AnotaceMetodický pokyn Prezentace, obsahující test znalostí o přenosu signálu a jeho modulaci. Na čtrnácti snímcích rozebírá základní hlediska při výběru.

Prezentace na téma: "AnotaceMetodický pokyn Prezentace, obsahující test znalostí o přenosu signálu a jeho modulaci. Na čtrnácti snímcích rozebírá základní hlediska při výběru."— Transkript prezentace:

1 AnotaceMetodický pokyn Prezentace, obsahující test znalostí o přenosu signálu a jeho modulaci. Na čtrnácti snímcích rozebírá základní hlediska při výběru přenosové cesty a druhu signálu na přenos dat. Snímky jsou doplněny animací otázek, odpovědi žáci doplňují do pracovních listů. Materiál je určen žákům k opakování učiva. Může být také použit při výkladu učiva, kdy žáci zapisují své postřehy do pracovních sešitů, které jim pak slouží k opakování látky. Součástí materiálu jsou pracovní listy, které slouží k zaznamenávání odpovědí žáků. Jednotlivé snímky lze promítat na plátno, lépe však na interaktivní tabuli. Pokud je prezentace používána jako test, lze pomocí šipky (tlačítka akce) postupovat po snímcích, aniž by se rozkryla odpověď. Test je určen pro bezprostřední opakování látky frontálně se všemi žáky nebo po skupinách. Při ověřování tohoto materiálu jsem raději preferoval jednotlivé žáky s pracovními listy pro zápis odpovědí. Zde pak může vyučující zvýrazňovačem označit správně zapsané odpovědi jinou barvou pak upozornit na chyby. Zápis odpovědí v pracovních listech si žáci následně uchovají. všechny animace a obrázky - archiv autora

2 Vyzařování elektromagnetického pole Elektromagnetické záření je kombinace příčného postupného vlnění magnetického a elektrického pole - tedy elektromagnetického pole. Zářiče (Slunce, Vesmír, antény, vodiče s elektrickým proudem, kmitající částice, …) vyzařují elektromagnetické pole, které se skládá ze dvou navzájem kolmých složek pole elektrického E a magnetického H. E … intenzita elektrického pole H … intenzita magnetického pole Elektromagnetické záření je kombinace příčného postupného vlnění magnetického a elektrického pole - tedy elektromagnetického pole. Zářiče (Slunce, Vesmír, antény, vodiče s elektrickým proudem, kmitající částice, …) vyzařují elektromagnetické pole, které se skládá ze dvou navzájem kolmých složek pole elektrického E a magnetického H. E … intenzita elektrického pole H … intenzita magnetického pole Když připojíme kondenzátor na střídavé napětí, vytvoří se v dielektriku mezi elektrodami střídavé elektrické pole. V dielektriku vznikne posuvný proud, který spolu s proudem v přívodech vytváří magnetické pole. Kondenzátor vyzařuje elektromagnetické pole v poměrně těsně uzavřeném prostoru. Když připojíme kondenzátor na střídavé napětí, vytvoří se v dielektriku mezi elektrodami střídavé elektrické pole. V dielektriku vznikne posuvný proud, který spolu s proudem v přívodech vytváří magnetické pole. Kondenzátor vyzařuje elektromagnetické pole v poměrně těsně uzavřeném prostoru. ~E H + ~ E H Elektromagnetické záření se šíří od zářiče v kulových vlnoplochách – ve větší vzdálenosti je můžeme považovat za plochy rovinné Dochází k vyzařování elektromagnetického pole, které se skládá ze složky pole elektrického E a magnetického H. Jakmile elektrody kondenzátoru od sebe oddálíme, rozloží se elektromagnetické pole do prostoru a postupuje do okolí. v = 1   Rychlost šíření v homogenním prostředí : ..permitivita prostředí ..permeabilita prostředí (konstanty, které určují, jak se dané prostředí ve svých elektrických a magnetických vlastnostech liší od vakua). 1.Napište několik příkladů zářičů elektromagnetického pole 2.Jak se nazývají veličiny E,H? 3.Co popisuje obrázek s kondenzátorem? 4.Co se stane, když se elektrody kondenzátoru oddálí? 5.Na čem závisí rychlost šíření elektromagnetických vln v homogenním prostředí?

