Номер 1, страница 154 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

1. Для чего нужна модуляция колебаний?

1. Модуляция колебаний — это процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного колебания (называемого несущим) в соответствии с передаваемым информационным сигналом (например, звуком, изображением или данными). Основные параметры, которые модулируются, — это амплитуда, частота и фаза несущего колебания.

Модуляция необходима по нескольким ключевым причинам:

Эффективная передача сигнала на большие расстояния. Низкочастотные сигналы (например, звуковые частоты в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц) не могут эффективно излучаться антенной в виде электромагнитных волн, так как их энергия быстро рассеивается и затухает в пространстве. Высокочастотные колебания, наоборот, хорошо излучаются и способны распространяться на значительные расстояния. Модуляция позволяет "вложить" низкочастотный информационный сигнал в высокочастотную несущую волну, которая и выполняет роль "транспорта" для информации.

Уменьшение размеров антенн. Размер эффективной антенны напрямую связан с длиной волны ($\lambda$) передаваемого сигнала. Оптимальный размер антенны обычно составляет долю от длины волны (например, $\lambda/4$ или $\lambda/2$). Длина волны обратно пропорциональна частоте ($f$): $\lambda = c/f$, где $c$ — скорость света. Для звуковой частоты, скажем, $f=3$ кГц, длина волны составляет $\lambda = (3 \cdot 10^8 \text{ м/с}) / (3 \cdot 10^3 \text{ Гц}) = 100$ км. Антенна размером в десятки километров нереализуема. Если же использовать несущую частоту, например, $f_c=100$ МГц (стандартный FM-диапазон), то длина волны будет $\lambda_c = (3 \cdot 10^8 \text{ м/с}) / (100 \cdot 10^6 \text{ Гц}) = 3$ м. Это позволяет использовать компактные и практичные антенны длиной менее одного метра.

Одновременная работа нескольких передатчиков (частотное разделение). Модуляция позволяет множеству различных источников (например, радиостанциям, телеканалам, сотовым операторам) передавать сигналы одновременно в одной среде, не создавая помех друг другу. Каждому источнику выделяется своя уникальная несущая частота. На приемной стороне можно настроиться на конкретную несущую частоту и с помощью фильтров выделить только нужный сигнал, проигнорировав все остальные. Этот принцип называется частотным разделением каналов (FDM — Frequency Division Multiplexing).

Повышение помехоустойчивости. Различные виды модуляции обладают разной степенью устойчивости к помехам. Например, частотная модуляция (FM) значительно менее восприимчива к атмосферным и индустриальным помехам, чем амплитудная модуляция (AM). Выбор подходящего типа модуляции позволяет повысить надежность и качество связи в зависимости от характеристик канала и требований к передаче данных.

Ответ: Модуляция колебаний нужна для того, чтобы "упаковать" низкочастотный информационный сигнал в высокочастотную несущую волну. Это позволяет эффективно передавать информацию на большие расстояния с помощью антенн практичных размеров, а также организовывать одновременную работу множества каналов связи (например, радиостанций или Wi-Fi сетей) в одном и том же физическом пространстве без взаимных помех.