Урок 14. Использование радиоволн
Предмет: Естествознание, 11 класс

Конспект урока

Естествознание, 11 класс

Урок 14. Использование радиоволн

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

Каким образом можно осуществить передачу информации при помощи радиоволн.
На чём основана передача информации при помощи искусственных спутников Земли.
Каковы принципы радиолокации.
Какие возможности предоставляет радиолокация.

Глоссарий по теме:

Азбука Мо́рзе — способ знакового кодирования, представление букв алфавита, цифр, знаков препинания и других символов последовательностью сигналов: длинных («тире») и коротких («точек»).

Интерференция – явление наложения волн, приводящее к образованию интерференционной картины.

Когерентность – (от латинского cohaerens ≈ находящийся в связи), согласованное протекание во времени нескольких колебательных или волновых процессов, проявляющееся при их сложении.

Модуляция – это процесс преобразования одного или нескольких информационных параметров несущего сигнала в соответствии с мгновенными значениями информационного сигнала.

Радиосвязь – это электрическая связь, которая осуществляется с помощью радиоволн.

Радиолокатор – это устройство, определяющее с помощью радиоволн месторасположение различных объектов самолётов, кораблей, крупных зданий на расстоянии, при отсутствии видимости.

Радиолокация – обнаружение и определение местоположения различных объектов с помощью радиотехнических устройств.

Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):

Естествознание. 11 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд.,– М.: Просвещение, 2017. : с 53 -58.
Элементарный учебник физики под редакцией академика Г.С. Ландсберга. Том 3. Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика.–12-е изд. – М.:ФИЗМАТЛИТ, 2001. – 656 с.

Открытые электронные ресурсы по теме урока:

VIII Международная студенческая электронная научная конференция.URL: https://www.scienceforum.ru/2016/1382/19939

Теоретический материал для самостоятельного изучения:

На сегодняшний день радиосвязь применяется во многих областях: в научно-исследовательской (фундаментальные исследования, зондирование и т.д.), военной (средства радиоэлектронной борьбы, прослушивающие и перехватывающие устройства и т.д.), гражданской (телевиденье, Wi-Fi, 4G и т.д.) и многих смежных с ними.	В качестве одного из ярких примеров можно рассмотреть устройство «Златоуст», разработанное в СССР для проведения нелегальной технической разведки путём перехвата звуковой информации (прослушивания). Обнаружив "златоуст", американцы и англичане пытались сделать с него копию. Тщетно! Они так и не сумели разгадать тайну генератора, излучающего микроволны. В настоящее время "златоуст" хранится в музее ЦРУ в Лэнгли.

Качество радиосвязи зависит от помех, возникающих в результате наложения электромагнитных колебаний посторонних источников радиоизлучений на волны радиопередатчика, а также затухание радиоволн во время распространения от передающей антенны к приемной.

В устройствах модуляторах осуществляется процесс модуляции, в котором изменяются информационные параметры несущего колебания.

1. Виды аналоговой модуляции:

Виды модуляции

Определение

Что происходит

Достоинства

Недостатки

Применение

амплитудная модуляция (АМ)

процесс изменения амплитуды несущего сигнала в соответствии с мгновенными значениями модулирующего сигнала.

происходит изменение амплитуды несущего колебания

узкая ширина спектра АМ сигнала;

простота получения модулированных сигналов.

низкая помехоустойчивость;

неэффективное использование мощности передатчика

в системах телевизионного вещания;

в системах звукового радиовещания и радиосвязи на длинных и средних волнах;

в системе трехпрограммного проводного вещания.

частотная модуляция (ЧМ)

процесс изменения частоты несущего сигнала в соответствии с мгновенными значениями модулирующего сигнала.

происходит изменение частоты несущего колебания

высокая помехоустойчивость;

более эффективное использование мощности передатчика;

сравнительная простота получения модулированных сигналов.

большая ширина спектра модулированного сигнала.

в системах телевизионного вещания;

системах спутникового теле- и радиовещания;

системах высококачественного стереофонического вещания;

радиорелейных линиях;

сотовой телефонной связи.

фазовая

модуляция (ФМ)

процесс изменения фазы несущего сигнала в соответствии с мгновенными значениями модулирующего сигнала.

происходит изменение фазы несущего колебания

высокая помехоустойчивость;

более эффективное использование мощности передатчика

большая ширина спектра;

сравнительная трудность получения модулированных сигналов

Импульсная модуляция — это модуляция, при которой в качестве несущего сигнала используется периодическая последовательность импульсов, а в качестве модулирующего может использоваться аналоговый или дискретный сигнал.

