第七章-無線電與收音機

無線電與收音機無線電發(fā)明簡史有線電報與無線電無線電波的波段劃分與傳播方式無電源收音機工作原理直接放大式收音機工作原理超外差式收音機工作原理電磁波傳遞能量

一．無線電發(fā)明簡史1820年丹麥的奧斯特，“電生磁”現(xiàn)象1831年法拉第，“磁生電”。導線在磁場中運動。產生電流。1862.英.麥克斯韋(1831-1879)，在理論上預言電磁波的存在。麥克斯韋方程組?！白兓拇艌瞿墚a生電場；變化的電場也能產生變化磁場?！辈幌抻谠趯w中產生電流，在真空或介質中亦可。無形的波動—電磁波電磁波—變化的電場和磁場交替產生。并由近及遠向四周傳播。（比方：水波）麥克斯韋赫芝1887年，德國的赫茲（H·Hertz1857—1894），發(fā)現(xiàn)電磁波的存在。赫茲在實驗時曾指出，電磁波可以被反射、折射和如同可見光、熱波一樣的被偏振。由他的振蕩器所發(fā)出的電磁波是平面偏振波，其電場平行于振蕩器的導線，而磁場垂直于電場，且兩者均垂直傳播方向。接收器的改進。1890—1894。布蘭利（法）、羅基（英，或譯洛奇）：粉末檢波器。馬可尼（意大利Marconi1874-1937）。

1894年，無線電的發(fā)明人證明電磁波是存在的，這種電磁波以光速在空中傳播。1909年共和國號汽船由于碰撞遭到毀壞而沉入海底，這時無線電信息起了作用，除六個人外所有的人員全部得救。同年馬可尼因其發(fā)明而獲得諾貝爾獎。翌年他發(fā)射的無線電信息成功地穿越六千英里的距離，從愛爾蘭傳到阿根廷。愛迪生曾嘲笑“異想天開”上圖為馬可尼實驗裝置電報機電池電磁鐵敲擊器粉末檢波器電鍵感應圈馬可尼實驗

馬可尼發(fā)送第一封無線電報的設備復制品

馬可尼調諧器

~1910

亞歷山大·斯捷潘諾維奇·波波夫（1859—1906）俄國無線電通信發(fā)明家，軍事無線電通信的奠基人。1894年，波波夫制成了一臺無線電接收機，他第一次在接收機上使用了天線。這也是世界上的第一根天線。波波夫用電報機代替電鈴，當做接受機的終端，這種裝置就成了一臺無線電發(fā)報機。1896年3月24日在彼得堡物理學年會時，正式進行了用無線電傳遞莫爾斯電報碼的表演。接收機裝設在物理學會會議大廳里，發(fā)射機放在附近森林學院的化學館里。雷布金拍發(fā)信號，波波夫接收信號，通信距離是250米。佩特羅司赫夫基教授把接收到的電報字母逐一寫在黑板上，最后得到的報文是：“海因里?！ず掌潯?。它表示波波夫對這位電磁波的發(fā)明者的崇敬。這份電報雖然很短，只有幾個字，它卻是世界上第一份有明確內容的無線電報左圖為波波夫實驗裝置雷電指示器1-粉末檢波器2-電池3-繼電器4-電鈴5-電池6-電磁鐵7-導線9-偶極子（天、地線）感應線圈

產生高壓產生高壓

示意圖

電鍵按下時，低壓線圈電流時斷時續(xù)，產生感應電壓，高壓線圈產生高壓（匝數(shù)比高）“火花”發(fā)報機“火花”發(fā)報機電路

“火花”發(fā)報機音頻火花式無線電發(fā)射機交流發(fā)電機火花隙1901年12月12日，馬可尼，越大西洋（3600km）通信，風箏天線400m高，電報機10kw功率。翌年他發(fā)射的無線電信息成功地穿越六千英里的距離，從愛爾蘭傳到阿根庭。電臺增多，射頻干擾嚴重。1900年馬可尼發(fā)明調諧技術。提高選擇性和靈敏度。元器件的進展。1904年弗萊銘發(fā)明真空二極管，檢波效果優(yōu)于粉末檢波器。1906年德福雷斯特發(fā)明電子三極管，有放大作用，做成振蕩電路。大大提高了靈敏度和選擇性。與有線電報的競爭。莫爾斯發(fā)明有線電報。至19世紀末，已有很多線路，包括跨洋海底電纜。發(fā)展著名的

