高中物理：3.3電磁破的發(fā)射、傳播和接收素材粵教版選修3-

1、無線電的有關(guān)知識無線電通信的發(fā)明1906 年 12 月 24 日圣誕節(jié)前夕，在美國新英格蘭海岸附近穿梭往來的船只上，一些聽慣了嘀嘀嗒嗒 莫爾斯電碼聲的報務員們， 忽然聽到耳機中傳來了人的說話聲和樂曲聲 -朗讀圣經(jīng)故事、演奏小提琴和播放亨德爾的舒緩曲唱片，最后還聽到了親切的祝福聲。報務員們聽到的就是人類歷史上第一次試驗性的無線電廣播，它是由加拿大出生的物理學家費森登主持和組織，并從他的實驗室里播出的。費森登是最早研究無線電廣播的先驅(qū)者之一。1900 年，他為美國國家氣象局進行無線電實驗時，初次萌生了用無線電傳達人聲的設(shè)想。兩年以后，在兩位金融家的贊助下，他在馬薩諸塞州布蘭特巖城建立了一個實驗室，

2、在電線、真空管、電池和天線中尋找途徑，試圖把人的聲音加入在無線電波里放送出去。他想要播出的，不是莫爾斯電碼的嘀嗒 聲，而是現(xiàn)實世界中的各種聲音。他整整花了4 年時間，終于完成了一套廣播裝置，做成了特殊的高頻交流發(fā)射機，并設(shè)計出了一種系統(tǒng)，用來調(diào)制電波的振幅，使它能攜帶各種聲音信號，這樣，這種調(diào)幅波 就能載著聲音開始展翅飛翔了。 1906年，人類歷史上第一次無線電廣播就這樣實現(xiàn)了。雖然前后不過幾分鐘，但卻預示著人類傳播信息的一次革命。正規(guī)的定時廣播是從1920年開始的。馬可尼公司取得英國政府的許可證，在英國的切姆斯福以2800 米的波長、 15千瓦的功率定時播送新聞節(jié)目。無線電的誕生過程無線電，

3、是無線電技術(shù)的簡稱，是一門專門研究利用無線電波傳送各種信息的技術(shù)學科。早在兩千多年前，人們就發(fā)現(xiàn)了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象。我國早在戰(zhàn)國時期(公元前 475 一 211 年 ) 就發(fā)明了指南針（古稱司南） 。而人類對于電和磁的真正認識和廣泛應用、迄今還只有一百多年歷史。在第一次產(chǎn)業(yè)革命浪潮的推動下，許多科學家對電和磁現(xiàn)象進行了深入細致的研究，從而取得了重大進展。人們發(fā)現(xiàn)帶電的物體同性相斥、異性相吸，與磁學現(xiàn)象有類似之處。1785 年，法國物理學家?guī)靵鲈诳偨Y(jié)前人對于電磁現(xiàn)象認識的基礎(chǔ)上，提出了后人所稱的 “庫侖定律”，使電學與磁學現(xiàn)象得到了統(tǒng)一。1800 年，意大利物理學家伏特研制出化學電池，用人工方法獲

4、得了連續(xù)電池，為后人對電和磁關(guān)系的研究創(chuàng)造了重要條件。1822 年，英國的法拉第在前人所做大量工作的基礎(chǔ)上，提出了電磁感應定律，證明了“磁”可以產(chǎn)生“電” ，這就為發(fā)電機和電動機的原理奠定了基礎(chǔ)?？茖W家們在這段時間里所作的對電磁學基本規(guī)律的研究，為后來無線電的誕生起到了重要的孕育作用。電磁學的發(fā)展，首先引起了通信方式的變革。1837 年美國畫家莫爾斯在前人的基礎(chǔ)上設(shè)計出比較實用的、用電碼傳送信息的電報機，之后，又在華盛頓與巴爾的摩城之間建立了世界上第一條電報線路。1876 年，美國的貝爾發(fā)明了電話，實現(xiàn)了人類最早的模擬通信。1880 年以后，用有線電報和有線電話來傳送信息已開始得到應用，人類進

