Номер 22.12, страница 112 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 22. Электромагнитные волны - номер 22.12, страница 112.

Условие.

22.12. Что такое модуляция? Как она осуществляется?

Решение.

Что такое модуляция?

Модуляция — это процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания (сигнала-носителя) в соответствии с низкочастотным информационным сигналом. Основная цель модуляции — "посадить" информационный сигнал, который, как правило, является низкочастотным (например, звук, данные), на высокочастотный несущий сигнал, который способен эффективно распространяться на большие расстояния в виде электромагнитных волн.

Необходимость модуляции обусловлена несколькими причинами:
1. Эффективность излучения: Антенны эффективно излучают электромагнитные волны, только если их размеры сопоставимы с длиной волны. Низкочастотные сигналы (например, звуковые с частотой до 20 кГц) имеют очень большие длины волн (километры), что потребовало бы антенн непрактичных размеров. Модуляция позволяет перенести информацию в высокочастотную область, где длины волн значительно короче, что позволяет использовать компактные антенны.
2. Одновременная передача нескольких сигналов: Модуляция позволяет использовать один и тот же физический канал (например, радиоэфир) для одновременной передачи множества сигналов. Каждому информационному сигналу выделяется своя несущая частота. Этот процесс называется частотным разделением каналов (мультиплексированием). Например, именно так работают радиостанции, вещающие на разных частотах.
3. Уменьшение помех и искажений: Некоторые виды модуляции (например, частотная) позволяют повысить помехоустойчивость передаваемого сигнала.

Ответ: Модуляция — это процесс наложения низкочастотного информационного сигнала на высокочастотный несущий сигнал путем изменения параметров последнего (амплитуды, частоты или фазы). Это необходимо для эффективной передачи информации на большие расстояния по радиоканалам, одновременной работы нескольких передатчиков и уменьшения размеров антенн.

Как она осуществляется?

Процесс модуляции осуществляется в специальном устройстве, называемом модулятором, которое является частью передатчика. Модулятор принимает на вход два сигнала:
1. Информационный (модулирующий) сигнал $u_m(t)$ — низкочастотное колебание, содержащее передаваемую информацию (например, звук).
2. Несущий сигнал (несущая) $u_c(t)$ — высокочастотное гармоническое колебание, обычно описываемое формулой $u_c(t) = U_c \cos(\omega_c t + \phi_c)$, где $U_c$ — амплитуда, $\omega_c$ — циклическая частота, $\phi_c$ — начальная фаза.

В зависимости от того, какой параметр несущего сигнала изменяется, различают три основных вида аналоговой модуляции:

1. Амплитудная модуляция (АМ): Амплитуда несущего колебания $U_c$ изменяется пропорционально мгновенному значению информационного сигнала $u_m(t)$. Частота и фаза несущего сигнала остаются постоянными. Огибающая модулированного сигнала повторяет форму информационного сигнала. Этот вид модуляции используется, например, в радиовещании на длинных и средних волнах.

2. Частотная модуляция (ЧМ, FM): Частота несущего колебания $\omega_c$ изменяется пропорционально мгновенному значению информационного сигнала $u_m(t)$. Амплитуда несущего сигнала остается постоянной. Частотная модуляция обеспечивает более высокое качество передачи и лучшую помехозащищенность по сравнению с АМ. Она широко используется в УКВ-радиовещании (FM-радио) и для передачи звукового сопровождения в телевидении.

3. Фазовая модуляция (ФМ, PM): Фаза несущего колебания $\phi_c$ изменяется пропорционально мгновенному значению информационного сигнала $u_m(t)$. Амплитуда несущего сигнала остается постоянной. Этот вид модуляции тесно связан с частотной модуляцией и применяется в основном в цифровых системах связи.

На выходе модулятора получается модулированный сигнал, который затем усиливается и подается на антенну для излучения в пространство. На приемной стороне происходит обратный процесс — демодуляция (детектирование), в ходе которого из модулированного сигнала выделяется исходный информационный сигнал.

Ответ: Модуляция осуществляется с помощью устройства-модулятора, в котором информационный сигнал управляет изменением одного из параметров (амплитуды, частоты или фазы) высокочастотного несущего колебания. В зависимости от изменяемого параметра различают амплитудную (АМ), частотную (ЧМ) и фазовую (ФМ) модуляции.