7777號專利

這是首次超越大西洋通訊，馬可尼架設在英國寶竇

(POLDHU)的發(fā)射天線。美國鱈魚角接收。高65米，被風吹倒，失敗。改加拿大的紐芬蘭，用氣球與風箏30余只。1901年12月12日，馬可尼(左)收到遠從二千五公里外，橫越大西洋而來的「滴滴滴」S字母，建立史上第一次越洋通訊。

莫爾斯發(fā)明有線電報。至19世紀末，已有很多線路，包括跨洋海底電纜到1850年時，美國擁有1.2萬英里長的電報線路。第一條連通美國全國的電纜由西聯(lián)匯款在1861年建成。1866年7月，第一條橫越大西洋的電報海纜投入使用，西接美國特里尼蒂海灣，東連愛爾蘭西海岸瓦倫西亞。

與有線電報的競爭

最早電報

設計之一

1753年摩爾遜

把一組金屬線從一個地點延伸到另一個地點，每根金屬線與一個字母相對應。1836:帶有20個字母的菱形柵格（缺少的6個字母需要從訊息中省略掉）并在中間配有5個針腳。任何兩個針腳的左右偏斜都會指向一個指定的字母。(6條線)庫克、惠斯通五針式電報機莫爾斯電報機發(fā)送人類第一份電報的電報機電文：“上帝創(chuàng)造何等奇跡！”

敷設海底電纜的東方巨輪

莫爾斯電報機電文：“上帝創(chuàng)造何等奇跡！”電報機

示意圖

莫爾斯電碼莫爾斯電碼是美國人莫爾斯發(fā)明的，由點（·）、劃（—）兩種符號組成。1、一點為一基本信號單位，一劃的長度=3點的長度。2、在一個字母或數(shù)字內，各點、劃之間的間隔應為兩點的長度。3、字母（數(shù)字）與字母（數(shù)字）之間的間隔為7點的長度。短音念作“滴（di）”；長音念作"答（da）"

由于各國文字不同，電碼符號也不盡相同，比如中國、日本及俄國都有代表本國文字的電碼符號。在業(yè)余無線電通信中，全世界運用統(tǒng)一的電碼發(fā)報員用電鍵發(fā)出長短不一的電碼，收報員聽到滴答的聲音。答的聲音是滴的三倍長。收報員抄錄滴答組合的電碼后再譯成電文，這就是早期的電報。字符電碼符號字符電碼符號A·－N－·B－···O－－－C－·－·P·－－·D－··Q－－·－E·R·－·F··－·S···G－－·T－莫爾斯電碼表H····U··－I··V···－J·－－－W·－－K－·－X－··－L·－··Y－·－－M－－Z－－··莫爾斯電碼表數(shù)字電碼符號標點符號電碼符號1·－－－－呼救···－－－···2··－－－，·－·－·－3···－－；－·－·－·4····－：－－－···5·····“”·－··－·6－····？··－－··7－－···！－－··－－8－－－··'·－－－－·9－－－－·－－····－0－－－－－()－·－－·－莫爾斯電碼表特殊符號（同一符號）

AR：·—·—·（停止，消息結束）

AS：·—···（等待）

K：—·—（邀請發(fā)射信號）（一般跟隨AR，表示“該你了”）

SK：···—·—（終止，聯(lián)絡結束）

BT：—···—（分隔符）

莫爾斯

快機

發(fā)報局用專用的鑿孔機先在紙帶上鑿出與電文字符相對應的圓孔，再把這種鑿孔紙帶在莫爾斯電碼自動發(fā)報機上發(fā)送，收報局則用波紋收報機在紙帶上錄出點劃電碼，其通報速率可以比人工發(fā)報快幾倍到20倍左右。

波紋符號五單位電碼均勻電碼，每個字符由長度相等的五個電脈沖組成有25即32種不同的組合代表字母，又可代表數(shù)字和標點符號。電傳打字機是采用五單位電碼的電報機電傳打字機是采用五單位電碼的電報機

