Nguyên tắc Truyền thông bằng sóng điện từ (hay, chi tiết)

Bài viết Nguyên tắc Truyền thông bằng sóng điện từ với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Nguyên tắc Truyền thông bằng sóng điện từ.

Nguyên tắc Truyền thông bằng sóng điện từ (hay, chi tiết)

I. Mạch dao động hở. Anten.

Dụng cụ thu phát: Dùng Ăngten (là một mạch dao động LC hở)

* Nguyên tắc thu phát: Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và cộng hưởng điện

* Một mạch dao động hở LC chỉ thu và phát được sóng điện từ có chu kì và tần số bằng chu kì và tần số riêng của mạch:

II. Nguyên tắc truyền thông bằng sóng điện từ.

1. Sóng âm tần:

* Để truyền tải âm thanh đi xa phải dùng một bộ phận được gọi là Micro để biến dao động của âm thành dao động điện có cùng tần số, tần số này ứng với một sóng điện từ gọi là sóng âm tần.

2. Sóng mang

* Những sóng vô tuyến dùng để tải các thông tin gọi là các sóng mang.

* Sóng mang thường dùng là các sóng điện từ cao tần.

3. Biến điệu sóng mang

Để sóng mang truyền tải được những thông tin có tần số âm (hoặc hình ảnh), người ta tực hiện:

* Biến âm thanh (hoặc hình ảnh) muốn truyền đi thành các dao động điện từ có tần số thấp gọi là các tín hiệu âm tần (hoặc tính hiệu thị tần).

   AM: Biến điệu biên độ.

   FM: Biến điệu tần số.

* Dùng mạch biến điệu để “trộn” sóng âm tần với sóng mang. Việc làm này được gọi là biến điệu sóng điện từ. Sóng mang đã được biến điệu sẽ truyền từ đài phát đến máy thu.

* Qua anten phát, sóng điện từ cao tần đã biến điệu được truyền đi trong không gian.

4. Tách sóng

   Ở nơi thu phải dùng mạch tách sóng để tách sóng âm tần (hoặc sóng tín hiệu) ra khỏi sóng cao tần để đưa ra loa (hoặc màn hình hiển thị).

5. Khuếch đại

   Để tăng cường độ của sóng truyền đi và tăng cường độ của tín hiệu thu được người ta dùng các mạch khuếch đại.

6. Sơ đồ khối của một máy phát thanh và máy thu thanh vô tuyến đơn giản

(1): Micrô: Tạo ra dao động điện từ âm tần. (2): Mạch phát sóng điện từ cao tần: Phát sóng điện từ có tần số cao (cỡ MHz). (3): Mạch biến điệu: Trộn dao động điện từ cao tần với dao động điện từ âm tần. (4): Mạch khuyếch đại: Khuyếch đại dao động điện từ cao tần đã được biến điệu. (5): Ăng-ten phát: Tạo ra điện từ trường cao tần lan truyền trong không gian	(1): Anten thu: Thu sóng điện từ cao tần biến điệu. (2): Mạch khuyếch đại dao động điện từ cao tần: khuyếch đại dao động điện từ cao tần từ anten gởi tới. (3): Mạch tách sóng: tách dao động điện từ âm tần ra khỏi dao động điện từ cao tần. (4): Mạch khuyếch đại dao động điện từ âm tần: Khuyếch đại dao động điện từ âm tần từ mạch tách sóng gởi đến. (5): Loa: Biến dao động điện thành dao động âm.

III. Sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển.

1. Sóng vô tuyến là các sóng điện từ dùng trong vô tuyến. Chúng có bước sóng từ vài m đến vài km.

+ Giống như các sóng điện từ khác, chúng truyền với vận tốc ánh sáng. Sóng vô tuyến xuất hiện tự nhiên do sét, hoặc bởi các đối tượng thiên văn. Sóng vô tuyến do con người tạo nên dùng cho radar, phát thanh, liên lạc vô tuyến di động và cố định và các hệ thống dẫn đường khác. Thông tin vệ tinh, các mạng máy tính và vô số các ứng dụng khác. Các tần số khác nhau của sóng vô tuyến có đặc tính truyền lan khác nhau trong khí quyển Trái Đất.

+ Theo bước sóng, người ta chia sóng vô tuyến thành các loại: sóng cực ngắn, sóng ngắn, sóng trung và sóng dài.