2.Виды импульсной модуляции:

амплитудно-импульсная модуляция (АИМ); происходит изменение амплитуды импульсов несущего сигнала;
частотно-импульсная модуляция (ЧИМ), происходит изменение частоты следования импульсов несущего сигнала;
фазо-импульсная модуляция (ФИМ), происходит изменение фазы импульсов несущего сигнала;
широтно-импульсная модуляция (ШИМ), происходит изменение длительности импульсов несущего сигнала.

Простейшая модуляция радиоволн использовалась в первых радиотелеграфах, для чего применялась азбука Морзе. При помощи специального ключа радиопередатчики включались на более или менее длительное время.

Сэмюэль Морзе успешный художник, основатель и президент Национальной академии рисунка в Нью-Йорке набросал схему прообраза телеграфа. Первый аппарат смог принять и зафиксировать сигнал по проводу 500 метров длиной.

Азбука Мо́рзе — способ знакового кодирования, представление букв алфавита, цифр, знаков препинания и других символов последовательностью сигналов: длинных («тире») и коротких («точек»).

Азбуку Морзе иногда применяют на флоте и в МЧС, популярна среди радиолюбителей, является самым доступным способом связи.

При перекрывании полосы сигналов двух передатчиков волны интерферируют.

Интерференционная картина представляет собой устойчивую, не изменяющуюся со временем картину чередования максимумов и минимумов. Устойчивая картина возникает, когда налагающиеся волны имеют одинаковый период и неизменный сдвиг фаз колебаний в каждой точке. Такие волны называются когерентными.

Интерференция приводит к возникновению помех при приёме, и поэтому чтобы передаваемая информация не искажалась, полосы, занимаемые радиостанциями, не должны перекрываться. Данное явление широко используется для измерения длин волн.

В повседневной жизни мы также встречаемся с явлением интерференции: радужная окраска масляных пятен на асфальте, окраска замерзающих оконных стёкол, причудливые цветные рисунки на крыльях некоторых бабочек и жуков обусловлены интерференцией электромагнитных волн видимого диапазона спектра.

Ещё одной областью использования радиоволн является радиолокация, которая позволяет обнаружить и определить местоположение различных объектов с помощью радиоволн. Передающее	устройство радиолокатора посылает в сторону объекта радиоимпульс, а приёмное устройство радиолокатора принимает данный импульс. Время между передачей и приёмом радиоимпульса пересчитывается в расстояние.

Благодаря радиоволнам у человечества появилась возможность передавать данные на огромные расстояния, при этом не нужно тянуть никаких кабелей. При помощи радиоволн можно передавать информацию Интернета. Радиоволны в настоящее время находят широкое распространение при различных исследования в медицине. На их основе создаются различные установки, позволяющие не только производить обследование, но и лечить от различных заболеваний.

Если бы не было радиоволн, человечество никогда бы не узнало о телевидении и радио, так как они передают сигнал различных частот, которые затем воспринимаются антеннами и спутниковыми тарелками. И в повседневной жизни мы часто встречаемся с этими устройствами, радар у милиционера, в аэрофлоте, в оборонной промышленности где с их помощью происходит наведение на цель.

В современных мегаполисах имеется большое количество радиоволн разных частот, их наложение друг на друга приводят к ряду сложностей при их регистрации. Кроме того, радиоволны ряда частотных диапазонов имеют негативное воздействие на организмы живых существ включая человеческий организм, что оказывает негативное влияние на здоровье. Это явление в соответствии с документами ООН получило название электромагнитного смога (ЭМС). ЭМС на сегодня является одной из сложных и перспективных задач в рамках защиты человеческого благополучия и городской окружающей среды.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Задание 1. Где в настоящее время находится подслушивающее устройство «Златоуст»?

а)	нигде, уничтожен;

б)	в музее ЦРУ в Лэнгли;

в)	в Берлине;

г)	в Англии

Ответ: Б.

Задание 2. Вставьте пропущенные слова, выбирая из списка правильные ответы:

амплитудно-импульсная модуляция способствует изменению_____________ импульсов несущего сигнала;
частотно-импульсная модуляция происходит при изменении___________ следования импульсов несущего сигнала;
широтно-импульсная модуляция происходит при изменении длительности _____________ несущего сигнала.

Ответ: амплитуды, частоты, импульсов