相同的无线电信号如何被 100 多个接收器接收而没有任何损失?

电器工程 力量 射频 沟通 收音机
2022-01-30 12:51:55

在供电方面,连接到电网的每个房屋都会消耗一定的电量,从而使其余房屋消耗的电量更少。

与此类似,当电台广播无线电信号并且接收器接收到它时,它是否会降低广播信号的功率?或者换句话说,随着越来越多的接收器接收信号,信号是否会变弱?1000 台接收器如何接收相同的无线电信号?

4个回答

...没有任何损失...

首先,物理学说一定有一些损失,因为能量是在天线处接收到的,并且可以被接收器消耗掉。

...被100个接收者接收...

因为典型的接收天线接收到的电量与传输的电量相比是微不足道的。

让我们考虑一个非典型的业余无线电交流。我使用 100W 发射器以摩尔斯电码向某人发送消息。假设有人需要接收至少 -100dBm 才能理解我的信号*。那是\$10^{-13}\mathrm{W}\$ - 小于一皮瓦,并且比我传输的信号小\$10^{-15}\$倍。

全世界没有那么多人,也许在整个世界历史上也没有那么多人——那是用非常适中的 100W 发射功率。将我的 100W 业余无线电传输换成传输数十或数百千瓦的 AM 或 FM 电台,我认为您可以看到,虽然广播无线电的能源效率可能很差,但您仍然可以用它。

* 我正在从脑海中抽出数字,但这意味着接收器相当差。

你是对的......但是

让我们为此添加一些数字。3 mV (70dBuV) 在 300 ohm(偶极天线)输入端是进入 FM 接收器的良好强信号。那是 10uA 的电流或 30nW 的功率,因此一个非常高效的 1W 发射器可以为 3300 万个这样的无线电设备供电。

覆盖伦敦、位于肯特郡Wrotham的 FM 发射机在每个主要的 BBC 电台发射 125kW,覆盖半径在 50 到 100 英里之间的服务区域。

如果该服务区域内有 3300 万台收音机,它们的天线将消耗 1W 的功率,剩下 124,999W 的功率会消散到乡村和太空中。

或者,如果您可以将 4.125 万亿台收音机塞进英格兰东南部,足够接近以看到 70dBuV 信号,它们将消耗该频率上的整个 125kW 发射机功率。但如果他们都想收听同一个电台,那么地球上每个人就有超过 500 个无线电接收器。

如果你把无线电信号想象成太阳,把每个人想象成一台收音机。只有在室内或地面上某人的影子后面的那些会被减弱。(但不是完全在黑暗中)

为什么不是数以百万计的收音机?结果相同。

不同之处在于,电网分布损耗是由 {Pd= 电阻 * 电流²} 在回路中返回源的热量造成的。

在 AM/FM 无线电信号中,它是一种方式,通过绝缘辐射。空气是一种介电绝缘体,除了水分和大气反射损失外,与空间真空没有太大区别。因此,从垂直线源,它在空中以反距离²损失水平广播。

接收天线不会对其余的空气造成任何损失。(只在它占据的那个狭小空间和它下面的一个减弱的阴影中)

它必须捕获由该发射器产生的调制射频电场。该电场以 uV/m 为单位测量,具有自由空间的阻抗。天线必须尝试与之匹配以捕获这个微小的信号,然后过滤,然后放大和过滤 3 倍以拒绝所有其他信号。

在这两种情况下(电网和无线电),能量都是通过电磁场传输的。

电网中的电线充当波导。电场(电压)主要存在于火线和零线之间,电流在导线中流动。将波导想象成将电磁波引导到我们想要去的地方的管道。它们有点泄漏,一些电磁场会散发出来,但大部分能量都流向了它应该去的地方。关于您的问题的重要部分是,如果线路末端没有插入负载,则不会浪费能源。

另一方面,发射无线电天线更像是向周围喷射电磁能量的消防水带。天线的形状和方向将控制喷雾的模式和方向,但是一旦波离开天线并在自由空间中传播,就没有更多的波导了。它们会在障碍物周围反弹和衍射,其中大部分最终会被地面、建筑物、云层吸收或在太空中发射。接收天线只会拾取它们可以拾取的电磁场的一部分,无论它们在哪里。

因此,重要的区别在于,对于发射天线,一旦波离开天线,所有发射功率就已经用完。除非它前面有一个大的反射器将能量发送回天线,否则它永远不会回来。它只是传播开来。所以如果你在某处放置一个接收天线,它会接收到其中的一部分,无论接收无线电是打开还是关闭,都没有关系。如果您移除天线,它会拾取的波将继续传播并最终被其他地方吸收。发射器无法“知道”它的信号最终是在您的天线中还是在树中。

“窃取”他人信号的唯一方法是有条件进行直线传播,并在发射器和其他人之间放置一个明显大于波长的物体。这个物体是接收天线还是其他任何东西都无关紧要:如果它吸收无线电波或将它们反射到另一个方向,它会产生一个“阴影”,放置在这个阴影中的接收器将获得较少的信号强度。

为了保持水的类比,如果下雨并且你在外面放一个桶,你会得到一些水。但是你不会影响别人的桶接收的水量,除非你把你的放在他们的上面。