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1、电磁波与现代通信主讲:李超知识强化一、知识概述现在,我们哪一天都离不开信息,当然也离不开信息技术,例如你正享受着网络带给千里之外的信息。本周学习信息与信息传播的原理和应用。二、重难点知识归纳及讲解(一)信息与信息传播:1. 信息是各种事物发出的有意义的消息。消息中包含的内容越多,信息量越大。2. 人类特有的信息有三种:语言、符号和图像。3. 在人类历史上,信息和信息传播活动经历了五次巨大的变革,它们是:语言的诞生;文字的诞生;印刷术的诞生;电磁波的应用;计算机技术的应用。4. 早期的信息传播工具有很多,比如:万里长城上的烽火台;古代传递官文的驿马;莫尔斯发明的电报机;贝尔制作的早期电话。5.莫
2、尔斯电码与密码:(二)电磁波及其传播:1. 波的基本特征:所有的波都是在传播周期性变化的运动形态。这里的运动形态又可分为:凹凸相间和疏密相间两种。2. 振幅:我们把波源偏离平衡位置的最大距离叫做振幅,用字母A 表示,单位是M(m),它反映了波源振动的强弱。周期:波源振动一次所需要的时间叫做周期,用字母T 表示,单位是秒(s);频率:波源每秒内振动的次数叫做频率,用字母f 表示,单位是赫兹(Hz)。频率与周期反映了振动的快慢。它们的关系是:T。波长:波在一个周期内传播的距离叫做波长,用表示,单位是M(m)。波速:波的传播速度,用字母v 表示,单位是M/秒( m/s)。精选学习资料 - - - -
3、 - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 7 页3. 波长、波速、频率、周期的关系是:vf。4. 电磁波:(1)电磁波是在空间传播的周期性变化的电磁场。(2)电磁波在真空中的传播速度(即光速),c3 108m/s。(3)电磁波谱:从电磁波谱图可知,电磁波包括了:无线电波、微波、光(包括红外线、可见光和紫外线)、 X 射线和 射线等。其中无线电波的波段表见下:精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页(4)人类应用电磁波传播信息的历史经历了以下变化:传播的信息形式从“ 文字声音 图像” ;传
4、播的信息量 “ 由小到大 ” ;传播信息的速度“ 由慢到快 ” 。(三)现代通信 走进信息时代1. 移动通信是指移动用户之间或移动用户与固定用户之间的通信方式。移动通信的基地台是按蜂窝结构布局的,这种布局可以增加电磁波覆盖的有效面积,避免基地台的重复建设,因而移动电话也称为“ 蜂窝移动电话 ” 。2. 光纤通信是以激光为光源,以光导纤维为传输介质进行的通信。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 7 页光纤通信具有传输容量大、抗电磁干扰能力强等突出优点,是构成未来信息高速公路骨干网的主要通信方式。光纤通信的过程是:“ 电话 激光
5、发射机 光纤激光接收机 电话”3.卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站,转发无线电信号,在多个地球站之间进行的通信。卫星通信具有传输距离远、覆盖区域大、灵活、可靠、不受地理环境条件限制等独特优点。以覆盖面积来说,一颗通信卫星可覆盖地球面积的三分之一多,即三颗同步通信卫星就可以覆盖整个地球。4. 互联网络是全世界的计算机、计算机网络互相连接成的信息传送网络,包括有线网络和无线网络。互联网络的用途非常广泛,如信息查询、电子邮件、远程登录、文件传送、远程医疗、网上聊天、电子会议等。三、重、难点解读:1. 认识信息我们今天生活的时代是一个信息的时代。无论是工作中,学习中还是日常生活中,我们都要利用各种
6、不同的渠道收集各个方面的信息,外交家注意国际关系的微妙变化,企业家注意商情的波动,金融家关注股市行情的涨跌,科学家关心学科前沿的动态,所有这一切,都与信息息息相关。信息现在已经成为现代科学技术中普遍使用的一个概念,作为日常用语,信息指音信、消息,消息就是预先不知道的报道。一般来说,信息是指由信息源(如自然界、人类社会等)发出的各种信号,使使用者接受和理解。信息并非事物本身,而是表征事物,并由事物发出的消息、情报、指令、数据和信号中包含的内容。一切事物,包括自然界、人类社会等,都在发出信息。在人类社会中,信息往往以文字、图像、语言、声音等形式出现。信息是生活、工作中的常见现象,一切事物都会发出信
