缩写是什么RF表格形式,参考与无线电相关的电子产品?
“ RF”的意思是无线电频率,意味着交流电流(AC)的频率远大于交流电源或音频电路中遇到的频率。
要求您的学生列出他们最喜欢的广播电台的频率,以某些广播频率的示例。向他们展示一个典型的台式信号发生器(非RF),以比较频率范围,他们应该开始理解该概念。
在这一点上,我们知道,任何由电感(L)和电容(C)组成的电路均能够共鸣:如果以正确的频率“激发”,达到大量的交流电压和电流值。所谓的坦克电路是最简单的例子:
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少反抗(R)这样的电路具有越来越多的共鸣能力。
我们还知道,任何电线都包含沿其长度分布的电感和电容。这些属性不一定是有意的 - 无论我们是否希望它们存在:它们存在:
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鉴于连续金属电线的电阻通常很低,请描述这些自然的电感和电容的自然特性,意味着该线的功能是电气元件。
一根电线既包含电感和电容,这一事实意味着它具有像任何坦克电路一样能够引起共鸣的能力!
后续问题:定性估计您假设电线会引起共鸣的频率。你认为fr将是一个非常低的价值(数十个赫兹),价值很高(数千,数百万赫兹)或介于两者之间的地方?请记住,共振频率的方程式:
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如果您的学生很难知道从哪里开始从后续问题开始,请他们定性地估算分布式的L和C,例如10英尺长。鉴于缺乏任何高渗透性的核心材料,并且缺乏任何高渗透性介电性(Just Air),两者的答案都应该“很小”。然后,再次询问他们将如何定性地评估电线的共振频率。
这里显示的是一个简单的四分之一波天线由一条从RF电压源的一个端子垂直投射的一线线组成,另一个端子连接到地面:
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重新绘制此例证,显示该天线所表现出的等效电感和电容。使用实际电感器和电容器符号显示这些属性。
这里显示的是一个简单的偶极子天线由从RF电压源的端子投射的两条相等长的电线组成:
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重新绘制此例证,显示该天线所表现出的等效电感和电容。使用实际电感器和电容器符号显示这些属性。
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后续问题:您期望该天线的电感和电容与其物理长度有关?换句话说,随着您增加天线的长度,其电感会增加还是减小?随着长度的增加,其电容会增加还是减小?解释您的推理。
如果您的一些学生既有电感和电容,否则您的某些学生是否能够产生共鸣,请不要感到惊讶。实际上,这是这个问题的颠覆性点:让学生意识到即使是简单的电线也可能被视为共振系统,然后引发关于共鸣发生的事情的问题!后续问题表明,通过询问L和C的长度变化,物理大小和共振频率之间存在关系。beplay体育下载不了与您的学生一起探索这些想法,并观察他们根据对液晶谐振电路的了解,对天线如何工作。
一位名叫James Clerk Maxwell的苏格兰物理学家在19世纪做出了惊人的理论预测,他用这两个方程式表达了这一点:
\(\ ointe。dl= - \ frac {d \ phi b} {dt} \)
\(\ oint b \。
第一个方程式指出电场(e)将在开放空间中通过变化的磁通量\(\ frac {d \ phi b} {dt} \)产生。第二个方程式比磁场(b)将通过电流(i)或不断变化的电通量在开放空间中生产(((dφ)e)/dt])。麦克斯韦(Maxwell)认为,鉴于这种互补关系,不断变化的电场可能会创建一个变化的磁场,然后创建另一个变化的电场,依此类推。这种因果周期可能会持续到无限量,而快速变化的电场和磁场将辐射到开放空间而无需电线来携带或引导它们。换句话说,互补领域在旅行时会自我维持。
解释麦克斯韦预测的重要性,尤其是与电子产品有关。
詹姆斯·克莱克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)预测的是电磁波,我们通常称为最低频率类型无线电波。
后续问题:命名首先实验证实麦克斯韦对电磁波的预测的科学家命名。
这个问题不仅将无线电波的概念与您的学生应该已经熟悉的概念(电场和磁场)联系起来,而且还引入了一段惊人的科学历史。该无线电波是在数学上首先被预测的,而不是通过实验意外发现的,这既令人惊讶又具有启发性。
您可能会发现,一个或多个更聪明的学生注意到麦克斯韦的预测将一种类型的领域的变化与另一个类型的静态幅度有关(即b)/dt]和b ∝(Dφe)/dt]),这使得很难看到一个变化的字段如何创建另一个领域更改场地。如果有人问这个问题,请向他们指出,有一组类似的数学功能,彼此相互关联,它们是:
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看起来任何熟悉的东西(省略μ0我从第二个方程式中获得术语)?
