電磁波的應(yīng)用

1、電磁波的應(yīng)用 電磁波在通信、遙感、空間探測(cè)、工農(nóng)電磁波在通信、遙感、空間探測(cè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、科學(xué)研究及日常生活中都得業(yè)生產(chǎn)、國(guó)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(wú)線電通信事業(yè)得到了迅世紀(jì)，無(wú)線電通信事業(yè)得到了迅猛發(fā)展，相繼出現(xiàn)了無(wú)線電廣播、雷達(dá)、無(wú)猛發(fā)展，相繼出現(xiàn)了無(wú)線電廣播、雷達(dá)、無(wú)線電傳真機(jī)、電視、無(wú)線電尋呼機(jī)（線電傳真機(jī)、電視、無(wú)線電尋呼機(jī)（BPBP機(jī)）、機(jī)）、移動(dòng)電話（手機(jī)）。移動(dòng)電話（手機(jī)）。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(kāi)始步入衛(wèi)星通信時(shí)代。星發(fā)身成功，人類開(kāi)始步入衛(wèi)星通信時(shí)代。前言前言一、無(wú)線

2、電廣播與電視一、無(wú)線電廣播與電視 從從赫茲赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)電磁波的存在后，電磁波很快用實(shí)驗(yàn)證實(shí)電磁波的存在后，電磁波很快就應(yīng)用在遠(yuǎn)距離無(wú)線電通信上。就應(yīng)用在遠(yuǎn)距離無(wú)線電通信上。19061906年，年，美國(guó)美國(guó)做了一做了一次試驗(yàn)性的次試驗(yàn)性的廣播廣播。以后無(wú)線電廣播就開(kāi)始進(jìn)入千家萬(wàn)。以后無(wú)線電廣播就開(kāi)始進(jìn)入千家萬(wàn)戶。戶。 1932 1932年，年，英國(guó)英國(guó)廣播公司播出世界上第一個(gè)規(guī)范的廣播公司播出世界上第一個(gè)規(guī)范的電視節(jié)目電視節(jié)目，從此，人類開(kāi)始步入電視時(shí)代。，從此，人類開(kāi)始步入電視時(shí)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)的原理基本相同，它們主要由們主要由發(fā)射系統(tǒng)

3、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(shuō)出電視系統(tǒng)及接收流程圖嗎？你能說(shuō)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(jiǎn)介電視發(fā)送與接收簡(jiǎn)介:(1)攝像管攝像管將光信號(hào)將光信號(hào) 轉(zhuǎn)化為電信號(hào)（攝轉(zhuǎn)化為電信號(hào)（攝像機(jī)核心器件）像機(jī)核心器件） (2)顯像管顯像管將電信號(hào)轉(zhuǎn)將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)（電視機(jī)化為光信號(hào)（電視機(jī)核心器件）核心器件）(3)電視臺(tái)的發(fā)送與電視機(jī)的接收電視臺(tái)的發(fā)送與電視機(jī)的接收 (4)為在屏幕上為在屏幕上獲得整幅的圖像獲得整幅的圖像,無(wú)論攝像管還

4、是無(wú)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(dòng)通信二、移動(dòng)通信 移動(dòng)通信是指通信雙方至少有一方可以自由移移動(dòng)通信是指通信雙方至少有一方可以自由移動(dòng)進(jìn)行信息交換的通信方式。動(dòng)進(jìn)行信息交換的通信方式。 移動(dòng)通信以其特有的靈活、便捷的優(yōu)點(diǎn)符合現(xiàn)代移動(dòng)通信以其特有的靈活、便捷的優(yōu)點(diǎn)符合現(xiàn)代社會(huì)人們對(duì)通信技術(shù)的要求，成為社會(huì)人們對(duì)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(lái)發(fā)展最為迅速的通信方式。以來(lái)發(fā)展最為迅速的通信方式。你能想象出移動(dòng)通信的工作模式嗎？你能想象出移動(dòng)通信的工作模式嗎？ 移動(dòng)通信系統(tǒng)是一個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)是一個(gè)有線有線與與無(wú)線無(wú)線相結(jié)合的相結(jié)合的綜合

5、通信系統(tǒng)。以甲市移動(dòng)用戶綜合通信系統(tǒng)。以甲市移動(dòng)用戶A A與乙市移動(dòng)用與乙市移動(dòng)用戶戶B B進(jìn)行移動(dòng)通信為例，其信號(hào)流程圖如圖：進(jìn)行移動(dòng)通信為例，其信號(hào)流程圖如圖：移動(dòng)用移動(dòng)用戶戶A A鄰近基鄰近基站站移 動(dòng) 交移 動(dòng) 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(dòng)交移動(dòng)交換中心換中心鄰近基鄰近基站站移動(dòng)用移動(dòng)用戶戶B B10.雷達(dá)雷達(dá):通過(guò)物體對(duì)無(wú)線電波反射來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)通過(guò)物體對(duì)無(wú)線電波反射來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo),測(cè)定目標(biāo)測(cè)定目標(biāo)有關(guān)參考知識(shí)有關(guān)參考知識(shí)1.數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào):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(cè)速，測(cè)多普勒雷達(dá)就是利用多普勒效應(yīng)進(jìn)行定位，測(cè)速，測(cè)距

6、等工作的雷達(dá)。所謂多普勒效應(yīng)就是，當(dāng)聲音，光和無(wú)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(wú)線電波等振動(dòng)源與觀測(cè)者以相對(duì)速度線電波等振動(dòng)源與觀測(cè)者以相對(duì)速度V V相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)者相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)者所收到的振動(dòng)頻率與振動(dòng)源所發(fā)出的頻率有所不同。因?yàn)樗盏降恼駝?dòng)頻率與振動(dòng)源所發(fā)出的頻率有所不同。因?yàn)檫@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(duì)速度頻移，它與相對(duì)速度V V成正比，與振動(dòng)的頻率成反比。成正比，與振動(dòng)的頻率成反比

