電磁波與無(wú)線電

1、一、電磁波的發(fā)現(xiàn),無(wú)線電通信的奠基人,麥克斯韋Maxwell（－1879）,赫茲,1864年,1888年,德國(guó)人赫茲用這個(gè)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(chǎng)、位移電流,,預(yù)言電磁波存在,這是二個(gè)波動(dòng)方程,電磁場(chǎng)不再獨(dú)立,1895年 馬可尼 發(fā)明的無(wú)線電報(bào)，傳輸距離30米；1895年 馬可尼 在陸地和拖船之間實(shí)現(xiàn)傳輸2公里的無(wú)線電報(bào)1897年 馬可尼 獲無(wú)線電報(bào)專(zhuān)利，建立無(wú)線電報(bào)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(guó) Cornwall發(fā)出的無(wú)線信號(hào)，傳輸距離1700mile 1900年 專(zhuān)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(guó)與加拿大之間正式開(kāi)通 了越洋無(wú)線電報(bào)通信電路1907年 獲諾貝爾物理獎(jiǎng),二、電磁波的應(yīng)用——,馬可尼Marconi,馬可尼電報(bào)機(jī),無(wú)線通信,1904年 英

3、國(guó)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(jìn)入了電子時(shí)代) 開(kāi)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(zhǎng)、中、短波的電報(bào)和電話。1918年 阿姆斯特朗發(fā)明超外差調(diào)幅（AM） 收音機(jī)。1920年 AM廣播在美國(guó)Pittsburgh開(kāi)通。1929年 英國(guó)BBC廣播電視開(kāi)通。1933年 阿姆斯特朗發(fā)明調(diào)頻制。1936年 調(diào)頻廣播開(kāi)播。,,蜂窩移動(dòng)通信,

4、短波通信、衛(wèi)星通信、微波散射通信,微波是指波長(zhǎng)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(guò)臨界頻率，因此微波遇到電離層，將全部穿過(guò)電離層進(jìn)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(guò)不均勻?qū)α鲗赢a(chǎn)生散射現(xiàn)象，因此可以進(jìn)行超視距的微波散射通信，如右上圖所示。,移動(dòng)通信，正是利用了這一特點(diǎn)，避開(kāi)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(chǎng)也隨時(shí)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(chēng)相速度，指等相位面移動(dòng)的速度，方向?yàn)閭鞑シ较颉?波長(zhǎng)與波速、周期、等的關(guān)系：,波長(zhǎng)：同一波（頻率f 固定）在不同的介質(zhì)中傳播時(shí)其波長(zhǎng)不同。,極化：指空間某處，電場(chǎng)端矢在一周期內(nèi)隨時(shí)間的變化所形成的軌跡。其實(shí)質(zhì)就是場(chǎng)強(qiáng)方向。,水平極化：場(chǎng)方向與地面平

6、行。垂直極化：場(chǎng)方向與地面垂直。,線極化：電場(chǎng)僅在一個(gè)方向振動(dòng)， 即電場(chǎng)矢量端點(diǎn)的軌跡是一條直線；圓極化：電場(chǎng)強(qiáng)度矢量端點(diǎn)的軌跡是一個(gè)圓；橢圓極化：電場(chǎng)強(qiáng)度矢量端點(diǎn)的軌跡是一個(gè)橢圓。,場(chǎng)方向觀點(diǎn),收發(fā)信號(hào)要求極化相同,極化方式,自然：雷電、太陽(yáng)光和噪聲……人造：由交變電流能量激勵(lì)（轉(zhuǎn)換）產(chǎn)生。,通信用的電磁波己復(fù)蓋從長(zhǎng)波~光波全頻段，常用激勵(lì)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(diǎn)是

7、控制 電子的運(yùn)動(dòng)。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(lì)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(zhǎng)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(chēng)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(lái)越少（僅限于功率信號(hào)傳送）。大量使用光纖。,電磁波與通信的關(guān)系,天線: 指能夠進(jìn)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(gè)問(wèn)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(zhǎng)度增大到可與波長(zhǎng)相比擬時(shí)， 導(dǎo)線上的電流就大大增加，因而就能形成較強(qiáng)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(chēng)為振子,?載有交流電的導(dǎo)線，其輻射能力與導(dǎo)線的長(zhǎng)短和形狀有關(guān)；,?兩臂長(zhǎng)度相等的振子叫做對(duì)稱(chēng)振子。?每臂長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)，稱(chēng)為半波振子。?全長(zhǎng)與波長(zhǎng)相等的振子，稱(chēng)為全波對(duì)稱(chēng)振子。,振子類(lèi)型：,天線類(lèi)型：,天線實(shí)物圖：,移動(dòng)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