03.03 電磁波是怎麼傳遞信息的?

青春無極限lyd


電磁波傳遞信息有兩種方式:第一模擬通信,第二數字通信。

模擬通信,我之前在收音機如何收音那期節目詳細講了。

簡而言之就是:我們說話的聲音,通過麥克風轉換成時域的模擬連續電壓(電流)信號,如果從頻域看,對這個連續信號進行傅里葉變換,則有一個頻譜。

我們可以將這個頻譜調製到高頻載波上,比如2.4GHz的電磁波上。

為什麼要調製呢?

因為對於人聲信號,從頻譜上看,其頻率僅僅為1KHz左右,如果直接通過電磁波發射:

首先,天線太長,需要幾十公里長;

其次,電磁信號都擁擠在低頻基帶,信道難以複用。

就好比直接把汽車從中國開到歐洲,忒慢,所以把車塞進飛機裡空運,這樣效率就高了。

如果每條航線有不同的車都在被空運,那就更好了,利用率高。

再說數字通信,

數字通信傳輸的也是模擬信號,只不過是用模擬信號表示0和1,然後不同的0和1組合起來表示信息。

比如高頻率的正弦波表示1,低頻率的表示0。

比如正相位的正弦波表示1,初相的表示0。

所以整個流程是這樣的:

聲音首先轉換為電壓,再調製(坐上飛機),轉換為高頻,從天線發射,然後接收端天線接收,解調(下飛機),通過喇叭轉換成聲音。


王珂


電磁波幾乎無處不在,手機通話接聽聲音,電視直播視頻畫面,收音機收聽美妙音樂,都是依靠電磁波,那麼電磁波到底是如何傳遞信息的?

簡而言之,我們說話,通過麥克風轉換成模擬連續電壓(電流)信號——低頻信號,然後用高頻信號採集低頻信號,通過天線以電磁波的形式發出,另一端接收信號,就達到了傳遞信息的目的。

電磁波的具體發射及接收過程

  1. 由載波發生器產生高頻振盪電流——高頻載波信號。
  2. 把要傳遞的音頻和視頻信號變成電流信號——調製信號。
  3. 將載波發生器產生的高頻載波信號和音頻、視頻的調製信號一同輸入到調製器中,使高頻載波信號隨著傳遞的聲音圖像信號發生相應的變化,再把這樣的高頻載波信號送到發射天線,發射的電磁波就帶有聲音圖像信號。
  4. 電磁波在空間傳播時,如果遇到導體,會使導體中產生感應電流。感應電流的頻率跟激起它的電磁波的頻率相同。在無線電技術中,用天線和地線組成的接收電路來接收電磁波,當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時,接收電路中產生的振盪電流最強,這種現象叫做電磁振,相當於機械振動中的共振。
  5. 用解調器選出所需要的音頻信號和視頻信號,分別送到揚聲器和電視機,就能聽到聲音和看到圖像。

為什麼不直接傳送低頻信號?

我們知道,各種樂器,包括絃樂器、管樂器和打擊樂器,都是由於產生駐波而發聲。弦或管內空氣柱的長度必須等於半波長的整數倍。固定的琴絃,能夠產生最大的波長取決於弦長。

同理天線的長度與天線工作頻率的關係為:

L=c/(2f)

其中L表示天線長度,c表示光速,f表示天線的工作頻率(工作頻率指天線的共振頻率)。

人的聲音頻率僅有1kHz左右,信號頻率很低,波長很長,那麼天線需要數十公里。因此需要把低頻信號調製到高頻載波信號上。

低頻信號如何調製到高頻信號上?

通常有兩種方式,調幅(AM)和調頻(FM)。

  1. 調幅(AM):用調製信號控制載波信號的振幅,使載波的振幅隨著調製信號變化。已調波稱為調幅波。調幅波的頻率仍是載波頻率,調幅波的形狀反映調製信號的波形。調幅系統實現簡單,但抗干擾性差,傳輸時信號容易失真。
  2. 調頻(FM):用調製信號控制載波信號的振盪頻率,使載波的頻率隨著調製信號變化。已調波稱為調頻波。調頻波的振幅保持不變,調頻波的瞬時頻率偏移載波頻率的量與調製信號的瞬時值成比例。調頻系統實現稍複雜,佔用的頻帶寬,抗干擾性能好,傳輸時信號失真小,設備利用率也較高。

說的通俗點,調幅是把低頻信號與高頻信號的振幅疊加。類似於Cos(20x)+Cos(5x)。調頻是把高頻信號的頻率部分加上低頻信號的振幅部分。類似於Cos(20x+Cos(5x))。

單一的電磁波就是這樣傳遞了複雜的信息。


物理哲學


電磁波是電場和磁場隨著時間交替變化形成的,電場和磁場本身有大小和變化頻率,可以通過改變它們的大小和頻率來產生相對於的信息。


lightning


你把一句話拆開成字,按順序把每個字分別告訴一排站的每個人,這個過程叫調製。

這排人按順序跑到另一個地方,按順序把每個字報給另一個人,他再組成這句話,叫解調。

同樣時間裡能讓這排人傳遞的字多少叫頻率。

這排人數多少叫波長。

這排人記憶文字的深刻程度叫振幅。

中途因為其他原因記錯了叫干擾。

中途有人掉隊叫丟幀。

這排人中途跑累了把話傳給另一排人,叫中繼。

途中這排人不斷的回憶記的什麼字,叫增益。

傳完話後再叫人回來報告是否完成叫反饋。

這排人到達後把話傳給了人數不一樣的一隊人,再由他們拼成這句話,叫超外差。

最後聽字的人把每個字大聲喊出來,叫高放,如果他連成一句話再喊出來叫低放。

如果就他一個人喊叫甲類放大,如果兩人輪流喊叫乙類或推輓放大。


真大天


1、通過電磁波的幅度變化,就是調幅,AM,我們以前用的收音機就是。另外一種調頻收音機,依靠在中心頻率附近改變頻率的量來表示聲音信號。

2、電報的原理是調幅收音機,只發2種聲音,表示0和1,再翻譯成文字。也可以算數字通信。

3、通過改變電磁波的幅度和相位來表示不同的數字信息。qpsk調製,1hz頻譜傳輸2比特數字。這種數字傳輸抗干擾能力強,在數字衛星傳輸上廣泛應用。傳輸效率再高,就是16qam一直到1024qam。1024qam,1hz頻譜10比特。

4、如果把光信號當電磁波,光纖通信一般都是對光信號調幅,有光是1,沒有是0。現在速率已經到達T比特每秒以上。


tony王1


電磁波的傳播是電波和磁波環環相扣而傳播的。至於說到調幅(AM)和調頻(FM)是調製方式的不同。為什麼要調製成高頻信號去發射?因為聲波是4000Hz左右。波長是光速除以頻率。不進行高頻調製,天線的尺寸會非常的龐大!半波振子天線也是非常的龐大,無法制造。進行高頻調製天線尺寸就會大大的減小,而易於實用化製造。


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