電磁波與無(wú)線電龍?jiān)屏?/h1>

電磁波與無(wú)線電龍?jiān)屏?/h3>

,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,第三章 電磁波與無(wú)線電,我們生活在,電磁波的世界,我們生活在電磁波的世界,雷電,無(wú)線廣播,移動(dòng)通信,移動(dòng)電視,電視廣播,雷達(dá)輻射,衛(wèi)星廣播,微波爐,電磁環(huán)境,第3章 電磁波與無(wú)線電,一、電磁波的發(fā)現(xiàn),二、電磁波的應(yīng)用,-,無(wú)線通信,三、電磁波的物理模型和參數(shù),四、電磁波的傳播,六、電磁波的其它應(yīng)用,五、天線,提綱,一、,電磁波的發(fā)現(xiàn),1820年,奧斯特,發(fā)現(xiàn)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)；,1831年 法拉蒂,發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象；,奇妙的電磁波,安培,楞次,感應(yīng)電流,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),動(dòng)磁場(chǎng),電流,磁場(chǎng),各自獨(dú)立,電場(chǎng),磁場(chǎng),一、,電磁波的發(fā)現(xiàn),奇妙的電磁波,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)專利，建立無(wú)線電報(bào)公司；,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1700,mile,1900,年 專利,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,。,無(wú)線尋呼系統(tǒng),無(wú)線電尋呼系統(tǒng)示意圖,俗稱,BB,機(jī)系統(tǒng)，是一種單向傳輸通信系統(tǒng)。,排隊(duì)機(jī),編碼器,發(fā)送器,控制中心結(jié)構(gòu)圖,1.集群的概念,把一些由各部門分散建立的專用通信網(wǎng)集中起來(lái)，,統(tǒng)一建網(wǎng)和管理，并動(dòng)態(tài)地利用分配給它們的有限,個(gè)頻道，以容納數(shù)目更多的用戶。,是一種用于調(diào)度和指揮的專用通信系統(tǒng)。,2.特點(diǎn),對(duì)網(wǎng)中的不同用戶常常賦予不同的優(yōu)先等級(jí)。,具有一定的限時(shí)功能，一次通話的限定時(shí)間大約為 1560秒(可根據(jù)業(yè)務(wù)情況調(diào)整)。,主要為無(wú)線用戶之間服務(wù)，無(wú)線與有線用戶間的通話業(yè)務(wù)，一般只允許其話務(wù)量占總業(yè)務(wù)量的5%10%。,集群通信系統(tǒng)一般采用半雙工方式，因而，一對(duì)移動(dòng)用戶之間進(jìn)行通信只需占用一對(duì)頻道。,集群移動(dòng)通信系統(tǒng),蜂窩移動(dòng)通信,短波通信、衛(wèi)星通信、微波散射通信,微波是指波長(zhǎng)在毫米至米范圍內(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,多種短波軍用、民用電臺(tái),衛(wèi)星通信,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),軌跡觀點(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：,高頻振蕩電路,微波管振蕩源,固態(tài)微波振蕩源,體積,中,大,小,重量,輕,重,輕,結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)單,復(fù)雜,簡(jiǎn)單,頻率,低,高,較高、高,工作電壓,低,高,低,輸出功率,低、高,大,小,集成,分立元件,不可能,容易,地波：沿著地球表面?zhèn)鞑サ碾姶挪ā?天波：經(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,工作頻率，由低到高,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,波導(dǎo)實(shí)物,毫米波,頻段,Hz,30,300k,300,k3M,3,30M,30,M300G,300,G300T,波段,長(zhǎng)波,中波,短波,微波,紅外,電磁波,地波,地波,天波,直射波,光波,信號(hào)傳送,銅線,平行雙線,電纜線,電纜,波導(dǎo),光纖,尺寸與波長(zhǎng),l,l,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,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,振子。