Конференция «Средства связи» Электромагнитные волны. - презентация

1

2 Конференция «Средства связи»

3 Электромагнитные волны

4 Волна - это процесс распространения колебаний в пространстве с течением времени - это процесс распространения колебаний в пространстве с течением времени

5 Классификации волн В зависимости от физической среды, в которой распространяются волны, их свойства различны и поэтому различают: В зависимости от физической среды, в которой распространяются волны, их свойства различны и поэтому различают: электромагнитные волны (радиоволны, свет, рентгеновские лучи); электромагнитные волны (радиоволны, свет, рентгеновские лучи); электромагнитные волны электромагнитные волны упругие волны (звук, сейсмические волны); упругие волны (звук, сейсмические волны); упругие волны упругие волны волны в плазме; волны в плазме; волны в плазме волны в плазме гравитационные волны; гравитационные волны; гравитационные волны гравитационные волны объёмные волны (распространяющиеся в толще среды); объёмные волны (распространяющиеся в толще среды); волны на поверхности жидкости. волны на поверхности жидкости. волны на поверхности жидкости волны на поверхности жидкости

6 Виды волн продольные волны (волны сжатия) волна распространяется параллельно колебаниям частиц среды (звук); продольные волны (волны сжатия) волна распространяется параллельно колебаниям частиц среды (звук); поперечные волны (волны сдвига) частицы среды колеблются перпендикулярно направлению распространения волны (электромагнитные волны, волны на поверхностях разделения сред); поперечные волны (волны сдвига) частицы среды колеблются перпендикулярно направлению распространения волны (электромагнитные волны, волны на поверхностях разделения сред);

7 Виды волны Продольные- Продольные- плоская плоская Поперечные Поперечные

8 Виды волн Продольная сферическая Продольная сферическая Поперечная сферическая Поперечная сферическая

9 Характеристики волны временная периодичность скорость изменения фазы с течением времени в какой-то заданной точке, называемую частотой волны f ; период Т временная периодичность скорость изменения фазы с течением времени в какой-то заданной точке, называемую частотой волны f ; период Т частотой пространственная периодичность скорость изменения фазы в определённый момент времени с изменением координаты длина волны λ пространственная периодичность скорость изменения фазы в определённый момент времени с изменением координаты длина волны λдлина волныдлина волны

10 Интенсивность волны О силе волны судят по её амплитуде. В отличии от колебания амплитуда волны векторная величина. О силе волны судят по её амплитуде. В отличии от колебания амплитуда волны векторная величина.амплитудевекторнаяамплитудевекторная Но для количественной характеристике переносимой волной энергии используется вектор плотности потока энергии I. Его направление совпадает с направлением переноса энергии, а абсолютная величина равна количеству энергии, переносимой волной за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению вектора. При небольших амплитудах: I=kAA Но для количественной характеристике переносимой волной энергии используется вектор плотности потока энергии I. Его направление совпадает с направлением переноса энергии, а абсолютная величина равна количеству энергии, переносимой волной за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению вектора. При небольших амплитудах: I=kAA где A амплитуда; k коэффициент пропорциональности, зависящий от природы волны и свойств среды, где эта волна распространяется где A амплитуда; k коэффициент пропорциональности, зависящий от природы волны и свойств среды, где эта волна распространяется

11 Лучи волны Лучом волны называется линия, направление которой совпадает с направлением потока энергии в этой волне в каждой её точке. Лучом волны называется линия, направление которой совпадает с направлением потока энергии в этой волне в каждой её точке. Лучом

12 Предсказал ЭМВ Максвелл

13 Хронологическая схема событий в истории изобретения радио

14 Открыл ЭМВ Герц

15 В 1888г. немецкий физик Генрих Рудольф Герц экспериментально доказал существование электромагнитных волн. В опытах он использовал источник электромагнитного излучения ( вибратор ) и удалённый от него приёмный элемент ( резонатор ), реагирующий на это излучение. Французский изобретатель Э. Бранли повторил в 1890г. эксперименты Герца, применив более надёжный элемент для обнаружения электромагнитных волн – радиокондуктор. Английский учёный О. Лодж усовершенствовал приёмный элемент и назвал его когерером. Он представлял собой стеклянную трубку, наполненную железными опилками.

