По выполнению контрольной работы №2

ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ №2

С краткими методическими указаниями

по дисциплине ОП.04 Теория электросвязи

для студентов заочной формы обучения

специальности 11.02.06 Техническая эксплуатация транспортного радиоэлектронного оборудования (на железнодорожном транспорте)

курс 2

группа С-2

 

 

Ухта

 

 

УТВЕРЖДАЮ

Заместитель директора по УР

___________ Коротаева Т.М.

«» сентября 20 15 г.

 

 

Автор: Рыжикова Т. П. – преподаватель специальных дисциплин УТЖТ – филиала ПГУПС

 

Одобрено цикловой комиссией специальности

Техническая эксплуатация транспортного

радиоэлектронного оборудования (по видам транспорта)

Председатель

_____________А.В. Марчак

протокол № ___ от «» сентября 2015 г.

 

 

Задание на контрольную работу № 2.

Общие указания к выполнению контрольной работы №2

 

Задания на контрольную работу составлены в 50 вариантах. Вариант контрольной работы определяется двумя последними цифрами шифра студента по таблице 1.

К решению задач и ответам на вопросы следует приступать после изучения теоретического материала.

Решение задач необходимо пояснять схемами, графиками и рисунками в соответствии с действующими ГОСТами.

Задачи с цифровыми подсчетами следует решать в общем виде и в полученные формулы подставлять цифровые значения в том порядке, в каком расположены буквенные значения.

Расчеты следует производить с точностью до третьего знака.

При решении задач необходимо пользоваться Международной системой единиц СИ.

 

Таблица вариантов контрольной работы №1.

Таблица 1

Две последние цифры шифра	Номер варианта	Номера вопросов и задач	Две последние цифры шифра	Номер варианта	Номера вопросов и задач
01 51		1, 12, 22, 34, 47	26 76		6, 15, 21, 39, 41
02 52		2, 13, 23, 35, 48	27 77		7, 16, 22, 38 42
03 53		3, 14, 24, 36, 49	28 78		8, 17, 23, 37, 43
04 54		4, 15, 25, 37, 50	29 79		9, 18, 24, 36, 44
05 55		5, 16, 26, 38, 46	30 80		10, 20, 25, 33, 49
06 56		6, 17, 27, 39, 45	31 81		1, 12, 26, 35, 48
07 57		7, 18, 28, 33, 44	32 82		2, 13,27, 40, 50
08 58		8, 19, 29, 31, 43	33 83		3, 14, 20, 31, 46
09 59		9, 20, 30, 41, 50	34 84		4, 15, 19, 34, 45
10 60		10, 21, 32, 40, 49	35 85		5, 16, 18, 32, 47
11 61		11, 12, 31, 39, 48	36 86		6, 11, 17, 29, 41
12 62		1, 13, 30, 38, 47	37 87		7, 18, 27, 31, 49
13 63		2, 14, 29, 37, 46	38 88		8, 19, 28, 36, 50
14 64		3, 15, 28, 36, 45	39 89		9, 20, 29, 38, 45
15 65		4, 16, 27, 35, 44	40 90		10, 12, 20, 30, 40
16 66		5, 17, 26, 34, 43	41 91		1, 11, 21, 31, 41
17 67		6, 18, 25, 33, 42	42 92		2, 14, 22, 32, 42
18 68		7, 19, 24, 32, 41	43 93		3, 12, 23, 33, 43
19 69		8, 20, 27, 42, 50	44 94		4, 13, 24, 34, 44
20 70		9, 21, 28, 39, 49	45 95		5, 15, 25, 35, 45
21 71		10, 22, 30, 40, 48	46 96		6, 16, 26, 36, 46
22 72		1, 14, 22, 35, 47	47 97		7, 17, 27, 37, 47
23 73		2,,12, 23, 36, 46	48 98		8, 18, 28, 38, 48
24 74		3, 13, 24, 37, 45	49 99		9, 19, 29, 39, 49
25 75		4, 11, 25, 38, 44	50 00		10, 20, 30, 40, 50

 

Задача 1 -10

1. В чем заключается физический смысл коэффициента модуляции. Что такое перемодуляция?

2. Как устроен амплитудный модулятор, на чем основан его принцип работы?

