Номер 3, страница 124 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 35. Радио и СВЧ - волны в средствах связи. Глава 4. Излучение и приём электромагнитных волн радио и СВЧ - диапазона - номер 3, страница 124.

3. Охарактеризуйте форму передаваемого сигнала при различных видах радио-связи, а также частотный диапазон каждого вида радиосвязи.

передача информации по радиоканалам осуществляется с помощью модуляции — процесса изменения одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания (несущей) в соответствии с передаваемым информационным сигналом. основными параметрами являются амплитуда, частота и фаза. ниже охарактеризованы основные виды радиосвязи, форма их сигнала и частотные диапазоны.

Амплитудная модуляция (АМ)

амплитудная модуляция — это вид модуляции, при котором амплитуда несущего колебания высокой частоты изменяется пропорционально мгновенному значению информационного (модулирующего) сигнала. частота и начальная фаза несущей остаются неизменными.

форма сигнала:

если несущее колебание описывается как $s_c(t) = A_c \cos(2\pi f_c t)$, а информационный сигнал — $m(t)$, то модулированный ам-сигнал имеет вид:

$s_{AM}(t) = A_c[1 + k_a m(t)] \cos(2\pi f_c t)$

где $A_c$ — амплитуда несущей, $f_c$ — частота несущей, а $k_a$ — коэффициент модуляции, определяющий глубину модуляции. огибающая ам-сигнала повторяет форму информационного сигнала. этот вид модуляции прост в реализации, но подвержен помехам, так как помехи в основном влияют на амплитуду сигнала.

частотный диапазон:

ам-радиовещание традиционно ведется в следующих диапазонах:

• длинные волны (дв / lw): 153 – 279 кгц.
• средние волны (св / mw): 526,5 – 1606,5 кгц.
• короткие волны (кв / sw): 3 – 30 мгц (разбит на несколько вещательных поддиапазонов).

ответ: при ам-радиосвязи амплитуда высокочастотной несущей изменяется в соответствии с информационным сигналом. используемые частотные диапазоны — дв (153–279 кгц), св (526,5–1606,5 кгц) и кв (3–30 мгц).

Частотная модуляция (ЧМ)

частотная модуляция — это вид модуляции, при котором частота несущего колебания изменяется пропорционально мгновенному значению информационного сигнала. амплитуда несущей при этом остается постоянной.

форма сигнала:

мгновенная частота чм-сигнала $f(t)$ связана с информационным сигналом $m(t)$ как $f(t) = f_c + k_f m(t)$, где $k_f$ — коэффициент чувствительности по частоте. сам сигнал описывается формулой:

$s_{FM}(t) = A_c \cos(2\pi \int_0^t f(\tau) d\tau) = A_c \cos(2\pi f_c t + 2\pi k_f \int_0^t m(\tau) d\tau)$

чм-сигналы обладают высокой помехоустойчивостью по сравнению с ам, так как большинство атмосферных и индустриальных помех имеют амплитудный характер. это позволяет передавать звук с высоким качеством (hi-fi).

частотный диапазон:

чм-радиовещание ведется в диапазоне ультракоротких волн (укв / vhf), который обеспечивает высокое качество звука и зону уверенного приема в пределах прямой видимости.

• диапазон укв oirt (старый советский стандарт): 65,9 – 74 мгц.
• диапазон укв ccir (мировой стандарт, часто называемый fm-диапазоном): 87,5 – 108 мгц.

ответ: при чм-радиосвязи частота высокочастотной несущей изменяется в соответствии с информационным сигналом, а амплитуда остается постоянной. используемый частотный диапазон — укв (65,9–74 мгц и 87,5–108 мгц).

Цифровая радиосвязь (цифровая модуляция)

в цифровой радиосвязи передаваемая информация представляет собой последовательность дискретных значений (битов — 0 и 1). при цифровой модуляции один из параметров несущей (амплитуда, частота или фаза) изменяется скачкообразно, принимая одно из нескольких предопределенных значений, каждое из которых соответствует определенной комбинации битов.

форма сигнала:

существует множество видов цифровой модуляции. основные из них:

• амплитудная манипуляция (амн / ask - amplitude-shift keying): амплитуда несущей принимает дискретные значения. в простейшем случае — одно значение для '1' и другое (например, ноль) для '0'.
• частотная манипуляция (чмн / fsk - frequency-shift keying): частота несущей переключается между несколькими дискретными значениями. например, частота $f_1$ для '1' и $f_2$ для '0'.
• фазовая манипуляция (фмн / psk - phase-shift keying): фаза несущей принимает дискретные значения. например, фаза 0° для '1' и 180° для '0' (двоичная фмн, bpsk).
• квадратурная амплитудная модуляция (кам / qam - quadrature amplitude modulation): комбинированный метод, при котором одновременно изменяются и амплитуда, и фаза несущей. это позволяет передавать несколько битов информации одним состоянием сигнала (символом), что значительно повышает эффективность использования спектра.

частотный диапазон:

цифровые виды модуляции используются практически во всех современных системах радиосвязи и в широчайшем спектре частот:

• цифровое радиовещание (drm, dab): использует диапазоны, схожие с аналоговым вещанием (дв, св, кв, укв).
• цифровое телевидение (dvb-t/t2): диапазоны метровых (мв / vhf, 174–230 мгц) и дециметровых волн (дмв / uhf, 470–862 мгц).
• сотовая связь (gsm, 3g, 4g/lte, 5g): множество диапазонов от 700 мгц до десятков ггц.
• беспроводные сети (wi-fi, bluetooth): нелицензируемые ism-диапазоны, в основном 2,4 ггц и 5 ггц.
• спутниковая связь: l, c, ku, ka-диапазоны (от 1 ггц до 40 ггц и выше).

ответ: в цифровой радиосвязи параметры несущей (амплитуда, частота, фаза или их комбинация) изменяются дискретно для кодирования цифровых данных. этот вид связи применяется во всех современных технологиях (цифровое тв, сотовая связь, wi-fi, спутниковая связь) в очень широком диапазоне частот от сотен кгц до десятков ггц.