电磁波的形成与传播

  无线电波(简称电波)是指频率在300GHz以下的电磁波,而电磁波是指在空间传播的交变电磁场。
  电磁波的形成是利用振荡电路产生电磁振荡,然后通过天线把射频能量转化为空间电磁能,即把射频信号施加到天线输入端时,天线便能把射频信号所包含的电磁能量有效地辐射到空中去,并在天线附近的空间中形成电磁波。也就是说,射频电源(发射机)所产生的射频能量通过天线转化为空间电磁能。随后,天线附近空间的电磁能量将会按照一定的规律扩散,不断向远方传播。
  空间电磁波是由天线上的射频信号形成的,其变化规律取决于射频信号的变化规律。从下图可以看出,在空间任意点处,电场矢量E、磁场矢量H和电波传播方向是互相垂直的,满足右手螺旋定则。
RadioWave1-1

电波常用概念

相位

  在电波的传播方向上,一个波长范围内同一时刻的电场强度是不同的。空间某一点场强的强弱、方向和变化趋势的瞬时状态,叫作电波的相位。因为习惯用角度来表示电波的相位,称为电波的相角(相位角),用字母φ来表示。两点之间的相位之差,叫作相位差,记为Δφ。
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波阵面

  电波中相位相同的各点组成的面,称为波阵面。波阵面而实际上是与波源(天线)距离相同的各点所组成的面。显然,当把天线看成是一个点波源时,电波的波阵面是一个球面,这样的电波称为球面波。在距天线很远的地方,所接收到的电波只是球面波的一个极小部分,此时的波阵面可以看成一个平面,成为平面波。

电波的极化

  电波在空间传播时,其电场矢量是按照一定的规律变化的,这就是电波的极化。电波的电场方向称为它的极化方向。电波的极化分为线极化(包括水平极化和垂直极化)和圆极化。
  线极化是指在传播过程中,电场矢量末端轨迹曲线是一直线,方向保持不变。水平极化是指电场矢量与地面平行,垂直极化是指电场矢量与地面矢量与地面垂直。圆极化是指电场矢量的末端以等角速度旋转,其轨迹为一个圆。面向电波传播的方向,电场矢量做顺时针方向旋转,称为右旋圆极化;反之,称为左旋圆极化。
  与地面垂直放置的发射天线发出的波是垂直极化波,水平放置的天线发射出的水平极化波。根据电磁感应法则,水平极化波只能用水平极化天线接收,垂直极化波只能用垂直极化波天线接收,圆极化波用圆极化天线接收。因此,采用同一天线收发信号,可以较好地滤除杂波。

无线电信息传输系统

  依靠电信号(光信号)传输信息的系统,称为无线电信息传输系统,一般可以概括为下图所示的模型。
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信源

  信源的作用是产生(形成)消息。消息是用以载荷信息的有次序的符号序列或连续的时间函数。前者称为离散消息,如电报、数据;后者称为连续消息,如语言、活动图像。

发信机

  发信机的作用是将消息转换为适于在信道中传输的信号。信号是消息的直接反映、是消息的载荷者。在无线电系统中,信号可以由电压、电流等物理量来体现。消息转换为信号一般要经过三个步骤,即变换编码调制变换是指将表达消息的非电参量转换为电参量。编码主要是针对数字系统对数字信号进行的某种变换。调制是将信号的频谱搬移到满足信道传输特性的频率的过程。如无线系统中,是用空间辐射方式传射信号的。由天线理论可知:只有当辐射天线的尺寸大于信号波长的1/10时,信号才能被天线有效辐射,即对于1m的天线,辐射频率至少需要30MHz。因此,必须通过调制将信号频谱搬移到需要的频率范围,便于以电磁波的形式辐射出去。

信道

  信道是信号由发信机传输到收信机的媒介或途径(通道)。信道的传输性能影响到信号传输的质量,信号在信道中容易受到各种噪音的干扰。

收信机

  收信机与发信机的作用相反,它是将信号转换为消息。

收信者

  收信者是消息传输的对象,它与信源的作用相反。


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