Номер 2, страница 97 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

2. Как распространяются радиоволны различной длины? Какие проблемы необходимо учитывать в радиосвязи на длинных, коротких, ультракоротких волнах?

Распространение радиоволн сильно зависит от их длины. Взаимодействие волн с земной поверхностью и атмосферой (тропосферой и ионосферой) определяет их способность к дифракции, отражению и поглощению, что, в свою очередь, влияет на дальность и качество радиосвязи. Разные диапазоны волн имеют свои уникальные особенности распространения и связанные с ними проблемы.

Длинные волны (ДВ)

Длинные волны (диапазон длин волн $1 - 10$ км, частот $30 - 300$ кГц) распространяются преимущественно как поверхностные (земные) волны. Благодаря большой длине волны они эффективно дифрагируют, то есть огибают препятствия и кривизну земной поверхности. Это обеспечивает очень стабильную связь на большие расстояния (до нескольких тысяч километров) независимо от времени суток и состояния ионосферы.

Проблемы, которые необходимо учитывать при радиосвязи на ДВ:

1. Низкая пропускная способность. Из-за низкой несущей частоты диапазон очень узок, что ограничивает объем передаваемой информации. ДВ подходят для телеграфии или низкокачественной голосовой связи, но не для передачи больших объемов данных.

2. Большие размеры антенн. Для эффективного излучения и приема длинных волн требуются антенны огромных размеров, высота которых может достигать сотен метров. Это делает их сооружение и обслуживание очень дорогим и сложным.

3. Высокая мощность передатчиков. Чтобы покрыть большие расстояния, необходимы передатчики мощностью в сотни и тысячи киловатт, что связано с большим энергопотреблением.

4. Атмосферные помехи. Длинноволновый диапазон сильно подвержен влиянию атмосферного шума, особенно от грозовых разрядов, которые могут существенно ухудшить или прервать связь.

Ответ: Основными проблемами при использовании длинных волн являются низкая пропускная способность, необходимость в гигантских антеннах и мощных передатчиках, а также высокая чувствительность к атмосферным помехам.

Короткие волны (КВ)

Короткие волны (диапазон длин волн $10 - 100$ м, частот $3 - 30$ МГц) распространяются в основном как пространственные (ионосферные) волны. Они способны отражаться от ионизированных слоев верхней атмосферы (ионосферы) и возвращаться на Землю на значительном удалении от передатчика. Многократные отражения от ионосферы и поверхности Земли позволяют устанавливать связь между любыми точками планеты. Земная волна в этом диапазоне затухает очень быстро.

Проблемы, которые необходимо учитывать при радиосвязи на КВ:

1. Нестабильность связи. Ионосфера — это динамичная среда, состояние которой постоянно меняется в зависимости от времени суток, сезона и 11-летнего цикла солнечной активности. Это приводит к "замираниям" (федингу) — непредсказуемым изменениям уровня сигнала, вплоть до полного пропадания.

2. Наличие "мертвой зоны". Между областью, покрываемой земной волной, и зоной, где на землю возвращается первая отраженная от ионосферы волна, существует "мертвая зона", в которой прием сигнала невозможен.

3. Зависимость от внешних условий. Для установления связи необходимо правильно подбирать рабочую частоту, которая зависит от дальности, времени суток и состояния ионосферы. Например, днем лучше работают более высокие частоты, а ночью — низкие. Солнечные вспышки могут вызывать сильные возмущения в ионосфере и полностью нарушать КВ-связь на несколько часов или даже дней.

Ответ: Ключевые проблемы при радиосвязи на коротких волнах — это нестабильность и непредсказуемость связи из-за зависимости от состояния ионосферы, что проявляется в замираниях сигнала, наличии "мертвых зон" и необходимости постоянного подбора рабочих частот.

Ультракороткие волны (УКВ)

Ультракороткие волны (диапазон длин волн менее $\text{10}$ м, частот более $\text{30}$ МГц) распространяются почти прямолинейно, подобно свету, в пределах прямой видимости. Они не отражаются ионосферой, а проходят сквозь нее, что делает их идеальными для наземного теле- и радиовещания, мобильной связи и связи с космическими аппаратами (спутниками). Дальность уверенной связи на Земле ограничена расстоянием до горизонта.

Проблемы, которые необходимо учитывать при радиосвязи на УКВ:

1. Ограниченная дальность. Из-за прямолинейного распространения дальность связи ограничена прямой видимостью. Для покрытия большой территории необходимо создавать сеть ретрансляторов или устанавливать антенны на большой высоте (башни, высокие здания).

2. Влияние препятствий. Здания, холмы, и даже плотная листва деревьев являются серьезными препятствиями для УКВ, создавая зоны "радиотени", где сигнал значительно ослаблен или отсутствует.

3. Многолучевое распространение. В условиях городской застройки сигнал достигает приемника не только по прямому пути, но и в виде отражений от зданий и других объектов. Интерференция этих "лучей" приводит к искажению сигнала и его быстрому затуханию при перемещении приемника.

Ответ: Главные проблемы радиосвязи на ультракоротких волнах — ограниченная зоной прямой видимости дальность, что требует развитой инфраструктуры, а также сильное влияние препятствий и многолучевого распространения, особенно в городах, что ухудшает качество сигнала.