3. Что понимают под шириной спектра АМ- сигнала?

4.В чем заключается принцип детектирования АМ- сигнала?

5. Что понимают под синхронным детектированием?

6. Как изменится ширина спектра АМ – сигнала, если уровень модулирующего сигнала увеличить вдвое?

7.В чем состоит отличие между линейным и квадратичным детектированием АМ- сигнала?

8. Амплитудная модуляция при сложном модулирующем сигнале.

9. Приведите схемы транзисторного детектора. Проведите сравнительный анализ схем.

10.Схема балансного модулятора, принцип ее работы.

 

Задача 11-18

Используя данные таблицы 2,определите индекс модуляции и девиацию частоты ЧМ-сигнала, если максимальная частота модулированного сигнала – f_max, среднее значение частоты – f₀ , частота модуляции F.

 

Таблица 2

№№ задач	Максимальная частота модулированного сигнала, fmax,Гц	Среднее значение частоты, f0, Гц	Частота модуляции F, Гц	Теоретический вопрос
	6,025 ∙107	6,01 ∙ 107	10∙103	Балансномодулированный сигнал, его преимущество. Математическая модель БМ сигнала.
	17,216 ∙107	17,204 ∙107	52∙103	Однополосная модуляция (ОМ), ее принцип, математическая модель ОМ сигнала
	3,01∙ 107	3,03∙107	5∙ 103	Что представляет собой манипуляция? Основная характеристика манипуляции
	19,117∙107	19,105∙107	56∙ 103	Схема простейшего амплитудного модулятора,принцип работы, недостатки.
	9,025∙107	9,01∙107	13∙103	Приведите временные и спектральные диаграммы сигналов при АМ.
	12, 075∙107	12, 056∙107	16∙103	Схема амплитудного модулятора, осуществляющего модуляцию базовым смещением, ее недостатки.
	20,015∙107	20,001∙107	24∙103	Схема кольцевого,принцип работы, недостатки.
	23,05∙107	23, 025∙107	26∙103	Для чего нужен нелинейный элемент при амплитудной детектировании?

 

 

Задача 19-20

1. В чем заключается импульсная модуляция? Приведите виды импульсной модуляции и их характеристику.

2. Постройте временную диаграмму сигналов при импульсной модуляции для сигнала с ЧИМ (19) и АИМ и(20).

3. Определите ширину спектра импульса, если его длительность: t _и = 5.8 ∙ 10 ^-7с (19), t_и = 12∙ 10^-6 с (20).

 

Задача 21

1. Поясните принцип организации связи в цифровой системе передачи.

2. Приведите структурную схему цифровой системы передачи непрерывного сигнала.

3. Кратко поясните основные преимущества и недостатки цифровых систем передачи (ЦСП) в отличие от аналоговых систем.

 

Задача 22

1. Дайте определение терминов «код», «алфавит кода», «основание кода», «значность кода», «равномерные и неравномерные коды», «простые и корректирующие коды».

2. Приведите классификацию корректирующих кодов. Поясните процесс обнаружения ошибок в кодах.

3. Какое количество ошибок может обнаружить код, если кодовое расстояние

d₀ = 2?

Задача 23

1. Дайте определение «шаг квантования», «шум квантования».

2. Поясните физическую сущность процесса дискретизации непрерывного сигнала.

3. Приведите структурную схему цифровой системы передачи непрерывных сообщений с помощью ИКМ. Процесс преобразования непрерывного сигнала в цифровой ИКМ – сигнал поясните на временной диаграмме.

Задача 24

1. Поясните, какой способ кодирования называют дельта - модуляцией (ДМ)?

2. Приведите временную диаграмму, отражающую процесс получения ДМ – сигнала?

3. Определите частоту дискретизации, если спектр сигнала 100...500 Гц.

 

Задачи 25-27

1. В какой из цифровых модуляций выбирают минимальный период дискретизации?

2. Определите минимальный интервал дискретизации, если нужно передать сигнал с помощью ИКМ с шириной спектра F_с: 0,3...3,4кГц (25), 0,03...15кГц (26), 0,05...6000кГц (27).

3. В какой из цифровых модуляций выбирают минимальный период дискретизации?

