHz）;中容量微波通信（1700-2400MHz） 特高频SHF 3-30GHz 厘米波10cm-1cm 空间波大容量微波中继通信（3600-4200MHz）;大容量微波中继通信（5850-8500MHz）;数字通信;卫星通信;国际海事卫星通信（1500-1600MHz） ELF 极低频3~30Hz SLF 超低频30~300Hz ULF 特低频 300~3000Hz VLF 甚低频3~30kHz LF 低频30~300kHz 中波，长波 MF 中频300~3000kHz 100m~1000m 中波 AM广播 HF 高频 3~30MHz 10~100m 短波短波广播 VHF 甚高频 30~300MHz 1~10m 米波FM广播 UHF 特高频 300~3000MHz 0.1~1m 分米波 SHF 超高频3~30GHz 1cm~10cm 厘米波 EHF 极高频30~300GHz 1mm~1cm 毫米波 无线电波按传播途径可分为以下四种：天波—由空间电离层反射而传播；地波—沿地球表面传播；直射波—由发射台到接收台直线传播；地面反射波—经地面反射而传播。无线电波离开天线后，既在媒介质中传播，也沿各种媒介质的交界面（如地面）传播，具有一定的规律性，但对它产生影响的因素却很多。 无线电波在传播中的主要特性如下： （1）直线传播均匀媒介质（如空气）中，电波沿直线传播。 （2）反射与折射电波由一种媒介质传导另一种媒介质时，在两种介质的分界面上，传播方向要发生变化。由第一种介质射向第二中介质，在分界面上出现两种现象。一种是射线返回第一种介质，叫做反射； 另一种现象是射线进入第二种介质，但方向发生了偏折，叫做折射。一般情况下反射和折射是同时发生的。 入射角等于反射角，但不一定等于折射角。反射和折射给测向准确性带来很大的不良影响；反射严重是，测向设备误指反射体，给干扰查找造成极大困难。 （3）绕射电波在传播途中，有力图绕过难以穿透的障碍物的能力。绕射能力的强弱与电波的频率有关，又和障碍物大小有关。频率越低的电波，绕射能力越弱；障碍物越大，绕射越困难。工作于80米（375MHZ）波段的电波，绕射能力是较强的，除陡峭高山（相对高度在200米以上）外，一般丘陵均可逾越。2米波段的电波绕射能力就很差了，一座楼房，或一个小山丘，都可能使信号难以绕过去。 （4）干涉直射波与地面反射波或其它物体的反射波在某处相遇时，测向收到的信号为两个电波合成后的信号，其信号强度有可能增强（两个信号跌叠加）也可能减弱（两个信号相互抵消）。这种现象称为波的干涉。产生干涉的结果，使得测向机在某些接收点收到的信号强，而某些接收点收到的信号弱，甚至收不到信号，给判断干扰信号距离造成错觉。天线发射到空间的电波的能量是一定的，随着传播距离的增大，不仅在传播途中能量要损耗，而且能量的分布也越来越广，单位面积上获得的能量越来越小。反之，
无线电波在均匀介质 (如空气)中，具有直线传播的特点。只要测出电波传播的方向，就可以确定出信号源（发射台）所在方向。无线电测向是指通过无线电测向机测定发射台（或接收台）方位的过程，但是无线电测向运动中，要快速寻找隐蔽巧妙的信号源，必须掌握无线电波的传播规律。 一、无线电波的发射与传播 无线电波既看不见，也摸不着，却充满了整个空间。广播、移动通讯、电视等，已经是现代社会生活必不可少的一部分。无线电波属于电磁波中频率较低的一种，它可直接在空间辐射传播。无线电波的频率范围很宽，频段不同，特性也不尽相同。我国目前开展的无线电测向运动涉及三个频段:频率为1.8—2兆赫的中波波段，波长为150—166.6米，称160米波段测向；频率为3.5—3.6兆赫的短波波段，波长为83.3—85.7米，称80米波段测向；频率为144—146兆赫的超短波段，波长为2.08—2.055米，称2米波段测向。 （一）无线电波的发射过程 无线电波是通过天线发射到空间的。当电流在天线中流动时，天线周围的空间不但产生电力线 (即电场)，同时还产生磁力线。其相互间的关系，如图2-1-1所示。如果天线中电流改变方向，空间的电力线和磁力线方向随之改变。如果加在天线上的是高频交流电，由于电流的方向变化极快，根据电磁感应的原理，在这些交替变化的电场和磁场的外层空间，又激起新的电磁场，不断地向外扩散，天线中的高频电能以变化的电磁场的形式，传向四面八方，这就是无线电波。从图2-l可知，电力线 (即电场)方向与天线基本平行，磁力线 (磁场)的形状则是以天线为圆心，与天线相垂直的方向随之变化的无数同心圆。 图2-1-1 无线电波的发射 （二）无线电波的特性 l.无线电波的极化 交变电磁场在其附近空间又激起新的电磁场的现象称无线电波的极化。空间传播的无线电波都是极化波。当天线垂直于地平面时，天线辐射的无线电波的电场垂直于地平面称垂直极化波。天线平行于地平面时，天线辐射的无线电波的电
