Номер 4, страница 129, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

*4. Почему в мобильных телефонах используют частоты 900, 1800 МГц?

Использование частот 900 МГц и 1800 МГц в мобильных телефонах, особенно в сетях стандарта GSM (2G), обусловлено удачным компромиссом между физическими свойствами радиоволн, техническими возможностями и экономической целесообразностью построения сетей. Эти два диапазона дополняют друг друга, позволяя создавать эффективное покрытие.

Диапазон 900 МГц

Радиоволны в этом диапазоне имеют относительно большую длину. Длину волны $\lambda$ можно найти по формуле $\lambda = c/f$, где $\text{c}$ – скорость света (около $3 \times 10^8$ м/с), а $\text{f}$ – частота. Для 900 МГц ($900 \times 10^6$ Гц) длина волны составляет:

$\lambda_{900} = \frac{3 \times 10^8 \text{ м/с}}{900 \times 10^6 \text{ Гц}} = \frac{1}{3} \text{ м} \approx 33 \text{ см}$

Ключевые свойства этого диапазона:

• Хорошее распространение сигнала: Благодаря большей длине волны, радиосигнал лучше огибает препятствия (холмы, здания) и глубже проникает внутрь помещений.
• Большая зона покрытия: Одна базовая станция может покрыть сигналом значительно большую территорию. Это делает диапазон 900 МГц идеальным для обеспечения связи в сельской местности, на трассах и в районах с низкой плотностью населения, так как требует установки меньшего числа базовых станций.

Диапазон 1800 МГц

Этот диапазон использует более высокие частоты. Длина волны для 1800 МГц ($1800 \times 10^6$ Гц) соответственно короче:

$\lambda_{1800} = \frac{3 \times 10^8 \text{ м/с}}{1800 \times 10^6 \text{ Гц}} = \frac{1}{6} \text{ м} \approx 17 \text{ см}$

Свойства этого диапазона:

• Большая ёмкость (пропускная способность): Более высокая частота позволяет передавать в том же частотном канале больше данных. Это означает, что базовая станция может одновременно обслуживать большее количество абонентов без потери качества связи.
• Меньшая зона покрытия: Сигнал на этой частоте сильнее затухает с расстоянием и хуже проникает через препятствия. Поэтому этот диапазон используется для увеличения ёмкости сети в точках высокой нагрузки — в городах, торговых центрах, на вокзалах.

Другие факторы

• Размер антенны: Длина антенны в мобильном устройстве напрямую связана с длиной волны (часто она составляет четверть длины волны, $\lambda/4$). Для частот 900 и 1800 МГц размеры антенн (около 8 см и 4 см соответственно) получаются достаточно компактными, чтобы их можно было легко разместить в корпусе телефона.
• Международное регулирование: Эти частотные диапазоны были исторически выделены международными соглашениями именно для развития сотовой связи, что позволило стандартизировать оборудование и обеспечить роуминг между странами.

Ответ: Частоты 900 МГц и 1800 МГц используются в мобильных телефонах, так как их сочетание позволяет наиболее эффективно построить сотовую сеть. Частота 900 МГц обеспечивает широкую зону покрытия и хорошее проникновение сигнала, что идеально для покрытия больших территорий с низкой плотностью населения. Частота 1800 МГц обладает большей пропускной способностью (ёмкостью), что необходимо для обслуживания множества абонентов в густонаселенных городских районах. Кроме того, эти частоты позволяют использовать антенны компактного размера, подходящие для мобильных телефонов.