由于我们知道电通量与几何形状与电场有关(φe=∫e·dA)和磁通量也与几何形状有关(φ)b=∫b·dA),我们可以写下以下比例:
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现在事物看起来类似于正弦/余弦衍生物的关系吗?因此,如果电通量φe振荡为正弦波,磁通量φb将振荡为余弦波,依此类推。
1887年,一位名叫海因里希·赫兹(Heinrich Hertz)的德国物理学家成功证明了存在电磁波。检查以下对他所做的设备的示意图,并解释赫兹的发现与您对电子学的研究有什么意义:
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赫兹(Hertz)的实验证明了詹姆斯·克莱克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)的理论发现,他在几年之前结束了垂直于彼此的电气和磁场组成的“电磁波”,必须能够通过空空间辐射。这是无线电通信的基础:生成这些电磁波,目的是在没有电线的长距离内通信信息。
这样的实验并不难设置。确保提供针对电击的适当安全预防措施,因为这种火花隙隙发射器(被称为)需要高度高电压才能操作。
鉴于詹姆斯·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)的电磁预测波浪由于在开放空间中变化的电场和磁场的自我维护产生,您认为我们需要在电路范围内以频率振荡的电磁波创建什么样的设备或收集的设备?换句话说,我们会附着什么样的组件来辐射这些波?
理想情况下,您将需要一种在空间中同时产生电场和磁场的设备:具有无电性和电感的东西以非屏蔽形式具有,电场和磁场将向空间开放。换句话说,您将需要一个天线。
这个问题的目的是将沿着普通电线的分布电容和电感的概念与电磁波的本质(振荡电场和磁场)联系起来。如果学生建议使用电容器和电感器,则它们非常接近标记。不幸的是,这些设备通常被设计为包含各自的字段防止辐射到太空。在这里,我们想要辐射到设备的字段,因此我们使用开放式电线(或一条敞开的电线)。
尽管理想情况下,无线电发射机天线仅具有电感和电容(无电阻),但实际上它们被发现非常耗散。换句话说,它们倾向于像电阻它们连接到发射机。解释为什么这是。消散的能量以什么形式表现出来(热,光或其他东西)?
理想情况下,以电磁辐射的形式输入到天线叶的能量输入。
尽管学生可能有一些将“耗散”的概念与电阻相关联,但这并不完全正确。“耗散”所含义的就是能量的扩散。也就是说,能量留出电路而不回来。使用电阻,这是以热的形式发生的,但这不是唯一的耗散!在电动机中,大多数能量以机械能的形式消散工作(当然还有一些热量)。灯泡以光的形式消散能量,而不仅仅是热量。
如果暴露于高强度的声音,可能会破碎水晶杯。如果声音在频率如此之频的情况下,则需要少量即可共鸣带有酒杯的固有频率。也就是说,如果声波以杯状的谐振频率发射,则能量将最大传递到杯状。
这种现象与无线电波的接收有何关系,因为我们知道无线电天线有效地充当谐振LC(电感/电容)网络?
如果无线电天线大小(调谐)到所需无线电波的确切频率,则将最有效地接收电磁能。
被声波粉碎的杯状的类比有助于学生轻松地识别出一个抽象的概念:接受电磁通过天线的波浪。要求您的学生将频率的匹配与无线电波的传输以及接收的接收联系起来。
无线电波由振荡的电场和磁场组成,它们从(几乎)光速辐射出高频AC来源。无线电波的一个重要度量是波长,定义为波浪在一个完整周期中行驶的距离。
假设无线电发射器以950 kHz的固定频率运行。计算从发射器塔,仪表的度量距离单位中发出的无线电波的近似波长(λ)。另外,编写用于求解λ的方程式。
λ≈316米
我会让您自己找到方程式!
我故意省略光的速度以及时间/距离/速度方程式,以便学生必须进行一些简单的研究来计算此值。这些概念都不是高中级的科学专业的学生,并且对于大学一级的学生来说,根本不应该构成困难。
无线电天线既具有寄生电容,也具有分布的电感,沿其整个长度分布:
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理想情况下,天线仅有的表现出这些电特性,没有电阻。这暗示了天线的电气行为,特别是与您熟悉的其他LC电路的行为相比?
无线电天线具有共振频率,就像LC电路一样。
后续问题:哪种物理变量决定天线的谐振频率?
对于学生而言,重要的是能够将新信息与他们已经理解的信息联系起来。通过将天线比作LC(谐振)电路,学生应该能够预测有关天线行为的信息,以及为什么将天线与传输频率匹配至关重要。
在无线电发射器上进行测试时,通常必须这样做,而无需通过天线播放信号。在这种情况下,等效电阻连接到发射器的输出,而不是实际的天线。如果正确选择,电阻器从发射器的角度“看起来”与天线相同。
解释这是如何实现的,因为实际触角的构建是尽可能少的阻力。怎么能电阻充分替代天线,在结构或目的中,它不像电阻吗?
尽管天线几乎没有实际的电阻,但它确实会辐射到空间中,就像电阻器以热的形式消散能量一样。唯一的显着差异是,天线的辐射是电磁波的形式,其频率与发射器输出相同。
询问您的学生,他们认为电阻器需要满足哪些标准才能正确用作“虚拟”天线。讨论阻抗,Q因子,功率等级等。
假设发射器“载体”频率为105.3 MHz:计算“半波”天线的理论长度:
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另外,考虑“终端效应”的实用天线长度,这使天线的长度电长与它的略有不同身体长度(假设K系数为0.95)。
\(\ frac \ lambda {2} \)理论= 1.425米
\(\ frac \ lambda {2} \)实际的= 1.353米
在这里,学生必须了解天线长度和工作频率之间的数学关系,无论是理论上还是实用。