【教学目标】 （一）知识与技能 1．了解无线电波的波长范围。 2．了解无线电波的发射过程和调制的简单概念。 3．了解调谐、检波及无线电波接收的基本原理。 （二）过程与方法 通过观察总结了解无线电波的基本应用，了解现代技术的应用方法，学会基本原理。 （三）情感、态度与价值观 通过对无线电波应用原理的基本认识感悟科学技术的价值和重要性。端正科学态度，培养科学的价值观。 【教学重点】对本节基本概念的理解。 【教学难点】对调谐的理解，无线电波发射与接收过程。 【教学方法】演示推理法和分析类比法 【教学过程】 （一）引入新课 师：在信息技术高速发展的今天，电磁波对我们来说越来越重要，无论是广播、电视还是无线电通信以及航空、航天中的自动控制和通信联系，都离不开电磁波．在无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波，那么无线电波是怎样发射和接收的呢这节课我们就来学习电磁波的发射和接收。 （二）进行新课 1．无线电波的发射 学生讨论。 师：有效地发射电磁波的条件是什么 学生阅读教材有关内容。 师生总结：要有效地向外发射电磁波，振荡电路要满足如下条件： （1）要有足够高的振荡频率。 （2）振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，才能有效地把电磁场的能量传播出去。 师生一起讨论后，引出开放电路的概念。将闭合电路变成开放电路就可以有效地把电磁波发射出去。 如图所示，是由闭合电路变成开放电路的示意图。 师：无线电波是由开放电路发射出去的。 讲解：在实际应用中常把开放电路的下端跟地连接。跟地连接的导线叫做地线。线圈上部接到比较高的导线上，这条导线叫做天线。天线和地线形成了一个敞开的电容器，电磁波就是由这样的开放电路发射出去的。电视发射塔要建得很高，是为了使电磁波发射得较远。实际发射无线电波的装置中还需在开放电路旁加一个振荡器电路与之耦合，如图所示。 振荡器电路产生的高频率振荡电流通过l2与l1的互感作用，使l1也产生同频率的振荡电流，振荡电流在开放电路中激发出无线电波，向四周发射． 师：发射电磁波是为了利用它传递某种信号。例如无线电报传递的是电码符号，无线电广播传递的是声音，电视广播传递的不仅有声音，还有图像。这就要求发射的电磁波随信号而改变。电磁波是怎样传递这些信号的呢 讲解：在电磁波发射技术中，如果把这种电信号“加”到高频等幅振荡电流上，那么，载有信号的高频振荡电流产生的电磁波就载着要传送的信号一起发射出去。把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上，使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制。 进行调制的装置叫做调制器。要传递的电信号叫做调制信号。 使高频振荡电流的振幅随调制信号而改变叫做调幅（am）。
14.3 电磁波的发射和接收 【教学目标】 （一）知识与技能 1．了解无线电波的波长范围。 2．了解无线电波的发射过程和调制的简单概念。 3．了解调谐、检波及无线电波接收的基本原理。 （二）过程与方法 通过观察总结了解无线电波的基本应用，了解现代技术的应用方法，学会基本原理。 （三）情感、态度与价值观 通过对无线电波应用原理的基本认识感悟科学技术的价值和重要性。端正科学态度，培养科学的价值观。 【教学重点】对本节基本概念的理解。 【教学难点】对调谐的理解，无线电波发射与接收过程。 【教学方法】演示推理法和分析类比法 【教学用具】信号源，示波器，收音机，录音机，调频发射机，计算机多媒体，实物投影仪等。 