Sóng cực ngắn	Sóng ngắn	Sóng trung	Sóng dài
λ = vài cm - 10m f = 30MHz - 106MHz	λ = 10m - 100m f = 3MHz - 30MHz	λ = 100m - 1000m f = 0,3MHz - 3MHz	λ = 1km – vài chục km f = 3kHz – 0,3MHz

* Tầng điện li là lớp khí quyển bị ion hóa mạnh bởi ánh sáng Mặt Trời và nằm trong khoảng độ cao từ 80 km đếm 800 km, có ảnh hưởng rất lớn đến sự truyền sóng vô tuyến điện.

* Các phân tử không khí trong khí quyển hấp thụ rất mạnh các sóng dài, sóng trung và sóng cực ngắn nhưng ít hấp thụ các vùng sóng ngắn. Các sóng ngắn phản xạ tốt trên tầng điện li và mặt đất.

* Sóng dài: có năng lượng thấp, bị các vật trên mặt đất hấp thụ mạnh nhưng nước lại hấp thụ ít, do đó sóng dài và cực dài được dùng trong thông tin liên lạc dưới nước (VD: liên lạc giữa các tàu ngầm,...). Tuy nhiên, chúng bị yếu đi rất nhanh khi đi ra xa khỏi nguồn phát, vì vậy nguồn phát phải có công suất lớn.

* Sóng trung: Ban ngày bị hấp thụ mạnh nên không truyền đi xa. Ban đêm sóng ít bị hấp thụ, phản xạ tốt ở tầng điện li nên sóng có thể truyền đi xa. Sóng trung được dùng trong vô tuyến truyền thanh (thường sử dụng chỉ trong phạm vi một quốc gia). Tuy nhiên, về ban ngày thì ta chỉ bắt được các đài ở gần, còn về ban đêm sẽ bắt được các đài ở xa hơn (ban đêm nghe đài sóng trung rõ hơn ban ngày).

* Sóng ngắn: có năng lượng lớn, bị phản xạ nhiều lần giữa tầng điện ly và mặt đất. Do đó một đài phát sóng ngắn có công suất lớn có thể truyền sóng tới mọi điểm trên Trái Đất. Sóng ngắn thường được dùng trong liên lạc vô tuyến hàng hải và hàng không, các đài phát thanh,...

* Sóng cực ngắn: không bị tầng điện li hấp thụ hay phản xạ, nó xuyên qua tầng điện li vào vũ trụ. Sóng cực ngắn thường được dùng trong việc điều khiển bằng vô tuyến, trong vô tuyến truyền hình, trong thông tin vũ trụ,...

* Chú ý: Vô tuyến truyền hình dùng các sóng cực ngắn, không truyền được xa trên mặt đất, không bị tầng điện li hấp thụ hay phản xạ, nó xuyên qua tầng điện li. Muốn truyền hình đi xa, người ta phải đặt các đài tiếp sóng trung gian, hoặc dùng vệ tinh nhân tạo để thu rồi phát trở về Trái Đất.

2. Liên lạc vô tuyến.

+ Để thu được tín hiệu vô tuyến, ví dụ như từ các đài vô tuyến AM/FM, cần một anten vô tuyến. Tuy nhiên, anten sẽ nhận được hàng ngàn tín hiệu vô tuyến tại một thời điểm, một bộ dò sóng vô tuyến là cần thiết để điều chỉnh tới một tần số cụ thể (hay dải tần số). Điều này được thực hiện thông qua một khung cộng hưởng (đây là một mạch với tụ điện và cuộn cảm).

+ Khung cộng hưởng được thiết kế để cộng hưởng với một tần số cụ thể (hay băng tần), do đó khuếch đại sóng sin ở tần số vô tuyến cần thu, trong khi bỏ qua các sóng sin khác. Thông thường, hoặc điện cảm hoặc tụ điện sẽ được điều chỉnh, cho phép người dùng thay đổi tần số muốn thu.