,每臂長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)，稱為,半波,振子。,全長(zhǎng)與波長(zhǎng)相等的振子，稱為,全波對(duì)稱,振子。,1/2波長(zhǎng),1/4波長(zhǎng),1/4波長(zhǎng),1/2波長(zhǎng),波長(zhǎng),振子類型：,天線類型：,板狀,鞭狀,帽形,面狀,陣列,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,天線實(shí)物圖：,長(zhǎng)波天線,天線極化：,垂直極化,水平極化,+45度傾斜的極化,-45度傾斜的極化,V/H,(,垂直/水平)雙極化,傾斜,(+/-45),雙極化,雙極化天線,兩個(gè)天線為一個(gè)整體,傳輸兩個(gè)獨(dú)立的波,雙極化比單極化天線接收范圍更大、損失小效果更好,天線的方向性：,天線的方向性是天線不能缺少的一個(gè)重要特性。,對(duì)稱半波振子方向圖,頂視圖,側(cè)視圖,立體圖,定向天線方向示意圖,六、電磁波的其它應(yīng)用,電磁波的神奇,并不是因?yàn)樗床灰?jiàn)、模不著，,而是因?yàn)樗茉旄Ｓ谌祟悾?影響和改變我們的生活。,它在通信、遙感遙測(cè)、醫(yī)療、工業(yè)、,農(nóng)業(yè)及軍事等領(lǐng)域,得到廣泛的應(yīng)用。,遙感,電磁波譜頻率,射線,光波,微波,短波,中長(zhǎng)波,太陽(yáng),收信機(jī),傳輸,處理,遙感器,發(fā)射機(jī),收信機(jī),目標(biāo)物,即,信息源,氣象云層,海底魚(yú)群,植物生長(zhǎng)變化,及水污染,土地、礦產(chǎn)資源,地下水、巖石,是一門對(duì)地觀測(cè)綜合性技術(shù),原理：,不同物體對(duì)電磁波譜產(chǎn)生不同響應(yīng)的原理進(jìn)行探測(cè)。,紅外光,輻射計(jì)測(cè)量海冰,輻射計(jì)測(cè)量雪的輻射特性,散射計(jì)測(cè)量海洋風(fēng)場(chǎng),微波遙感技術(shù)利用微波遙感器進(jìn)行廣泛野外測(cè)量活動(dòng),散射計(jì)測(cè)量小麥,衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收天線,航空遙感災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng),衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收站,利用遙感、通信等先進(jìn)技術(shù)對(duì)自然災(zāi)害進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),計(jì)算機(jī)圖像處理與傳輸,電磁兼容,一般指,電子及電氣設(shè)備在共同的,電磁環(huán)境中能執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)，即要求在同一電磁環(huán)境的上述,各種設(shè)備,都能,正常工作,又,互不干擾,，達(dá)到,“,兼容,”,的狀態(tài)。,現(xiàn)在電磁兼容科技工作者又進(jìn)一步探討電磁環(huán)境對(duì)人類及生物的危害影響，學(xué)科范圍,已不僅限定于設(shè)備與設(shè)備間,的問(wèn)題，而進(jìn)一步,涉及到人類本身，,因此一些國(guó)內(nèi)外學(xué)者也把電磁兼容學(xué)科稱作,“,環(huán)境電磁學(xué),”,。