電磁波信號發射與接收電路分析

摘 要：新課標改革的背景下，高中物理課程的教學方式發生了較大的轉變，不僅是為了提升現今高中物理的教學質量，同時也可增加學生對物理理論知識和實踐知識的雙重掌握，清楚地認識到物理對如今科學技術甚至經濟、文化發展的深遠影響。作為一名高中生，在平常的物理學習中，除了平時教師的教學以外，也應該加強自身在課余時間的物理學習，鞏固自己的物理知識和技能。基于此，該文就以電磁波信號發射與接收電路分析為研究論題，系統的進行闡述和研究。

關鍵詞：高中物理 電磁波 信號發射 接收線路

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（b）-0121-02

高中物理電磁波信號發射與接收電路學習，是物理課程中一節實驗探究性較強的章節，需要教師進行模擬仿真，讓學生真實地體驗電路仿真的實驗效果，方便學生對電磁波信號發射和接收線路的了解以及進行課下的自我學習。其次，學生通過教師的教學也可以課下進行一些電磁波信號發射和接受線路之間的研究，便于自己更直觀地掌握知識點。

1 電磁波信號發射的電路和仿真分析

無線傳輸的過程中，為了獲得較高的輻射效率，無線尺寸需要和發射的信號波長相比擬，如若將信號加載到高頻信號當中，就可以運用調制信號去控制及約束高頻載波的服務，致使其振幅按照調制信號的要求變化，進而使已經調制好的信號和信道內的帶通特性相互匹配，從而提升無線信號的傳輸性能。在這一系列的過程步驟中調頻和調幅起著十分關鍵的作用，它們的調動直接關系到電磁波信號傳輸的準確性和高效性，以下則是對調幅和調頻的簡單概述。

1.1 調幅電路的調幅含義和仿真分析

調幅（AM）是用低頻調制信號然后去控制高頻載波的幅度，在這中間使得振幅按照調制信號規律變化的過程。在對調幅電路仿真分析過程中，需要變容二極管調頻電路、鎖相環調頻電路仿真分析[1]。以下則是對其仿真分析的具體概述。

1.1.1 變容二極管調頻電路

變容耳機管調頻仿真電路是將虛擬的示波器連接到輸出端，接著按下F5鍵就可以啟動該仿真裝置，在啟動之后，雙擊4蹤示波器，就可以觀察到仿真電路的輸出波形[2]。

1.1.2 鎖相環調頻電路的仿真分析

鎖相環調頻電路的結構原理完全不同于變容二極管的調頻結構。鎖相環的調頻主要是由3個重要部分組成，它們分別是鑒相器（PD）、壓控振蕩器（VCO）以及環路濾波器（LP）。

1.2 調頻信號的原理及仿真分析

實現調頻的方法主要可以劃分成兩個不同的層次類別及直接調頻和間接調頻兩種類型。直接調頻是利用調制信號去直接的控制振蕩器的振蕩頻率，讓調制信號按照其調制規律進行發展變化。這種方式是采用調制信號去控制載波振蕩器的頻率元件及參數變化[3]。設調制信號為μΩ（t）=UΩmcosΩt其載波信號則為μC（t）=Ucmcosωct，因為調頻是其載波信號的瞬時角頻率ω（t）隨著調制信號的轉變而成正比例的變化，具體則如下述公式所示：

ω（t）=ωc+K f U Ω Mcos Ωt

因此，就可得出瞬時相位φ（t）：

基于以上兩個公式就可以得出調頻波的表達式為

2 電磁波接收線路的實驗設計

2.1 實驗原理

在天線導體當中會形成感應電流進而驅動二極管發光。輻射源則可利用一些具有輻射性能的電器例如電磁爐，天線則可以利用導線圈代替。如若出現感應電流只要其達到毫安級別就可以是二極管發光[4]。

2.2 實驗目的

理解電磁波的工作原理，然后借助于原理的理解，更深層次的理解電磁波的接收和感應電流產生的機理。然而，作為高中生因為已經具有了一定的物理基礎，因此可以在實驗中適當地給自己加大難度。

2.3 實驗流程

將選用的家用電器電磁爐作為輻射源，該電磁爐的工作頻率設置為20～30Hz。天線是采用導線圈代替，具體就是將網線上剝離下長度大約為3 m的導線，將其繞在筆管當中形成線圈，線圈的兩端則是放在二極管的正負兩級，這樣一來就能形成一個閉合回路。當該線圈放置在電磁爐的中心位置時，LED就會發光，若是線圈距離電磁爐較遠時二極管則不會發光。由該試驗可以得知電磁爐的輻射場中間最強，越遠離中心則輻射越差[5]。

2.4 實驗結論及其注意事項

通過這一個簡單的實驗，可以看出導線圈是可以接收到電磁波的感應電流，感應電流的大小可以通過增加線圈的長度或是采用磁鐵性質的感應棒而增大。即便是在實際的電磁波信號發射和接受線路中，其也需要遵循這一原理。

3 電磁波信號的接受線路及其仿真分析

通常情況下，在通信設備的接收端，其能接收到的信號其實非常的微弱，為了方便接收人員對信號的有效甄別，則應該選擇出有用的頻率信號進行發送，將一些無用的信號進行印制，這時候就需要放大電路。

3.1 放大電路的原理

高頻小信號放大器的作用為放大通信設備中的高頻小信號，也就是指放大線形范圍內的信號。然后利用LC單調諧回路當做負載構成晶體管調諧放大電路。在這放大電路的過程中LC并聯諧振回路擔負著整個電路中選頻濾波以及提供晶體管集電極所需的負載電阻的重要責任。

3.2 檢波電路

依照當下調制信號的不同，檢波電路可以大致分為包絡檢波和同步檢波兩大類別。包絡檢波是指將檢波器的輸出電壓直接地反映輸入高頻調幅波包絡規律的一種檢波方式，這種檢波方式可應用到普通的調幅波的解調當中。對DSB信號來講，因為其包絡區別于調制信號，因此可以采用同步檢波方式。同步檢波是一個具有三端口的網絡，有兩個是輸入電壓。其中一個是DSB信號另一個則是外加的恢復載波電壓，其中載波回復電壓和調制段的電壓要放在一個同步的位置，因此又被稱之為同步檢波。

3.3 同步檢波的仿真分析

因為其雙邊都帶有調制信號的包絡不能在和調制信號保持在相同的變換規律當中，因此不能采用簡單的包絡檢波方式達到恢復信號的目的。DSB信號在解調的過程中，要采用同步檢波的方式。同步檢波和和調制信號的實質是一樣的都需要采用頻譜搬移的方式。

4 結語

綜上所述，通過對電磁波信號發射與接收電路分析可以看出，隨著當下新課標的更改，高中的物理課程教學已經發生了改變。因此，作為一名高中生，也應該在自己已有的物理基礎上，嘗試從被動的知識灌輸到主動的知識吸收，進一步地提升自己的物理理論知識和技能。

參考文獻

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[3]張東旭，白璟，謝意，等.電磁波接力傳輸隨鉆測量系統研制與應用[J].天然氣工業，2014，34（2）：76-80.

[4]侯慧娟，盛戈皞，孫岳，等.基于電磁波信號傳播衰減模型的變電站局部放電定位方法[J].電工技術學報，2014，29（6）：326-332.

[5]彭超，雷清泉.局部放電超高頻信號時頻特性與傳播距離的關系[J].高電壓技術，2013，39（2）：348-353.