16 Генрих Рудольф Герц ( ) – придумал и сконструировал вибратор и резонатор. Используя их и отражательные металлические экраны, доказал существование предсказанных Максвеллом электромагнитных волн, которые распространяются в пространстве - доказал тождественность световых и электромагнитных волн и измерил их скорость - предположил возможность передачи энергии электрических и магнитных полей без проводов

17 Эдуард Юджин Десаир Бранли (1844–1940) – сконструировал индикатор электромагнитных волн – радиокондуктор(«датчик Бранли»)

18 Оливер Джозеф Лодж ( ) - к радиокондуктору Бранли Лодж добавил прерывательное устройство, которое встряхивало опилки, после прохождения разряда. Назвал свое изобретение когерер(сцепливатель) (1.; 2.) 12

19 Попов Александр Степанович ( ) – родился в поселке Краснотурьинск при Богословском заводе на Урале в семье священника - (1877–1882) – учился на физико-математическом факультете Петербургского университета - ( ) – преподавал физику и электротехнику в Минном офицерском классе и ( ) – в Техническом училище Морского ведомства в Кронштадте – был избран профессором Петербургского электротехнического института и почетным инженером- электриком – стал директором института

20 Собственноручный эскиз А.С.Попова приемного устройства

21 Создатель радио Александр Степанович Попов Первая в мире радиосхема

22 Следующий шаг был сделан русским учёным и изобретателем Александром Степановичем Поповым. Его прибор имел кроме когерера электрический звонок с молоточком, который встряхивал трубку. Это давало возможность принимать радиосигналы, несущие информацию, - азбуку Морзе. По сути, с приёмника Попова началась эра создания средств радиотехники, пригодных для практических целей. Радиоприёмник Попова. 1895г. Копия. Политехнический музей. Москва. Схема радиоприёмника Попова

23 Применение ЭМВ

24 7 мая радиоприёмник 7 мая радиоприёмник

25 7 мая – День Радио! 7 мая – День Радио! Ежегодно в календаре Ежегодно в календаре

26 - 24 марта 1896 – осуществлена радиосвязь (250м.) и передана радиосвязь (250м.) и передана первая радиограмма : «Генрих Герц» - нач – проведена радиосвязь между кронштадтским берегом и кораблем(640м) - лето 1897 – установлена связь на расстоянии 5км – сконструирована 1-я военная приемно-передающая радиостанция с искровым передатчиком

27 - нач сооружение радиостанции на острове Гогланд в Финском заливе спасение группы рыбаков, унесенных на льдине в открытое море спасение группы рыбаков, унесенных на льдине в открытое море- - помощь броненосцу «Генерал-адмирал Апраксин», севшему на камни

28 -лето 1900 – испытаны походные армейские радиостанции в полевых условиях на маневрах 148-го гвардейского Каспийского полка - ноябрь-декабрь 1900 – организованы радиотелеграфные мастерские по изготовлению военных радиостанций в Кронштадте – установлены радиостанций на кораблях Черноморской эскадры - лето 1901 – достигнута дальность радиосвязи до 150км

29

30 Итальянский изобретатель средств радиосвязи Г.Маркони За наладкой своей аппаратуры

31 Прошло немало времени с открытия явления электромагнитной индукции до изобретения радио Человек, который задумался над созданием беспроволочного телеграфа и претворил его в жизнь, был наш соотечественник Попов А.С. Вследствие этого изобретения в мире произошел технический прорыв во многих областях науки и техники, связанных с обменом и обработкой информации

32 «Я горд тем, что родился русским. И если не современники, то, может быть, потомки наши поймут, сколь велика моя преданность нашей родине и как счастлив я, что не за рубежом, а в России открыто новое средство связи». Попов А.С. «Я горд тем, что родился русским. И если не современники, то, может быть, потомки наши поймут, сколь велика моя преданность нашей родине и как счастлив я, что не за рубежом, а в России открыто новое средство связи». Попов А.С.

33

34 Распределение спектра радиоволн Частота υ, МГц Длина волны λ, м Длинные волны (ДВ) 0,1 - 0, Средние волны (СВ) 0,5 – 1, Короткие волны (КВ) Ультракоротки е волны (УКВ) до – 0,5

35 Для радиовещания отведены участки : Длинные волны ДВ м Средние волны СВ м Короткие волны КВ м Ультракороткие волны УКВ 10-5 м

36

37 SOS На волне 600 м передаётся знаменитый сигнал « SOS» - сигнал бедствия На волне 600 м передаётся знаменитый сигнал « SOS» - сигнал бедствия

38

39 Радиолокация Радиолокация – обнаружение, точное определение местонахождения и скорости объектов с помощью радиоволн. Радиолокация – обнаружение, точное определение местонахождения и скорости объектов с помощью радиоволн. Сигнал радиоволны – электрические колебания сверхвысокой частоты, распространяемой в виде электромагнитных волн. Скорость радиоволн, то где R – расстояние до цели. Точность измерения зависит от: Формы зондирующего сигнала Энергии отражённого сигнала Вида сигнала Длительности во времени сигнала