【教学过程】 （一）引入新课 师：在信息技术高速发展的今天，电磁波对我们来说越来越重要，无论是广播、电视还是无线电通信以及航空、航天中的自动控制和通信联系，都离不开电磁波．在无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波，那么无线电波是怎样发射和接收的呢？这节课我们就来学习电磁波的发射和接收。 （二）进行新课 1．无线电波的发射 师：请同学们讨论，在普通LC振荡电路中能否有效地发射电磁波？ 学生讨论。 生：在普通LC振荡电路中，电场主要集中在电容器的极板之间，磁场主要集中在线圈内部。在电磁振荡过程中，电场能和磁场能的相互转化主要是在电路内部完成的，辐射出去的能量很少。不能有效地发射电磁波 师：有效地发射电磁波的条件是什么？ 学生阅读教材有关内容。 师生总结：要有效地向外发射电磁波，振荡电路要满足如下条件： （1）要有足够高的振荡频率。 （2）振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，才能有效地把电磁场的能量传播出去。
无线电波的传播特性 传播特性（一） 移动通信的一个重要基础是无线电波的传播，无线电波通过多种方式从发射天线传播到接收天线，我们按照无线电波的波长人为地把电波分为长波（波长1000米以上），中波（波长100-1000米），短波（波长10-100米），超短波和微波（波长为10米以下）等等.为了更好地说明移动通信的问题，我们先介绍一下电波的各种传播方式： 1．表面波传播 表面波传播是指电波沿着地球表面传播情况.这时电波是紧靠着地面传播的，地面的性质，地貌，地物等的情况都会影响着电波的传播. 当电波紧靠着实际地面--起伏不平的地面传播时，由于地表面是半导体，因此一方面使电波发生变化和引起电波的吸收.另一方面由于地球表面是球型，使沿它传播的电波发生绕射. 从物理课程中我们已经知道，只有当波长与障碍物高度可以比较的时候，才能有绕射功能.由此可知，在实际情况中只有长波，中波以及短波的部分波段能绕过地球表面的大部分障碍到达较远的地方.在短波的部分波段和超短波，微波波段，由于障碍高度比波长大，因而电波在地面上不绕射，而是按直线传播. 2．天波传播 短波能传至地球上较远的地方，这种现象并不能用绕射或其他的现象做解释.直到1925年，利用在地面上垂直向上发射一个脉冲，并收到其反射回波，才直接证明了高层大气中存在电离层.籍此电离层的反射作用，电波在地面与电离层之间来回反射传播至较远的地方.我们把经过电离层反射到地面的电波叫天波. 电离层是指分布在地球周围的大气层中，60km以上的电离区域.在这个区域中，存在有大量的自由电子与正离子，还可能有大量的负离子，以及未被电离的中性离子.发现电离层后，尤其近三四十年来，随着火箭与卫星技术的发展，利用这些工具对电离层进行了深入的试验和研究.当前电离层的研究已经成为空间物理的一个重要的组成部分，其研究的空间范围和频段也日益宽广. 在电离层中，当被调制的无线电波信号在电离层内传播时，组成信号的不同频率成分有着不同的传播速度.所以波形会发生失真.这就是电离层的色散性.同时，由于自由电子受电波电场作用而发生运动，所以当电波经过电离层，其能量会被吸收一部分.而且，从电离层吸收电波的规律看，若使用电波的工作频率太低，则电离层对电波的吸收作用很强.所以天波传播中有一个最低可用频率，低于这个频率，就会因为电离层对电波的吸收作用太大而无法工作. 传播特性（二） 1．空间波传播 当发射以及接收天线架设得较高的时候，在视线范围内，电磁波直接从发射天线传播到接收天线，另外还可以经地面反射而到达接收天线.所以接收天线处的场强是直接波和反射波的合成场强，直接波不受地面影响，地面反射波要经过地面的反射，因此要受到反射点地质地形的影响. 空间波在大气的底层传播，传播的距离受到地球曲率的影响.收，发天线之间的最大距离被限制在视线范围内，要扩大通信距离，就必须增加天线高度.一般地说，视线距离可以达到50km左右. 空间波除了受地面的影响以外，还受到低空大气层即对流层的影响. 移动通信中，电波主要以空间波的形式传播.类似的还有微波传播.