 

Задача 28

1. Поясните физическую сущность образования электромагнитных волн в околоземном пространстве.

2. Дайте понятие электрической волны (радиоволны).

3. Что такое зона молчания, в каком диапазоне волн она возникает?

 

Задача 29

1. Поясните сущность физических процессов, происходящих в ионосфере при отражении пространственных волн.

2. Приведите графическое изображение преломления радиоволн в средах с различной диэлектрической проницаемостью. Почему ночью связь на гектометровых волнах возможна на большие расстояния, чем днем?

3. То вы понимаете под термином «окна прозрачности» атмосферы?

 

Задача 30

1. Как осуществляется учет потерь энергии радиоволн, связанных с поглощением,

экранированием, дифракцией и рефракцией волн.

2. Чем определяется дальность связи в диапазонах метровых и более коротких волн?

Почему в диапазоне метровых волн можно обеспечить высокое качество линии

связи?

3. Сформулируйте условия обеспечения связи в диапазоне декаметровых волн.

 

Задача 31

1. Дайте определение понятию антенна. В чем заключается принцип взаимности антенн?

2. Перечислите основные типы антенн, дайте краткое их пояснение.

3. Определите высоту подвеса передающей антенны телецентра обеспечивающую прием в зоне радиуса 80км. Высота подвеса приемных антенн h₂ = 20м.

 

Задача 32 - 37

Пользуясь формулами идеальной передачи и данными таблицы 3,

определите напряженность поля излучателя Е_др, расположенного над поверхностью земли, если известны: мощность, излучаемая источником Р_и, радиус сферы r, коэффициент направленного действия D

 

Таблица 3

№ варианта	Ри, кВт	r, км	D	Теоретический вопрос
				Перечислите параметры, характеризующие антенну, кратко поясните их.
				Что такое действующая высота вибратора?
				Сформулируйте условия обеспечения связи в диапазоне декаметровых волн.
				Что такое зона молчания, в каком диапазоне волн она возникает?
				Почему интерференционные замирания на декаметровых волнах более глубокие и частые, чем на гектометровых?
				Расскажите об основных типах антенн.

 

Задача 38-42

№№ задач	h 1 (м)высота передающей антенны	Дальность связи (км)	Рефракция	Теоретический вопрос
		19,5	тропосферная	Как осуществляется учет потерь энергии радиоволн, связанных с поглощением.
			Как осуществляется учет потерь энергии радиоволн, связанных с экранированием.
			Как осуществляется учет потерь энергии радиоволн, связанных с дифракцией?
		28,9	Опишите дифракцию радиоволн.
			Опишите рефракцию радиоволн.

Пользуясь данными таблицы 4, определите высоту приемной антенны.

Таблица 4

 

Задача 43

1. Поясните особенности распространения километровых, гектометровых, декаметровых волн. Какие факторы влияют на распространение волн?

2. Чем определяется дальность связи в диапазонах метровых и более коротких волн? Почему в диапазоне метровых волн можно обеспечить высокое качество линии связи?

3. Пользуясь формулами идеальной радиопередачи, определите напряженность поля излучателя, расположенного над поверхностью Земли, если Р_∑ =10кВт, r = 1500км, D =3.

 

Задача 44

1. Приведите структурную схему радиоприемника.

2. Перечислить с кратким пояснением основные технические характеристики радиоприемника.

3. Пояснить особенности системы радиосвязи.

 

Задачи 45-50

Пользуясь данными таблицы 5, определить предельный угол падения луча φ_пр при введении его в сердцевину оптического волокна (ОВ); угловую апертуру волокна NA, определить число мод в волокне, если заданы: показатели преломления сердцевины n₁ и оболочки n₂; диаметр сердцевины d_с ; рабочая длина волны λ.

В задачах №№ 46,47,48 волокно – ступенчатое, №№ 49,50 – градиентное.

