电磁波的发射和接收2.doc

航帆教育随堂知识题库185 无线电波的发射和接收【教学目的】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、知道无线电波接收过程的调谐、检波及无线电波的接收的基本原理【教学重点】接收电路的调谐原理【教学难点】调制原理、检波原理【教具】“无线电波的发射和接收”演示仪【教学过程】、复习&引入复习提问2：电磁波在真空中的传播速度是多少？学生：光速c = 3.0108m/s 。电磁波的速度和光的传播速度相等，是一种巧合，还是具有某种必然性？光本身是不是电磁波？这个问题，其实麦克斯韦在两百年前已经给出了结论，我们会在后面的课程中详细介绍。这里先有必要告诉大家的是，电磁波的种类是很多的。除了传输手机信号、电视信号的是电磁波，可见光、红外线（紫外线）是电磁波，X射线、刀是电磁波，CT扫描、核磁共振也是利用电磁波。它们构成了一个庞大的电磁波家族。不过，遵从循序渐进的原则，我们先还是了解一下这个家族中比较平易近人的一员，那就是一、无线电波无线电技术中使用的电磁波叫无线电波，无线电报的波长从几毫米到几十千米不等。它们的主要作用是通讯和导航，根据波长（或频率）又可以把无线电波分成长波、中波、中短波、短波和微波等几个波段。各个波段的无线电波的作用、传播方式也是不同的，具体分类见下表：波段波长频率传播方式主要用途长波30000m3000m10KhZ100kHZ地波超远程无线电通信和导航中波300m200m100kHZ1500kHZ地波和天波调幅（AM）无线电广播、电报、通信中短波200m50m1500kHZ6000kHZ短波50m10m6MHZ30MHZ天波微波米波（VHF）10m1m30MHZ300MHZ近似直线传播调频无线电广播、电视、 导航分米波（UHF）1m0.1m300MHZ3000MHZ直线传播电视雷达导航厘米波10cm1cm3000MHZ30000MHZ毫厘波10mm1mm30000MHZ300000MHZ请大家注意表格中波长和波的传播方式的对应关系，你能用已有的知识进行解释吗？学生：思考、讨论，答问（答案：波长越长，衍射越容易；反之，趋于直线传播。）无线电波能够如此广泛地为人类服务，它是怎样实现相应的功能的呢？二、无线电波的发射无线电波的发射要解决两大问题：1、尽可能地发射得更远；2、信息加载。关于问题1，前一节已经介绍由闭合电路变成开放电路的努力。这里只需补充一点，传播越远，辐射出去的能量就越多，开放电路需要补充的能量也就越多。这个补充的过程是通过图1所示的耦合电路实现的。过程解释（互感知识复习）下面我们要介绍载波和信号的概念。为了电磁波尽可能远地发射，应尽可能地提高它的频率，但是，电磁波需要传递的信号频率是可以随意提高的吗？（譬如声波，频率本身就是音调，改变之后，其不成了超声波？）既然信号频率不能提高，我们就需要另外一个高频波来运载信号，这个波不妨称为载波（就象小孩不能远行，需要大人背着走）。将信号加入载波的过程叫调制。当然，如果信号本身是机械波，我们还需要先将信号转换成变化规律完全相同的电磁波。调制又分为调幅和调频两种。下面分别做简要介绍使高频振荡电流的振幅随调制信号而改变叫做调幅（如图2），调幅广播(AM)一般使用中波和短波波段。 使高频振荡电流的频率随调制信号而改变叫做调频（如图3），调频广播(FM)和电视广播都采用调频的方法来调制，通常使用微波中的甚高频(VHF)和超高频(UHF)波段。经过调制的无线电波具备高频和低频两种成分，既满足了远距离传送的要求，也自始至终携带着发射源需要传送的信号。三、无线电波的接收从要求的角度看，无线电波接收的过程是发射的逆过程，即摈弃载波、取出信号的过程。详细考查接收过程，可以分为两步：1、谐振；2、检波（解调）。1、谐振。世界上有许许多多的无线电台、电视台以及各种无线电通讯设备，它们不断地向空中发射不同频率的电磁波，这些电磁波强弱不等地弥漫在我们周围。如果不加选择地把它们都接收下来，那必然是信号一片混乱，分辨不清，达不到我们传递信息的目的。所以，接收电磁波时，首先要从诸多的电磁波中把我们需要的选出来，通常叫做选台。这就要设法使我们需要的电磁波在接收天线中激起的感应电流最强。在无线电技术里，是利用电谐振来达到这个目的的。当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强。这种现象叫做电谐振，相当于机械振动中的共振。图4就是一个典型的谐振回路。调协过程与原理（LC周期公式对应）学生：思考2、检波。检波包括两个过程：整流和滤波。整流介绍（整流的必要性、二极管单向导电性）滤波介绍（滤波的必要性、电容旁路或电感扼流）图5展示了一个简单的无线电波接收电路，请大家从图中认识什么元件起整流作用、什么元件起滤波作用。学生：认识、寻找检波过程对应的波形变化过程如图6所示（这里以调幅波为例）很显然，经过检波之后，“信号”已经被完整地取出来，信息传送的目的也就达成了。演示：无线电波的发射和接受四、小结本节课介绍了什么是无线电波，以及它的发射和接收过程。虽然充斥着很多的名词，但要求都不高。不过作为一个高中生，了解这些物理常识还是非常必要的。最后需要指出的是，实际的发射和接收电路比我们今天介绍的要复杂得多（譬如，起码还有一个信号放大的问题，等等），我们今天只是介绍了一