Номер 22.18, страница 112 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 22. Электромагнитные волны - номер 22.18, страница 112.

Условие.

22.18. Почему для радиосвязи используют модулированные колебания?

Решение.

Использование модулированных колебаний в радиосвязи обусловлено рядом фундаментальных физических и технических причин, которые делают передачу информации на расстояние эффективной и практичной. Без модуляции современная радиосвязь была бы невозможна.

Модуляция — это процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания (несущей волны) в соответствии с низкочастотным информационным сигналом (например, звуком или данными). Параметрами, которые могут изменяться, являются амплитуда (амплитудная модуляция, АМ), частота (частотная модуляция, ЧМ) или фаза (фазовая модуляция, ФМ).

Основные причины использования модуляции:

1. Эффективное излучение и размеры антенн. Для эффективного излучения электромагнитной волны размер антенны должен быть сопоставим с длиной волны излучаемого сигнала (часто он равен половине или четверти длины волны, $L \approx \lambda/2$ или $L \approx \lambda/4$). Информационные сигналы, такие как человеческая речь или музыка, имеют низкие частоты (звуковой диапазон примерно от 20 Гц до 20 кГц). Длина волны $\lambda$ связана с частотой $\text{f}$ и скоростью света $\text{c}$ соотношением $\lambda = c/f$. Для звукового сигнала с частотой $f = 1$ кГц ($1000$ Гц) длина волны составит:
$\lambda = \frac{c}{f} = \frac{3 \cdot 10^8 \text{ м/с}}{10^3 \text{ Гц}} = 300000 \text{ м} = 300 \text{ км}$.
Антенна длиной в десятки или сотни километров практически нереализуема. Модуляция позволяет «перенести» информационный сигнал на высокую несущую частоту, например, $f_{нес} = 100$ МГц ($10^8$ Гц). Для такой частоты длина волны будет:
$\lambda = \frac{c}{f_{нес}} = \frac{3 \cdot 10^8 \text{ м/с}}{10^8 \text{ Гц}} = 3 \text{ м}$.
Антенну размером около 1.5 или 0.75 метра изготовить и использовать очень легко.

2. Одновременная передача нескольких сигналов. Модуляция позволяет множеству радиостанций, телеканалов или пользователей сотовой связи работать одновременно, не мешая друг другу. Каждому передатчику выделяется своя уникальная несущая частота. Приемник настраивается на нужную несущую частоту и «отфильтровывает» все остальные. Этот принцип называется частотным разделением каналов. Без модуляции все сигналы передавались бы в одном и том же низкочастотном диапазоне и смешивались бы в сплошной шум.

3. Уменьшение помех и повышение качества связи. Перенос сигнала в высокочастотную область спектра помогает избежать помех от множества низкочастотных источников, таких как промышленные установки и атмосферные явления. Кроме того, определенные виды модуляции (например, частотная модуляция) обладают высокой помехоустойчивостью, что позволяет передавать сигнал с меньшими искажениями и на большие расстояния.

4. Эффективное распространение радиоволн. Высокочастотные радиоволны распространяются в пространстве гораздо эффективнее низкочастотных и могут преодолевать большие расстояния.

Ответ: Модулированные колебания используют для радиосвязи по нескольким основным причинам:
1. Чтобы использовать антенны практичных, небольших размеров, так как для эффективного излучения размер антенны должен быть сопоставим с длиной волны, а модуляция переносит низкочастотный информационный сигнал на высокую несущую частоту с короткой длиной волны.
2. Чтобы обеспечить одновременную работу множества радиостанций или пользователей без взаимных помех, выделяя каждому свою несущую частоту (частотное разделение каналов).
3. Чтобы повысить помехоустойчивость сигнала и качество связи, перенеся его в более «чистый» высокочастотный диапазон и используя специальные виды модуляции.
4. Чтобы обеспечить эффективное распространение радиоволн в пространстве на большие расстояния.