Таблица 5

№ задачи	n1, мкм	n2, мкм	dс, мкм	λ, мкм	Теоретический вопрос
	1,455	1,445	53,8	0,65	Срок службы оптоволокна. Достоинства и недостатки ОК перед медножильными.
	1,470	1,460	62,5	0,85	Поясните конструкцию ОВ. Приведите рисунок ОВ. Перечислите типы ОВ.
	1,465	1,455		1,32	Поясните принцип распространения света в волокне. Ответ поясните рисунком.
	1,471	1,462		0,86	Перечислите основные характеристики ОВ. Поясните причины потерь электромагнитной энергии при передаче оптического сигнала.
	1,480	1,475		1,55	Перечислите разновидности одномодовых волокон, укажите область их использования.
	1,487	1,480	9,0	1,38	Перечислите разновидности многомодовых волокон, укажите область их использования.

 

.

 

Методические указания

по выполнению контрольной работы №2

 

К выполнению контрольной работы следует приступать только после изучения соответствующего теоретического материала.

 

Вопросы 1-10 относятся к разделу 3 программы – «Модуляция и демодуляция сигналов электросвязи».

Материал раздела изложен достаточно подробно в [4].

Материал раздела изложен в [ 3], глава 1. и в [ 1], глава 13. Более подробно материал изложен в [ 3].

Задания 11 – 18 следует выполнять после изучения материала я глава 15 учебника [4].

При решении задач рекомендуется воспользоваться формулами.

Максимальное отклонение частоты от среднего значения называют девиацией частоты: ∆ω_д =2πf_д.

Девиация частоты определяет индекс частотной модуляции

m_ЧМ =∆ω_{д /} Ω_max =∆f_{д /} F_max, который может изменяться от 0 до ∞.,

где Ω_max – частота низкочастотного модулирующего колебания.

Таким образом, если известны индекс частотной модуляции и максимальная частота модулирующего сигнала, можно определить пределы, в которых изменяется мгновенная частота ЧМ- сигнала.

Для выполнения заданий 19 – 20 необходимо изучить материал глава 16 [4] Импульсная модуляция и демодуляция сигналов.

Для импульсных видов модуляции (кроме ШИМ) ширина спектра не зависит ни от вида модуляции и ее параметров, ни и модулирующего сигнала, и от периода следования импульсов, а определяется только длительностью импульса несущей.

Ширина спектра обратно пропорциональна длительности импульса несущей.

После изучения материала главы 20 [4] Цифровые системы передачи, можно приступать к выполнению заданий 21, 22.

Задания 23-27 следует выполнять после изучения материала [4] глава 21 и [1] глава 2,7.

В квантователе устанавливаются разрешенные для передачи уровни. разницу между двумя ближайшими уровнями называют шагом квантования ∆_i. Если шаги квантования одинаковы и не зависят от уровня квантования, то квантование является равномерным ∆_i= 5мВ. При различных шагах ∆_i ≠ const получается неравномерное квантование. Квантованные отсчеты непрерывного сигнала u (kT_д), попадающие в интервал между разрешенными уровнями, округляются до ближайшего разрешенного уровня. Из-за округления в процессе квантования возникает погрешность – ошибка квантования ε (kТ_д) = u (kТ_д) – u_кв (kТ_д), поскольку квантованные значения отсчета u_кв (kТ_д) отличается от истинного u (kТ_д). Эта погрешность является специфической помехой любого АЦП и называется шумом квантования ε.

Значенияε непрерывного сигнала в цифровой ИКМ- сигнал u(t) сведены в таблицу.

 

Номер отсчета	u(t), мВ	uкв (kТд), мВ	ε = u(t) - uкв (kТд), мВ	Номер разрешенного уровня квантования	Кодовая комбинация разрешения уровня квантования
1Тд
2Тд			-1
3Тд	27,5		2,5
4Тд			-2
5Тд
6Тд

Шум квантования ε(kТ_д) представляет собой случайную последовательность импульсов, максимальное значение которых не превышает половины шага квантования ε ≤ ∆ _i / 2

Если ширина спектра исходного сообщения равна F_с, то частота дискретизации в соответствии с теоремой Котельникова равна 2F_с. Каждый отсчет после квантования заменяется n = 1 / log L.

Следовательно, длительность каждого импульса может быть не больше t_и = 1/2F_с log L, а необходимая полоса частот определяется как

F=(1/2t_и) ∙ 2F_с log L. Из этого следует, что при двухполосной АМ сигнал ИКМ –АМ займет полосу частот F=2 F. Увеличение уровней квантования приводит к увеличению ширины спектра.