无线电发射、接收原理 无线电发射、接收知识 收音机发展简介 收音机原理
一、无线电发射、接收知识 声音及其传播： 1.声音是由振动产生的：振动体周围产生声波，声波在空气中以340 m/s的速度传送，随着距离的增加，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：20Hz--- 20KHz ----叫做“音频” 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：
放大器 传输的是音频电流，离不开导线，传输不远 3.无线电波------与声波有着本质的不同 声波---------是机械振动的结果 无线电波---是电磁振荡的产物 电磁波（无线电波）的产生： 导线中流过交变的电流→→产生交变的磁场→→在其周围再产生变化的电场→→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→→形成电磁波
电磁波的传 播速度是： 3×108m/s ？思考：有线传播为什么不能发出电磁波
4.有线传输中的音频能否产生电磁波传播出去 原因： a．通过天线向外辐射：天线的长度与波长λ相比拟λ/4 λ/2 λ 音频频率：f ：20---20kHz λ=c/f λ：15 x 103---15 x 106m b．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 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， 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，接收机就可以分离出所需频率的信号，不致互相干扰。
无线电波的传播方式 一、无线电波的传播方式 无线电波以每秒三十万公里的速度离开发射天线后，是经过不同的传播路径到达接收点的。人们根据这些各具特点的传播方式，把无线电波归纳为四种主要类型。 1）地波，这是沿地球表面传播的无线电波。 2）天波，也即电离层波。地球大气层的高层存在着“电离层”。无线电波进入电离层时其方向会发生改变，出现“折射”。因为电离层折射效应的积累，电波的入射方向会连续改变，最终会“拐”回地面，电离层如同一面镜子会反射无线电波。我们把这种经电离层反射而折回地面的无线电波称为“天波”。 3）空间波，由发射天线直接到达接收点的电波，被称为直射波。有一部分电波是通过地面或其他障碍物反射到达接收点的，被称为反射波。直射波和反射波合称为空间波。 4）散射波，当大气层或电离层出现不均匀团块时，无线电波有可能被这些不均匀媒质向四面八方反射，使一部分能量到达接收点，这就是散射波。 在业余无线电通信中，运用最多的是“天波”传播方式，这是短波远距离通信向必要条件。空间波和散射波的运用多见于超高频通信，而地波传播“般只用于低波段和近距离通信。 二、电离层与天波传播 1．电离层概况 在业余无线电中，短波波段的远距离通信占据着极重要的位置。短波段信号的传播主要依靠的是天波，所以我们必需对电离层有所了解。 地球表面被厚厚的大气层包围着。大气层的底层部分是“对流层”，其高度在极区约为九公里，在赤道约为十六公里。在这里，气温除局部外总是随高度上升而下降。人们常见的电闪雷鸣、阴晴雨雪都发生在对流层，但这些气象现象一般只对直射波传播有影响。 在离地面约10到50公里的大气层是“同温层”。它对电波传播基本上没有影响。 离地面约50到400公里高空的空气很少流动。在太阳紫外线强烈照射下，气体分子中的电子挣脱了原子的束缚，形成了自由电子和离子，即电离层。由于气体分子本身重量的不同以及受到紫外线不同强度的照射，电离层形成了四个具有不同电子密度和厚度的分层，每个分层的密度都是中间大两边小。 离地面50～90公里的称作口层。D层白天存在，晚上消失。D层的密度最小，对电波不易反射。当电波穿过口层时，频率较低的被吸收得较多。 90公里~140公里的是E层。通常情况下E层的密度也较小，只有对中波可以反射。在一些特定条件下，E层有可能反射高频率的无线电波。在盛夏或是隆冬，E层对电波的反射现象总是有规律地出现，你可以清楚地接收到远距离小功率电台发射的信号，而且可以发现可听别的范围是在有规律地变化。