,電磁兼容,設(shè)備與設(shè)備間、人與設(shè)備間的和諧相處,1、,電磁干擾特性及傳播理論,2、,電磁危害及電磁頻譜的利用和管理,3、,電磁兼容的工程分析和控制技術(shù),4、,電磁兼容設(shè)計(jì)理論和方法,5、,電磁兼容性測(cè)量和試驗(yàn)技術(shù),6、,電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范與工程管理,7、電磁兼容預(yù)測(cè)和分析,電磁兼容學(xué)科研究?jī)?nèi)容,干擾源,S(t),耦合,C(t),通道,敏感,R(t),設(shè)備,形成干擾的條件：,S(t),C(t),R(t),1、理論體系以電磁場(chǎng)理論為基礎(chǔ),2、是一門新興的綜合性交叉學(xué)科,3、計(jì)量單位的特殊性(,dBW、dBV、dBA),4、,大量引用無(wú)線電技術(shù)的概念和術(shù)語(yǔ),5、極強(qiáng)的實(shí)用性,電磁干擾三要素,電磁兼容學(xué)科特點(diǎn),原理：,微波加熱是在微波場(chǎng)的作用下，被加熱的介質(zhì)分子被極化而成為偶極子，這些偶極子必然會(huì)隨微波場(chǎng)的變化而發(fā)生擾動(dòng)，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)和鄰近分子間的相互作用，使這種擾動(dòng)受到干擾和阻礙，并以熱的形式表現(xiàn)出來(lái)，使介子的溫度升高。,優(yōu)點(diǎn)：,加熱均勻、速度快、效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，可以進(jìn)行選擇性加熱，且可避免環(huán)境升溫，便于自動(dòng)控制及連續(xù)加熱等。,應(yīng)用:,殺蟲(chóng)、滅菌、橡膠硫化、塑料生產(chǎn)與聚合物熱加工，原煤 脫硫，鑄模脫臘等方面已獲得廣泛而成功地應(yīng)用。,微波加熱,微波具有能夠穿透對(duì)于聲波衰減很大的非金屬材料的特點(diǎn)。,優(yōu)點(diǎn)：,微波檢測(cè)的設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便、無(wú)損、非接觸、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等。,應(yīng)用:,微波檢測(cè)的項(xiàng)目包括增強(qiáng)塑料和各種金屬非金屬?gòu)?fù)合膠接結(jié)構(gòu)和蜂窩結(jié)構(gòu)中的分層、脫粘，固體推進(jìn)劑和飛機(jī)輪胎內(nèi)部的氣孔、裂縫，金屬加工表面的光潔度、裂紋、劃痕及其深度，非金屬材料中的濕度、密度、混合物組份比，固化度，金屬板與介子板的厚度、微小位移、微小振動(dòng)、微小體積和離子體內(nèi)的溫度等。,微波探測(cè),雷達(dá)是利用電磁波來(lái)測(cè)定物體位置的無(wú)線電設(shè)備。它將高頻電磁波射到物體上，物體將向各個(gè)方向反射這個(gè)電磁波，當(dāng)然有一部分被反射回發(fā)射點(diǎn)（雷達(dá)），雷達(dá)處的接收裝置接收回波并根據(jù)回波發(fā)現(xiàn)物體。所謂隱形飛機(jī)決不是指飛機(jī)將自己的形體隱藏起來(lái)，讓人看不到它，而是要讓雷達(dá)看不到它。飛機(jī)達(dá)到隱形效果的關(guān)鍵，在于采用隱形材料和隱形設(shè)計(jì)，可盡量將雷達(dá)波束吸收掉，或者向偏離原雷達(dá)的方向反射，這樣飛機(jī)就不容易被雷達(dá)探測(cè)到。如果把飛機(jī)的外表面制成由一些平面組成，則這些平面反射電磁波就不是四面八方的了，而是像平面鏡反射光線一樣只朝著有限的幾個(gè)方向反射，這樣就不見(jiàn)得有反射波被雷達(dá)接收到，從而達(dá)到了不被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的目的。,隱形飛機(jī),吸收,或偏離原雷達(dá)的方向,隱形與反隱形,=“電磁波對(duì)抗”：當(dāng)前研究熱點(diǎn),。,反探測(cè),隱形與反隱形雷達(dá)技術(shù),1，,被動(dòng)式相干定位技術(shù),原理,：大氣空間是電磁波的世界，有大量通信、導(dǎo)航和電視信號(hào)。隱形飛機(jī)主要是針對(duì)厘米波，不可能對(duì)所有電磁波隱形。被動(dòng)式相干定位雷達(dá)系統(tǒng)可通過(guò)對(duì)全頻段信號(hào)的綜合處理確定目標(biāo)位置。,隱形飛機(jī)探測(cè)雷達(dá),三雷達(dá)站聯(lián)合探測(cè)定位,隱形與反隱形雷達(dá)技術(shù),2，擴(kuò)展雷達(dá)頻段,技術(shù),用米波雷達(dá)、長(zhǎng)波雷和毫米波雷探測(cè)隱形飛機(jī)。,3，雷達(dá)組網(wǎng)探測(cè),技術(shù),米波雷達(dá),運(yùn)用雙,/,多基地雷達(dá)和雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)捕獲目標(biāo)。通過(guò)多個(gè)雷達(dá)的影像，運(yùn)用高速計(jì)算機(jī)對(duì)目