Для выполнения заданий 28-30 необходимо изучить материал учебника [4] глава 13. Особенности передачи сигналов по радиолиниям.

После изучения материала [1] глава 13 следует приступать к выполнению заданий 31- 42, рекомендуется также воспользоваться данными:

предельное расстояние прямой видимости r₀ = 3,57 (√ h₁ + √ h₂ ), где h₁ – высота подъема передающей, а h₂ – приемной антенны, выраженная в метрах, а r₀ – расстояние между ними,выраженное в километрах. Эта формула справедлива для идеальной земной поверхности. Увеличение дальности связи возможно за счет рефракции. При нормальной тропосферной рефракции лучи радиоволн искривляются к Земле, благодаря чему дальность связи r₁ увеличивается. С учетом рефракции r1=4,12((√ h₁ + √ h₂).

Для решения задачи 43 необходимо изучить материал [4] глава 21, рекомендуется также воспользоваться ниже приведенными данными:

если обе антенны излучают одинаковые мощности Р, то ясно что в пункте приема, который достаточно удален от антенн и на который ориентирована направленная антенна, концентрирует излучаемую энергию в желаемом направлении. Будем постепенно увеличивать поле, что и направленная антенна. Множитель D_1, показывающий,во сколько раз следует увеличивать мощность, подводимую к приемной антенне, чтобы она создавала такую же напряженность поля, что направленная, носит название коэффициента направленности или коэффициента усиления.

Таким образом, направленная антенна по создаваемой ею в месте приема напряженности поля эквивалента изотропной антенне, которая излучает в D раз большую мощность. Это позволяет представить формулу для напряженности поля, создаваемой в свободном пространстве направленной антенной, в следующем виде:

,В/М

После изучения материала [2] глава 2 Радиоприемные устройства, следует приступать к выполнению задания 44.

Задания 45 -50 следует выполнять после изучения второго раздела [ 8] «Кабельные линии передачи», относящегося к волоконно-оптическим кабелям. при решении задач необходимо воспользоваться формулами (3,2),(3,7), (3,6),(3,8),(3,9), представленными в [8], а также рекомендуется воспользоваться ниже приведенными данными:

при распространении луча от одной однородной среды с показателем преломления n₁ и в другую с показателем преломления n₂, на границе раздела сред луч преломляется. Углы падения (φ_i) и преломления (φ_s) связаны соотношением

sin φ_{i /} sin φ_s = n₂/n₁. (1)

Если n₂ <n₁, то из соотношения (1) следует, что φ_s > φ_i. Поэтому, увеличивая угол падения φ_i, получим угол преломления φ_s = 90^о (преломленный луч скользит вдоль границы раздела сред), при φ_i < 90^о, значение которого принято называть предельным углом падения (φ_пр). Из (1) также следует, что имеется простая связь между углом φ_пр и показателями преломления сред в виде соотношения

φ_пр = arcsin (n₂/n1) (2)

При углах падения φ_i > φ_пр имеет место полное внутреннее отражение, когда преломленный луч отсутствует и вся энергия сосредоточена в отраженном луче, на этом явлении и основан процесс удержания света внутри волоконного световода.

Также необходимо воспользоваться формулами (3,7), (3,6), (3,8), (3,9), представленными в [2] глава 3.

Глубина проникновения волн в оболочку δ, т.е. расстояние, на котором плоская волна ослабевает в е =2,71 раза при φ_i > φ_пр определяется выражением

δ = λ/ 2πn√ sin² φ_i –(n₂/n₁)²,

где λ – длина волны.

Максимальный возможный угол θ_max, при котором свет из окружающей среды с показателем преломления n_c может быть захваченным, т.е. будет распространяться вдоль оси световода. Этот угол принято называть входной угловой апертурой. На практике используют не численное значение угла θ_max, а значение синуса этого угла, называемое числовой апертурой NA, представляющей собой произведение показателя преломления среды n_c, из которой луч падает на торец световода, на синус максимального угла падения лучей, который соответствует модам, распространяющимся по сердцевине.