所以，爱好者们对这种不稳定的E层总是抱着极大的兴趣在进行观测研究。 高空200～300公里的是F1层，300～400公里是F2层。夏季以及部分春秋季的白天，F1层和F2层同时存在，且F2层的密度最大。到了夜晚，F1和F2合并成一个F2层，高度上升。F2层对电波的反射能力最强，它的存在是短波能够进行远距离通信的主要条件。 电离层示意阁请看图5．1。 2.电离层对电波传播的影响 人们发现，当电波以一定的入射角到达电离层时，它也会象光学中的反射那样以相同的角度离开电离层。显然，电离层越高或电波进入电离层时与电离层的夹角越小，电波从发射点经电离层反射到达地面的跨越距离越大。这就是利用天波可以进行远程通信的根本原出。而且，电波返回地面时又可能被大地反射而再次进入电离层，形成电离层的第二次、第三次反射，如图5．2所示。
无线电波的传播特性 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998
无线电波的传播特性 无线电通信就是不用导线，而利用电磁波振荡在空中传递信号，天线就是波源。电磁波中的电磁场随着时间而变化，从而把辐射的能量传播至远方。 在莫尔斯和贝尔先后发明了有线电报和电话之后，很多科学家对电磁现象大量研究。直到1831年，在英国，法拉弟首先发现了电磁感应现象，并且预言：电与磁的传播是和光一样的一种波。 英国科学家麦克斯韦从1850年就开始对法拉弟提出的课题展开研究。他总结了前人的研究成果，用数学方法对法拉弟的电磁场思想做了严格的论证，并在1864年做出“电与磁的交替转化过程，是一种波的传播形式，是一种光波”的论断，他称这种波为电磁波。 在麦克斯韦首先提出电磁理论后，又过了24年，才由德国伟大的物理学家赫兹通过实验证实了麦氏理论的正确。赫兹设计了一个能够接收电火花的装置，结构极简单。把一根导线弯成圆形，使两端之间仅留一微小的间隙，称它为“共振子”。“共振子”为什么也有火花发生呢赫兹认为，这一定是电振荡以电磁波形式通过空间传播过去的。赫兹于1888年公布了自己的实验结果，证实了电磁波的存在。 赫兹的实验成果震惊了世界，许多科学家继续开展对电磁波的研究。1890年，法国物理学家布朗利发现，将金属粉末即紧缩成块，但是它的电阻减小了，使电流容易通过。这种装有金属粉未的玻璃管被称为“布朗利管”，又称“粉末检波器”，它接收电磁波的灵敏度比赫兹的“共振子”要高得多。 1894年，20岁的意大利青年马可尼从杂志上读到悼念赫兹的文章和他生前的感人事迹，受到极大启发：“如果利用赫兹发现的电磁波，不需要导线也可以实现远距离通信了”。马可尼为自己的大胆设想所激动下宏愿，决心开拓无线电通信事业，把赫兹的研究成果付诸实际应用。在家人的支持下，马可尼就在自己家中进行实验，他用赫兹的火花放电器作发射机，用布朗利的金属粉未检波器作接收机经过一个多月的努力，终于完成了电磁波的发送和接收实验，并在实
电磁波的发射与接收 （1）把收音机开关打开，调节调谐旋钮到收不到电台的位置，然后拉一下室内电灯的拉线开关，你就会听到收音机喇叭里发出“咔嗒”的响声，这是由于电灯的开关即将接通时产生火花放电形成的高频电磁波被收音机接收的缘故。开启日光灯开关时效果更明显，这是由于日光灯电路中的起辉器的双金属片断开时镇流器产生较高的自感电动势，使放电更为强烈。 在夏日雷雨的天气里，远方的闪电产生的电磁波也能被收音机收到，你可以听到一连串的“咔嗒”声响，而这个声响比你听到的雷声要提前发生。这是由于电磁波在空气中的传播速度接近真空中的光速，比声速要大得多。你可以用手表测量一下收音机里的声响与雷声的时间差，由此可以推算出发生雷电的地方离你有多远。 （2）把收音机的后盖打开，接通电源，转动调谐旋钮，可以看到该旋钮与调谐电路中的可变电容器的动片连动，调到一定位置即可收到某一电台的播音。若接收其他电台的播音，必须改变可变电容器动片转过的角度。由此可以说明调谐的作用：调节LC电路的固有频率，使它与外来电磁波的频率相同，从而使感应电压达到最大值。 如果能借用一台教学信号源（或学生信号源），则实验的内容可以更深入。在信号源的高频输出端上接一个用粗铜丝（或铝丝）弯成的单股圆环（圆环固定在绝缘座上），作为发射天线。