40

41 Микрофон преобразовывает звуковые волны в электромагнитные сигналы Радиоантенна принимает радиосигналы, преобразовывает их в электрические сигналы Радиопередатчик превращает электрические сигналы в радиоволны Антенна направляет радиоволны в атмосфере Динамик в радиоприёмнике превращает электрические сигналы в звуковые волны, которые мы слышим

42 Применение радиолокации в наше время Сельское и лесное хозяйство: определение вида почв, температуры, обнаружение пожаров. Сельское и лесное хозяйство: определение вида почв, температуры, обнаружение пожаров. Геофизика и география: структура землепользования, распределение транспорта, поиски минеральных местонахождений. Гидрология: исследование загрязнений поверхностей воды. Океанография: определение рельефа поверхностей дна морей и океанов. Военное дело и космические исследования: обеспечение полётов, обнаружение военных целей.

43 ТЕЛЕВИДЕНИЕ

44

45 Спутниковая связь Спутники – беспилотные космические аппараты, летающие по орбите вокруг Земли. Они могут передавать телефонные разговоры и телевизионные сигналы в любую точку мира. Они также передают информацию о погоде и навигации. В 1957 году в СССР был запущен «Спутник – 1» - первый в мире искусственный спутник Земли. «Спутник – I»

46 Спутниковая связь В 1960 г. В США были запущены спутники «Курьер» и «Эхо». Они передали первые телефонные разговоры между США и Европой. В 1962г в США на орбиту вышел «Телстар» - первый телевизионный спутник. Он мог одновременно передавать 60 телефонных разговоров или одну телепрограмму. Спутник «Телстар»

47 Спутниковая связь Пассивный спутник связи Echo-1,1960. Металлизированная надувная сфера диаметром 30 м Инженеры работают над первым в мире спутником связи Early Bird

48 Орбиты спутниковых ретрансляторов Орбиты, на которых размещаются спутниковые ретрансляторы, подразделяют на три класса: экваториальные, экваториальные, наклонные, наклонные, полярные. полярные.

49 Типичная карта покрытия спутника, находящегося на геостационарной орбите

50 Многократное использование частот. Зоны покрытия Поскольку радиочастоты являются ограниченным ресурсом, необходимо обеспечить возможность использования одних и тех же частот разными земными станциями. Сделать это можно двумя способами: 1)пространственное разделение каждая антенна спутника принимает сигнал только с определенного района, при этом разные районы могут использовать одни и те же частоты, 2) поляризационное разделение различные антенны принимают и передают сигнал во взаимно перпендикулярных плоскостях поляризации, при этом одниполяризации и те же частоты могут применяться два раза (для каждой из плоскостей).

51 Антенна для приема спутникового телевидения

52

53 Сечение коаксиального кабеля Сечение коаксиального кабеля

54 Продольный разрез коаксиального кабеля

55 Оптический кабель

56 Принцип работы волоконно- оптического кабеля

57 Благодаря своим особым свойствам волоконно-оптические кабели находят свое применение: там, где востребована надежная передача информации там, где востребована надежная передача информации там, где ограничена прокладка кабелей в пространственном отношении там, где ограничена прокладка кабелей в пространственном отношении небольшие расстояния передачи данных ( до 60 м) небольшие расстояния передачи данных ( до 60 м)

58 Типичные области применения волоконно- оптических кабелей Предназначены для применения там, где большие объемы данных необходимо передавать на высоких скоростях и на большие расстояния (от 60 м до нескольких километров) Предназначены для применения там, где большие объемы данных необходимо передавать на высоких скоростях и на большие расстояния (от 60 м до нескольких километров) в локальных компьютерных сетях LAN (Local Area Networks) в локальных компьютерных сетях LAN (Local Area Networks) в сетях, построенных по технологии MAN ( Metropolitan Area Networks) в сетях, построенных по технологии MAN ( Metropolitan Area Networks) в сетях, построенных по технологии WAN (Wide Area Networks) в сетях, построенных по технологии WAN (Wide Area Networks)

59

60 Сотовая связь Сотовая связь один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть. Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть, которая имеет вид сот с шестиугольными ячейками (сотами). один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть. Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть, которая имеет вид сот с шестиугольными ячейками (сотами).мобильной радиосвязизона покрытия базовых станциймобильной радиосвязизона покрытия базовых станций