5、入了有線電通信時代。英國的麥克斯韋在總結(jié)前人工作基礎(chǔ)上，提出了一套完整的“電磁理論”，表現(xiàn)為四個微分方程。這就是后人所稱的“麥克斯韋方程組” 。麥克斯韋得出結(jié)論：運動著的電荷能產(chǎn)生電磁輻射，形成逐漸向外傳播的、看不見的電磁波。用心愛心專心他雖然并未提出“無線電”這個名詞，但他的電磁理論卻已經(jīng)告訴人們，“電”是可以“無線”傳播的。1887 年，德國物理學家赫茲年第一次用人工方式產(chǎn)生出了電磁波，以實驗證實了電磁波的存在。意大利的馬可尼和俄國的波波夫在不同的國度里，幾乎在相同的時間(1895 和 1896) 獲得了無線電通信的成功，他們創(chuàng)造性的勞動，揭開了電磁學發(fā)展的新篇章，無線電技術(shù)作為一門新科學

6、從此誕生了。今天，利用無線電波傳送聲音和圖像節(jié)目的廣播和電視，已經(jīng)深入到社會生活的各個角落，成了億萬人民的伴侶。無線電并不是一、二個人發(fā)明出來的，它是人類文明逐步發(fā)展的結(jié)果，但是，有些人在其中起到了較為重要的作用。麥克斯韋之所以被稱為無線電通信的報春人，是因為在當時，人們雖然已經(jīng)知道“電”能生“磁” ，“磁”能生“電” ；知道利用電磁原理來制造電機和變壓器；但是對于電與磁相互關(guān)系的本質(zhì)還并不清楚，對于伴隨某些電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象而存在的電磁波還沒有認識，可以說，麥克斯韋是一名非常杰出的電磁理論學家。他在總結(jié)前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，用非常精辟而微妙的數(shù)學方程式，闡明了電場與磁場的基本關(guān)系，建立了嚴謹?shù)碾姶艌?/p>

7、理論。麥克斯韋根據(jù)他所作的數(shù)學分析指出：只要存在著交變的電場，就能在其周圍產(chǎn)生交變的磁場；反之，只要存在交變的磁場，就能在其周圍產(chǎn)生交變的電場。這樣一來、變化的電場在其周圍產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場又在其附近產(chǎn)生變化的電場，如此循環(huán)下去，電場和磁場不就會越傳越遠了嗎？據(jù)此，麥克斯韋認為：運動著的電荷能產(chǎn)生電磁輻射，形成逐漸向外傳播的看不見的電磁波 (簡稱電波 )。這一結(jié)論公布于一百多年前是很了不起的，這個結(jié)論告訴人們： “電”是可以“無線”傳播的。后來的事實證明，麥克斯韋的電磁波理論是完全 正確的。除此之外，他還推導出電磁波有和光波相同的傳播速度，從而揭示了光與電磁現(xiàn)象在本質(zhì)上的統(tǒng)一性。短波的

8、認識百年前，三聲短促而且微弱的訊號，向世界宣布了無線電的誕生。一九一年，扎營守候在訊號山 (signal hill 位于加拿大東南角 )的意大利科學家馬可尼， 終于接收到了從英格蘭發(fā)出的跨過大西洋的無線電訊號，這個實驗向世人證明了無線電再也不是僅限于實驗室的新奇東西，而是一種實用的通訊媒介。此后短波用作全球性的國際通訊媒介便開始發(fā)達起來了。雖然馬可尼的試驗結(jié)果令人相當振奮，可是當時一般人認為無線電傳播方式類似光波，發(fā)射之后，絕對沿直線方向進行傳播，從英國到加拿大，再怎么說也無法完成直線的無線電通訊 (因為地球表面是弧形的） 。當時的科學理論更證明， 從英國發(fā)射后的無線電波一定直驅(qū)太空，怎么可能

9、到達加拿大？可是從馬可尼用簡陋的無線電設(shè)備征服長距離通訊的試驗記錄來看，白天，訊號可以遠達七英哩，晚間更遠達二英哩以上，這些試驗數(shù)據(jù)，使得以往的理論所推斷出來的必然結(jié)果，開始發(fā)生動搖了。與此同時， mr.kennelly及 mr.heaviside不約而同地分別提出了同樣的看法：就是在地球大氣層中有電子層的存在，它可以像鏡子般，把無線電折射回地球，而不致于沿著直線方向直奔太空，由于這種折射回返的訊號，使得遠方的電臺可以互相通訊，這種對無線電波有如鏡子般作用的電子層稱做 kennelly heaviside層，但現(xiàn)在一般稱之為電離層（ lonosphre ），而短波遠距離廣播和通訊之所以如此發(fā)達

