电磁波与无线电龙云亮.ppt
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1、第三章 电磁波与无线电,电子信息技术导论,编制 沈俐娜,我们生活在电磁波的世界,我们生活在电磁波的世界,雷电,无线广播,移动通信,移动电视,电视广播,雷达辐射,卫星广播,微波炉,电磁环境,第3章 电磁波与无线电,一、电磁波的发现,安培,楞次,各自独立,一、电磁波的发现,无线电通信的奠基人,麦克斯韦Maxwell(1879),赫兹,1864年,1888年,德国人赫兹用这个火花产生电磁波的装置,证明了人们怀疑与期待已久的电磁波存在。,涡旋电场、位移电流,预言电磁波存在,这是二个波动方程,电磁场不再独立,1895年 马可尼 发明的无线电报,传输距离30米;1895年 马可尼 在陆地和拖船之间实现传输
2、2公里的无线电报1897年 马可尼 获无线电报专利,建立无线电报公司;1901年12月12日 马可尼在加拿大纽芬兰岛收到从英国 Cornwall发出的无线信号,传输距离1700mile 1900年 专利调谐电话获得批准,同年公司改名为Marconi 公司;1902年 英国与加拿大之间正式开通 了越洋无线电报通信电路1907年 获诺贝尔物理奖,二、电磁波的应用,马可尼Marconi,马可尼电报机,无线通信,1904年 英国物理学家弗莱明发明电子真空二极管,(标志着世界从此进入了电子时代)开辟了模拟通信的新纪元。,1906年 弗雷斯特发明电子三极管放大;数年后用于长、中、短波的电报和电话。1918
3、年 阿姆斯特朗发明超外差调幅(AM)收音机。1920年 AM广播在美国Pittsburgh开通。1929年 英国BBC广播电视开通。1933年 阿姆斯特朗发明调频制。1936年 调频广播开播。,无线寻呼系统,无线电寻呼系统示意图,俗称BB机系统,是一种单向传输通信系统。,1.集群的概念 把一些由各部门分散建立的专用通信网集中起来,统一建网和管理,并动态地利用分配给它们的有限个频道,以容纳数目更多的用户。,是一种用于调度和指挥的专用通信系统。,2.特点,对网中的不同用户常常赋予不同的优先等级。具有一定的限时功能,一次通话的限定时间大约为 1560秒(可根据业务情况调整)。主要为无线用户之间服务,
4、无线与有线用户间的通话业务,一般只允许其话务量占总业务量的5%10%。集群通信系统一般采用半双工方式,因而,一对移动用户之间进行通信只需占用一对频道。,集群移动通信系统,蜂窝移动通信,短波通信、卫星通信、微波散射通信,微波是指波长在毫米至米范围内的非电离辐射高频电磁波。,微波频率很高已超过临界频率,因此微波遇到电离层,将全部穿过电离层进入太空不再返回地面。,全透射电磁波频率,电离层的临界频率,电磁波频率反射,微波频率较高,通过不均匀对流层产生散射现象,因此可以进行超视距的微波散射通信,如右上图所示。,移动通信,正是利用了这一特点,避开了电离层的干扰,在用户和基站间可建立视距和非视距(经物体反射
5、)的通信联系。,短波通信,卫星通信,微波散射通信,多种短波军用、民用电台,卫星通信,三、电磁波的物理模型和参数,若源为正弦源,则场也随时间按正弦规律变化,形成正弦电磁波,如下模型所示。,波速度:波速度又称相速度,指等相位面移动的速度,方向为传播方向。,波长与波速、周期、等的关系:,波长:同一波(频率f 固定)在不同的介质中传播时其波长不同。,极化:指空间某处,电场端矢在一周期内随时间的变化所形成的轨迹。其实质就是场强方向。,水平极化:场方向与地面平行。垂直极化:场方向与地面垂直。,线极化:电场仅在一个方向振动,即电场矢量端点的轨迹是一条直线;圆极化:电场强度矢量端点的轨迹是一个圆;椭圆极化:电
6、场强度矢量端点的轨迹是一个椭圆。,场方向观点,收发信号要求极化相同,极化方式,自然:雷电、太阳光和噪声人造:由交变电流能量激励(转换)产生。,通信用的电磁波己复盖从长波光波全频段,常用激励源有以下三种。,由半导体微波固态振荡源和微带电路构成,由微波电子管构成特点是控制 电子的运动。而不是控制电感线圈中的电流,由电感、电容、晶体管组成,高频振荡电路,微波管振荡源,固态微波振荡源,电磁波的产生,三种激励源的性能比较:,地波:沿着地球表面传播的电磁波。天波:经电离层或大气层折射返回地面的电磁波。直射波:在视距内直线传播的电磁波。,直射波,长波短波微波,自由空间中电磁波的传播,四、电磁波的传播,沿导波
7、装置传播的电磁波称导行电磁波。导行电磁波被限制在有限的空间内传播。,光纤,导波装置:可以具有不同的材料、截面形状和截面面积。,工作在光频,导波装置中电磁波的传播,铜线、电缆、波导的使用已越来越少(仅限于功率信号传送)。大量使用光纤。,电磁波与通信的关系,天线:指能够进行能量转换即有效地辐射和接收电磁波的装置。,天线必须解决的三个问题:,1、提高辐射功率或信噪比,天线作为传输线的负载应做好匹配。2、应具有向所需方向辐射电磁波的能力。3、同一系统中,收、发天线应有相同的极化形式。,五、天线,当导线的长度增大到可与波长相比拟时,导线上的电流就大大增加,因而就能形成较强的辐射。,天线导波原理:,通常将
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