61 Сотовая связь в России Сотовая связь в России В России сотовая связь начала внедряться с 1990 г., коммерческое использование началось с 9 сентября 1991 г., когда в Санкт-Петербурге компанией «Дельта Телеком» была запущена первая в России сотовая сеть и был совершён первый символический звонок по сотовой связи мэром Санкт-Петербурга Анатолием Собчаком. В России сотовая связь начала внедряться с 1990 г., коммерческое использование началось с 9 сентября 1991 г., когда в Санкт-Петербурге компанией «Дельта Телеком» была запущена первая в России сотовая сеть и был совершён первый символический звонок по сотовой связи мэром Санкт-Петербурга Анатолием Собчаком. Анатолием Собчаком Анатолием Собчаком

62 В декабре 2007 года число пользователей сотовой связи в России выросло до 172,87 млн абонентов, в Москве до 29,9, в Питере до 9,7 млн В декабре 2007 года число пользователей сотовой связи в России выросло до 172,87 млн абонентов, в Москве до 29,9, в Питере до 9,7 млн Сотовый телефон вид мобильного телефона предназначенный для работы в сетях сотовой связи. Сотовый телефон вид мобильного телефона предназначенный для работы в сетях сотовой связи.мобильного телефона сотовой связимобильного телефона сотовой связи

63 Вопросы безопасности группа ученых Эссенского университета в Германии сообщила, что их исследования больных одним из видов рака глаза показывают, что больные гораздо чаще пользовались услугами сотовой связи, чем остальные люди. Авторы исследований, проведенных в Великобритании, утверждают, что постоянное пользование сотовой связью увеличивает риск заболевания раком мозга в 2,5 раза. Белорусские исследователи из Минского медицинского университета установили, что уже минутный разговор вызывает изменения электрофизиологической активности мозга и артериального давления. группа ученых Эссенского университета в Германии сообщила, что их исследования больных одним из видов рака глаза показывают, что больные гораздо чаще пользовались услугами сотовой связи, чем остальные люди. Авторы исследований, проведенных в Великобритании, утверждают, что постоянное пользование сотовой связью увеличивает риск заболевания раком мозга в 2,5 раза. Белорусские исследователи из Минского медицинского университета установили, что уже минутный разговор вызывает изменения электрофизиологической активности мозга и артериального давления.

64 SAR SAR (от англ. Specific Absorption Rates удельный коэффициент поглощения) уровень излучения, определяющий энергию электромагнитного поля, которая выделяется в тканях тела человека за одну секунду. Данным показателем, в частности, измеряют величину воздействия мобильных телефонов на человека. Единицей измерения SAR является ватт на килограмм. Допустимое значение излучения обычно не превышает 2 Вт/кг. SAR (от англ. Specific Absorption Rates удельный коэффициент поглощения) уровень излучения, определяющий энергию электромагнитного поля, которая выделяется в тканях тела человека за одну секунду. Данным показателем, в частности, измеряют величину воздействия мобильных телефонов на человека. Единицей измерения SAR является ватт на килограмм. Допустимое значение излучения обычно не превышает 2 Вт/кг.

65 . Дети более подвержены опасности, так как детская иммунная система находится в стадии становления и не так эффективна, как у взрослых Российский национальный комитет по защите от неионизирующих излучений рекомендует вести разговор по сотовому не дольше трех минут, с перерывами между разговорами не менее 15 минут. Российский национальный комитет по защите от неионизирующих излучений рекомендует вести разговор по сотовому не дольше трех минут, с перерывами между разговорами не менее 15 минут.

66 Выживем ли мы в мобильном мире? китайские ученые еще в 2005 году пришли к выводу, что электромагнитное излучение сотовых телефонов и базовых станций приводит к распаду молекул ДНК и генетическим мутациям. китайские ученые еще в 2005 году пришли к выводу, что электромагнитное излучение сотовых телефонов и базовых станций приводит к распаду молекул ДНК и генетическим мутациям.

67 Боевая СВЧ-установка для дистанционного несмертельного воздействия на людей установка ADS излучает направленную энергию в диапазоне миллиметровых радиоволн (частота 94 ГГц), которая оказывает кратковременное шоковое воздействие на людей на расстоянии до 500 м. болевой порог достигается в течение 3 секунд облучения, а после 5 секунд боль становится невыносимой. установка ADS излучает направленную энергию в диапазоне миллиметровых радиоволн (частота 94 ГГц), которая оказывает кратковременное шоковое воздействие на людей на расстоянии до 500 м. болевой порог достигается в течение 3 секунд облучения, а после 5 секунд боль становится невыносимой.

68

69 Перспективы развития средств связи : Дальнейшее расширение и правильное географическое размещение средств связи на территории страны Дальнейшее расширение и правильное географическое размещение средств связи на территории страны Повышение скорости сообщений, расширение каналов связи Повышение скорости сообщений, расширение каналов связи Увеличение мощностей радиовещательных станций Увеличение мощностей радиовещательных станций Развитие космического телевидения Развитие космического телевидения

70