实验时把收音机放在天线旁，使收音机里的磁棒轴线与圆环天线的轴线在同一直线上，如图2．6－1所示。如果没有铜环，也可以将一条导线的两端连接在信号源的高频输出 端上，再把导线套在收音机的磁棒天线上。 首先把信号源置于高频等幅输出段（开关置于“等幅”位置），频率选择开关置于“频率1”挡，打开收音机开关，无论如何调节也收不到音频信号。如果把信号源的“调幅、等福”开关置于“调幅”位置，低频选择开关置于“1kHZ”挡，此时信号源输出高频调制波，调节收音机的调谐旋钮，就能够收到1千赫兹的音频信号。如果转动信号源的频率选择开关，使调制信号变为500赫兹，2千赫兹，收音机发出声音的频率也随之变化，由此可以说明调 制的作用。
无线电波段划分及传播方式 频率从几十Hz(甚至更低)到3000GHz左右(波长从几十Mm 到0.1mm左右)频谱范围内的电磁波，称为无线电波。电波旅行不依靠电线，也不象声波那样，必须依靠空气媒介帮它传播，有些电波能够在地球表面传播，有些波能够在空间直线传播，也能够从大气层上空反射传播，有些波甚至能穿透大气层，飞向遥远的宇宙空间。发信天线或自然辐射源所辐射的无线电波，通过自然条件下的媒质到达收信天线的过程，就称为无线电波的传播。 无线电波的频谱，根据它们的特点可以划分为表所示钓几个波段。根据频谱和需要，可以进行通信、广播、电视、导航和探测等，但不同波段电波的传播特性有很大差别。 光速÷频率=波长 无线电波波段划分波段名称波长范围(m)频段名称频率范围超长波长波中波 短波 1,000,000~10,000 10,000~1,000 1,000~100 100~~10 10~1
0.1~0.01 0.01~0.001 甚低频 低频 中频 高频 甚高频 特高频 超高频 极高频 3~30KHz 30~300KHz 300~3,000KHz 3~30MHz 30~300MHz 300~3,000MHz 3~30GHz 30~300GHz 超短波米波 分米波 厘米波
电波主要传播方式 电波传输不依靠电线，也不象声波那样，必须依靠空气媒介帮它传播，有些电波能够在地球表面传播，有些波能够在空间直线传播，也能够从大气层上空反射传播，有些波甚至能穿透大气层，飞向遥远的宇宙空间。 任何一种无线电信号传输系统均由发信部分、收信部分和传输媒质三部分组成。传输无线电信号的媒质主要有地表、对流层和电离层等，这些媒质的电特性对不同波段的无线电波的传播有着不同的影响。根据媒质及不同媒质分界面对电波传播产生的主要影响，可将电波传播方式分成下列几种： 地表传播 对有些电波来说，地球本身就是一个障碍物。当接收天线距离发射天线较远时，地面就象拱形大桥将两者隔开。那些走直线的电波就过不去了。只有某些电波能够沿着地球拱起的部分传播出去，这种沿着地球表面传播的电波就叫地波，也叫表面波。地面波传播无线电波沿着地球表面的传播方式，称为地面波传播。其特点是信号比较稳定，但电波频率愈高，地面波随距离的增加衰减愈快。因此，这种传播方式主要适用于长波和中波波段。天波传播声音碰到墙壁或高山就会反射回来形成回声，光线射到镜面上也会反射。无线电波也能够反射。在大气层中，从几十公里至几百公里的高空有几层“电离层”形成了一种天然的反射体，就象一只悬空的金属盖，电波射到“电离层’
无线电波传播模型 与 覆盖预测 河北全通通信有限责任公司 工程部网络服务组 二0 0二年四月二十日
第一节无线传播理论 1.1 无线传播基本原理 在规划和建设一个移动通信网时，从频段的确定、频率分配、无线电波的覆盖范围、计算通信概率及系统间的电磁干扰，直到最终确定无线设备的参数，都必须依靠对电波传播特性的研究、了解和据此进行的场强预测。它是进行系统工程设计与研究频谱有效利用、电磁兼容性等课题所必须了解和掌握的基本理论。 众所周知，无线电波可通过多种方式从发射天线传播到接收天线：直达波或自由空间波、地波或表面波、对流层反射波、电离层波。如图1-1所示。就电波传播而言，发射机同接收机间最简单的方式是自由空间传播。自由空间指该区域是各向同性（沿各个轴特性一样）且同类（均匀结构）。自由空间波的其他名字有直达波或视距波。如图1-1（a），直达波沿直线传播，所以可用于卫星和外部空间通信。另外，这个定义也可用于陆上视距传播（两个微波塔之间），见图1-1（b）。 第二种方式是地波或表面波。