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19.2 广播电视与通信
第十九章 电磁波与信息时代
引入新课
电磁波应用广泛，其中无线电波在广播、电视与通信工程中的应用，不仅改变了人类的生活方式，而且提高了人们的生活质量；那么广播电视节目中的声音信号和图像信号是怎样借助电磁波传递的呢？
科技与生活
电的发现和使用，使通信方式进入了电话和电报时代；电磁波的发现和使用，使通信方式进入了无线通信时代；光导纤维的使用，使通信方式进入了信息容量大、通信质量高的光纤时代。
知识点
无线电广播、电视信号的发射和接收
知1－讲
1
无线电广播 电视
信号的发射 1. 发射装置：广播塔
2. 发射过程：
(1) 话筒——将声音信号转换成电信号, 即音频信号，但音频信号不能直接用来发射电磁波；
(2) 调制器——载波发生器可以产生高频电流，通过调制器把音频
信号和高频电流合成调制信号，送入发射机进行功率放大；
(3) 天线——通过天线将载有音频信号的电磁波发射出去 1. 发射装置：电视塔
2. 发射过程：
(1) 摄像机——用摄像机在演播室里拍摄画面和录音，用感光器件将光信号转换成电信号，输出视频信号；用话筒将声音信号转换成电信号，输出音频信号；
(2) 发射机——载波发生器产生高频电流，通过调制器将视频信号、音频信号和高频电流合成调制信号，再送到发射机进行功率放大；
(3) 天线——通过天线将载有图像和声音信号的电磁波发射出去
知1－讲
无线电广播 电视
信号的接收 1. 接收装置：收音机
2. 接收过程：
(1) 天线——利用天线接收各种各
样的电磁波；
(2)调谐器——利用收音机调谐器，
把需要的某一频率的电磁波选出
来，俗称选台；
(3) 解调——滤去高频电流成分，留下音频信号，放大后送到扬声器；
(4) 扬声器——扬声器把电信号转换成声音信号，听众就可以听到节目了 1. 接收装置：电视机
2. 接收过程：
(1) 天线——利用天线接收包含声音和图像信息的高频信号，即许多电视台的电磁波；
(2) 调谐——由调谐器从中选择某一个电视台的信号；
(3) 解调——经过调谐器取出视频信号和音频信号分别放大；
(4) 电视机——由显示屏还原成图像，由扬声器放出声音
知1－讲
无线电广播 电视
发射
和接
收过
程示
意图
知1－讲
注意：
(1)收音机的中波(MW)波段的频率范围是100~1 500 kHz，相应的波长范围是3 000~200 m; 短波(SW) 波段的频率范围是6~30 MHz，相应的波长范围是50~10 m。
(2)我国的电视频道划分是：1~12 频道， 频率范围是52.5 ～219 MHz，波长范围是5.71~1.37 m；13~48 频道，频率范围是474~794 MHz，波长范围是0.633~0.378 m。
知1－讲
知识拓展
调幅：使高频电流或电压的振幅随信号改变的调制方式叫调幅，调幅广播一般是用中波和短波波段。
调频：使高频电流或电压的频率随信号改变的调制方式叫调频，调频广播通常使用微波中甚高频(VHF)和超高频(UHF) 波段。
知1－讲
知1－讲
延伸拓展
显像管电视和液晶电视的显示原理：
显像管电视：通过行场扫描电路将调制到显像管阴极的模拟视频信号以电子流的方式轰击荧光屏，荧光屏发出对应亮度、颜色的光点形成图像。
液晶电视：通过AD转换将模拟视频信号转换为数字信号，处理后再转换为模拟信号去控制液晶分子的扭角，而扭角的大小决定了通过液晶分子的光线强度，从而在液晶屏上显示出图像。
知1－讲
思想方法
运用对比法认识调制器和调谐器的作用：
名称 调制器 调谐器
位置 用于无线电发射装置 用于无线电接收装置
作用 将低频的声音信号与高频电流叠加在一起 从各种频率的电磁波中选出带有声音信号的特定频率的信号
