一、问题的提出             

最近上移动通信课程,讲到多普勒效应的时候,脑子里突然想到这个效应既然能带来频差,那一定能用来做些什么,开始想到的是能拿来做乐器,一个能发单一频率的发声震子来回移动,可以发出一系列的频率,将几个发声震子做成阵列(大概模型如下),应该可以做成一个包含较多频率的乐器。但是后来一想,这轨道不应该会很长,来回加速减速不易控制。于是就做成圆周运动呢?那如果把天线做成这样呢?是不是可以代替天线产生那些频率了?后来也去查了一些资料,网上的多普勒效应多用于测速、医疗(D超)等,于是我就自己做了一个简单的模型思考了一下。

二、一个简单的模型

思考这个问题以前,我首先思考为什么天线一定是要静止的?那种旋转雷达除外,除外的原因:1、它旋转是为了捕捉目标,然后静止2、他的转速和我下面模型的转速不是一个级别。

2.1 接收端

我最开始思考的是接收端,因为他比较简单一些。大概长相就是天线做匀速圆周运动(计算简单,后续有存在加速度的分析),比较像下面的藏族同胞的转经筒。

转经筒[1]

2.1.1 模型图像

简化图像如下(只用看图):

2.1.2 假设

假设:

  1. 由于入射波足够远,所有接收到的电磁波看做平行入射
  2. 天线作匀速圆周运动
  3. T=0时刻,天线收到第一个波,且天线运动方向与电磁波运动方向垂直相切(就是圆的最右边一点)

2.1.3 符号及含义

2.1.4 推导

2.1.5 分析

比较(5)与(6)式可以发现当接收端天线作匀速圆周运动以后,会产生一个新的频差,这个频差是一个正余弦函数,其与天线运动半径、天线运动速度、电磁波传播速度(一般为光速,定值不变)有关

2.1.6 可能运用领域

1、但从天线运动的角度来看,猜测其可能是个滤波器

2、思考以后发现,如果将可以改变天线运动半径R,天线运动线速度,在收发两端都知道的情况下,可以用作保密通信
3、如果将天线运动速度、天线运动半径R作为可改变的量,公式 (6)就可以大大拓宽,传播信息,类似FSK ,成为一种新的调制方式

4、对于第三点中,如果加入圆周加速度a,其对于保密通信或者调制模式,都将携带更多信息

2.2 发射端

通过接收端的分析,发射端此时同理,应作为配套使用

2.3 一个返璞归真的证明

但从现象来看,如下图,如果能做到发射端天线、接收端天线同时同速同相运动,其即为相对静止,也就回到了都不动的状态,所以对于其他静止天线,也就曾在相对运动,也就可以起到保密通信的用处。


三、手稿

[1] 图片来源于网络


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