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平度九中科普教育活动(十)无线电科普知识
作者/来源:   发布时间:2011-4-29 16:09:11  

平度市第九中学科普教育活动(十)

题目:无线电科普知识

主讲人:林虎

内容:

1、无线电的发现与发展

无线电的通信起源可以追朔到100多年前的无线电的发现。1831年,英国法拉弟首先发现了电磁感应现象。1865年,英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上,并于1873年建立了完成的电磁波理论。1887年赫兹验证了电磁波的存在,1895年意大利的马可尼和俄国的波波夫分别利用电磁波成功地进行了莫尔斯电码的发射和接收的实验,发展了无线电,开创了人类开发利用无线电的新纪元。无线电经过了一百多年的发展,逐步被人类所认识,并被广泛运用于国防建设、经济发展、社会生活的各个领域,在人类社会的发展中起到了重要的推动作用。

其中,德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在,为无线电技术的发展开拓了道路,被誉为无线电通信的先驱。后人为了纪念他,用他的名字命名了 频率的单位。

1905年7月,北洋大臣袁世凯在天津开办了无线电训练班,购置马可尼无线电机,在南苑、保定、天津等处行营及部分军舰上装用,用无线电进行相互联系。开办了中国第一所中央政府所属军用无线电报学堂。

中国人自己开办的第一个广播电台是由无线电专家刘瀚1926年10月1日在哈尔滨创办的。

早期,国际无线电管理机构划分了专门的无线电频率用于海上船舶遇险呼救,呼救信号是SOS。

1958年5月1日,新中国的第一家电视台北京电视台成立,并试验播出,1958年9月2日,正式播出。北京电视台是中央电视台的前身。

2、什么叫无线电

无线电对无线电波使用的通称。是一门专门研究利用无线电波传送各种信息的技术学科。

3、什么叫无线电波

无线电波是电磁波的一部分,它通过电场和磁场的交替变化,以3×108米/秒(光速) 在自由空间(包括空气真空)向各个方向传播。其频率一般为3KHz-300GHz。

4、什么是无线电波段

无线电波根据波长和频率,可分为超长波、长波、中波、短波、超短波、微波等波段(也称频段)。长波,主要用于导航,引导舰船和飞机按预定线路航行。中波作为大众媒介的信息渠道,我们平时就是在这个波段收听本地广播电台的中波节目。短波作为远距离通信频率。超短波作为电视的信使。此外,还有一部分用于高质量的调频广播。

²      长波,指波长为1000~10000的无线电波。长波传播时,具有传播稳定优点。其传播方式主要是绕地球表面以电离层波的形式传播,作用距离可达几千到上万公里,此外,在近距离(200至300公里以内)也可以由地面波传播,主要用于对潜艇的通信和远洋航行的舰艇通信等。

²      中波,指波长为100~1000米的无线电波,主要用于广播导航通信等方面。中波传播兼有长波和短波传播的某些特点。它既可以沿地表面绕射传播,也可以通过电离层反射传播。

²    短波:是指波长在100~10米范围内的无线电波。短波可以沿地面以地波方式传播,也可通过电离层反射以天波方式传播。短波的主要传播途径是天波,依靠电离层来反射传播的。广泛用于远距离通信和广播。

²      微波,是使用波长在0.1毫米至1米之间的无线电波。微波不需要固体介质,当两点间直线距离内无障碍时就可以使用微波传送。利用微波进行通信具有容量大、质量好并可传至很远的距离,因此是国家通信网的一种重要通信手段,也普遍适用于各种专用通信网。

