Презентация по технологии на тему "Электромагнитные волны и передача информации"

Электромагнитные волны и передача информации

Первый пригодный для эксплуатации электромагнитный телеграф был построен н 1829 году русским ученым П.Л. Шиллингом. Для передачи текста Шиллинг разработал специальную телеграфную азбуку, создав различные типы кодов. Публичная демонстрация его телеграфа состоялась в Петербурге в 1832 году.

Телеграф П.Л. Шиллинга

Попытки усовершенствования телеграфа предпринимались изобретателями многих стран, однако широкое распространение он получил только после того, как американский художник и изобретатель С. Морзе предложил в 1837 году удачную конструкцию телеграфа и специальный телеграфный код, состоящий из комбинаций точек и тире, получивший впоследствии его имя.

Телеграф С. Морзе

Если с помощью телеграфа по проводам передавалась информация, закодированная телеграфным кодом, то телефон позволял передавать но проводам человеческий голос. Среди конструкций телефонов, созданных различными изобретателями, наиболее удачной оказалась конструкция, запатентованная в 1876 году американским изобретателем А. Беллом и названная им «говорящий телеграф». Трубка Белла служила по очереди и для передачи, и для приема человеческой речи. В телефоне А. Белла не было звонка, позже (в 1878 г.) он был изобретен его коллегой Т. Ватсоном. Вызов абонента производился через трубку с помощью свистка. Дальность действия этой линии не превышала 500 м.

«Говорящий телеграф» А.Белла

Расцвет телефонной связи наступил после того, как она избавилась от проводов, и телефон превратился в мобильное устройство индивидуального использования. Всё это стало возможным благодаря экспериментальному доказательству в 1888 году немецким физиком Г. Герцем наличия электромагнитных волн и изобретению радио русским учёным А.С. Поповым В 1895 году. С этого изобретения началась эпоха беспроводной передачи информации с помощью электромагнитных волн.

А.С. Попов. Радио

О наличии электромагнитных волн вы, конечно, слышали. Их практическое использование началось чуть больше века назад с демонстрации нового, необычного прибора - грозоотметчика. Его создателем был А.С. Попов. Само название прибора говорит о том, что источником сигнала, передаваемого в пространстве без проводов, то есть радиосигнала, были атмосферные электрические разряды - молния. Дело в том, что искровой разряд сопровождается излучением электромагнитных волн самой различной частоты и амплитуды. На них и реагировал грозоотметчик. Полезной информацией было само наличие принимаемого сигнала.

Грозоотметчик А.С. Попова

Первая в мире радиограмма была передана А.С. Поповым в присутствии членов Русского физико-химического общества примерно через год после демонстрации грозоотметчика. Она состояла всего из двух слов, записанных азбукой Морзе: "Генрих Герц».

В современном радиовещании используются специальные генераторы радиосигналов разных, но строго определённых частот (длин) волн следующих участков, или диапазонов: длинные волны (ДВ), средние волны (СВ), короткие волны (КВ) и ультракороткие волны (УКВ) . Телевизионные сигналы передаются в диапазоне УКВ; используются также и более короткие волны.

Радиоволны разной длины неодинаково реагируют на препятствия, которые встречаются на их пути: отражаются, преломляются или проходят без изменений. Влияние длины волны на характер её взаимодействия с внешним миром - характерная черта любых волновых процессов. Длинные радиоволны лучше других распространяются над земной поверхностью, легко огибают большие препятствия в виде оврагов и гор, огибают и сам земной шар. Поэтому в любое время дня и ночи длинноволновые станции можно услышать на очень больших расстояниях. Вдоль земной поверхности распространяются и все остальные радиоволны - средние, короткие и ультракороткие, но с ростом частоты волн земля всё сильнее поглощает их энергию. К тому же эти волны, особенно короткие и ультракороткие, уже не огибают Землю, то есть распространяются подобно лучу света. Однако мы слышим далекие средневолновые и коротковолновые радиостанции потому, что их радиоволны приходят к приёмнику, отразившись от ионосферы газового слоя, в котором под действием солнечных лучей нейтральные атомы газов превращаются в ионы. Ионосфера играет роль «радиозеркала», от которого радиоволны отражаются и направляются к земной поверхности, откуда, в свою очередь, могут опять отразиться в сторону ионосферы. Благодаря этим явлениям радиосигнал может даже обогнать земную поверхность. В разное время суток и в разное время года из-за изменения солнечной активности плотность различных слоёв ионосферы меняется, и поэтому меняются условия отражения и распространения радиоволн

