電磁場(chǎng)與電磁波的應(yīng)用教學(xué)課件

8.1電磁波譜及應(yīng)用概述■電磁波譜范圍極大,習(xí)慣上把頻率在3kHz~3000GHz的電磁波稱(chēng)為無(wú)線(xiàn)電波,相應(yīng)的波長(zhǎng)范圍為104105m。通常所說(shuō)的可見(jiàn)光是一種電磁波,波長(zhǎng)為0.4-0.76μm,比可見(jiàn)光的波長(zhǎng)更長(zhǎng)的區(qū)域即是紅外區(qū),常用的光纖通信就工作在近紅外區(qū),波長(zhǎng)范圍為08-1.8um,相應(yīng)的頻率為167×1014~3.75×104Hz。比可見(jiàn)光的波長(zhǎng)更短的區(qū)域有紫外區(qū)、X射線(xiàn)、Y射線(xiàn),它們都有很多的應(yīng)用為了更好地使用頻率資源,減少相互間的干擾,國(guó)際無(wú)線(xiàn)電咨詢(xún)委員會(huì)(CCR)為不同行業(yè)指定使用不同的頻段。無(wú)線(xiàn)電波一般可按波段劃分,劃分后的波段名稱(chēng)、波長(zhǎng)、頻率范圍見(jiàn)表8.1。表8.1無(wú)線(xiàn)電波的波段劃分波段名稱(chēng)波長(zhǎng)范圍頻段名稱(chēng)頻率范圍極長(zhǎng)波10000~1000m極低頻(ELF)3~30Hz超長(zhǎng)波00~1000km超低頻(SLF)30~300Hz特長(zhǎng)波1000~100km特低頻(ULF)300~3000Hz甚長(zhǎng)波100~10km甚低頻(ⅥLFlkm低顎(LF)30~300kH中波1000~100m中頻(MF短波100~10m高頻(HF)3-30MHz超短波10~1m甚高顎(VHF)30~300MHz分米波10~1dm特高顎(UHF300~3000MHz微厘米波10~1cm超高頻(SHF)3--30GHz波「毫米波10~1m板高頻(EHF)絲米波1~0至高頻300~3000GHz無(wú)線(xiàn)電在空間的傳播途徑有四種。1.地波傳播地波傳播是無(wú)線(xiàn)電波沿地球表面?zhèn)鞑?如圖8.1所示。通常波長(zhǎng)越長(zhǎng),繞射距離越T遠(yuǎn),這是因?yàn)闊o(wú)線(xiàn)電波具有與其波長(zhǎng)相比擬的障礙物尺寸時(shí)才能發(fā)生繞射,即進(jìn)行地波傳播。那么利用地波傳圖8.1地波傳播播,短波不超過(guò)100km,中波可達(dá)幾百公里。長(zhǎng)波、甚長(zhǎng)波、特長(zhǎng)波可達(dá)幾千公里甚至上萬(wàn)公里2.空間波傳播空間波的傳播有兩種:一種是當(dāng)發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)均高出地面一個(gè)波長(zhǎng)以上時(shí),直接在空中傳播,如圖8.2所示■另一種空間波由直射波及入射波、反射波組成,具有多徑效應(yīng),如圖83所示。超短波和微波可采用空間波傳播。射射波R圖8.2空間波直接傳播圖8.3空間波的多徑效應(yīng)3.電離層波傳播無(wú)線(xiàn)電波從發(fā)射天線(xiàn)發(fā)出,經(jīng)電離層反射而到達(dá)接收一「天線(xiàn)稱(chēng)為電離層波傳播,--×-2÷如圖84所示。短波沿地面繞射傳播能力差,但利用電離層波傳播是最適宜的。但頻率太高的無(wú)線(xiàn)電波、超短波或微波,一般要穿過(guò)電離層地濩輸不能被電離層反射回來(lái)區(qū)所以頻率不能很大,此外還存在一個(gè)寂靜區(qū),如圖圖8.4電離層波傳播84所示,在這個(gè)區(qū)域既梭到電越濠疲號(hào)也接4.外層空間傳播外層空間傳播是通過(guò)衛(wèi)星來(lái)實(shí)現(xiàn)的,如圖8.5所示外層空間傳播,電磁波主要受到大氣層的影響,大氣層對(duì)流層中的氧和水蒸氣會(huì)對(duì)電磁波有吸收作用,雨霧以及雪也會(huì)對(duì)電波產(chǎn)生吸收和散射損耗,電離層對(duì)短波還會(huì)有反射作用。綜合上濃影,線(xiàn)電波吸收損耗最小,稱(chēng)為“無(wú)圖8.5外層空間傳播線(xiàn)電窗口”。因此通常選擇在這個(gè)窗口附近。82廣播電視系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)電廣播中波波段一般采用525~1605kHz,短波波段采用2~24MHz,調(diào)頻廣播波段為88~108MHz。播是人類(lèi)在社會(huì)實(shí)踐中對(duì)信息的需求與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,是電磁場(chǎng)與電磁波的最早的應(yīng)用之傳輸電視信號(hào)需要相當(dāng)寬的頻帶,因此需要采用超短波或更高頻段的無(wú)線(xiàn)電波。最早分配給電視廣播的VHF有12個(gè)頻道,頻率為4975~21625MHz,后來(lái)又分配UHF頻段,共有56個(gè)頻道,頻率范圍為471.25~951.25MHz。電視信號(hào)可以利用同軸電纜傳輸,稱(chēng)為有線(xiàn)電視。有線(xiàn)電視已經(jīng)發(fā)展為頻率從4975~87825MHz,有99頻道的強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)。廣播電視系統(tǒng)本身就是電磁場(chǎng)與電磁波的重要應(yīng)用,前面所講的很多理論性的問(wèn)題都可以具體應(yīng)用到系統(tǒng)中去。舉一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明,收音機(jī)的天線(xiàn)是什么樣子?從理論上分析為什么要這樣放置?收音機(jī)天線(xiàn)之一如圖86所示磁性天線(xiàn)由鐵氧體棒上平繞多匝漆包線(xiàn)而成,可直接放在收音機(jī)內(nèi)。它又可作為收音機(jī)輸入回路的電感線(xiàn)圈。那么磁性天線(xiàn)如何放置在收音機(jī)內(nèi)呢?Ml1:68O圖8.6收音機(jī)天線(xiàn)對(duì)稱(chēng)振子天線(xiàn)的遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)為k(8.2.1)sing從式(8.1)可知,H只有e分量,如果磁棒垂直放置,那么電感線(xiàn)圈的方向和磁場(chǎng)方向平行,不會(huì)切割磁力線(xiàn),如圖8.7所示所以磁性天線(xiàn)不能垂直放置性線(xiàn)圖圖8.7磁性天線(xiàn)垂直放置不切割磁力線(xiàn)那么磁性天線(xiàn)應(yīng)水平放置在收音機(jī)內(nèi),當(dāng)磁棒軸線(xiàn)與電波的傳播方向(er)平行時(shí),如圖88(a)所示,線(xiàn)圈內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)很小收音機(jī)的聲音