有沒有人好奇過,爭片里的這個電報,究竟是怎么進行通訊的?
我的問題是,不需要電源,不需要電線,直接“滴滴滴”就把信息傳遞出去了。“滴滴滴”是摩爾斯電碼,電源可以用手搖發(fā)電機解決,那無線傳輸依靠的是什么呢?
一般來說,一套無線電報設(shè)備上面會有,發(fā)射器、天線、電源、接收器這四大模塊,如果想要實現(xiàn)更遠的通信,還會有一個功率放大器,像這套94型6無線電設(shè)備一樣,這里暫且先不談。
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發(fā)射器部分,除了用來按摩爾斯電碼的電鍵,剩下的就是振蕩器和調(diào)制器。
首先,振蕩器會通過電流在電感線圈和電容器之間反復(fù)轉(zhuǎn)換,產(chǎn)生一個穩(wěn)定的正弦波信號。
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具體是這樣的,這是開關(guān),這是電容,這是電感,因為電容和電感都是儲能器件,它們不消耗能量。所以假如我們閉合開關(guān),電容就會放電,轉(zhuǎn)換為電感的電磁能,電容上的電壓曲線就是這樣的(1);然后電感又會把電磁能反向給電容充滿電,因為是反向充電,所以充電波形是這樣的(2);隨后電容又會給電感反向放電,放電波形又會上去(3);最后電感又會把能量釋放給電容,因為是正向的了,所以它的波形是這樣的(4)。
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這就是一個周期的充放電。所以,如果開關(guān)一直閉合,就會形成這樣的一個高頻載波信號。
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然后呢,有了高頻信號之后,我們就需要用到調(diào)制器,把想要表達的信息,加載到振蕩器產(chǎn)生的載波上。我們較常使用的調(diào)制方式是AM和FM。簡單來說,AM就是幅度調(diào)制,比如說,我們要把這段信號,加載到這個高頻信號上,那它就會通過改變波形的幅度,讓幅度隨著要被傳輸?shù)牟ㄐ巫兓兓兂蛇@個樣子。
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無線電報用的就是這個方式。順便一提,如果是用FM調(diào)制,那么這段信號的頻率就會變成這樣。
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想要傳輸?shù)男盘枩蕚浜昧耍酉聛砭托枰锰炀€,把這段信號輻射出去,形成電磁波。說起來比較復(fù)雜。
假設(shè)這是一個乖巧的正電荷,
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因為一些原因,導(dǎo)致這個電荷開始加速運動,并且越來越快,直到接近無限光速。而電荷呢,本身是自帶電場的,
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我們假設(shè)電場是這個樣子,這里有一個問題就是,電荷運動了,但是它動得實在是太快了,導(dǎo)致這個電荷遠處的電場來不及反應(yīng),就會變成這樣。
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因為電場不會斷掉,所以這個“折痕”會一直存在,并且也以光速向外移動,所以如果不加以引導(dǎo),讓這個“折痕”進到別的電路或設(shè)備里,就會干擾它們的正常工作,產(chǎn)生電磁干擾。
所以我們需要這樣,將一個正電荷一個負電荷,間隔一定距離放置,這個排列叫做“偶極子排列”,
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這時候它的電場是這樣的。如果讓它們上下交替運動,就會由于“折痕”的原因,形成這樣的一個波。
放到天線上,我們就可以用一個中心彎曲的導(dǎo)電棒,從中間對它施加電壓信號,來控制兩端的正負極。當(dāng)電壓隨時間變化而變化,正電荷和負電荷就會來回穿梭,波就傳播出去了。
當(dāng)然,這個過程是可逆的,也就是說,天線還可以用來接收信號。
當(dāng)空氣中有電磁波撞擊到天線的一端時,電磁波中的電場和磁場就會作用于這邊的天線,導(dǎo)致天線中的電荷振蕩并形成感應(yīng)電流,就會出現(xiàn)這樣的畫面。
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順便一提的是,電磁波的頻率和天線的長度,決定了天線中電流和電壓的分布,所以天線的長度也是有講究的,一般共振狀態(tài)下天線的接收效率最高。
接收到的電磁波會經(jīng)過二極管等非線性元件,將高頻載波信號解調(diào)成低頻的音頻信號,就是這一步的反轉(zhuǎn),
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然后經(jīng)過音頻放大器,摩爾斯電碼的“點”和“劃”音調(diào),就會出現(xiàn)在耳機里了。
這就是無線電報運作的秘密。
這里是球村冷知識,感謝支持,我們下期再見。
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