1857年召開的第一屆國際電報大會

說與聽都用一個帶振動的電磁鐵，聽的時候扣在耳朵上，當受話器用。說的時候放在嘴前，當送話器用。很不方便,而且距離很近。

貝爾發(fā)明電話S.O.S.是國際莫爾斯電碼救難信號，并非任何單字的縮寫。鑒于當時海難事件頻繁發(fā)生，往往由于不能及時發(fā)出求救信號和最快組織施救，結果造成很大的人員傷亡和財產損失，國際無線電報公約組織于1908年正式將它確定為國際通用海難求救信號。這三個字母組合沒有任何實際意義，只是因為它的電碼...---...（三個圓點，三個破折號，然后再加三個圓點）在電報中是發(fā)報方最容易發(fā)出，接報方最容易辨識的電碼。

在1908年之前，國際公海海難求救信號為C.Q.D.。SOS、CQD1912年，泰坦尼克號事件，發(fā)出SOS。在“泰坦尼克“號撞上冰山之前的幾小時里，其它船只已經發(fā)出警告：“北緯42度至41.5度，西徑49度至50.3度發(fā)現(xiàn)巨大冰群和巨型冰山?！笨上В@一生命攸關的信號，“泰坦尼克”號的報務員無法收到，因為他正忙于為有錢的乘客發(fā)送私人電報。電訊室接到七份電報：“冰塊，大片冰塊!”但這電訊并沒有引起船長的注意。當“泰坦尼克”號撞上冰山下沉之際，發(fā)報員一遍又一遍地發(fā)出求救信號，同樣可惜，周圍的船只也無法收到，因為報務員都已進入夢鄉(xiāng)。此時此刻，只有一個人收到了“泰坦尼克”號的呼救信號，他就是后來因此而一度聞名于世的救世英雄薩洛夫。他遠在紐約市澳納梅克大樓樓頂上，正在無線電接收臺前工作。他果斷地立刻通過無線電廣播向全世界通報這一舉世震驚的消息，這才啟動了“近水撲遠火”的營救。遺憾的是，“泰坦尼克”號終于葬身大海，1500名乘客喪生，705人獲救。時間定格于：1912年4月15日凌晨。初生的電信和“泰坦尼克”號的關系令人尋味。CQD泰坦尼克海難發(fā)生初期，其他船只和救助組織之所以沒有能夠及時組織施救，主要是因為他們不明白船上發(fā)報員開始發(fā)出的過時的C.Q.D.求救信號。直到整個船只都快沒入大海才發(fā)出了S.O.S.求救信號。英國的無線電操作員很少使用SOS信號，他們更喜歡老式的CQD,第二天才被附近的加利福尼亞號收到“泰坦尼克”號發(fā)出了“CQDMGY”的呼救信號有人說是“ComeQuicklyDanger”，MGY是”泰坦尼克”號的無線電呼叫代號。無線電廣播

調制：音頻加到等幅高頻電磁波上。解調：音頻從調制電磁波中取出。也稱檢波。1906，美國費辛敦。傳送語言、音樂試驗。1914，報話機，一次大戰(zhàn)~50’s電子管式，大型。1915，俄，200KW.電臺，實現(xiàn)彼德堡—沙皇村的無線電話。1916，越洋電話。1908，.紐約，無線電轉播音樂會。1919，英、無線電廣播。1922.，美，紐約，無線電廣播。1923，法，埃菲爾鐵塔作天線。至1925，美578個電臺。1926，英20kw電臺。費辛敦右圖為1919年美國馬可尼公司的6.5千瓦廣播發(fā)射機1922，美，最便宜的收音機（礦石）25.50美元；高級的32.50~47.00美元；豪華型五個管，401美元。1923，中國上海開始無線電廣播。上海亞美公司開始生產收音機。1939，延安新華廣播電臺。業(yè)余電臺短波，業(yè)余愛好者發(fā)現(xiàn)的（1920’s）?？侩婋x層反射。發(fā)展技術。服務公眾。和平。友誼。救災。排難。搶險?！敖浾胶藴实模鲇趥€人興趣，不是出于商業(yè)目的，進行自我訓練，相互通信和技術研究的無線電通信業(yè)務”。如下棋、釣魚一樣，業(yè)余無線電是一種愛好。在全世界不分年齡、性別、身份，上至國家元首（前約旦國王候賽因，前印度總統(tǒng)拉.甘地）；下至上學的中學生，都可以借助電波作媒介，平等地利用業(yè)余無線電進行交流。1。無線電波段的劃分