10、就是受了電離層之益。從一九二五年開始，許多科學家便開始進行電離層的研究工作，由向電離層發(fā)射無線電脈沖訊號，然后從電離層反射的回波（ echo）中，可以了解到電離層的自然現(xiàn)象，所得到的結(jié)果就是：地球上空的電離層就像是一把大傘覆蓋著地球，而且隨著白天或夜晚或季節(jié)的變化而變動，同時發(fā)現(xiàn)某些頻率可以直接穿過電離層，而有些頻率則以不同角度折返回地球表面，雖然對電離層已經(jīng)有了某種程度的了解，而且短波的國際通訊也有了很大的發(fā)展，這六十多年來，科學家從不放過任何繼續(xù)研究電離層的機會，甚至火箭發(fā)射、人造衛(wèi)星試驗及最近的太空穿梭機飛行，都要做有某些實驗，以期能更進一步了解電離層的變化規(guī)律，最近借助超用心愛心專心高

11、速計算機，建立了各種假設(shè)的電離層分析模型，科學家希望能夠像天氣預告那樣，可以預測未來幾天的電離層狀況。無線電頻譜通常無線電波所指的是從極低頻10khz 到極超高頻的頂點30ghz（ giga hertz），因為超出這個范圍以外的無線電頻譜，其特性便有很大不同了，例如光線、x 射線等，而在上述10khz 到30ghz，通常劃分成七個區(qū)域，參看下表，其中高頻3 30mhz 就是我們所討論的短波。無線電頻譜的劃分中文名稱簡稱英文名稱頻率范圍極低頻vlfvery low frequency10khz - 30khz低頻（俗稱長波lw）lflow frequency30khz - 300khz中頻（俗稱

12、中波mw ）mfmedium frequency30khz - 3000khz國際短波廣播米波段表波段頻率范圍波段頻率范圍(米 / 公尺 )（兆赫 /mhz)(米 / 公尺 )(兆赫 /mhz)120m2.30-2.49525m11.65-12.0590m3.20-3.4021m13.65-13.8075m3.90-4.0019m15.10-15.6060m4.75-5.0616m17.55-17.90高頻（俗稱短波 sw）hfhigh frequency3mhz - 30mhz極高頻（俗稱超短波）頻率在 88-108mhz 范圍的民vhfvery high frequency30mhz -

13、300mhz用 廣 播 則 俗 稱 為 調(diào) 頻 電 臺fm超高頻uhfultra high frequency300mhz - 3000mhz極超高頻shfsuper high frequency3000mhz - 30000mhz用心愛心專心49m5.95-6.2013m21.45-21.8541m7.10-7.3011m24.67-26.1031m9.50-9.90.國際短波廣播波段全世界的無線電頻率，都是由國際電信聯(lián)合會所分配的。國際電信聯(lián)合會（itu : internationaltelecommunication union ）是一個隸屬于聯(lián)合國的國際電信管理組織，定期召集各會員國開

14、會決定無線電頻率的分配及使用。而itu 所制定的國際短波廣播波段共有13 個，如下表：各米波段都有一定的頻率范圍，您也許會覺得奇怪，從2.3-26.1mhz 被分成13 段，為什么不連貫在一起呢？這是因為：在高頻的頻譜段（3-30mhz ），國際電信管理組織（itu）有規(guī)定，除了國際短波廣播外，還有很多其它通訊的用途。短波收音機中的二次變頻技術(shù)(sw dual conversion)短波收音機最初是使用直接放大線路的，50 年代開始，應用了一次變頻線路，也就是平時所說的超外差式收音機。為了進一步提高無線電接收機的靈敏度、選擇性和抗干擾能力，科學家們又研制了多次變頻技術(shù)，當然首先是應用在無線電通

15、訊領(lǐng)域，后來被移植到高級收音機中，從而大大地改善了短波收音機的性能指標。廣播和收音機知識介紹民用廣播和收音機發(fā)明于本世紀初。近百年來，無線電廣播與收音機技術(shù)發(fā)生了翻天覆地的變化。 廣播方式從調(diào)幅 (am) 廣播時代開始，經(jīng)歷了調(diào)頻(fm) 廣播、調(diào)頻立體聲 (fm stereo)廣播、數(shù)字音頻廣播 (dab)等階段。目前，科學家正研究短波段的數(shù)字廣播(drm)。民用廣播所使用的頻率，經(jīng)歷了長波(lw)、中波 (mw) 、短波 (sw)、超短波調(diào)頻 (fm)、衛(wèi)星調(diào)頻廣播等階段；廣播的傳播距離和覆蓋范圍也從近距離到利用人造地球衛(wèi)星進行全球轉(zhuǎn)播等；收音機從礦石收音機、電子管收音機、晶體管收音機、集

