資源簡介

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19.2 廣播電視與通信
第十九章 電磁波與信息時代
引入新課
電磁波應用廣泛，其中無線電波在廣播、電視與通信工程中的應用，不僅改變了人類的生活方式，而且提高了人們的生活質量；那么廣播電視節目中的聲音信號和圖像信號是怎樣借助電磁波傳遞的呢？
科技與生活
電的發現和使用，使通信方式進入了電話和電報時代；電磁波的發現和使用，使通信方式進入了無線通信時代；光導纖維的使用，使通信方式進入了信息容量大、通信質量高的光纖時代。
知識點
無線電廣播、電視信號的發射和接收
知1－講
1
無線電廣播 電視
信號的發射 1. 發射裝置：廣播塔
2. 發射過程：
(1) 話筒——將聲音信號轉換成電信號, 即音頻信號，但音頻信號不能直接用來發射電磁波；
(2) 調制器——載波發生器可以產生高頻電流，通過調制器把音頻
信號和高頻電流合成調制信號，送入發射機進行功率放大；
(3) 天線——通過天線將載有音頻信號的電磁波發射出去 1. 發射裝置：電視塔
2. 發射過程：
(1) 攝像機——用攝像機在演播室里拍攝畫面和錄音，用感光器件將光信號轉換成電信號，輸出視頻信號；用話筒將聲音信號轉換成電信號，輸出音頻信號；
(2) 發射機——載波發生器產生高頻電流，通過調制器將視頻信號、音頻信號和高頻電流合成調制信號，再送到發射機進行功率放大；
(3) 天線——通過天線將載有圖像和聲音信號的電磁波發射出去
知1－講
無線電廣播 電視
信號的接收 1. 接收裝置：收音機
2. 接收過程：
(1) 天線——利用天線接收各種各
樣的電磁波；
(2)調諧器——利用收音機調諧器，
把需要的某一頻率的電磁波選出
來，俗稱選臺；
(3) 解調——濾去高頻電流成分，留下音頻信號，放大后送到揚聲器；
(4) 揚聲器——揚聲器把電信號轉換成聲音信號，聽眾就可以聽到節目了 1. 接收裝置：電視機
2. 接收過程：
(1) 天線——利用天線接收包含聲音和圖像信息的高頻信號，即許多電視臺的電磁波；
(2) 調諧——由調諧器從中選擇某一個電視臺的信號；
(3) 解調——經過調諧器取出視頻信號和音頻信號分別放大；
(4) 電視機——由顯示屏還原成圖像，由揚聲器放出聲音
知1－講
無線電廣播 電視
發射
和接
收過
程示
意圖
知1－講
注意：
(1)收音機的中波(MW)波段的頻率范圍是100~1 500 kHz，相應的波長范圍是3 000~200 m; 短波(SW) 波段的頻率范圍是6~30 MHz，相應的波長范圍是50~10 m。
(2)我國的電視頻道劃分是：1~12 頻道， 頻率范圍是52.5 ～219 MHz，波長范圍是5.71~1.37 m；13~48 頻道，頻率范圍是474~794 MHz，波長范圍是0.633~0.378 m。
知1－講
知識拓展
調幅：使高頻電流或電壓的振幅隨信號改變的調制方式叫調幅，調幅廣播一般是用中波和短波波段。
調頻：使高頻電流或電壓的頻率隨信號改變的調制方式叫調頻，調頻廣播通常使用微波中甚高頻(VHF)和超高頻(UHF) 波段。
知1－講
知1－講
延伸拓展
顯像管電視和液晶電視的顯示原理：
顯像管電視：通過行場掃描電路將調制到顯像管陰極的模擬視頻信號以電子流的方式轟擊熒光屏，熒光屏發出對應亮度、顏色的光點形成圖像。
液晶電視：通過AD轉換將模擬視頻信號轉換為數字信號，處理后再轉換為模擬信號去控制液晶分子的扭角，而扭角的大小決定了通過液晶分子的光線強度，從而在液晶屏上顯示出圖像。
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思想方法
運用對比法認識調制器和調諧器的作用：
名稱 調制器 調諧器
位置 用于無線電發射裝置 用于無線電接收裝置
作用 將低頻的聲音信號與高頻電流疊加在一起 從各種頻率的電磁波中選出帶有聲音信號的特定頻率的信號
知1－講
例 1
賈波特同學對如圖所示的三水荷花世界電視錄制和播放過程解釋正確的是( )
