高中物理 第十四章 电磁波 3 电磁波的发射和接收素材 新人教版选修3-4（通用）

高中物理 第十四章 电磁波 3 电磁波的发射和接收素材 新人教版选修3-4（通用）

‎3．电磁波的发射和接收 ‎ ‎19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦总结前人的科学技术，提出了电磁波学说。20多年后，德国科学家赫兹通过实验，证明了电磁波的存在。‎ 什么是电磁波呢?从电工学电磁感应现象知道，在电磁场里，磁场的任何变化会产生电场，电场的任何变化也会产生磁场。交变的电磁场不仅可能存在于电荷、电流或导体的周围，而且能够脱离其产生的波源向远处传播，这种在空间以—定速度传播的交变电磁场，就称为电磁波。无线电技术中使用的这一段电磁波称为无线电波。‎ 无线电波的传播 理论分析和实验都表明无线电波是横波，即电场和磁场的方向都与波的传播方向垂直。而且电场强度与磁场强度的方向也总是相互垂直的。‎ 无线电波在空间传播时，必然要受到大气层的影响，尤其以电离层的影响最为显著。电离层是由于从太阳及其他星体发出的放射性辐射进入大气层，使大气层被电离而形成的。电离层内含有自由电子是影响无线电波的主要因素。‎ 电离层对无线电波的主要影响是使传播方向由电子密度较大区域向密度较小区域弯曲，即发生电波折射。这种影响随波段的不同而不相同。波长越长，折射越显著。30MHz以下的波被折回地面；30MHz以上的波，则穿透电离层。另外，电波受电离层的另—影响是能量被吸收而衰减。电离程度越大，衰减越大；波长越长，衰减亦越大。‎ 无线电波的传播方式，因波长的不同而有不同的传播特性，分为地波、天波和空间波三种形式。‎ 地波――沿地球表面空间向外传播的无线电波。中、长波均利用地波方式传播。‎ 天波――依靠电离层的反射作用传播的无线电波叫做天波。短波多利用这种方式传播。‎ 空间波――沿直线传播的无线电波。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。超短波的电视和雷达多采用空间波方式传播。‎ 各种波长的传播特性如下 长波(见波段划分表)波长在‎3000M以上，中波在100—‎1000M。长波段主要用作发射标准时间信号。而中波主要用作本地无线电广播和海上通信及导航。‎ 短波主要靠天波传播。传送距离较远，甚至可以用作国际无线电广播，远距离无线电话和电报通信等。‎ 超短波是波长在‎10M—‎1m的波，只能用空间波传播，其主要以直线传播为主，由于有地球曲率的影响，传播距离较短，不得不靠增加天线高度来增加通信距离。如无线电视等。利用对流层和电离层散射，超短波传播距离大大增加，使雷达技术得到广泛应用。‎ 频谱的高端300兆赫以上，我们称微波，主要是穿过电离层，用于卫星通信与无线电遥感等。‎ 无线电波的接收 理论上讲，接收与发射是一个相反的过程。首先要使天线与电子线路都工作在发射载波的频率上，然后经解调与放大得到发端传送的信息。将调制信号还原出来的过程叫做解调。解调又有检波与鉴频和鉴相之分。‎ 接收设备最重的任务是把远距离无线电发射机发送的载息无线电波中的有用信息提取出来。然后进入“解调器”。检波之后的音频信号经音频输出放大之后送到收音机的喇叭。‎ 无线电接收机的技术参数：‎ 灵敏度衡量接收机对微弱信号接收能力的重要参数，它与噪声系数可以相互换算。灵敏度可用电压表示uV或dBuV，也可以用功率表示dBm。以收音机为例，这是能否收到、或能否稳定收到电台广播的指标。‎ 选择性衡量接收机对所需信号频率、频带的选择能力。接收机的调谐和通频带对选择性起决定作用。‎ 频率特性接收机频率特性就是接收机的通频带。它的宽度应准确适应接收信号的频带宽度，只选信号，不需嗓声和干扰。‎ 接收机的增益常常不是重要指标，而接收机的动态范围却是重要指标。所谓动态范围是指接收机在输入信号从非常微弱到非常强的范围内变动时，它能维持稳定的输出，并保持其额定灵敏度的能力。良好的接收机动态范围会达到甚至超过100dB。‎