IV. Bài tập bổ sung

Bài 1: Đối với mạch dao động kín thì

A. điện trường biến thiên tập trung chủ yếu trong tụ điện và từ trường biến thiên chủ yếu tập trung ở cuộn dây.

B. sóng điện từ phát ra bên ngoài rất mạnh.

C. không hình thành sóng điện từ.

D. các dao động điện hầu như không thực hiện được.

Bài 2: So với mạch dao động kín thì lợi thế của mạch dao động hở là:

A. Có thể tập trung được năng lượng điện từ lớn hơn nhiều.

B. Có thế bức xạ sóng điện từ.

C. Có thể tách rời điện trường và từ trường ra khỏi nhau một cách dễ dàng.

D. Có thể bức xạ các điện tích ra không gian xung quanh..

Bài 3: Khả năng phát sóng điện từ của một mạch dao động lớn nhất khi:

A. Điện dung của tụ điện rất lớn.

B. Độ tự cảm của cuộn dây rất lớn.

C. Tụ điện và cuộn dây được bố trí rất gần nhau.

D. Hai bản của tụ điện bố trí lệch nhau 180⁰.

Bài 4: Quá trình biến điệu dao động cao tần ở máy phát vô tuyến điện thực chất là:

A. Quá trình dung các dao động của thong tin cần truyền để làm biến đổi một cách tương ứng biên độ, tần số hoặc pha của dao động cao tần do máy phát ra.

B. Quá trình biến đổi các dao động của thông tin cần truyền thành các dao động cao tần.

C. Quá trình hòa trộn các dao động của thông tin cần truyền vào dao động cao tần.

D. Quá trình thay đổi tần số từ thấp lên cao của các dao động của thong tin cần truyền đi.

Bài 5: Chọn câu đúng:

A. Mạch dao động kín là mạch mà các điện tích không dao động.

B. Trong mạch dao động kín, điện trường và từ trường tách rời hẳn nhau nên không có sóng điện từ.

C. Sự bức xạ sóng điện từ cành tốt nếu mạch dao động càng hở.

D. Mọi mạch dao động hở đều được gọi là anten.

Bài 6: Muốn cho dao động điện từ tạo ra bởi máy phát dao động có thể bức xạ ra không gian dưới dạng sóng điện từ thì cần phải:

A. Liên kết một anten với cuộn cảm trong mạch dao động của máy phát dao động.

B. Bố trí mạch dao động của máy phát như một anten.

C. Cho máy phát hoạt động với công suất rất lớn.

D. Cung cấp nhiều điện tích trong mạch dao động của máy phát.

Bài 7: Để máy thu nhận được sóng điện từ của đài phát thì:

A. Cuộn cảm của anten thu phải có độ tự cảm rất lớn.

B. Máy thu phải có công suất rất lớn.

C. Anten thu phải đặt rất cao.

D. Cuộn cảm của mạch dao động của máy thu phải lien kết cảm ứng được với cuộn cảm của anten thu.

Bài 8: Muốn cho dao động điện từ xuất hiện trong mạch dao động của máy thu có biên độ cực đại thì người ta phải điều chỉnh sao cho:

A. Tần số riêng của mạch dao động có tần số rất lớn.

B. Tần số riêng của mạch dao động bằng tần số của sóng điện từ cần thu.

C. Anten thu được sóng điện từ với biên độ rất lớn.

D. Mạch dao động của máy thu có tác dụng như một anten.

Bài 9: Ở các máy vô tuyến điện, người ta phải tạo ra các dao động điện từ cao tần. Việc làm này có mục đích là làm cho sóng điện từ:

A. Dễ bức xạ ra khỏi mạch dao động.

B. Có thể truyền được đi xa.

C. Có biên độ lớn hơn.

D. Dễ bức xạ ra khỏi anten hơn.

Bài 10: Biến điệu biên độ của dao động cao tần là làm cho:

A. Biên độ dao động của thông tin cần truyền đi bằng biên độ của dao động cao tần.

B. Biên độ dao động của thông tin cần truyền đi tăng lên đến giá trị cực đại.

C. Biên độ của dao động cao tần đạt giá trị lớn nhất.

D. Biên độ của dao động cao tần biến thiên theo quy luật biến thiên của tín hiệu cần truyền đi.

Xem thêm Tóm tắt lý thuyết Vật Lí lớp 12 ngắn gọn, chi tiết khác:

• Lý thuyết Dao động điện từ là gì, ngắn gọn, chi tiết, đầy đủ
• Lý thuyết Điện từ trường là gì, ngắn gọn, chi tiết, đầy đủ
• Lý thuyết Sóng điện từ là gì, ngắn gọn, chi tiết, đầy đủ

---