名稱f

λ應用

低頻（LF）30~300KHZ10000~1000m導航、通信

中頻(MF)300~3000KHZ1000~100m廣播

高頻(HF)3~30MHZ100~10m電報、廣播

基高頻(VHF)30~300MHZ10~1m雷達、電視、無線電導航

基高頻(VHF)30~300MHZ10~1m雷達、電視、無線電導航特高頻(HF)300~3000MHZ100~10cm雷達、導航、電視、中繼特高頻(SHF)3G~30∽HZ10~1cm雷達、導航、電視、中繼波段頻率(MHz)電臺間隔用途LF(LW)120-300KHz——長波調幅廣播MF(AM)525KHz-1605KHz9KHz中波調幅廣播HF(SW)3.5-29.7MHz9KHz短波調幅廣播及單邊帶通訊廣播波段VHF(FM)88-108MHz150KHz調頻廣播及數(shù)據(jù)廣播VHF48.5-92MHz8MHz電視及數(shù)據(jù)廣播VHF167-223MHz8MHz電視及數(shù)據(jù)廣播UHF223-443MHz8MHz電視及數(shù)據(jù)廣播UHF443-870MHz8MHz電視及數(shù)據(jù)廣播關于電磁（電離）輻射電磁輻射電離輻射無線電管理委員會

國際電信聯(lián)盟ITU

1865年5月17日（國際電信日），法、德、俄、意、奧等20個歐洲國家的代表在巴黎簽訂了《國際電報公約》，國際電報聯(lián)盟（InternationalTelegraphUnion，ITU）也宣告成立。1906年，德、英、法、美、日等27個國家的代表在柏林簽訂了《國際無線電報公約》。1932年，70多個國家的代表在西班牙馬德里召開會議，將《國際電報公約》與《國際無線電報公約》合并，制定《國際電信公約》，并決定自1934年1月1日起正式改稱為“國際電信聯(lián)盟”（InternationalTelecommunicationUnion）。2．無線電波的傳播方式

(1）地波：主要傳長波和中波，波長越短，衰減越大，短波衰減大（2）天波：主要為短波（3~30MHz），中波（300KHz~3MHz）亦可

（3）空間波：超短波、微波。

電離層:太陽紫外線、X線及宇宙射線輻射，空氣電離成離子D層：60~80KmE層：100~120KmF1層：200KmF2層：200~900Km短波波段收聽效果波長－頻率MHz白天收聽11m25.6

-

26.1

很少使用13m21.45-21.85冬天效果最好;其他季節(jié)也好16m17.48-17.90全年優(yōu)秀(通常日落前三個多小時內效果很好)19m15.10-15.80全年白天最佳波段(通常日落前三個多小時內效果很好)22m13.57-13.87應該是一年好的波段.25m11.60-12.1０最佳時刻日出、日落兩小時前后夜晚收聽19m

夏季晚上經常效果較好22m13.57-13.87MHz夏季使用25m最佳時刻日出、日落兩小時前后31m9.400-9.90MHz

最佳全年夜晚波段,從日落兩小時前直到深夜.41m7.100-7.60MHz天黑以后.全年晚上收聽效果好49m5.80-6.20MHz

天黑后.全年晚上最佳波段傳播方式短波在電離層的傳播長波電臺地下電臺左：收音機改裝的收報機右：自制的發(fā)報機（李白電臺）利用無線電作弊已進入高科技時代微型口腔骨傳導耳機3．無線電信號的傳送

傳送語言、音樂、圖像。音頻、視頻信號變?yōu)殡娪嵦枴l(fā)射無線→電磁波。要有效輻射電磁波能量，發(fā)射天限長度應=1/2電磁波長。⑴調幅方式（AM）⑵調頻方式（FM）阿姆斯特朗1933年發(fā)明的頻率調制方法。1941年元旦，美國25家調頻電臺同時開業(yè)，在世界上首先開始了調頻廣播。。調幅波