A. 攝像機是把電信號轉化為光信號
B. 話筒是把電能轉化為聲能
C. 揚聲器是把聲信號轉化為電信號
D. 發射機發射電磁波把信號傳給接收機
D
知1－講
思路導引：攝像機把光信號轉化為電信號；話筒把聲能轉化為電能；揚聲器是把電信號轉化為聲信號；發射機發射電磁波把信號傳給接收機。
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①廣播和電視信號發射和接收的對比
首先通過了解廣播電視信號的發射、傳播和接收過程中各部分的作用。然后通過對比，找出電視與廣播的共同點和不同之處，來分析電視節目發射與接收的有關問題。
基本相同點是將信號電流加載在高頻電流上，通過高頻電磁波由發射天線將信號發射出去；不同之處是電視臺多了圖像處理裝置，電視機比收音機多了顯示圖像的裝置。
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知識點
衛星通信
2
含義 通信衛星收集來自地面的各種“信件”，然后再“投遞”到另一個地方的用戶手里
系統組成 衛星通信系統是由同步衛星、地面中繼站、地面通信控制中心以及地面傳輸系統組成
工作原理 同步衛星能夠將從某一個地面中繼站接收到的微波信號經過處理后，再發送到其他的地面中繼站。中繼站可將接收到的信號轉送到通信控制中心，進而輸送到通信終端，從而使用戶實現信息互聯
優點 衛星通信具有覆蓋面大、通信距離長、不受環境限制等許多優點
應用 衛星通信應用于電視廣播、移動通信和衛星定位系統中
大致沿直線傳播
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全球衛星定位系統就是衛星通信的實際應用，它在為船舶、飛機導航及城市交通管理等方面，將發揮越來越重要的作用。
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學會提問
同步衛星：所謂同步衛星，就是指環繞地球轉動，且周期跟地球自轉的周期相同的衛星。它相對地球靜止，圍繞地球轉動一周的時間，恰好為23時56分4秒。若在地球赤道上方距地面某一高度的圓周上，均勻分布三顆同步通信衛星，而且每顆衛星之間都相隔120度左右，就幾乎能使通信范圍覆蓋地球上的各個角落，實現除兩極外的全球通信。
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例2
光導纖維的主要用途是用來傳遞信息，進行通信，把要傳輸的信息變成光信號在光纖中傳播，如圖所示，那么光在光纖中的傳播方式( )
A. 沿著光纖的中軸線直線傳播
B. 沿著光纖的外壁多次折射傳播
C. 沿著光纖的內壁多次反射傳播
D. 沿著光纖螺旋式曲線傳播
C
知2－講
思路導引：光從光纖的一端進入，經多次全反射后，從另一端射出；發生全反射的部位是線芯與包層的交界處。
知2－講
②光纖通信中激光的傳播過程
(1)光從一端進入光導纖維后，首先沿直線傳播。
(2)當傳播到線芯與包層的交界處(內壁)A時，發生全反射；當反射光再次碰到線芯與包層交界處B時，再發生全反射。
(3) 最終從光導纖維的另一端傳播出來。
知3－講
知識點
光纖通信
3
1. 定義：光纖通信是利用激光通過光纖傳遞信號的一種通信方式。
2. 光纖傳輸原理：光纖是一種比頭發還細的玻璃纖維，它由線芯和包層組成。當光信號從光纖的一端進入線芯后，在線芯與包層的交界面上反復發生全反射，于是光信號便在線芯中幾乎無損失地向前迅速傳播。
入射光線在介質分界面上被全部反射的現象叫做光的全反射。
知3－講
知3－講
3. 光纖通信過程：在發射端利用電光變換技術把電信號加載到激光上，轉變為光信號，讓光波在光導纖維中通過，在接收端再把光信號轉變為電信號，從而實現信息的傳遞。
4. 優點：激光信號在光纖中傳輸損耗小，距離長。光纖通信容量極大，不怕雷擊，不受電磁干擾，通信質量高，而且保密性好。
5. 用途：長途電話、有線電視、電視會議、互聯網等。
知3－講