²      超短波,指波长从1米到10米的无线电。主要依靠空间波传播。用于导航电视、调频广播、雷达电离层散射通信、固定和移动通信业务等。

通常情况下,无线电波的频率越高,损耗越大,反射能力越强,绕射能力越低。

无线电波的频率越高,其波长越短;无线电波的频率越低,其波长越长。

5、无线电波的传播方式

无线电波有四种主要传播方式,即地波、天波、空间波和散射波。

²      地波:沿地面传播的无线电波叫地波,又叫表面波。电波的波长越短,越容易被地面吸收,因此只有长波和中波能在地面传播。

²      天波:经过空中电离层的反射或折射后返回地面的无线电波叫天波。短波(即高频)是利用电离层反射传播的最佳波段。利用电离层反射的传播方式称为天波传输。

²      空间波:直射波和地面反射波统称为空间波,其传播情形主要取决于对流层和地面。超短波通常是利用空间波来传播的。

²      散射波:利用对流层或电离层对电波的散射作用而传播的电波,其传播情形主要取决于对流层或电离层。利用散射波可实现超短波中距离和远距离通讯及雷达的远程侦察。

在中波、短波和长波传输过程中,长波最为稳定。

6、无线电频率资源的特性

无线电频率既有一般自然资源属性,又有它自身特殊的固有属性。无线电频谱的属性包括两个主要方面:一是无线电频谱是自然资源,属国家所有;从世界范围来讲,无线电频谱又是一项人类共享的自然资源。二是无线电频率还有的它固有特性有6个方面。

²      有限性。由于较高频率上的无线电波的传播特性,无线电业务的不能无限地使用较高频段的无线电频率,目前人类对于3000GHz以上的频率还无法开发和利用,尽管使用无线电频谱可以根据时间、空间、频率和编码四种方式进行频率的复用,但就某一频段和频率来讲,在一定的区域、一定的时间和一定的条件下使用频率是有限的。

²      排他性。无线电频谱资源与其他资源具有共同的属性,即排他性,在一定的时间、地区和频域内,一旦被使用,其他设备是不能再用的。

²      复用性。虽然无线电频谱具有排他性,但在一定的时间、地区、频域和编码条件下,无线电频率是可以重复使用和利用的,即不同无线电业务和设备可以频率复用和共用。

²      非耗竭性。无线电频谱资源又不同于矿产、森林等资源,它是可以被人类利用,但不会被消耗掉,不使用它是一种浪费,使用不当更是一种浪费,甚至由于使用不当产生干扰而造成危害。

²      固有传播特性。无线电波是按照一定规律传播,是不受行政地域的限制,是无国界的。

²      易污染性。如果无线电频率使用不当,就会受到其他无线电台、自然噪声和人为噪声的干扰而无法正常工作,或者干扰其他无线电台站,使其不能正常工作,使之无法准确、有效和迅速地传送信息。

7、无线电的用途

无线电的最早应用于航海中,使用摩尔斯电报在船与陆地间传递信息。现在,无线电有着多种应用形式,包括无线数据网,各种移动通信以及无线电广播等。

以下是一些无线电技术的主要应用:

²      广播调幅广播可以传播音乐和声音。调幅广播采用幅度调制技术,即话筒处接受的音量越大则电台发射的能量也越大。 这样的信号容易受到诸如闪电或其他干扰源的干扰。调频广播可以比调幅广播更高的保真度传播音乐和声音。对频率调制而言,话筒处接受的音量越大对应发射信号的频率越高。调频广播工作于甚高频段。频段越高,其所拥有的频率带宽也越大,因而可以容纳更多的电台。同时,波长越短的无线电波的传播也越接近于光波直线传播的特性。调频广播的边带可以用来传播数字信号如,电台标识、节目名称简介、网址、股市信息等。在有些国家,当被移动至一个新的地区后,调频收音机可以自动根据边带信息自动寻找原来的频道。

²      电视,通常的模拟电视信号采用将图像调幅,伴音调频并合成在同一信号中传播。数字电视采用MPEG-2图像压缩技术,由此大约仅需模拟电视信号一半的带宽。

²      电话,蜂窝电话或移动电话是当前最普遍应用的无线通信方式。蜂窝电话覆盖区通常分为多个小区。每个小区由一个基站发射机覆盖。理论上,小区的形状为蜂窝状六边形,这也是蜂窝电话名称的来源。当前广泛使用的移动电话系统标准包括:GSM,CDMA和TDMA。运营商已经开始提供下一代的3G移动通信服务。