調頻波載波調頻波調幅波調制波無線電廣播信號的發(fā)送4．無線電波的接收

組成：天線—接收空間電磁波，產生感應電動勢。調諧電路—選擇不同頻率的電臺信號。檢波電路—即解調。從高頻信號中分離出音頻信號。年

代

收音機基本電路和常用信號放大元件

主要民用廣播制式和波段

1920-1960年代

1950-1970年代

1970-1980年代

1990年代電子管電路/直放式，外差式

晶體管電路/外差式，多次變頻

集成電路/外差式，多次變頻，數(shù)字調諧

集成電路/外差式，多次變頻，數(shù)字調諧長波/中波/短波

中波/短波/調頻

中波/短波/調頻

中波/短波/調頻/數(shù)字廣播三．直放式收音機

無電源收音機——礦石收音機。礦石（天然的二極管）具有單向導電性。有人發(fā)現(xiàn)了很多不同的兩種導電體接觸點具有單向導電性能，其中黃銅絲與方鉛礦、黃銅礦與鋼絲的接觸點性能突出，被用作檢波器的首選，稱礦石檢波器，使用礦石檢波器的收音機便是礦石收音機了。

C1LC耳機天線礦石地線礦石收音機電路檢波電路的基本原理：當輸入電壓大于電容上電壓時，電容充電，輸入電壓小于電容器上電壓時，電容放電，充電快，放電慢，達到平衡時，電容上的電壓將會不失真地跟隨已調波的包洛線變化，再經隔直就會輸出調制波信號。20年代的礦石收音機內部結構活動礦石礦石收音機礦石收音機（仿古制作）直放式直放式即在礦石機的基礎上加放大電路。缺點是高、低頻的放大量不一致。頻率f高時、放大下降。收高、低頻的電臺效果很不一致。直放式有一種提高靈敏度、選擇性的方法——再生電路。1921年美國的費里斯特發(fā)明來復式電路：節(jié)省元器件，“一管多用”。如電子管有一種復合管——二極五極管，一管三用：高頻放大、檢波、低頻放大。一只晶體管兼高頻放大和低頻放大。功放再生再生式收音機輸入回路高頻放大低頻放大功率放大檢波再生來復式收音機來復式二管機電路機殼為1935-1939年左右產品.30年代日本四管再生式四．超外差式接收機

為克服直放式高低頻端放大不一致靈敏度不均勻，對元器件及電路要求高的問題，出現(xiàn)一種超外差式接收電路。超外差電路將外來信號統(tǒng)一變成一個固定頻率的信號進行放大。此頻率即為中頻。調幅收音機中頻為465KHz。（調頻為10.8MHz，電視為38MHz）。收音機接收不同頻率的信號都具有相同的放大能力。中放電路還能根據(jù)外來信號的強弱自動調整放大倍數(shù)，使弱信號得到增強，強信號放大倍數(shù)減少，對不同強弱的電臺接收效果趨于一致。1900年馬可尼發(fā)明調諧回路，提高了靈敏度和選擇性。但高頻放大電路帶來一系列困難。調諧困難、結構復雜，易出現(xiàn)前后級反饋。1912年，美國的阿姆斯特朗提出超外差接收原理。1901年，美國的費辛頓，為了使人可聽到滴滴答答的電碼聲提出外差法。在電報接收機中預先產生一個頻率比接收信號高一個音頻的信號f2（稱為本機振蕩信號），f2=f1+音頻，f1為接收的無線電信號，經混頻后產生一個差頻信號即音頻信號，就可聽到了。f2-f1=f1+音頻-f1=音頻。輸入回路混頻電路本機振蕩f1f2=f1+音頻f2—f1=

音頻外差法差拍原理

合成電壓幅值變化包絡線的頻率f0=f2-f1

超外差法輸入回路混頻電路本機振蕩f1f2=f1+中頻f2—f1=

中頻選頻電路（中周）中頻變頻電路

（本振+混頻）超外差式，就是將外差式中的“差頻”（音頻）信號改為超音頻。頻率比音頻高得多（465KHZ），但仍比接收的外來信號低得多。此頻率即中頻。本機振蕩信號自動跟蹤外來信號，差頻始終保持為中頻。1920’S后生產超外差式收音機。是一項重大的發(fā)明，奠定了現(xiàn)代無線電接收理論的基礎。以后的電視、微波通信，衛(wèi)星通信、遙測、導航、雷達等均用此法。進展：二次變頻二次變頻

