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电磁波传递信息与波长的关系(电磁波在不同介质中的波长公式)

来源:原点资讯(www.yd166.com)时间:2022-11-24 09:11:13作者:YD166手机阅读>>

根据麦克斯韦电磁场理论,变化的电场在其周围空间要产生变化的磁场,而变化的磁场又要产生变化的电场,二者相互依赖,相互激发,交替产生,就产生了电磁波。

电磁波几乎无处不在,手机通话接听声音,电视直播视频画面,收音机收听美妙音乐,都是依靠电磁波,那么电磁波到底是如何传递信息的?

简而言之,我们说话,通过麦克风转换成模拟连续电压(电流)信号——低频信号,然后用高频信号采集低频信号,通过天线以电磁波的形式发出,另一端接收信号,就达到了传递信息的目的。

电磁波传递信息与波长的关系,电磁波在不同介质中的波长公式(1)

电磁波的具体发射及接收过程
  1. 由载波发生器产生高频振荡电流——高频载波信号。
  2. 把要传递的音频和视频信号变成电流信号——调制信号。
  3. 将载波发生器产生的高频载波信号和音频、视频的调制信号一同输入到调制器中,使高频载波信号随着传递的声音图像信号发生相应的变化,再把这样的高频载波信号送到发射天线,发射的电磁波就带有声音图像信号。
  4. 电磁波在空间传播时,如果遇到导体,会使导体中产生感应电流。感应电流的频率跟激起它的电磁波的频率相同。在无线电技术中,用天线和地线组成的接收电路来接收电磁波,当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时,接收电路中产生的振荡电流最强,这种现象叫做电磁振,相当于机械振动中的共振。
  5. 用解调器选出所需要的音频信号和视频信号,分别送到扬声器和电视机,就能听到声音和看到图像。
为什么不直接传送低频信号?

我们知道,各种乐器,包括弦乐器、管乐器和打击乐器,都是由于产生驻波而发声。弦或管内空气柱的长度必须等于半波长的整数倍。固定的琴弦,能够产生最大的波长取决于弦长。

电磁波传递信息与波长的关系,电磁波在不同介质中的波长公式(2)

驻波

同理天线的长度与天线工作频率的关系为:

L=c/(2f)

其中L表示天线长度,c表示光速,f表示天线的工作频率(工作频率指天线的共振频率)。

人的声音频率仅有1kHz左右,信号频率很低,波长很长,那么天线需要数十公里。因此需要把低频信号调制到高频载波信号上。

低频信号如何调制到高频信号上?

通常有两种方式,调幅(AM)和调频(FM)。

  1. 调幅(AM):用调制信号控制载波信号的振幅,使载波的振幅随着调制信号变化。已调波称为调幅波。调幅波的频率仍是载波频率,调幅波的形状反映调制信号的波形。调幅系统实现简单,但抗干扰性差,传输时信号容易失真。
  2. 调频(FM):用调制信号控制载波信号的振荡频率,使载波的频率随着调制信号变化。已调波称为调频波。调频波的振幅保持不变,调频波的瞬时频率偏移载波频率的量与调制信号的瞬时值成比例。调频系统实现稍复杂,占用的频带宽,抗干扰性能好,传输时信号失真小,设备利用率也较高。

说的通俗点,调幅是把低频信号与高频信号的振幅叠加。类似于图一Cos(20x) Cos(5x)。

电磁波传递信息与波长的关系,电磁波在不同介质中的波长公式(3)

图一:Cos(20x) Cos(5x)

调频是把高频信号的频率部分加上低频信号的振幅部分。类似于图二Cos(20x Cos(5x))。

电磁波传递信息与波长的关系,电磁波在不同介质中的波长公式(4)

图二:Cos(20x Cos(5x))

单一的电磁波就这样传递了复杂的信息,然而电磁波仅有频率、振幅、相位等几个参量,而信息却各式各样,二者是如何自洽的?看上去是一种悖论,那么信息到底是什么?

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