无线电波的发射和接收

高中物理 · 选修二

一、无线电波发射的基本原理

1. 有效发射的两个条件

  • 频率足够高:频率越高,发射电磁波的本领越大。
  • 开放电路:将闭合的LC振荡电路变成开放电路(利用天线地线)。

2. 振荡频率公式

$$ f = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} $$

$L$:自感系数(线圈)
$C$:电容(电容器)
要发射高频电磁波,需要减小 $L$ 和 $C$。

二、发射电路的演变:从闭合到开放

为了让电磁场散发到空间中,我们需要“展开”电路。

电场被束缚在极板间

闭合振荡电路

发射电磁波

开放电路 (天线)

三、无线电波的发射——调制 (Modulation)

为了传送声音、图像等信号,必须把它们“加”到高频振荡电流上。这个过程叫做调制

低音 高音
低频 高频

1. 调幅 (AM): 振幅随信号强弱变化

2. 调频 (FM): 频率随信号强弱变化

新增演示

观察 FM 波形:波峰密集处代表信号强(或正半周),稀疏处代表信号弱(或负半周),振幅保持不变。

四、无线电波的接收——调谐 (Tuning)

接收天线会感应出各种频率的电磁波。为了选出我们需要的特定电台信号,需要利用电谐振现象。 使接收电路的固有频率与接收到的电磁波频率相同,电路中激起的感应电流最强。这个过程叫调谐(俗称选台)。

RADIO RECEIVER MODEL-X
98.0 MHz
88 MHz 108 MHz

当前目标电台:98.5 MHz

请旋转左侧旋钮,使接收频率与目标电台一致。

无信号... (沙沙声)
原理: 调节可变电容器 $C$,改变电路的固有频率 $f = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$,当 $f_{固有} = f_{电台}$ 时,发生电谐振。

五、检波 (Detection/Demodulation)

接收到的电磁波是调制后的高频信号,我们无法直接感觉到。
必须从高频信号中把音频信号“取”出来,这个过程叫检波(也叫解调),是调制的逆过程。

核心元件: 通常利用二极管的单向导电性进行检波,再通过滤波器滤去高频成分。
高频调幅波 音频信号