Номер 1, страница 92 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

1. Каким способом можно увеличить дальность распространения радиоволн?

1. Для увеличения дальности распространения радиоволн существует несколько основных способов, которые могут применяться как по отдельности, так и в комплексе. Дальность связи зависит от множества факторов, включая мощность сигнала, чувствительность приемника, характеристики антенн, частоту и условия на пути распространения. Ниже перечислены ключевые методы.

Увеличение мощности передатчика

Это самый очевидный способ. Чем больше мощность излучаемого сигнала, тем на большее расстояние он может распространиться, прежде чем его уровень станет слишком низким для обнаружения приемником из-за затухания в среде. Однако этот метод ограничен законодательными нормами (чтобы не создавать помехи другим службам), энергопотреблением и стоимостью оборудования.

Повышение коэффициента усиления антенн

Вместо того чтобы излучать энергию равномерно во все стороны (как изотропный излучатель), можно использовать направленные антенны. Такие антенны концентрируют энергию радиоволн в узком луче в нужном направлении. Это значительно увеличивает эффективную изотропно-излучаемую мощность (ЭИИМ) без фактического увеличения мощности передатчика. Аналогично, использование направленной антенны на приемной стороне позволяет "собрать" больше энергии сигнала. Дальность связи прямо пропорциональна произведению коэффициентов усиления передающей ($G_t$) и приемной ($G_r$) антенн.

Увеличение высоты подвеса антенн

Для радиоволн ультракороткого (УКВ) и более высоких диапазонов, которые распространяются преимущественно прямолинейно, дальность связи ограничена "радиовидимостью" или радио-горизонтом. Из-за кривизны Земли дальность прямой видимости между двумя точками ограничена. Поднимая передающую и/или приемную антенны выше, мы увеличиваем расстояние до горизонта и, следовательно, максимальную дальность связи. Приблизительную дальность прямой видимости $\text{d}$ (в км) можно рассчитать по формуле: $d \approx 4.12(\sqrt{h_t} + \sqrt{h_r})$, где $h_t$ и $h_r$ – высоты передающей и приемной антенн в метрах.

Использование ретрансляторов (репитеров)

Ретранслятор – это приемопередающее устройство, которое принимает ослабленный сигнал, усиливает его и переизлучает дальше. Это позволяет преодолевать большие расстояния и препятствия (горы, здания), значительно выходя за пределы прямой видимости. Сети сотовой связи, радиорелейные линии и спутниковая связь являются яркими примерами использования ретрансляторов.

Выбор оптимальной частоты

Разные диапазоны частот имеют разные механизмы распространения.
• Длинные (ДВ), средние (СВ) и короткие (КВ) волны способны распространяться на огромные расстояния (тысячи километров) за счет огибания земной поверхности (поверхностная волна) и многократных отражений от ионосферы Земли (пространственная волна).
• Ультракороткие (УКВ) и микроволны (СВЧ) распространяются в основном прямолинейно, их дальность ограничена прямой видимостью, но они позволяют передавать гораздо больший объем информации.
Таким образом, для достижения максимальной дальности (особенно для загоризонтной связи) выбирают более низкие частоты КВ-диапазона, а для высокоскоростной связи в пределах прямой видимости – УКВ и СВЧ.

Повышение чувствительности приемника и борьба с помехами

Чувствительность приемника – это минимальный уровень сигнала, который он может уверенно принять и декодировать. Использование более чувствительных приемников (например, с малошумящими усилителями) позволяет работать с более слабыми сигналами, что эквивалентно увеличению дальности. Также важно минимизировать уровень шумов и помех. Улучшение соотношения сигнал/шум (SNR) за счет применения помехоустойчивого кодирования и цифровой обработки сигналов также способствует увеличению дальности надежной связи.

Ответ: Дальность распространения радиоволн можно увеличить следующими способами: увеличением мощности передатчика, использованием направленных антенн с высоким коэффициентом усиления, увеличением высоты подвеса антенн, применением ретрансляторов, выбором оптимального частотного диапазона (например, КВ для загоризонтной связи), а также повышением чувствительности приемника и снижением уровня помех.