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第四章 电磁振荡与电磁波
人教物理选择性必修第二册
第四章 电磁振荡与电磁波
4.3
无线电波的发射和接收
一 无线电波的发射
研究表明，要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有如下两个特点。
第一，要有足够高的振荡频率。振荡电路向外界辐射能量的本领，与振荡频率密切相关。频率越高，发射电磁波的本领就越大。
因此，要发射电磁波，就需要用振荡器产生很高频率的电磁振荡。
第二，振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，这样才能有效地把能量辐射出去。
因此，要改造“问题”图中的 LC 振荡电路，像图4.3-1甲、乙那样，将电容器两个极板拉开，增大电容器极板间的距离，减小极板间的正对面积，从而使电场和磁场扩展到电容器的外部。这样的振荡电路叫作开放电路。开放电路甚至可以演化成为一条导线 (图4.3-1丙)，这样就可以有效地把电磁波发射出去了。
实际应用中的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫作地线；线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连。无线电波就能由这样的开放电路有效地发射出去。
天线
地线
如何利用无线电波传递各种信号
为了利用电磁波传递信号，例如传递声音、电视图像，就要让高频的电磁波随着被传递的信号而改变。
这种用来携带信号的高频电磁波叫作载波。
在电磁波发射技术中使载波随各种信号而改变的技术叫作调制。
一种调制的方法是使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变，这种调制叫作调幅 (AM，图4.3-2丙)；
另一种调制的方法是使高频电磁波的频率随信号的强弱而变，这种调制叫作调频 (FM，图4.3-2丁)。
二 无线电波的接收
电磁波在传播时如果遇到导体，会使导体中产生感应电流。因此，空中的导体可以用来接收电磁波，这就是接收天线。
发射的无线电波如何被接收到呢？
世界上有许许多多的无线电台、电视台以及各种无线电通信设备，它们不断地向空中发射各种频率的电磁波，这些电磁波弥漫在我们周围。如果不加选择地把它们都接收下来，那必然是一片混乱的信号。所以，接收电磁波后首先要从诸多的信号中把需要的信号选择出来，这就要设法使我们所需的电磁波在接收天线中激起的感应电流最强。
如何使我们需要的电磁波在接收天线中激起的感应电流最强呢？
在无线电技术中，利用电谐振可以达到这个目的。当接收电路的固有频率跟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，这种现象叫作电谐振，相当于机械振动中的共振。
使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐 (tuning)，图4.3-3是收音机的一种调谐电路。
图示为收音机的简单的调谐电路，调节可调电容器的电容改变电路的固有频率，使它跟要接收的电磁波的频率相同，这个电磁波在调谐电路中激起较强的感应电流，于是就选出了这个电台。
如何还原声音与图像信号
由调谐电路接收到的感应电流，是经过调制的高频电流，还不是我们需要的声音或图像信号，因此还要把声音或图像信号从高频电流中还原出来。这个过程是调制的逆过程，所以叫作解调 (demodulation)。调幅波的解调也叫检波。
解调之后我们得到原来的信号，经过放大就可以在扬声器或显示器中重现了。
简单收音机的接收
三 电视广播的发射和接收
电视广播信号也是一种无线电信号。在现代电视发射系统中，首先通过摄像机的感光器件将景物的光信号转变为电信号。这种电信号可以通过线路直接传输，但是由于传输失真、损耗等原因，很难远距离传播。因此，需要通过载波将信号调制成高频信号再进行传播。
高频电视信号的传播方式主要有三种，即地面无线电传输、有线网络传输以及卫星传输。
说明：不同的传播方式使用不同频率范围的电磁波，采取不同的调制方式。
在电视接收端，接收到高频电磁波信号以后，经过解调处理，就可以将得到的电信号通过显示设备转变为图像信息。接收天线收到的电磁波除了载有图像信号外，还有伴音信号。伴音信号经解调后送到扬声器。
电视信号发射塔上的
信号发射天线
无线电信号发射塔
彩塔接收天线
1. 有4个容易混淆的名词：调制、调幅、调频、解调。请设计一个结构图来表明它们的关系，并说明调幅与调频的区别。
解：结构图如图所示.
调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变.
调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变.
2. 请向你的同学描述：调幅波 (经调幅后的电磁波) 图像的形状是怎样的 描述时，要求用到“载波”“音频信号”这两个名词。
解：调幅波的正负半周的振幅形状与音频信号的振幅形状相同,调幅波的频率与载波频率相等.
3. 我国第一颗人造卫星用 20.009 MHz 和 19.995 MHz 的电磁波发送信号，求这两种电磁波的波长。
解：根据公式 λ＝，有
λ1 ＝ ＝ m ＝14.993 m，
λ2 ＝ ＝ m ＝15.004 m.
4. 某同学自己绕制天线线圈，制作一个最简单的收音机，用来收听中波的无线电广播。他发现有一个频率最高的中波电台收不到，但可以接收其他中波电台。为了收到这个电台，他应该增加还是减少线圈的匝数 说明理由。
解：减少，因为接收不到频率较高的电台，也就是需要增加振荡电路的频率，由 f＝2π 可知要增加 f 应减小 L，故应减少线圈匝数.
结束
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