7、。 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(duì)空掃描時(shí)，如遇到活動(dòng)目標(biāo)，回波一固定頻率的脈沖波對(duì)空掃描時(shí)，如遇到活動(dòng)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(cè)出目標(biāo)對(duì)雷達(dá)的徑向相對(duì)運(yùn)動(dòng)速可測(cè)出目標(biāo)對(duì)雷達(dá)的徑向相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；根據(jù)發(fā)射脈沖和接收的時(shí)間差度；根據(jù)發(fā)射脈沖和接收的時(shí)間差, ,可以測(cè)出目標(biāo)的距離?？梢詼y(cè)出目標(biāo)的距離。同時(shí)用頻率過(guò)濾方法檢測(cè)目標(biāo)的多普勒頻率譜線同時(shí)用頻率過(guò)濾方法檢測(cè)目標(biāo)的多普勒頻率譜線, ,濾

8、除干擾濾除干擾雜波的譜線，可使雷達(dá)從強(qiáng)雜波中分辨出目標(biāo)信號(hào)雜波的譜線，可使雷達(dá)從強(qiáng)雜波中分辨出目標(biāo)信號(hào). . 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(qiáng)，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(qiáng)，能探測(cè)出隱蔽在背景中的活動(dòng)目標(biāo)。測(cè)出隱蔽在背景中的活動(dòng)目標(biāo)。 機(jī)載火控系統(tǒng)用的主要是脈沖多普勒雷達(dá)。如美國(guó)戰(zhàn)機(jī)機(jī)載火控系統(tǒng)用的主要是脈沖多普勒雷達(dá)。如美國(guó)戰(zhàn)機(jī)裝備的裝備的 A P G68雷達(dá)，代表了機(jī)載脈沖多普勒火控雷達(dá)的雷達(dá)，代表了機(jī)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(duì)空中、地面和海上目標(biāo)種工作方式，可對(duì)空中、地面和海上目標(biāo)邊搜索邊跟蹤，抗干擾性能好，

9、當(dāng)飛機(jī)在低空飛行時(shí)，還可邊搜索邊跟蹤，抗干擾性能好，當(dāng)飛機(jī)在低空飛行時(shí)，還可引導(dǎo)飛機(jī)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(jī)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(lái)，美國(guó)首先在年代以來(lái)，美國(guó)首先在F-14、F-15、F-16飛機(jī)上裝備，使戰(zhàn)斗機(jī)具有飛機(jī)上裝備，使戰(zhàn)斗機(jī)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等三代戰(zhàn)斗機(jī)。等三代戰(zhàn)斗機(jī)。 裝有脈沖多普勒

10、雷達(dá)的預(yù)警飛機(jī)，已成為對(duì)付低空轟炸裝有脈沖多普勒雷達(dá)的預(yù)警飛機(jī)，已成為對(duì)付低空轟炸機(jī)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(jī)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(cè)，對(duì)氣象回波進(jìn)行多普勒速度分辨，可獲得不同高度大觀測(cè)，對(duì)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(yùn)動(dòng)的分布情況。氣層中各種空氣湍流運(yùn)動(dòng)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)晶體）的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本

11、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(jiǎn)稱為晶片從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡(jiǎn)稱為晶片,它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個(gè)電極上各焊一根引線接到上涂敷銀層作為電極，在每個(gè)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(jiǎn)稱為石英晶體或晶體、振器，簡(jiǎn)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，也有用玻璃殼、陶瓷或封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封

12、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(gè)電極上加一電場(chǎng)，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。若在石英晶體的兩個(gè)電極上加一電場(chǎng)，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。反之，若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)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(jī)械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場(chǎng)，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(chǎng)，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(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)晶片的機(jī)械振動(dòng)上加交變電壓，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)晶片的機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。在一般情況

13、下，晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅和交又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。在一般情況下，晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場(chǎng)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(chǎng)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(shí)，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(shí)，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(dòng)時(shí)，可把它看成一個(gè)平板電容器稱為靜電電容當(dāng)晶體不振動(dòng)時(shí)，可把它看成一個(gè)

14、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(gè)它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關(guān)，一般約幾個(gè)PF到到幾十幾十PF。當(dāng)晶體振蕩時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的慣性可用電感。當(dāng)晶體振蕩時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的慣性可用電感L來(lái)等效。來(lái)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(lái)等來(lái)等效，效，C的值的值 一般只有一般只有0.00020.1pF。晶片振動(dòng)時(shí)因摩擦而造成的損耗用。晶片振動(dòng)時(shí)因摩擦而造成的損耗用R來(lái)等效，它的數(shù)值約為來(lái)等效，它的數(shù)值約為100。由于晶片的等效電感很大，而。由于晶片的等效電感很大，而C很小，很小，R也小，因此回路的

15、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(jì)算機(jī)、遙控器等各類振蕩電路中，以及通信應(yīng)用于彩電、計(jì)算機(jī)、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(shí)鐘信號(hào)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(shí)鐘信號(hào)和為特定系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號(hào)特定系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號(hào) 。石英鐘走時(shí)準(zhǔn)、耗電省、經(jīng)久耐用。石英鐘走時(shí)準(zhǔn)、耗電省、經(jīng)久耐用為其最大優(yōu)點(diǎn)。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(diǎn)。石英鐘都是