无线通信简单原理
所謂無(wú)線(xiàn)電,通俗地講,就是不用電線(xiàn)而用無(wú)線(xiàn)電波把電信號(hào)從一個(gè)地方傳送到另一個(gè)地方。這種無(wú)線(xiàn)電波雖然看不見(jiàn)、摸不著,但早在?18?世紀(jì),麥克斯韋等許多科學(xué)家們就已猜測(cè)、預(yù)言、論證了它的存在,其中物理學(xué)家赫茲首先用人工方法產(chǎn)生了電磁波。原來(lái)它是由迅速變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)產(chǎn)生的。要產(chǎn)生變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)必須有一個(gè)振源。這種振源通常是由線(xiàn)圈?L?和電容器?C?組成的振蕩電路來(lái)完成的,見(jiàn)圖?1?。其中線(xiàn)圈用來(lái)貯存磁場(chǎng)能量,電容器用來(lái)貯存電場(chǎng)能量。為了產(chǎn)生持續(xù)的電磁振蕩,還要求?LC?接在晶體管電路中,并依靠電路中的直流電源不斷地補(bǔ)給能量。
若要把電路中的電磁能發(fā)射出去,還必須具備兩個(gè)條件:?①?振蕩的頻率必須足夠高。頻率越高,電場(chǎng)和磁場(chǎng)變化越快,產(chǎn)生的場(chǎng)越強(qiáng),輻射出去的能量也越多。這樣方能有效地把能量發(fā)射出去。?②?電路必須開(kāi)放。可設(shè)法將普通的?LC?振蕩電路加以改造,使電容極板面積越來(lái)越小,極板間隔越來(lái)越大,再使電感線(xiàn)圈匝數(shù)越來(lái)越少,最后使電路演化為一根直導(dǎo)線(xiàn),如圖?2?所示。這樣的電路叫做振蕩偶極振子,也就是我們俗稱(chēng)的天線(xiàn)。這種由振蕩回路演變的天線(xiàn),本身就是一個(gè)振蕩器,但又與普通的?LC?振蕩回路有區(qū)別。有了天線(xiàn),電磁場(chǎng)才能夠發(fā)射到空間去。實(shí)際上無(wú)線(xiàn)起了“能量轉(zhuǎn)換”的作用。我們用饋線(xiàn)送入天線(xiàn)的并不是無(wú)線(xiàn)電波,而是高頻振蕩電流。在天線(xiàn)上由變化的電場(chǎng)在它周?chē)a(chǎn)生變化的磁場(chǎng),這個(gè)變化的磁場(chǎng)又在自己周?chē)a(chǎn)生變化的電場(chǎng),新產(chǎn)生的變化的電場(chǎng)再在自己周?chē)a(chǎn)生變化的磁場(chǎng),這樣變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)相互激發(fā),形成閉合的電力線(xiàn)和磁力線(xiàn)。它們像鏈條一樣,一個(gè)一個(gè)地相互推斥而滯留在空間,見(jiàn)圖?3?。由于高頻振蕩頻率極高,相互推斥也極快,于是在空間向外擴(kuò)散傳播開(kāi)來(lái),成為波。這種波因?yàn)槭怯呻妶?chǎng)和磁場(chǎng)產(chǎn)生的,所以稱(chēng)電磁波,簡(jiǎn)稱(chēng)電波。經(jīng)科學(xué)家們計(jì)算,電波的傳播速度為?3×10?8?m?/?s?。
???電波雖然傳播速度極快,但它只起了“運(yùn)載工具”的作用,其本身不帶任何信息,我們又稱(chēng)它為載波。與載波相比,人們講話(huà)的聲波傳播速度就慢得多了,大約為?300m?/?s?,既慢又傳不遠(yuǎn),并且是難以通過(guò)天線(xiàn)向外發(fā)射產(chǎn)生電磁波的。為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信,必須設(shè)法把講話(huà)的音頻信號(hào)“搭乘”在載波上才能向外發(fā)射。這種“搭乘”過(guò)程在電子技術(shù)上叫做“調(diào)制”。目前,調(diào)制的方式有“調(diào)頻”和“調(diào)幅”兩種。經(jīng)過(guò)調(diào)制后的高頻信號(hào)再由天線(xiàn)向外發(fā)射,在空中產(chǎn)生高頻電磁波,這種經(jīng)過(guò)調(diào)制后的電磁波叫作已調(diào)波(調(diào)頻波或調(diào)幅波)。
????綜上所述,為了把信號(hào)發(fā)射出去,必須具備以下四個(gè)部分的電路:
?????1?.音頻放大器把欲發(fā)射傳送的信號(hào)變?yōu)橐纛l信號(hào)并加以放大。
?????2.?高頻振蕩器由?LC?回路振蕩產(chǎn)生高頻正弦波信號(hào)。
?????3.?調(diào)制器把要傳送的信號(hào)“搭乘”在高頻振蕩器產(chǎn)生的高頻信號(hào)上,讓高頻信號(hào)的幅度(或頻率)隨音頻信號(hào)變化而變化,從而產(chǎn)生一種新的已調(diào)信號(hào)。
?????4?.高頻放大器將調(diào)制后的信號(hào)放大,增加能量,并通過(guò)天線(xiàn)把已調(diào)信號(hào)以電磁波的形式輻射到空間去,傳播到遠(yuǎn)方。以上四個(gè)部分的電路組合稱(chēng)發(fā)信機(jī)。圖?4?為發(fā)信機(jī)的簡(jiǎn)單框圖。
?除了無(wú)線(xiàn)電波能傳送信息外,紅外線(xiàn)也能用來(lái)發(fā)射傳送信息。例如我們家中彩電上的遙控器便是一例。原來(lái),電磁波的范圍很廣,無(wú)線(xiàn)電波、紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光以及?X?射線(xiàn)等均屬于它的范疇,只是它們的波長(zhǎng)不同罷了。習(xí)慣上我們把波長(zhǎng)大于?0.1mm?的電磁波稱(chēng)為無(wú)線(xiàn)電波。不同波長(zhǎng)的無(wú)線(xiàn)電波的傳播方式不同,用途也不同。附表列出了無(wú)線(xiàn)電波的劃分和主要用途。
??最后要說(shuō)明一點(diǎn),無(wú)線(xiàn)電波是人類(lèi)共享的一種寶貴資源。現(xiàn)在世界上的無(wú)線(xiàn)電設(shè)備使用日益繁忙,而空中電波使用越來(lái)越擁擠,為此,各類(lèi)發(fā)信機(jī)使用的頻率、功率均屬于當(dāng)?shù)責(zé)o線(xiàn)電管理委員會(huì)管理,以避免互相干擾,甚至出事故。作為一個(gè)業(yè)余無(wú)線(xiàn)電愛(ài)好者,應(yīng)遵守有關(guān)無(wú)線(xiàn)電管理的法規(guī),決不能擅自亂用頻率進(jìn)行發(fā)射。
總結(jié)
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