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5.3 卫星通信

电磁波与现代通信 · 初三
先确认一下:这一关能不能学
先会这个
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 利用人造地球卫星作为中继站,转发无线电波,实现远距离、大区域信息传递的通信方式。

从哪来 建立在 5.1 电磁波的产生(信号需加载在电磁波上)、5.2 电磁波的波长、频率与波速(微波直线传播特性及频带选择)以及 5.3 电磁波的应用(无线电通信基础)之上。

为什么 地面无线电波(特别是微波)主要沿直线传播,受地球曲率限制,无法直接覆盖全球。卫星位于高空(通常同步轨道约36000km),可视范围极大,能同时覆盖地球表面约三分之一的区域。通过3颗均匀分布的同步卫星,即可实现全球通信。其本质是利用卫星作为“空中基站”,克服地面视距传播的限制。

类比法:接力赛与灯塔** **适合学生类型
形象思维强、对抽象物理过程理解困难的学生。 讲解逻辑: 1. 想象地球是一个巨大的球体,两个人站在地球两端想喊话,声音传不过去(直线传播限制)。 2. 如果在高空放一个“超级大喇叭”(卫星),它既能听到A的声音,又能把声音放大传给B。 3. 因为地球在自转,如果卫星不动,覆盖区域会变。所以我们要让卫星“悬停”在赤道上空,这就是同步卫星。 4. 强调:卫星不是直接“打电话”,而是“接收-放大-转发”信号。
逻辑推导法:从直线传播到轨道选择** **适合学生类型
逻辑推理能力强、喜欢探究“为什么”的学生。 讲解逻辑: 1. 前提:微波频率高,波长短,衍射能力弱,近似直线传播(引用5.2)。 2. 问题:地面两点间直线被地球遮挡,无法直达。 3. 方案:引入中继站。中继站必须足够高,以增大可视范围(几何关系:高度越高,覆盖圆越大)。 4. 优化:若卫星随地球自转同向同速(同步),则相对地面静止,天线无需频繁调整指向,简化设备。 5. 结论:3颗同步卫星可实现全球覆盖(几何证明:每颗覆盖120°经度范围)。
对比辨析法:卫星 vs 光纤 vs 5G** **适合学生类型
关注科技前沿、喜欢比较分析的学生。 讲解逻辑: 1. 对比光纤:光纤是介质传输,速度快、容量大,但铺设成本高、无法覆盖海洋和偏远地区。卫星是自由空间传输,覆盖广,但受天气影响、延迟较高。 2. 对比5G基站:5G基站密度高,覆盖范围小(几公里),适合城市高密度用户。卫星覆盖范围大(上万公里),适合应急通信、远洋船舶、航空器。 3. 核心差异:卫星通信解决的是“广域覆盖”和“无基础设施区域通信”的问题,而非单纯的“速度”问题。
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练一道
基础题
我国“北斗”导航系统使用地球同步卫星。若卫星相对于地面静止,则卫星的运行周期是多少?它主要利用什么波进行通信?
变式
某地发生地震,地面基站全部损毁,救援队使用便携式卫星电话与指挥部联系。请解释为什么此时卫星电话能正常工作,而普通手机(依赖地面基站)不能?
试试手自己判
检测题
为什么卫星通信通常选用微波而不是无线电长波?请结合电磁波的特性说明理由。(提示:考虑传播方式、天线尺寸、带宽)
看答案和判分标准
答案:1. 传播方式:微波近似直线传播,方向性强,适合点对点传输,干扰小;长波衍射能力强,易绕射,方向性差,易受干扰。 2. 天线尺寸:微波波长短,天线尺寸小,便于卫星和地面站安装;长波波长长,天线巨大,不实用。 3. 带宽:微波频率高,可用频带宽,信息容量大;长波频率低,带宽窄,信息容量小。
判对标准:
- 提到“直线传播/方向性好”得1分;
- 提到“波长短/天线小”得1分;
- 提到“带宽大/容量大”得1分;
- 逻辑清晰,结合电磁波特性(波长、频率)解释得1分。
(总分4分,需至少答出3点且逻辑正确方可判对)
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