科普:無線電發(fā)射和接收原理

背景

????無論藍(lán)牙、wifi、4g、5g,還是雷達(dá)和衛(wèi)星通信,都是無線電通信技術(shù)的一種,其原理都是利用電磁波攜帶信息在空間傳播進(jìn)行通信,重點(diǎn)有以下問題:

  • 如何產(chǎn)生電磁波?
  • 如何把讓電磁波攜帶信息?
  • 如何接收電磁波?
  • 如何從接收到的電磁波中解析出攜帶的信息?

我們可以把前兩步合稱為無線電的發(fā)射,后兩步稱為無線電的接收,原理如下:

原理

無線電發(fā)射和接收原理

振蕩器

????振蕩器作用是產(chǎn)生載波信號,它能夠根據(jù)輸入的電流產(chǎn)生具有特定頻率和幅度的電流,常用的振蕩電路包括 LC(電感和電容組成的電路) 振蕩器和晶體振蕩器。

調(diào)制器

????調(diào)制器的作用是將信息(如聲音、圖像或數(shù)據(jù))編碼到載波信號上。載波通常是一個高頻的正弦波(電流或者電壓隨時間變化的波,由震蕩電路產(chǎn)生),其頻率遠(yuǎn)高于要傳輸?shù)男畔ⅲū热缫纛l信號)的信號的頻率,調(diào)制可以通過改變載波的振幅、頻率或相位來實現(xiàn),分別對應(yīng)振幅調(diào)制(AM)、頻率調(diào)制(FM)和相位調(diào)制(PM):

  • 振幅調(diào)制(AM)

????在振幅調(diào)制中,載波的振幅隨著信息信號的大小變化而變化。例如,當(dāng)信息信號的振幅增大時,載波的振幅也會增大;反之亦然。這種調(diào)制方式簡單直觀,但容易受到噪聲和干擾的影響。

  • 頻率調(diào)制(FM)

????在FM調(diào)制中,載波的頻率隨著信息信號的大小變化而變化。例如,當(dāng)信息信號的振幅增大時,載波的頻率也會增大。FM調(diào)制在廣播、音樂和聲音傳輸中非常常見,因為它對噪聲的抵抗性更強(qiáng)。


AM vs FM調(diào)制
  • 相位調(diào)制(PM)

????在FM調(diào)制中,載波的相位隨著信息信號的大小變化而變化。這種調(diào)制方式在數(shù)字通信和某些特殊應(yīng)用中更為常見。


相位調(diào)制

其中:左側(cè)是載波信號,上面藍(lán)色是數(shù)據(jù)信號,最小面的是調(diào)制后的載波信號。

解調(diào)器

????解調(diào)器的作用是將載波信號中的信息提取出來,詳細(xì)介紹略

放大器

????放大器的作用是增強(qiáng)調(diào)制的電信號的功率,詳細(xì)介紹略

天線

????天線作用就是把變化的電信號轉(zhuǎn)換成電磁波(發(fā)射),還有將電磁波(變換的電磁場)轉(zhuǎn)換成電流(接收)。

注意事項

????在無線電通信中,頻譜管理是一個不可忽視的方面,由于無線電波好用的頻段是有限的,各國政府都設(shè)立了專門的機(jī)構(gòu)來管理頻譜的使用,以確保不同的無線電設(shè)備和服務(wù)能夠和諧共存。這些機(jī)構(gòu)會制定一系列的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定哪些頻段(頻率范圍)可以用于哪些目的、發(fā)射功率的限制等。

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