16、成電路收音機，到使用微電腦處理器的數(shù)字調(diào)諧收音機；收音機的基本電路形式、也從直接放大式，到超外差式、多次變頻式電路。收音機的體積也從笨重變小到微型，而音質(zhì)卻越來越好.短波問題解答什么是短波收音機？世界上許多國家利用短波頻率來進行世界范圍的廣播傳輸，短波頻率范圍通常在1.6mhz- 30mhz 之間，能接收到上述某一段頻率的收音機叫短波收音機。何謂“短波米波段”？一般我們還將短波頻率劃分為很多“米段波”，每一個米波段包含一段頻率范圍。例如 :19m 米波段包含的頻率范圍為從15.100 到 15.600mhz 。國際無線電委員會規(guī)定民用廣播使用米波段范圍內(nèi)的頻率，米波段之外的頻率大多用于軍事和其

17、他民用通訊。所以，只有在米波段頻率范圍內(nèi)，才能接收到民用廣播電臺節(jié)目。 (請參考下列短波米波段劃分表)每日不同時間所收聽短波節(jié)目的效果：短波信號傳播受到許多因素影響，諸如太陽黑子活動、大氣層和地球電離層變化的影響，不是所有波段上的短波傳播效果都好。有些在白天好，有些在夜間好。通常白天收聽短波節(jié)目的效果不是很好，尤其從上午10 點到下午3 點之間。主要是因為在這段時間里短波電波受電離層的變化影響大，傳播距離短。如果你想在白天收聽短波節(jié)目, 請參考表二，或許在某些米波段接收效果會好些，但是不能達到晚上收聽的效果。短波信號清楚嗎？收聽短波廣播的效果取決于電臺發(fā)射功率的強弱、收音機性能的好壞以及接收地

18、點等環(huán)境因素。隨著收音機技術(shù)的改善，收聽效果會越來越好。需要室外外接天線來收聽短波廣播嗎？用心愛心專心這要看您所處的收聽環(huán)境，鋼筋結(jié)構(gòu)的房屋會屏蔽廣播信號，一些邊遠地區(qū)、山區(qū)和礦區(qū)的短波信號會稍弱一點，需要安裝室外天線。怎樣測試外接天線的效果？在一般的收聽環(huán)境下，將收音機調(diào)到一個比較弱的短波電臺，一邊收聽一邊走出室外，如果這個短波電臺的信號增強了的話，就應該安裝室外天線來改善接收效果。但是，如果在接收地點附近有強大的電視臺、調(diào)頻電臺、 bb 機等無線電通訊發(fā)射天線的話，強大的干擾信號可能會使短波外接天線的接收效果變得更差。外接天線一定要很高很長嗎？簡單來說，短波外接天線高一點、長一點，效果會好

19、一點，但并不是越高越長越好。有時候，太靈敏的天線，會引入強烈的無線電干擾雜波。所以，還是根據(jù)自己的實際需要來調(diào)整外接天線的高低和長短。特別警告：多雷電地區(qū)絕對不要安裝室外外接天線！短波電臺的聲音為什么有時忽大忽??？短波電波主要是依靠電離層與地面間的來回反射和折射進行傳播的，不管白天黑夜， 短波都可以傳播很遠，故收音機的短波段可以收聽到遠距離的電臺聲音。但是，電離層是不穩(wěn)定的，它的厚度、高度和電離層密度隨時在發(fā)生變化，尤其白天更加明顯，到達收音機的短波信號也時強時弱。因而在收聽短波廣播時，聲音就忽大忽小。自動增益控制(agc)性能比較好的收音機，可以減輕此現(xiàn)象。調(diào)頻問題解答(如何實現(xiàn)調(diào)頻廣播的遠

