電磁波與無線電

1、一、電磁波的發(fā)現(xiàn),無線電通信的奠基人,麥克斯韋Maxwell（－1879）,赫茲,1864年,1888年,德國人赫茲用這個火花產(chǎn)生電磁波的裝置，證明了人們懷疑與期待已久的電磁波存在。,渦旋電場、位移電流,,預(yù)言電磁波存在,這是二個波動方程,電磁場不再獨立,1895年 馬可尼 發(fā)明的無線電報，傳輸距離30米；1895年 馬可尼 在陸地和拖船之間實現(xiàn)傳輸2公里的無線電報1897年 馬可尼 獲無線電報專利，建立無線電報公司；

2、 1901年12月12日 馬可尼在加拿大紐芬蘭島收到從英國 Cornwall發(fā)出的無線信號，傳輸距離1700mile 1900年 專利《調(diào)諧電話》獲得批準(zhǔn)，同年公司改名為Marconi 公司； 1902年 英國與加拿大之間正式開通 了越洋無線電報通信電路1907年 獲諾貝爾物理獎,二、電磁波的應(yīng)用——,馬可尼Marconi,馬可尼電報機,無線通信,1904年 英

3、國物理學(xué)家弗萊明發(fā)明電子真空二極管， (標(biāo)志著世界從此進入了電子時代) 開辟了模擬通信的新紀(jì)元。,1906年 弗雷斯特發(fā)明電子三極管放大；數(shù)年后用于長、中、短波的電報和電話。1918年 阿姆斯特朗發(fā)明超外差調(diào)幅（AM） 收音機。1920年 AM廣播在美國Pittsburgh開通。1929年 英國BBC廣播電視開通。1933年 阿姆斯特朗發(fā)明調(diào)頻制。1936年 調(diào)頻廣播開播。,,蜂窩移動通信,

4、短波通信、衛(wèi)星通信、微波散射通信,微波是指波長在１毫米至１米范圍內(nèi)的非電離輻射高頻電磁波。,微波頻率很高已超過臨界頻率，因此微波遇到電離層，將全部穿過電離層進入太空不再返回地面。,全透射——電磁波頻率 >,電離層的臨界頻率,> 電磁波頻率——反射,微波頻率較高，通過不均勻?qū)α鲗赢a(chǎn)生散射現(xiàn)象，因此可以進行超視距的微波散射通信，如右上圖所示。,移動通信，正是利用了這一特點，避開了電離層的干擾，在用戶和基站間可建立視距和非視

5、距（經(jīng)物體反射）的通信聯(lián)系。,短波通信,衛(wèi)星通信,微波散射通信,三、電磁波的物理模型和參數(shù),若源為正弦源，則場也隨時間按正弦規(guī)律變化，形成正弦電磁波，如下模型所示。,波速度：波速度又稱相速度，指等相位面移動的速度，方向為傳播方向。,波長與波速、周期、等的關(guān)系：,波長：同一波（頻率f 固定）在不同的介質(zhì)中傳播時其波長不同。,極化：指空間某處，電場端矢在一周期內(nèi)隨時間的變化所形成的軌跡。其實質(zhì)就是場強方向。,水平極化：場方向與地面平

6、行。垂直極化：場方向與地面垂直。,線極化：電場僅在一個方向振動， 即電場矢量端點的軌跡是一條直線；圓極化：電場強度矢量端點的軌跡是一個圓；橢圓極化：電場強度矢量端點的軌跡是一個橢圓。,場方向觀點,收發(fā)信號要求極化相同,極化方式,自然：雷電、太陽光和噪聲……人造：由交變電流能量激勵（轉(zhuǎn)換）產(chǎn)生。,通信用的電磁波己復(fù)蓋從長波~光波全頻段，常用激勵源有以下三種。,由半導(dǎo)體微波固態(tài)振蕩源和微帶電路構(gòu)成,由微波電子管構(gòu)成特點是

7、控制 電子的運動。而不是控制電感線圈中的電流,由電感、電容、晶體管組成,高頻振蕩電路,微波管振蕩源,固態(tài)微波振蕩源,電磁波的產(chǎn)生,三種激勵源的性能比較：,地波：沿著地球表面?zhèn)鞑サ碾姶挪?。天波：?jīng)電離層或大氣層折射返回地面的電磁波。直射波：在視距內(nèi)直線傳播的電磁波。,直射波,——長波——短波——微波,自由空間中電磁波的傳播,四、電磁波的傳播,沿導(dǎo)波裝置傳播的電磁波稱導(dǎo)行電磁波。導(dǎo)行電磁波被限制在有限的空間內(nèi)傳播。,光纖

8、,導(dǎo)波裝置：可以具有不同的材料、截面形狀和截面面積。,工作在光頻,,導(dǎo)波裝置中電磁波的傳播,銅線、電纜、波導(dǎo)的使用已越來越少（僅限于功率信號傳送）。大量使用光纖。,電磁波與通信的關(guān)系,天線: 指能夠進行能量轉(zhuǎn)換即有效地輻射和接收電磁波的裝置。,天線必須解決的三個問題：,1、提高輻射功率或信噪比，天線作為傳輸線的負(fù)載應(yīng)做好匹配。2、應(yīng)具有向所需方向輻射電磁波的能力。3、同一系統(tǒng)中，收、發(fā)天線應(yīng)有相同的極化形式。,五、天線,?當(dāng)導(dǎo)線的

9、長度增大到可與波長相比擬時， 導(dǎo)線上的電流就大大增加，因而就能形成較強的輻射。,天線導(dǎo)波原理：,通常將上述能產(chǎn)生顯著輻射的直導(dǎo)線稱為振子,?載有交流電的導(dǎo)線，其輻射能力與導(dǎo)線的長短和形狀有關(guān)；,?兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。?每臂長度為四分之一波長，稱為半波振子。?全長與波長相等的振子，稱為全波對稱振子。,振子類型：,天線類型：,天線實物圖：,移動定向天線,MMDS-C型微波天線,全向天線,微波中繼天線,拋物面天線,八木天線