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电磁波和无线通信
第六章 电磁波和通信
这种情况意味着什么？
没信号了
没网络了
网络信号的本质是什么？
电磁波
收音机
电视机
手机
微波炉
遥控器
卫星
水波
声波
电磁波呢？
电磁波的产生
电磁波的产生与 有关，电磁场存在于变化的电流或变化的磁场的周围，它既是物质，也具有 。
电磁场
能量
电磁波的实质
电磁波是在空间传播的周期性变化的电磁场。
电磁场的产生和变化需要依赖于介质吗？
电磁波的传播
电磁波的传播 依赖别的物质，它在真空中的传播速度和光在真空中的传播速度一样，等于 m/s。
不需要
3×108
电磁波速度和光速一样，是不是巧合？
麦克斯韦和麦克斯韦方程组
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦，英国物理学家、数学家。最重大贡献是创建了电磁场理论，预言了电磁波的存在，论证了光波就是电磁波。
声波根据频率不同，可以分为人可以听见的声波，超声波，次声波等。
电磁波呢？电磁波有没有频率
电磁波的频率
电磁波的频率是由波源震动的快慢决定的，通常电磁波的频率比我们周围的声音要大得多，可达1014Hz，甚至更高。
频率的单位是赫兹(Hz)
常用的还有千赫(KHz)、兆赫(MHz)。
按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来，这就是电磁波谱
电磁波谱
3ⅹ102
波长/ⅹ 10-10m
频率/ Hz
3ⅹ108
3ⅹ104
可见光
射线
X射线
紫外线
红外线
毫米波
分米波
厘米波
超短波
短波
长波
中波
3ⅹ1020 3ⅹ1016 3ⅹ1012
1012
1014
1016
宇宙射线
微波
无 线 电 波
1010
10-4 10-2 1 102 104 106
有什么规律？
电磁波的速度、频率和波长之间的关系
传播速度=波长×频率
C=λf= 3×108 m/s
λ是指波长， f是指频率。式中速度：米/秒(m/s)；波长：米(m)；频率：赫兹(Hz)。
在电磁波谱中，无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线等有着不同的频率(或波长)范围，然而它们都是电磁波。
我们是怎么发现它们的？
赫兹
赫兹在1888年发现了电磁波，并且观察到了电磁波的反射、折射和干涉等波动现象，全面证实了麦克斯韦的电磁场理论。
我们平时有没有办法感受到电磁波？
正在播放声音的音箱
一旁手机来电
会有什么现象？
从麦克斯韦理论的建立到赫兹实验对电磁场理论的证实,充分显示了科学的预见性,它们极大地推动了以电磁场理论为基础的应用技术的发展各种无线电技术,如无线电报、广播、无线电话、传真、电视以及雷达等技术如雨后春笋般地涌现出来。
科学家怎样使电磁波实现通信？
马可尼1874 —1937
受赫兹影响，马可尼14岁就立志研究无线电通信。
20岁制造出了用无线电控制电铃的装置
21岁使电磁波传送信号的距离达到2700m
24岁发明的无线电装置在英国获得了专利
25岁成功地实现了跨越英吉利海峡（51km）的无线电通信
27岁进行横跨大西洋长达3 000km的无线电通信实验
35岁而获得诺贝尔物理学奖
电离层
中波
短波
超短波
中波：沿地球表面传播（近距离传播）；
短波：可被电离层反射进行传播；
超短波：能量巨大，沿直线远距离传播。
如何让超短波传的更远？
1.提高发射塔的高度
2.设立中继站补充能量
区域广播
境外广播
全球性广播、导航
微波
微波也叫做超高频无线电波，频率很 ，能量很 。可以像光线一样沿直线传播。
高
大
微波频率在300MHz~3× 105MHz范围内。
和登高望远一样，微波发射塔的天线越高，微波就传播得越远。
微波的特性
微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。所以现在无线的通信一般都采用微波通信。
微波发射塔
微波的传播
微波等电磁波可直线传播，但为了传播得更远，需要每隔一定距离设立一个中继站，像接力赛一样把微波一站一站地传向远方。
微波中继站
电脑、手机等间的通信一般都采用微波通信进行双向传递信息。
阅读P118-119阅读：电视的发明，了解电视的发明过程，认识“电视之父”
“电视之父” 贝尔德
阅读P119-120视窗：遥感技术应用前景广阔，了解电磁波在遥感方面的应用
1987年大兴安岭大火卫星遥感图
03
微波通信
无线电通信的进展
1864年 麦克斯韦建立电磁场理论，预言电磁波存在。
1888年 赫兹用实验证实电磁波的存在。
1894年 马可尼开始进行无线电通信的实验。
1901年 马可尼成功地进行了横跨大西洋的无线电通信实验。
1920年 世界上第一家广播电台在美国匹兹堡市开始广播。
1935年 英国的罗伯特·沃特森·瓦特发明雷达。
1937年 英国伦敦正式播放电视。
1954年 美国正式播放彩色电视。
1958年 美国发射了第一颗实验用通信卫星。
1965年 美国发射第一颗商用通信卫星
1988年 在汉城奥运会上首次试播由日本研制的模拟制式高清晰度电视。
1996年 美国哥伦比亚广播公司的首次试播数字制式高清晰度电视。
电磁波与农业
x射线照射农作物可提高农作物的产量和质量
γ射线（核爆炸贯穿辐射之一）照射昆虫可以防治害虫可延长农产品的保鲜期
激光照射大蒜可以抑制大蒜发芽，延长大蒜的贮藏期