Если лучи падают из воздушной среды (n_c = 1), то входную числовую и угловую апертуру световода можно рассчитать по формулам:

NA = √n² n²; (3)

θ_max = arcsin√n²₁-n₂ ²; (4)

Для правильной работы волоконного световода,необходимо знать наименьшую эксплуатационную длину волны, называемую критической длиной волны волоконного световода, при которой может распространяться только одна фундаментальная мода.

Для расчета нормированной (критической)частоты V со ступенчатым профилем рекомендуется воспользоваться формулой:

V= 2πа/λ√ n²₁-n₂ ², (5)

где а – радиус сердцевины оптического волокна;

λ – рабочая длина волны;

n₁ и n₂ – показатель преломления соответственно сердцевины и оболочки.

Число мод (N) при ступенчатом профиле показателя преломления приблизительно равно:

N≈ V²/2

 

 

Для того, чтобы сделать вывод о типе ОВ (одномодовое или многомодовое), следует сравнить полученное значение нормированной частоты V с критическим значением V_c =2,405. Если V< V_c, то волокно одномодовое; если V>2,405 – волокно многомодовое.

При решении задач необходимо учесть, что в условии задачи задан диаметр сердцевины волокна, а в расчетных формулах присутствует значение радиуса.

Ответы на теоретические вопросы рекомендуется искать в учебнике [8].

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ

 

 

1.Что является переносчиком передачи сообщений в системах электросвязи?

2. В чем измеряется количество переданной информации?

3. Что понимают под термином: «линия связи», «канал связи», «помеха»?

4. Классификация каналов передачи.

5. Какой процесс получил название «модуляция»? Перечислите виды модуляции.

6. Какую модуляцию называют манипуляцией?

7. Цифровые виды модуляции. Классификация систем цифровой связи.

8. В чем отличие помех от искажения? Какие из помех в принципе не устранимы.

9. Какие виды помех являются основными для систем связи?

10. Что понимают под направляющей системой? Основные требования к направляющим системам.

11. Типы волн направляющих систем.

12. Первичные параметры линии.

13. Электрическая схема длинной линии.

14. Вторичные параметры линии. Параметры волны.

15. Условия образования режима бегущей волны.

16. Процесс распространения электромагнитной волны вдоль однородной линии.

17. Бегущая и отраженная волны, условия возникновения.

18. В каком случае образуются стоячие волны?

19..Применение длинных волн.

20. Неоднородные линии. Причины возникновения неоднородности линии.

21.Что представляет собой волновод? Преимущества волноводов перед коаксиальными кабелями.

22.Недостатки волноводов и требования, предъявляемые к ним.

23. Конструкция волноводов.

24. Физические процессы в волноводах. Способы возбуждения волноводов.

25. Дайте определение объемным резонаторам, на каких частотах и для каких цепей они применяются?

26. Условия полного внутреннего отражения волн в ступенчатом световоде.

27. Достоинства и недостатки волоконно-оптической линии связи по сравнению с кабелем.

28.Что понимают под термином дисперсия световода? Как определить суммарную дисперсию сигнала в световоде?

29. Генератор и его назначение в технике электросвязи. Требования к автогенераторам.

30. Структурная схема автогенератора.

31. Условия самовозбуждения автогенератора. Что они обозначают физически?

32. Режимы самовозбуждения автогенератора.

33. Какие автогенераторы относят к LC –типу.

34. Трехточечные схемы автогенераторов, принцип работы.

35. Что понимают под стабильностью частоты автогенератора?

36. Требования по стабильности частоты, дестабилизирующие факторы.

37. Методы повышения стабильности частоты автоколебаний.

38. Автогенераторы типа RC, назначение ООС в автогенераторах RC-типа.

39. Цепь автоматического смещения в автогенераторах.

40. Принцип работы преобразователя частоты.

41. Принцип организации зеркальной помехи и методы борьбы с ней.

42. Схемы преобразователей частоты, сравнительный анализ этих схем.

43. Принцип умножения частоты.

44. Для каких целей применяют умножители частоты?

45. Угол отсечки тока, оптимальный угол отсечки.

46. Факторы, влияющие на амплитуду выходного напряжения умножителя частоты.

47. Как получить большой коэффициент умножения?

48. Типы делителей частоты.

49. Классификация радиоволн по способу их распространения.

50. Умножитель частоты на диоде, принцип его работы.