7、息,信息无时不在。人们要想有效地工作和生活,必须拥有足够的信息。借助于信息,人类才能获取并发展知识。通过获取信息,人们才能区别自然界和社会中的不同的事物,才得以认识世界、认识自然、利用自然。2. 认识卫星通信通信卫星工作的基本原理如图所示。通信卫星的运行轨道有两种。一种是低或中高轨道,另一种轨道是高达36000km 的同步定点轨道,即在赤道平面内的圆形轨道,卫星的运行周期与地球自转一圈的时间相同,在地面上看这种卫星好似静止不动,称精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页为同步卫星。卫星通信系统由通信卫星(空间部分)和地面部
8、分(通信地面站)两大部分构成。在这一系统中,通信卫星实际上就是一个悬挂在空中的通信中继站。它居高临下,视野开阔,它可以“ 看” 到地球最大跨度达18000km 以上。三颗卫星(如图)就可以覆盖地球的几乎全部面积,可进行24 小时的全天候通信。只要在它的覆盖照射区以内,不论距离远近都可以通信,通过它转发和反射电报、电视、广播和数据等无线信号。通信卫星的种类也越来越多。按服务区域划分,有全球、区域和国内通信卫星。按用途分,有一般通信卫星、广播卫星、海事卫星、跟踪和数据中继卫星以及各种军用卫星等。3. 认识电磁波(无线电波)的传播方式。电磁波(这里主要指无线电波)因波长不同具有不同的传播形式。主要有
9、:地波、天波和微波三种形式。地波沿地球表面空间传播的无线电波叫做地波。由于地面上有高低不平的山坡和房屋等障碍物,只有能绕过这些障碍物的无线电波,才能被各处的接收机收到。当波长大于或相当于障碍物的尺寸时,就可以绕过障碍物到达它们的后面。地面上的障碍物尺寸一般不大,长波可以相当容易地绕过它们,中波和中短波也能较好地绕过去,短波和微波由于波长较短,很难绕过它们。由于地球是一个大导体,地球表面会因地波的传播引起感应电流,因此地波在传播过程中要损失能量,频率越高损失的能量也越多,所以地波主要适用于长波、中波和中短波。天波依靠电离层的反射来传播的无线电波叫做天波。地面上空的气体分子由于受到太阳的照射而发生
10、电离,大气中一部分中性的气体分子分解为带正电的离子和自由电子,该层大气就是电离层。电离层对于不同波长的电磁波的反射和吸收表现不同的特性,波长越长,吸收越强反射越弱,因此短波最适宜以天波的形式传播。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 7 页微波微波是由于频率高、波长短,它既不能以地波的形式传播,又不能依靠天波的形式传播,和光一样,沿直线传播。由于地球表面是球形的,微波沿直线传播的距离不大,一般只有几十千M。在进行远距离通信时,要有中继站。由某地发射出去的微波,被中继站接收,并加以放大、处理,再传向下一站,像接力赛那样,一站传一
11、站,经过很多中继站可以把电信号传到远方。【典型例题】例 1. 下列说法中正确的是()A. 频率越高的电磁波,传播速度越大;B. 波长越短的电磁波,传播速度越大;C. 频率越高的电磁波,波长越短;D. 波长不同的电磁波,频率不同,因而速度亦不同。分析:电磁波的传播速度与波长和频率无关,仅由传播的介质决定,电磁波在同一物质中的传播速度是不变的,在真空中的传播速度等于光速,在空气中的速度近似等于光速。但电磁波的波长、频率及传播速度三者满足:传播速度波长 频率,因此电磁波的频率与波长成反比关系。解答: 应选 C。例 2.关于同步卫星,以下说法中正确的是()A. 同步卫星的转动周期和地球的自转周期相同。
12、B. 同步卫星和月球一样每天绕地球一周。C. 同步卫星固定在空中一直不动。D. 同步通信卫星做为传播微波的中继站,地球上只要有2颗就能覆盖全世界。分析:所谓地球同步卫星,即指卫星绕地球转动的周期与地球的自转周期相同,与地球同步转动,且在赤道上空的某地,站在地球上观看(以地球本身为参照物)它在空中的位置是固定不动的,所以它可以代替微波中继站来进行电磁波的中转作用。全世界只要有三颗这样的卫星(当然位置要选定好)就可以满足全世界的需求,正确答案只有 A。解答: 应选 A。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页例 3. 目前,中国教育电视台的两套卫星电视节目是通过国产“ 东方红二号甲 ” 通信卫星转发的,卫星转发下行频率为3848MHz 和 3928MHz 。这两个电磁波的波长分别是_和_。分析:电磁波的传播速度c与波长、频率的关系是:cf,要求出波长,可以把公式变形为 。解答:因为 cf,所以 ,则:0.078m。0.076m。所以这两个电磁波的波长分别是0.078m 和 0.076m。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 7 页