电磁波信号发射与接收电路分析

摘 要：新课标改革的背景下，高中物理课程的教学方式发生了较大的转变，不仅是为了提升现今高中物理的教学质量，同时也可增加学生对物理理论知识和实践知识的双重掌握，清楚地认识到物理对如今科学技术甚至经济、文化发展的深远影响。作为一名高中生，在平常的物理学习中，除了平时教师的教学以外，也应该加强自身在课余时间的物理学习，巩固自己的物理知识和技能。基于此，该文就以电磁波信号发射与接收电路分析为研究论题，系统的进行阐述和研究。

关键词：高中物理 电磁波 信号发射 接收线路

中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（b）-0121-02

高中物理电磁波信号发射与接收电路学习，是物理课程中一节实验探究性较强的章节，需要教师进行模拟仿真，让学生真实地体验电路仿真的实验效果，方便学生对电磁波信号发射和接收线路的了解以及进行课下的自我学习。其次，学生通过教师的教学也可以课下进行一些电磁波信号发射和接受线路之间的研究，便于自己更直观地掌握知识点。

1 电磁波信号发射的电路和仿真分析

无线传输的过程中，为了获得较高的辐射效率，无线尺寸需要和发射的信号波长相比拟，如若将信号加载到高频信号当中，就可以运用调制信号去控制及约束高频载波的服务，致使其振幅按照调制信号的要求变化，进而使已经调制好的信号和信道内的带通特性相互匹配，从而提升无线信号的传输性能。在这一系列的过程步骤中调频和调幅起着十分关键的作用，它们的调动直接关系到电磁波信号传输的准确性和高效性，以下则是对调幅和调频的简单概述。

1.1 调幅电路的调幅含义和仿真分析

调幅（AM）是用低频调制信号然后去控制高频载波的幅度，在这中间使得振幅按照调制信号规律变化的过程。在对调幅电路仿真分析过程中，需要变容二极管调频电路、锁相环调频电路仿真分析[1]。以下则是对其仿真分析的具体概述。

1.1.1 变容二极管调频电路

变容耳机管调频仿真电路是将虚拟的示波器连接到输出端，接着按下F5键就可以启动该仿真装置，在启动之后，双击4踪示波器，就可以观察到仿真电路的输出波形[2]。

1.1.2 锁相环调频电路的仿真分析

锁相环调频电路的结构原理完全不同于变容二极管的调频结构。锁相环的调频主要是由3个重要部分组成，它们分别是鉴相器（PD）、压控振荡器（VCO）以及环路滤波器（LP）。

1.2 调频信号的原理及仿真分析

实现调频的方法主要可以划分成两个不同的层次类别及直接调频和间接调频两种类型。直接调频是利用调制信号去直接的控制振荡器的振荡频率，让调制信号按照其调制规律进行发展变化。这种方式是采用调制信号去控制载波振荡器的频率元件及参数变化[3]。设调制信号为?Ω（t）=UΩmcosΩt其载波信号则为?C（t）=Ucmcosωct，因为调频是其载波信号的瞬时角频率ω（t）随着调制信号的转变而成正比例的变化，具体则如下述公式所示：

ω（t）=ωc+K f U Ω Mcos Ωt

因此，就可得出瞬时相位φ（t）：

基于以上两个公式就可以得出调频波的表达式为

2 电磁波接收线路的实验设计

2.1 实验原理

在天线导体当中会形成感应电流进而驱动二极管发光。辐射源则可利用一些具有辐射性能的电器例如电磁炉，天线则可以利用导线圈代替。如若出现感应电流只要其达到毫安级别就可以是二极管发光[4]。

2.2 实验目的

理解电磁波的工作原理，然后借助于原理的理解，更深层次的理解电磁波的接收和感应电流产生的机理。然而，作为高中生因为已经具有了一定的物理基础，因此可以在实验中适当地给自己加大难度。

2.3 实验流程

将选用的家用电器电磁炉作为辐射源，该电磁炉的工作频率设置为20～30Hz。天线是采用导线圈代替，具体就是将网线上剥离下长度大约为3 m的导线，将其绕在笔管当中形成线圈，线圈的两端则是放在二极管的正负两级，这样一来就能形成一个闭合回路。当该线圈放置在电磁炉的中心位置时，LED就会发光，若是线圈距离电磁炉较远时二极管则不会发光。由该试验可以得知电磁炉的辐射场中间最强，越远离中心则辐射越差[5]。

2.4 实验结论及其注意事项

通过这一个简单的实验，可以看出导线圈是可以接收到电磁波的感应电流，感应电流的大小可以通过增加线圈的长度或是采用磁铁性质的感应棒而增大。即便是在实际的电磁波信号发射和接受线路中，其也需要遵循这一原理。

3 电磁波信号的接受线路及其仿真分析

通常情况下，在通信设备的接收端，其能接收到的信号其实非常的微弱，为了方便接收人员对信号的有效甄别，则应该选择出有用的频率信号进行发送，将一些无用的信号进行印制，这时候就需要放大电路。

3.1 放大电路的原理

高频小信号放大器的作用为放大通信设备中的高频小信号，也就是指放大线形范围内的信号。然后利用LC单调谐回路当做负载构成晶体管调谐放大电路。在这放大电路的过程中LC并联谐振回路担负着整个电路中选频滤波以及提供晶体管集电极所需的负载电阻的重要责任。

3.2 检波电路

依照当下调制信号的不同，检波电路可以大致分为包络检波和同步检波两大类别。包络检波是指将检波器的输出电压直接地反映输入高频调幅波包络规律的一种检波方式，这种检波方式可应用到普通的调幅波的解调当中。对DSB信号来讲，因为其包络区别于调制信号，因此可以采用同步检波方式。同步检波是一个具有三端口的网络，有两个是输入电压。其中一个是DSB信号另一个则是外加的恢复载波电压，其中载波回复电压和调制段的电压要放在一个同步的位置，因此又被称之为同步检波。

3.3 同步检波的仿真分析

因为其双边都带有调制信号的包络不能在和调制信号保持在相同的变换规律当中，因此不能采用简单的包络检波方式达到恢复信号的目的。DSB信号在解调的过程中，要采用同步检波的方式。同步检波和和调制信号的实质是一样的都需要采用频谱搬移的方式。

4 结语

综上所述，通过对电磁波信号发射与接收电路分析可以看出，随着当下新课标的更改，高中的物理课程教学已经发生了改变。因此，作为一名高中生，也应该在自己已有的物理基础上，尝试从被动的知识灌输到主动的知识吸收，进一步地提升自己的物理理论知识和技能。

参考文献

[1] 付永庆，刘伟.主动探测型时间反转电磁波聚焦[J].西安电子科技大学学报：自然科学版，2015（2）：122-126，198.

[2] 许诚，底青云，付长民，等.大功率长偶极与环状电流源电磁波响应特征对比[J].地球物理学报，2012，55（6）：2097-2104.

[3] 张东旭，白Z，谢意，等.电磁波接力传输随钻测量系统研制与应用[J].天然气工业，2014，34（2）：76-80.

[4] 侯慧娟，盛戈，孙岳，等.基于电磁波信号传播衰减模型的变电站局部放电定位方法[J].电工技术学报，2014，29（6）：326-332.

[5] 彭超，雷清泉.局部放电超高频信号时频特性与传播距离的关系[J].高电压技术，2013，39（2）：348-353.