²      数据传输,数字微波传输设备、卫星等通常采用正交幅度调制。QAM调制方式同时利用信号的幅度和相位加载信息。这样,可以在同样的带宽上传递更大的数据量。

蓝牙,一种短距离无线通讯的技术。它可以支持便携式计算机、移动电话以及其它的移动设备之间相互通信进行数据和语音传输。蓝牙技术的最大好处是消除了电缆线。目前蓝牙技术的传输范围约为10米左右,速率为1Mb/s,新标准出来后,可使传输范围达到100米,最高速度达到1Mb/s。

²      辨识,利用主动及被动无线电装置可以辨识以及表明物体身份。RFID,即射频识别,俗称电子标签。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无需人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID广泛应用在物流、零售、仓储、交通、防伪、安防、医疗、军事等各个领域,我们常用的公交ID卡就属此类。

²      业余无线电是无线电爱好者参与的无线电台通讯。业余无线电台可以使用整个频谱上很多开放的频带。爱好者使用不同形式的编码方式和技术。有些后来商用的技术,比如调频,上边带调幅,数字分组无线电和卫星信号转发器,都是由业余爱好者首先应用的。

²      导航,所有的卫星导航系统都使用装备了精确时钟的卫星。导航卫星播发其位置和定时信息。接收机同时接受多颗导航卫星的信号。接收机通过测量电波的传播时间得出它到各个卫星的距离,然后计算得出其精确位置。

²      雷达,通过测量反射无线电波的延迟来推算目标的距离。并通过反射波的极化和频率感应目标的表面类型。

²      加热,微波炉利用高功率的微波对食物加热。

²      生物学应用,一种能够对昆虫进行无线遥控的新技术。

²      动力,无线电波可以产生微弱的静电力和磁力。在微重力条件下,这可以被用来固定物体的位置。

²      宇航动力: 有方案提出可以使用高强度微波辐射产生的压力作为星际探测器的动力。

²      天文学,是通过射电天文望远镜接收到的宇宙天体发射的无线电波信号可以研究天体的物理、化学性质。这门学科叫射电天文学

²      军事用途,一般私人是不允许私自架设电台的,因为这样会干扰正常的频段,所以会被抓。

7、无线电广播

根据将声音调制在无线电波上的不同,无线电波又分为调频波与调幅波两大类, 调频波简称为FM,范围为87兆赫兹至108兆赫兹之间。调幅波简称AM,可分为中波、短波、长波,相对应的英文简称为MW、SW、LW。

现在世界上各个广播电台发射的无线电波有两种:一种叫调幅波,另一种叫调频波。能接收调幅波的收音机就叫调幅收音机,能接收调频波的收音机就叫调频收音机。调频广播抗干扰能力强,节目听起来要比调幅广播高音丰富、清晰、逼真。但调频广播不能作远距离广播用。

调幅广播分为长波、中波和短波三个大波段,我国只有中波和短波两个大波段的无线电广播。中波广播主要靠地波传播,也伴有部分天波;短波广播主要靠天波传播,近距离内伴有地波。短波传播距离远、经济方便,在通信和广播领域,短波传播很快超过了中波传播。调频制无线电广播多用超短波(甚高频)无线电波传送信号,使用频率约为88MHz-108MHz,主要靠空间波传送信号。

8、国际电信联盟

国际电信联盟 (ITU) 是联合国专门机构之一,主管无线电通信。1932年,70多个国家代表在马德里开会,决定把将国际电报联盟改名为国际电信联盟。1947年,国际电信联盟成为联合国的一个专门机构。中国1920年加入国际电报联盟。1972年,国际电信联盟理事会承认并恢复中国的合法席位,1973年被选为电联理事国。1969年5月17日,决定把国际电信联盟的成立日5月17日定为“世界电信日”。