知1－讲
例 1
贾波特同学对如图所示的三水荷花世界电视录制和播放过程解释正确的是( )
A. 摄像机是把电信号转化为光信号
B. 话筒是把电能转化为声能
C. 扬声器是把声信号转化为电信号
D. 发射机发射电磁波把信号传给接收机
D
知1－讲
思路导引：摄像机把光信号转化为电信号；话筒把声能转化为电能；扬声器是把电信号转化为声信号；发射机发射电磁波把信号传给接收机。
知1－讲
①广播和电视信号发射和接收的对比
首先通过了解广播电视信号的发射、传播和接收过程中各部分的作用。然后通过对比，找出电视与广播的共同点和不同之处，来分析电视节目发射与接收的有关问题。
基本相同点是将信号电流加载在高频电流上，通过高频电磁波由发射天线将信号发射出去；不同之处是电视台多了图像处理装置，电视机比收音机多了显示图像的装置。
知2－讲
知识点
卫星通信
2
含义 通信卫星收集来自地面的各种“信件”，然后再“投递”到另一个地方的用户手里
系统组成 卫星通信系统是由同步卫星、地面中继站、地面通信控制中心以及地面传输系统组成
工作原理 同步卫星能够将从某一个地面中继站接收到的微波信号经过处理后，再发送到其他的地面中继站。中继站可将接收到的信号转送到通信控制中心，进而输送到通信终端，从而使用户实现信息互联
优点 卫星通信具有覆盖面大、通信距离长、不受环境限制等许多优点
应用 卫星通信应用于电视广播、移动通信和卫星定位系统中
大致沿直线传播
知2－讲
全球卫星定位系统就是卫星通信的实际应用，它在为船舶、飞机导航及城市交通管理等方面，将发挥越来越重要的作用。
知2－讲
学会提问
同步卫星：所谓同步卫星，就是指环绕地球转动，且周期跟地球自转的周期相同的卫星。它相对地球静止，围绕地球转动一周的时间，恰好为23时56分4秒。若在地球赤道上方距地面某一高度的圆周上，均匀分布三颗同步通信卫星，而且每颗卫星之间都相隔120度左右，就几乎能使通信范围覆盖地球上的各个角落，实现除两极外的全球通信。
知2－讲
例2
光导纤维的主要用途是用来传递信息，进行通信，把要传输的信息变成光信号在光纤中传播，如图所示，那么光在光纤中的传播方式( )
A. 沿着光纤的中轴线直线传播
B. 沿着光纤的外壁多次折射传播
C. 沿着光纤的内壁多次反射传播
D. 沿着光纤螺旋式曲线传播
C
知2－讲
思路导引：光从光纤的一端进入，经多次全反射后，从另一端射出；发生全反射的部位是线芯与包层的交界处。
知2－讲
②光纤通信中激光的传播过程
(1)光从一端进入光导纤维后，首先沿直线传播。
(2)当传播到线芯与包层的交界处(内壁)A时，发生全反射；当反射光再次碰到线芯与包层交界处B时，再发生全反射。
(3) 最终从光导纤维的另一端传播出来。
知3－讲
知识点
光纤通信
3
1. 定义：光纤通信是利用激光通过光纤传递信号的一种通信方式。
2. 光纤传输原理：光纤是一种比头发还细的玻璃纤维，它由线芯和包层组成。当光信号从光纤的一端进入线芯后，在线芯与包层的交界面上反复发生全反射，于是光信号便在线芯中几乎无损失地向前迅速传播。
入射光线在介质分界面上被全部反射的现象叫做光的全反射。
知3－讲
知3－讲
3. 光纤通信过程：在发射端利用电光变换技术把电信号加载到激光上，转变为光信号，让光波在光导纤维中通过，在接收端再把光信号转变为电信号，从而实现信息的传递。
4. 优点：激光信号在光纤中传输损耗小，距离长。光纤通信容量极大，不怕雷击，不受电磁干扰，通信质量高，而且保密性好。
5. 用途：长途电话、有线电视、电视会议、互联网等。
知3－讲
难点突破：模拟通信和数字通信。
模拟通信 数字通信
调制方式 将声音和图像信号转换成电信号，加载到无线电波上发送出去 将声音和图像信号转换为数字信号传输出去
