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上篇我们了解了电感器「隔交通直」的特性,对交流电的阻碍作用可以用感抗表示,并且感抗和交流电的频率、电感的电感值相关。
今天我们来学习电磁波传播信号中绕不开的概念—— 调制和解调 。
调制和解调
我们要利用电磁波传播信号就绕不开「调制」和「解调」这两个概念,比如我们日常接触的电视和广播节目都以电磁波的形式发射,那么将节目信号转换成发射信号就是「调制」。
为什么要「调制」呢?
不直接把声音或图像信号通过天线发送出去的原因是这些信号的频率比较低,根据电磁波波长公式:λ=c/f,c为光速,f为信号频率,可见信号频率越低,电磁波波长越大,而天线的长度要求大于或等于波长λ的1/4,那个传播频率f=1kHz的信号,天线最小长度要达到75km,尺寸非常夸张了,且不符合实际。因此,为了克服上述问题,并且避免相同信号之间的干扰,在传输信号前需要对信号进行调制。
调制方法
1.模拟信号
对于模拟信号,调制的方式有3种:幅度调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制(PM)
2.声音信号
声音信号为低频信号不宜直接发送,就要想办法把低频信号「嫁接」到高频信号上再发送,这个「嫁接」的过程就是调制过程。这个时候,高频信号就像一个搬运工,「背」着低频信号传出,我们把这种高频周期信号形象地称为「载波(carrier)」。
解调
解调的过程和调制正好相反,把「嫁接」在一起的低频和高频信号拆散,提取其中低频信号的过程。
天线
天线是一种换能器,可以把变化的电流以电磁波的形式发送出去,反之也可以把天空中的电磁波接收下来形成变化的电流。天线根据用途可分成发射天线和接收天线两个类型。
发射天线
最常用的发射天线是如上图所示的偶极天线,外观如图(a)所示,一般由两个长度为1/4波长的水平或垂直金属杆构成,通过同轴电缆馈线和发射电路连接,如上图(b)所示。
当发射信号进入偶极天线后,偶极天线会向其垂直方向进行全向发射,如上图(c)所示,如果偶极天线垂直放置,它将向各个水平方向辐射电磁波。还有一种经常能看到的俗称为「锅盖」的天线是抛物面天线,如下图所示:
这种天线一般用于SHF频段(3~30GHz)信号的发射。在「锅盖」焦点上有一个小型的偶极天线,它向各个方向发射的电磁波经过「锅盖」之后形成了一束朝向「锅盖口」的平行波束,如上图(b)所示。
接收天线
发射天线需要向介质中发射电磁波,并保证远方的接收端能接收到信号,所以它的发射功率一般可高达几千瓦,但接收天线不同,它从介质中接收的电磁波信号一般都非常微弱,只有几皮瓦。例如收音机的天线中会添加铁氧磁心来提高接收信号的能力,如下图所示:
如上图所示,铁氧体磁棒天线是在铁氧体磁棒上绕制漆包线,铁氧体是一种磁性材料,线圈绕在其上可以增加电感量。接收天线的原理就是电磁波遇到导体(天线),就会在其上感应出变化的电流,这个变化的电流「运载」了声音、图像信号,经过调谐、检波和放大处理后就可以将原始信号还原出来。
下篇我们来说说常用的两种模拟信号调制方式,下篇见~
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