为划分无线电频率,国际电信联盟《无线电规则》将世界划分为三个区域,位于第三区的国家主要有中国、印度、日本、澳大利亚等国。

9、一个无线电通信系统的主要组成部分

无线通信系统一般由发信机、收信机及其相连接的天线(含馈线)组成。

发信机,发信机的主要作用是将所要传送的信号首先对载波信号进行调制,形成已调载波;已调载波经过变频(有的发射机不经过这一步)成为射频载波信号,送至功率放大器,经功率放大器放大后送至天(馈)线。

天线,天线是无线通信系统的重要组成部分。其主要作用是把射频载波信号变成电磁波,或把电磁波变成射频载波信号。馈线的主要作用是把发射机输出的射频载波信号高效地送至天线。这一方面要求馈线的损耗要小;另一方面其阻抗应尽可能与发射机的的输出阻抗和天线的输出阻抗相匹配。

收信机,收信机的主要作用是天线接收下来的射频载波信号首先进行低噪声放大,然后经过变频(一次、二次甚至三次变频)、中频放大和解调后还原出原始信号,最后经低频放大器放大后输出。

目前实用的无线通信系统,大多采用双工方式,因而通信双方各自都有发信机、收信机以及其相连的天(馈)线,而且收发信机做在一起(且带有双工器)。

 

10、什么叫无线电对讲机

 

无线电对讲机是用于发射和接收语音信息的双向无线电通信设备。每一部无线电对讲机包括一个发射器和一个接收器、一个麦克风和一个扩音器、一条天线和一组电源。手提式对讲机用电池作为电源,而车载式无线电可使用汽车电源。

当发信者对着麦克风说话时,语音信号即转换为电信号,引电信号再经发射器放大为无线电信号,传送至天线,经天线发射到空中,受信方的天线接收到该信号后,送到接收器,解调为原来的语音信号,由扩音器播放出来,这样,就可以听见发信者的声音了。

对讲机从从使用方式上,可分为手持式、车(船、机)载式、固定式、转发式。

从通信工作方式上,可分为单工通信工作的单工机和双工通信工作的双工机。

从技术设计上,可分为模拟对讲机和数字对讲机。

从设备等级上,可分为业余无线电对讲机和专业无线电对讲机。

从通信业务上,可分为公众对讲机、数传对讲机、警用对讲机、航空对讲机、船用对讲机。

11、无线电遥测

无线电遥测就是利用无线电波在离测量仪器有一定距离的地方自动地显示或记录测量结果的过程。在电力、水利、铁路、人防、军事、路灯、自来水、油田、环保、燃气管道监控、热网监控等国民经济的重要行业中,对自动化程度的要求越来越高,目前在这些行业的无线遥控遥测SCADA系统已日趋完善,并且逐渐形成了比较规范的行业标准,在技术层面上得到了广大客户的认可,在管理层面上得到了中央政府的大力支持,使SCADA系统进入了一个高速增长期。 SCADA系统的主要传输途径是无线数传电台,数传电台是集无线通讯技术、无线调制解调技术、计算机控制技术为一体的高技术产品。

12、无线电遥控

无线电遥控就是利用无线电波把测量和控制装置与判决单元联通,以实现对远距离操作设备的控制的过程。这些信号被远方的接收设备接收后,可以指令或驱动其它各种相应的机械,去完成各种操作,如闭合电路、移动手柄、开动电机,之后,再由这些机械进行需要的操作。所以,各个控制的信号在频率和延续的时间上都彼此不同,对于控制船舶、飞机、导弹等海空行体的应用上极为广泛。

13、什么叫无线电运动

无线电运动是现代科技与体育相结合的产物.它要求运动员具有一定的无线电技术和其他有关方面的知识。

无线电运动包括无线电工程设计制作,无线电快速收发报,无线电测向,无线电通讯多项和业余无线电台等五个项目。无线电工程设计制作以训练无线电理论为目的,参赛者按统一的规定装制和调试无线电设备,以速度快,性能好者为优胜.无线电快速收发报以练习抄收和拍发莫尔斯电码电报为内容.所谓莫尔斯电码,又称“大陆电码”,是利用电流通断产生的讯号进行信息传递,因美国人莫尔斯发明而得名。速收发报竞赛以收发报的速度快,错误少者为优胜.无线电测向是以无线电测向机为工具,寻找隐蔽发射台的运动。以在规定时间内找到的电台数量多者为优胜.因发射台隐蔽巧妙不易发觉,被喻为“狐狸”,测向运动因此有叫“猎狐运动”。