難點突破：模擬通信和數字通信。
模擬通信 數字通信
調制方式 將聲音和圖像信號轉換成電信號，加載到無線電波上發送出去 將聲音和圖像信號轉換為數字信號傳輸出去
特點 信號是連續的，直觀且容易實現，但保密性差，抗干擾能力弱 信號是不連續的，傳輸率高，失真小，易于加密，抗干擾能力強，但占用頻帶較寬，技術要求復雜
知3－講
知識拓展
“光纖之父”
知3－講
為了使通信系統傳輸的信息量更多，華裔科學家高錕提出了大膽設想：利用玻璃清澈、透明的性質，使用光來傳送信號。
對這個設想，許多人都認為匪夷所思，甚至認為高錕神經有問題。高錕的信心并沒有絲毫動搖。最終他發明了石英玻璃，制造出世界上第一根光導纖維，使科學界大為震驚。高錕的發明使信息高速公路在全球迅猛發展，他因此被冠以“光纖之父”的稱號。
知3－講
[遵化模擬] 關于衛星通信和光纖通信，下列說法中錯誤的是( )
A. 微波大致沿直線傳播，不能沿地球表面繞射，因此需要建立微波中繼站
B. 我們可以把月亮作為一個微波中繼站
C. 衛星通信只需要3 顆同步衛星就可以實現全球通信
D. 光纖通信是靠激光在光纜中傳播進行信息傳遞的
例 3
B
知3－講
思路導引：微波大致沿直線傳播，不能沿地球表面繞射，因此需要建立微波中繼站，但是不能把月亮作為中繼站，因為月亮繞地球轉動；應該用和地球同步的衛星作為微波中繼站，在地球周圍均勻地分配三顆同步衛星就能實現全球通信；光纖通信是靠激光在光纜中傳播進行信息傳遞的。故A、C、D 正確，B 錯誤。
知3－講
③衛星通信與光纖通信的對比分析
(1)衛星通信信號覆蓋范圍廣，在地球周圍均勻地放置三顆同步通信衛星，就可以覆蓋幾乎全部的地球表面，實現全球通信。
(2)光纖通信中攜帶信息的光，從光導纖維的一端射入，在內壁上多次發生全反射，再從另一端射出，這樣就把光攜帶的信息傳到了遠方。
(3)光纖通信具有抗干擾能力強，信號衰減小，傳遞的信息量大，保密性好，通信質量高等優點。
知4－講
知識點
無線電通信、衛星通信、光纖通信比較
4
無線電通信 衛星通信 光纖通信
傳輸載體和傳輸通道 以無線電波為信息載體 以微波為信息載體 以激光為信息載體，利用光纖為信息通道
信息的容量 容量小 容量大 容量大
傳輸信息的質量 抗干擾能力弱，信號衰減大 抗干擾能力強，傳輸距離遠，通信可靠 抗干擾能力強，信號衰減小
信息的處理方式 信息——電信號——無線電波—— 電信號——信息 信息——電信號——微波——中繼站傳輸——微波——電信號——信息 信息——電信號——光信號——電信號——信息
知4－講
方法指導
歸納法：從大量的現象中找出共同點，從而歸納總結出相關規律，方便理解和記憶。
本節應用：無論是無線電廣播和電視，還是現代通信中的衛星通信、光纖通信，它們的大致過程大同小異：都必須經歷將光和聲的信號轉換成電信號，然后再將電信號加載到電磁波上，發射或傳遞出去，最后由接收系統將相關電信號取出來，加以放大和還原三個過程。
知4－講
如圖所示的信息傳遞方式中，利用數字信號進行的是( )
A. ② B. ③ C. ②③④ D. ①②③④
D
例4
知4－講
思路導引：由數字信號的定義可知：烽火、旗語、發電報、打現代的電話都是利用數字信號進行的。
知4－講
④運用對比法認識模擬信號和數字信號
模擬信號 數字信號
信號與聲音的關系 與聲音的變化情況相仿 用不同符號的不同組合表示聲音的變化
信號電流的形式 連續的 離散的
優缺點 信號易丟失、失真 抗干擾能力強，易加工處理
應用 傳統電話 電報
廣播電視與通信
信號的發射與接收
廣播
電視
衛星
衛星
廣播電視與通信
廣播、電視和現代通信的異同點：它們都是利用
電磁波傳遞信息的，它們都經歷信息的加載、信息的
傳播和信息的接收三個過程。所不同的是廣播和電視
用的是無線電波傳遞信號，現代通信有衛星通信和光
纖通信，其中衛星通信通常用微波傳遞信號，光纖通
信用激光傳遞信號，它們在技術與設備要求上不同。

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