Ультракороткие волны, как правило, не отражаются от ионосферы, они проходят сквозь неё и уходят в космическое пространство. Поэтому работающие на УКВ радиостанции слышны только в непосредственной близости. Однако передачу в УКВ-диапазоне на большие расстояния можно осуществить с помочью радиорелейных линий (цепочки приёмопередающих радиостанций) или с искусственного спутника 3емли.

В настоящее время в космосе находятся коммерческие спутники, осуществляющие передачу многочисленных телевизионных каналов. Эти спутники осуществляют функцию ретрансляторов - принимают сигнал от наземной передающей станции на одной частоте, усиливают его и передают на Землю уже на другой частоте. Спутниковые антенны могут быть индивидуальными или коллективными. Принятый со Спутника сигнал преобразуется и поступает на приемник. Заметим, что радиоприемник и телевизор предназначены в конечном счете не для приема электромагнитных волн, а для приема информации, передаваемой с их помощью.

Запись информации осуществляется путем изменения параметров электромагнитных волн, так называемой модуляции. Есть много способов её осуществления. Первой была применена амплитудная модуляция, при которой амплитуда излучаемых передатчиком электромагнитных волн менялась в строгом соответствии с частотой звукового сигнала.

Для приема радио- и телесигналов служит антенна, и соответственно она же является источником сигнала для всех электронных устройств, в том числе радио- и телевизионных приёмников, Различают наружные и внутренние антенны. Первые радиоприемники имели громоздкие наружные антенны, тогда как современные, имеющие высокую чувствительность, рассчитаны практически только на внутренние антенны. Все приемники имеют в своем составе специальные фильтры, пропускающие сигналы станции, на частоту которой настроен фильтр, и не пропускающие сигналы других станций.

Телевизионные сигналы в городах поступают к приемникам в настоящее время преимущественно по кабельным сетям, поскольку приему эфирных телевизионных сигналов сильно мешают городские здания. В отдаленных районах прием сигналов осуществляется индивидуальными спутниковыми антеннами.

Достижения в области спутниковой радиосвязи привели к созданию доступных широкому пользователю навигационных систем, с помощью которых он может получить информацию о том, где он находится, как ему добраться до нужного места, с какой скоростью он движется, и понять, когда он доберется до цели. В настоящее время пользователям доступны американская навигационная система GPS (Глобальная система позиционирования) и российская система ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система). В стадии реализации находится европейский проект спутниковой системы навигации Галилео (Galilеo), предназначенной для позиционирования объектов с точностью менее одного метра. Полностью развернуть европейскую систему планируется к 2020 году. Пользование спутниковыми навигационными системами бесплатно для пользователей, а сигналы систем покрывают всю территорию Земли.

Принцип работы систем спутниковой навигации можно объяснить следующим образом. Приемник навигационных сигналов измеряет задержку распространения сигнала от каждого из видимых спутников ДО приемника. Задержка сигнала, умноженная на скорость света, - это расстояние от спутника в момент излучения до приемника в момент приема. Из принятого сигнала приемник получает информацию о положении спутника. Вычислив координаты спутника, зная точное расстояние от спутника до Земли и эталонное время распространения радиосигнала, приемная аппаратура вычисляет расстояние от спутника до пользовательского приемника, а вычислив расстояние до нескольких спутников, определяет свое местоположение.

В настоящее время широко применяются мобильные телефоны, которые для связи с телефонной станцией используют электромагнитные волны. По сути, мобильный телефон является одновременно и радиоприёмником и радиопередающей станцией.