无线电通讯多项是运动员携带小型电台在野外完成的一系列通讯任务的运动。其中包括开设电台,定向行军,行进中无线电专向通话,抄收无线电讯号和通播电报,专向通报,拆收电台等七个项目.比赛以完成任务时间短,错误少者为优胜。

业余无线电台是无线电爱好者利用业余电台进行训练,研究和比赛的活动,主要形式是开设业余电台,在业余频段上同世界各地的无线电爱好者进行通讯联络。比赛以在规定时间内联络到的电台多,区域广,距离远者为胜.设立无线电台须经国家有关部门批准。我国目前只准设立集体业余电台.中华人民共和国第一座集体业余电台始建于1958年,呼号为“BYIPK”。

世界各国开展业余无线电运动的项目名称、组织形式和活动内容不尽相同,联合国国际电信联盟把“凡是业余的经正式核准的,单纯由于个人兴趣,有志于无线电技术的人员,不是为了营利而用以自我训练,相互通讯及进行各种技术探讨的无线电通讯业务”称为“无线电业余业务”。中国的业余无线电活动主要包括业余电台通讯活动、无线电测向运动、无线电通讯多项、无线电快速收发报和无线电工程制作竞赛等5项活动。

2007年8月26日,南京三中学生通过学校业余电台与国际空间站的宇航员进行通联对话,这是中国中学生第一次通过学校业余电台与国际空间站宇航员实现直接通话。

14、无线电台

无线电台是指为开展无线电通信业务或射电天文业务所必需的一个或多个发信机或收信机,或它们的组合(包括附属设备)。

无线电台执照是合法设置、使用无线电台(站)的法定凭证。使用各类无线电台(站),应当持有无线电台执照,按规定不需要取得无线电台执照的除外。

无线电频率或无线电频道的指配,是指将无线电频率或频道批准给无线电台使用。

设置使用无线电台站,应具备以下4个具体条件, (1)无线电设备符合国家技术标准;(2)操作人员熟悉无线电管理的有关规定,并具有相应的业务技能和操作资格;(3)必要的无线电网络设计符合经济合理的原则,工作环境安全可靠;(4)设台(站)单位或者个人有相应的管理措施。

无线电台站根据使用频段或业务范围进行分类,可分为:长波电台、中波电台、短波电台、超短波电台、微波电台等。

广播业务是指供公众直接接收而进行发射的无线电通信业务,包括声音、图像、字符或其它方式的发射。广播业务电台是用于广播业务的电台,按业务可分为:声音广播发射台、电视广播发射台、广播差转台。

15、什么叫数字通信

数字通信就是把需要传送的原始信号变成一系列数字脉冲(最常用的是二进制编码)来传输的通信方式,称为数字通信。信息源可以是产生或存储各种信息的人或机器,用户可以是接收或记录这些信息的人或机器,就可以实现人与人、人与机、机与机的通信。数字通信的特点是传递离散的(不连续的)数字脉冲,这种数字脉冲可以代表文字、语言或图象,但要把文字、语言或图象与数字脉冲序列间建立起对应的关系。目前采用的调制方式有两种:脉码调制和增量调制。

数字通信的优点是:1、由于在传输过程中只需识别脉冲的有无,故抗干扰能力强;2、由于在传输过程中可通过再生中继器将失真了的脉冲再生为完整的脉冲,故失真不致沿线积累,传输距离远,通信质量高;3、各种不同形式的信号,如电话、传真、电视等,都化成数字脉冲传输,有利于组成统一的通信网和提高传输质量,并便于保密;4、由于大量采用逻辑电路,便于集成电路化;也易于利用现代固体器件及计算技术的成果。目前世界上大多数国家都在采用数字通信。



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