特点 信号是连续的，直观且容易实现，但保密性差，抗干扰能力弱 信号是不连续的，传输率高，失真小，易于加密，抗干扰能力强，但占用频带较宽，技术要求复杂
知3－讲
知识拓展
“光纤之父”
知3－讲
为了使通信系统传输的信息量更多，华裔科学家高锟提出了大胆设想：利用玻璃清澈、透明的性质，使用光来传送信号。
对这个设想，许多人都认为匪夷所思，甚至认为高锟神经有问题。高锟的信心并没有丝毫动摇。最终他发明了石英玻璃，制造出世界上第一根光导纤维，使科学界大为震惊。高锟的发明使信息高速公路在全球迅猛发展，他因此被冠以“光纤之父”的称号。
知3－讲
[遵化模拟] 关于卫星通信和光纤通信，下列说法中错误的是( )
A. 微波大致沿直线传播，不能沿地球表面绕射，因此需要建立微波中继站
B. 我们可以把月亮作为一个微波中继站
C. 卫星通信只需要3 颗同步卫星就可以实现全球通信
D. 光纤通信是靠激光在光缆中传播进行信息传递的
例 3
B
知3－讲
思路导引：微波大致沿直线传播，不能沿地球表面绕射，因此需要建立微波中继站，但是不能把月亮作为中继站，因为月亮绕地球转动；应该用和地球同步的卫星作为微波中继站，在地球周围均匀地分配三颗同步卫星就能实现全球通信；光纤通信是靠激光在光缆中传播进行信息传递的。故A、C、D 正确，B 错误。
知3－讲
③卫星通信与光纤通信的对比分析
(1)卫星通信信号覆盖范围广，在地球周围均匀地放置三颗同步通信卫星，就可以覆盖几乎全部的地球表面，实现全球通信。
(2)光纤通信中携带信息的光，从光导纤维的一端射入，在内壁上多次发生全反射，再从另一端射出，这样就把光携带的信息传到了远方。
(3)光纤通信具有抗干扰能力强，信号衰减小，传递的信息量大，保密性好，通信质量高等优点。
知4－讲
知识点
无线电通信、卫星通信、光纤通信比较
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无线电通信 卫星通信 光纤通信
传输载体和传输通道 以无线电波为信息载体 以微波为信息载体 以激光为信息载体，利用光纤为信息通道
信息的容量 容量小 容量大 容量大
传输信息的质量 抗干扰能力弱，信号衰减大 抗干扰能力强，传输距离远，通信可靠 抗干扰能力强，信号衰减小
信息的处理方式 信息——电信号——无线电波—— 电信号——信息 信息——电信号——微波——中继站传输——微波——电信号——信息 信息——电信号——光信号——电信号——信息
知4－讲
方法指导
归纳法：从大量的现象中找出共同点，从而归纳总结出相关规律，方便理解和记忆。
本节应用：无论是无线电广播和电视，还是现代通信中的卫星通信、光纤通信，它们的大致过程大同小异：都必须经历将光和声的信号转换成电信号，然后再将电信号加载到电磁波上，发射或传递出去，最后由接收系统将相关电信号取出来，加以放大和还原三个过程。
知4－讲
如图所示的信息传递方式中，利用数字信号进行的是( )
A. ② B. ③ C. ②③④ D. ①②③④
D
例4
知4－讲
思路导引：由数字信号的定义可知：烽火、旗语、发电报、打现代的电话都是利用数字信号进行的。
知4－讲
④运用对比法认识模拟信号和数字信号
模拟信号 数字信号
信号与声音的关系 与声音的变化情况相仿 用不同符号的不同组合表示声音的变化
信号电流的形式 连续的 离散的
优缺点 信号易丢失、失真 抗干扰能力强，易加工处理
应用 传统电话 电报
广播电视与通信
信号的发射与接收
广播
电视
卫星
卫星
广播电视与通信
广播、电视和现代通信的异同点：它们都是利用
电磁波传递信息的，它们都经历信息的加载、信息的
传播和信息的接收三个过程。所不同的是广播和电视
用的是无线电波传递信号，现代通信有卫星通信和光
纤通信，其中卫星通信通常用微波传递信号，光纤通
信用激光传递信号，它们在技术与设备要求上不同。