20、距離收聽)什么信號會影響調(diào)頻接收？功率強大的 vhf 電視廣播和 bb 機發(fā)射臺的電波， 會干擾到調(diào)頻接收。另外，頻率相鄰、 發(fā)射功率強大的幾個調(diào)頻電臺也會相互干擾，使接收效果變差。如何減低調(diào)頻的干擾？縮短拉桿天線，改變天線方向，變換收聽位置，能減輕干擾程度。調(diào)頻廣播收聽距離有多遠？調(diào)頻廣播頻率很高，其電波是以直線方式傳播。發(fā)射天線越高，功率越大，覆蓋范圍就越大，傳輸距離就越遠。直線距離通常為30-100 公里。如何實現(xiàn)調(diào)頻廣播的遠距離收聽？利用 vhf室外電視天線和天線放大器， 天線安得越高越好，把天線對準調(diào)頻電臺的方向，用75 歐姆同軸線連接到收音機的拉桿天線上，就能大大地提高接收能力。有

21、些城市已經(jīng)利用有線電視網(wǎng)來傳輸衛(wèi)星調(diào)頻節(jié)目，可嘗試從有線電視插口引出天線。什么是電視伴音收音機？電視的伴音 (tv sound)使用的是調(diào)頻制式， 傳播方式與調(diào)頻廣播一樣，也是近距離傳播。 電視伴音分為 vhf 和 uhf 兩段，其中：vhf：1-12頻道 (又分為 vhf-l 1-5和 vhf-h 6-12)uhf：13-56 頻道。 目前的電視伴音收音機主要為接收vhf 的 1-5 和 6-12 頻道，甚少有接收13 頻道 (uhf)以上的收音機。中波問題解答為什么夜間收到的中波電臺比白天多？中波傳播的途徑主要是靠地波，只有一小部分以天波形式傳播。無線電波碰到導體時，就會在導體中產(chǎn)生感應電

22、流，從而損耗掉一部分能量。這種使電波能量變?nèi)醯默F(xiàn)象，叫做對電波的吸收。 大地是導體， 對中波的吸收較強， 故以地波形式傳播的中波傳播不遠 (約二三百公里 )。白天，由于陽光照射，電離層密度增大，使電離層變成良導體，致使以天波形式傳播的一小部分中波進入電離層就被強烈吸收，難于返回地面，加之以地波形式傳播的中波又被大地吸用心愛心專心收而 播不 ，于是就造成白天 以收到 的中波 臺。到了夜 ，大氣不再受陽光照射， 離 中的 子和離子相互復合而 著增加，故 離 薄，密度 小， 性能 差， 波的吸收作用也大大地減弱。 ，中波就可以通 天波途徑， 送到 的地方。于是夜 收到的中波 臺就多了。市 上常 的收

23、音機特點 幅 (中波 )收音機； 調(diào)頻 / 幅兩波段收音機； 立體聲 / 幅兩波段收音機；波段特點： 幅 (中波 )收聽本省內(nèi)廣播 按波段分 調(diào)頻 / 中波 / 短波 3-5波段收音機；目 ; 調(diào)頻 (fm)收聽本市廣播 目 ; 立 調(diào)頻 / 中波 / 短波 8-12 波段收音機；體聲 (fm stereo)收聽本市 立體聲廣類 立體聲 / 中波 / 短波8-12 波段收播 目 ; 短波 (sw)收聽國內(nèi)、國 距離音機 ;廣播 目。 伴音收音機 (vhf-l 或 vhf-h 波段 ) 超外差式收音機集成 路 / 晶體管 路 數(shù)字 子 及 控功能收音機lcd型 /led 型 / 光型 示 路技

24、模 / 數(shù)字 示 率和 收音機新 示技 / 無 特點 率合成式 (pll)數(shù)字 收音機數(shù)字式、可 率采用二次 技 收音機高靈敏度和 良 性高靈敏度短波 / 單邊帶 (ssb)接收機 型 (ham radio)外型微型、袖珍式、 便攜式、臺式、 玩具型 源一號至七號普通 池、可充 池，交流 源，太陽能 源什么是 (fm)、 幅 (am) 、短波 (sw)、 波 (lw)？在一般的收音機或收 音機上都有am 及 fm 波段， 相信大家已 熟悉， 兩個波段是用來供您收聽國內(nèi)廣播的，若收音機上 有sw 波段 ， 那么除了國內(nèi)短波 臺之外， 您 可以收聽到世界各國的廣播 臺 目。 了 您 收音機的使用有更 一步的 ，以下就什么是am、fm、 sw、 lw 作一 的 明。事 上 am 及 fm 指的是無 學上的二種不同 制方式。am: amplitude modulation稱 幅，而 fm: frequency m