Ответьте на вопросы, страница 66 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему короткие волны не могут обеспечить уверенного приема радиосигнала?

2. Почему аналоговая связь ограничивает число каналов связи?

1. Почему короткие волны не могут обеспечить уверенного приема радиосигнала?

Короткие волны (КВ), относящиеся к диапазону высоких частот (ВЧ) от 3 до 30 МГц, способны распространяться на тысячи километров. Однако их прием часто бывает неуверенным и нестабильным из-за особенностей их распространения, которое в основном происходит путем отражения от ионосферы — ионизированного слоя верхней атмосферы Земли. Нестабильность приема обусловлена несколькими ключевыми факторами:

1. Изменчивость ионосферы: Состояние ионосферы, ее плотность и высота слоев постоянно меняются. Эти изменения зависят от:
• Времени суток: Днем под воздействием солнечного излучения ионосфера более плотная, что позволяет отражать более высокие частоты, но в то же время нижний слой (D-слой) поглощает низкочастотную часть КВ-диапазона. Ночью D-слой исчезает, и прохождение на более низких частотах улучшается.
• Времени года: Угол падения солнечных лучей и продолжительность светового дня меняются в течение года, что также влияет на состояние ионосферы.
• Солнечной активности: В течение 11-летнего цикла солнечной активности уровень ионизации сильно колеблется. В годы максимума активности возможна связь на более высоких частотах, а в годы минимума — наоборот. Вспышки на Солнце могут вызывать внезапные и полные замирания радиосвязи на несколько часов.

2. Замирания (фединг): Из-за постоянных изменений в ионосфере и многолучевого распространения (когда сигнал приходит к приемнику несколькими путями с разной задержкой) уровень принимаемого сигнала может резко и непредсказуемо меняться. Сигналы, пришедшие по разным путям, могут складываться в фазе (усиливая друг друга) или в противофазе (ослабляя или полностью уничтожая друг друга). Это приводит к "плавающему" уровню громкости и разборчивости.

3. Наличие "мертвых зон" (зон молчания): Между зоной действия земной волны (распространяющейся вдоль поверхности) и точкой, где отраженная от ионосферы волна впервые возвращается на Землю, существует "мертвая зона", в которой прием сигнала невозможен. Размер этой зоны зависит от частоты и состояния ионосферы.

4. Помехи: Поскольку короткие волны распространяются на большие расстояния, в точке приема могут одновременно присутствовать сигналы от множества удаленных радиостанций, работающих на одной или близких частотах, что создает сильные взаимные помехи, особенно в ночное время.

Ответ: Короткие волны не могут обеспечить уверенного приема, так как их распространение зависит от ионосферы — крайне нестабильной и непредсказуемой среды. Постоянные изменения в ионосфере вызывают замирания сигнала, появление "мертвых зон" и сильные помехи от дальних станций, что делает прием ненадежным.

2. Почему аналоговая связь ограничивает число каналов связи?

Аналоговая связь ограничивает число каналов, которые можно одновременно использовать в выделенном диапазоне частот, из-за неэффективного использования радиочастотного спектра. Это связано со следующими причинами:

1. Широкая полоса частот на канал: При аналоговой модуляции (например, амплитудной АМ или частотной ЧМ) полезная информация кодируется путем непрерывного изменения параметра несущей волны. Модулированный сигнал занимает определенную полосу частот, ширина которой зависит от типа модуляции и спектра исходного сигнала (например, голоса или музыки). Для передачи качественного звука требуется довольно широкая полоса (для АМ-радиовещания — около 9-10 кГц, для ЧМ — до 200 кГц).

2. Необходимость защитных полос (Guard Bands): Чтобы разделить каналы и избежать взаимных помех (перекрестных искажений), между полосами частот, выделенными для соседних каналов, необходимо оставлять незанятые промежутки — защитные полосы. Эти полосы не несут полезной информации, но занимают ценный частотный ресурс. Чем ближе каналы друг к другу, тем выше вероятность помех, поэтому защитные полосы должны быть достаточно широкими.

3. Низкая помехоустойчивость: Аналоговые сигналы очень чувствительны к шумам и помехам. Любой шум, добавляемый к сигналу в процессе передачи, искажает его и не может быть полностью удален на приемной стороне. Для обеспечения приемлемого качества связи требуется высокое отношение сигнал/шум ($SNR$). В условиях плотного размещения каналов взаимные помехи от соседних станций становятся серьезной проблемой, снижая $SNR$ и требуя еще большего разнесения каналов по частоте или увеличения мощности передатчиков.

В отличие от аналоговой, цифровая связь использует спектр гораздо эффективнее. Цифровые сигналы можно сжимать, что уменьшает требуемую полосу пропускания. Применение кодов коррекции ошибок делает цифровую связь значительно более устойчивой к помехам, что позволяет размещать каналы плотнее. Также в цифровых системах применяются более совершенные методы мультиплексирования (разделения каналов), такие как временное (TDM), кодовое (CDMA) и ортогональное частотное (OFDM), которые позволяют "упаковать" гораздо больше каналов в ту же полосу частот.

Ответ: Аналоговая связь ограничивает число каналов из-за того, что каждый канал требует широкой полосы частот и наличия защитных интервалов между каналами для предотвращения помех. Из-за низкой помехоустойчивости аналоговых сигналов эти защитные интервалы должны быть значительными, что ведет к неэффективному использованию радиочастотного спектра по сравнению с цифровыми методами.