鏡頻干擾:當振蕩頻率與外來信號頻率相差一個中頻頻率（465kHz）時，信號通過中頻放大器獲得放大:f振－f信＝f中如果外來信號頻率比振蕩頻率高一個中頻:f鏡－f振＝f中，同樣也能通過獲得放大。

兩式相加可得f鏡＝f信＋2f中，如下圖：

|---465kHz---|---465kHz---|

f信f振f鏡

例:f信=550kHz，f振=1015kHz，f鏡=1480kHz二次變頻：先將電臺信號變頻到第一中頻（如10.7MHz），再將該第一中頻通過第二次變頻變換到通常的465kHz即第二中頻。以15480kHz為例，第一中頻為10.7MHz，那么本振頻率為26180kHz，鏡頻為36880kHz，遠高于15480kHz，，短波II接收范圍在7～22MHz的最高段也還差14MHz，應該是都被抑制了。

直流收音機

美國ZENITH無線電收音機50年代

NATIONAL（樂聲）真空管收音機（直流）

手搖發(fā)電木制品家用無線電收音機MG-21C

AM·FM2與TV(1～12ch)，內有充電器，手動發(fā)電后能使用8-10小時

手搖發(fā)電收音機（照明、收音機、手搖發(fā)電）

AM:540～1600KHz

FM:76～108MHz(TV1～3ch)

戶外收音機手表收音機

二波段六燈收音機-海燕D322-1

內部結構東方紅--八燈六波段琴鍵式收音機

牡丹941-A/C型9晶體管3波段收音機

牡丹941-A/C型9晶體管3波段收音機

（二）超外差式收音機組成及工作原理

組成：1。輸入調諧回路2。變頻電路]3。中頻放大4。檢波電路5。自動增益控制電路（AGC）6。低頻放大7。功率放大

超外差式收音機流程框圖輸入電路揚聲器混頻電路VT1輸入電路功率放大VT5、6中頻放大VT2本機振蕩檢波電路VT3低頻放大VT4AGC流程框圖及各級增益1．輸入調諧回路磁性天線線圈T1的ab端與可變電容器CA。構成LC調諧回路，選出需要的信號。2．變頻電路本機振蕩：VT1、T2、可變電容器CB組成振蕩電路，產生一個高出接收信號頻率f外一個中頻頻率（465KHz）的等幅振蕩信號。混頻電路：由VT1完成。本振，混頻合稱變頻，，（也有分成兩個管來完成的）。混頻產生多個頻率信號：差頻f本—f外、還有f本+f外、f本、f外等。選頻電路：中頻變壓器（中周）T3的初級線圈和與之并聯(lián)的電容器，諧振于465KHz，使中頻通過，其他信號被抑制。變頻管VT1465KHzCACB選頻器（中周）振蕩回路輸入回路變頻原理圖T3T1T2雙連可變電容器4．檢波電路：本機由三極管VT3完成，兼有一定的低頻電流放大作用。VT3的發(fā)射結（PN結），具有二極管功能，進行檢波。C5傍路高頻（中頻）成分。音頻成分通過電位器RP。三極管做檢波有一定的失真。5．自動增益控制電路（AGC）：使收強臺時中放倍數(shù)↓；收弱臺時中放倍數(shù)較高。這樣強弱臺接受效果較一致。3．中頻放大電路：由中周T3、T4、中放晶體管VT2組成,放大中頻信號，T3、T4起選頻作用。選頻器（中周）選頻器（中周）中放管VT2AGC控制電壓強臺時VT2放大弱臺時VT2放大T4T3中放選頻器（中周）AGC形成電路去低頻放大電路去中頻放大電路控制中放增益VT3音量調節(jié)檢波與自動增益控制6．低頻放大：由低頻放大晶體管VT4完成。RP控制大小。7．功率放大由輸入變壓器T5、低頻放大晶體管VT5、VT6輪流工作，組成甲乙類推挽式功率放大器。OTL（無輸出變壓器）方式。

低放、功放T5VT4VT6VT5BLC9信號倒相低頻放大功率放大音頻信號輸入收音機技術指標1、靈敏度收音機正常工作時