地波传播可看作是三种情况的综合，即直达波、反射波和表面波。表面波沿地球表面传播。从发射天线发出的一些能量直接到达接收机；有些能量经从地球表面反射后到达接收机；有些通过表面波到达接收机。表面波在地表面上传播，由于地面不是理想的，有些能量被地面吸收。当能量进入地面，它建立地面电流。这三种的表面波见图1-1（c）。第三种方式即对流层反射波产生于对流层，对流层是异类介质，由于天气情况而随时间变化。它的反射系数随高度增加而减少。这种缓慢变化的反射系数使电波弯曲。如图1-1（d）所示。对流层方式应用于波长小于10米（即频率大于30MHz）的无线通信中。第四种方式是经电离层反射传播。当电波波长小于1米（频率大于300MHz）时，电离层是反射体。从电离层反射的电波可能有一个或多个跳跃，见图1-1（e）。这种传播用于长距离通信。除了反射，由于折射率的不均匀，电离层可产生电波散射。另外，电离层中的流星也能散射电波。同对流层一样，电离层也具有连续波动的特性，在这种波动上是随机的快速波动。蜂窝系统的无线传播利用了第二种电波传播方式。这一点将在后文中论述。 在设计蜂窝系统时研究传播有两个原因。第一，它对于计算覆盖不同小区的场强提供必要的工具。因为在大多数情况下覆盖区域从几百米到几十公里，地波传播可以在这种情况下应用。第二，它可计算邻信道和同信道干扰。 预测场强有两种方法。第一种纯理论方法，适用于分离的物体，如山和其他固体物体。但这种预测忽略了地球的不规则性。第二种基于在各种环境的测量，包括不规则地形及人为障碍，尤其是在移动通信中普遍存在的较高的频率和较低的移动天线。第三种方法是结合上述两种方法的改进模型，基于测量和使用折射定律考虑山和其他障碍物的影响。在蜂窝系统中，至少有两种传播模型，第一种是FCC建议的模型。第二种设计模型由Okumura提供，覆盖边
基础夯实 1．为了使需要传递的信息(如声音、图像等)加载在电磁波上发射到远方，必须对振荡电流进行() A．调谐B．放大 C．调制D．检波 答案：C 解析：声音、图像信号的频率很低，不能直接发射出去，只有高频电磁波才能向外发射。所以要用高频携带着低频才能向外发射出去。而把低频信号加到高频电磁波上去的过程叫调制。 2．(2011·延边高二检测)简单的、比较有效的电磁波的发射装置，至少应具备以下电路中的() ①调谐电路；②调制电路；③高频振荡电路；④开放振荡电路 A．①②③B．②③④ C．①④D．①②④ 答案：B 解析：比较有效的发射电磁波的装置应该有调制电路、高频振荡电路和开放振荡电路。调制电路是把需要发射的信号装载在高频电磁波上才能发射出去，高频振荡电路能产生高频电磁波，开放振荡电路能把电磁波发送的更远。而调谐电路是在接收端需要的电路。 3．下列关于无线电波的叙述正确的是() A．无线电波是波长从几十千米到几毫米的电磁波 B．无线电波在任何介质中传播速度均为3.0×108m/s C．无线电波不能产生干涉和衍射现象
D．无线电波由真空进入介质传播时，波长变短 答案：AD 解析：无线电波的波长是从几十千米到几毫米的电磁波，故选项A正确；干涉、衍射是一切波都具有的特性，故选项C错误；无线电波由真空进入介质时，波速变小，故选项B错误；由v＝λf知，频率不变，波速变小，波长变短，故选项D正确。 4．2008年8月8日号举世瞩目的奥运会在我国北京隆重举行，为了实现全球的电视节目转播，需要借助地球卫星，下列对卫星个数及所处位置的说法正确的是() A．只需要一颗同步卫星，在赤道平面上空运行 B．至少需要三颗同步卫星，在赤道平面上空运行 C．只需要一颗同步卫星，绕着通过南北极的上空运行 D．至少需要三颗同步卫星，绕着通过南北极的上空运行 答案：B 解析：至少需要设置三颗同步卫星，就基本可以覆盖整个地球表面，其中在两极处还有两个小区域无法覆盖。 5．要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领，应该采取的措施是() A．增大电容器极板间距 B．使振荡电容器的正对面积足够大 C．尽可能使电场和磁场分散开 D．增加回路中的电容和电感 答案：AC 解析：要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领，应从两个方面考