3 Šíření elektromagnetických vln prostorem ionosféra 1 32 V P P P v = 1   1.Přímá prostorová vlna 2.Ionosférická prostorová vlna 3.Povrchová vlna Účinné vyzařování elektromagnetického pole zajišťují antény. Elektromagnetické vlny se mohou mezi dvěma místy na zemském povrchu šířit různými cestami: V … vysílač P … přijímač Veličiny, charakterizující šíření vln v prostoru Rychlost šíření v[m.s -1 ] v=c  3.10 8 m.s -1 Vlnová délka [m] Frekvence vlnění f[s -1 ] Vlnová délka je vzdálenost dvou sousedních bodů se stejnou fází Lze ji spočítat z frekvence vlnění f a rychlosti šíření v = c/f 1.Napište, jak se nazývají cesty, kterými se šíří elektromagnetické vlny 2.Vyjmenujte tři veličiny, které charakterizují šíření elektromagnetických vln 3.Napište vzorec pro výpočet vlnové délky ze známé frekvence

4 Rozdělení elektromagnetických vln (zkrácená verze) Název pásmaZkratka Frekvence, vlnová délka Využití Ultra nízká frekvence ULF 300–3000 Hz 1000 km – 100 km Komunikace v dolech Velmi nízká frekvence VLF 3–30 kHz 100 km – 10 km Komunikace s ponorkami, bezdrátové měřiče pulsu Nízká frekvenceLF 30–300 kHz 10 km – 1 km Navigace, časové signály, AM vysílání (dlouhé vlny) Střední frekvence MF 300–3000 kHz 1 km – 100 m AM vysílání (střední vlny) Vysoká frekvence HF 3–30 MHz 100 m – 10 m Krátkovlnné vysílání a amatérské rádio Velmi vysoká frekvence VHF 30–300 MHz 10 m – 1 m FM rádiové a televizní vysílání Ultra vysoká frekvence UHF 300–3000 MHz 1 m – 100 mm Televizní vysílání, mobilní telefony, Wi- Fi, komunikace typu země-vzduch nebo vzduch-vzduch Důležitým údajem o elektromagnetické vlně je její vlnová délka. Podle vlnové délky se rozlišují vysílače a určuje též způsob přijímání rádiových signálů. Tabulka uvádí zkrácené dělení vlnových rozsahů. 3 Dlouhé vlny 3,1 Střední vlny 2 Krátké vlny 1 Velmi Krátké vlny Způsob šíření a rozdělení vlnových délek 1.Do tabulky doplňte způsob využití vlnových délek

5 Přenos signálu, přenosová cesta vysílač přijímač přenosová cesta Nejdůležitější veličinou pro posouzení vlastností vedení je chrakteristická impedance Charakteristickými veličinami vedení jsou odpor a indukčnost v podélném směru, vodivost a kapacita v příčném směru vedení Na přenosu signálu se podílí mnoho způsobů využití tzv. přenosových cest. Napište alespoň sedm možností jejich technického provedení. Orientujte se na: 1. metalické linky, 2.optická vlákna 3.a bezdrátový přenos

6 Vysokofrekvenční vedení Přípojka ADSL – příklad připojení ADSL DSLAM Účastnické vedení Digitální přípojka ADSL modem Rozbočovač Datová síť INTERNET ISP DSL – Digital Subscriber Line – digitální účastnická přípojka ADSL – Asymmetric DSL – např.8 Mbps k účastníkovi, 800 kbps od účastníka DSLAM – přístupový multiplexor Permanentní připojení k síti Internet Aktuální přenosová rychlost závisí na počtu počtu připojených účastníků a zatížení sítě 512 kbps/128 kbps 1.024 kbps/256 kbps … 512 kbps/128 kbps 1.024 kbps/256 kbps … Vedení nahrazujeme lineárním pasivním čtyřpólem Na obrázku je jedna z možností připojení k Internetu 1.Popište obrázek. Co znamená zkratka DSLAM? 2.Jaký typ účastnického vedení (části přenosové cesty) je použit mezi PC a modemem?

7 Metalická vedení Kroucená dvojlinka je nejpopulárnější typ kabeláže, který se dnes pro realizaci počítačových sítí používá. Její nespornou výhodou je především nízká cena a relativně jednoduchá instalace. Kroucená dvojlinka je k dostání ve dvou provedeních: a)stíněná (STP) b)nestíněná (UTP) Jak název napovídá, rozdíl je v přidaných vodičích, sloužících jako stínění. Přenosová rychlost obou druhů se pohybuje do100 Mb/s (megabitů za sekundu) při maximální délce jednoho spoje 100 metrů. Jeden spoj = propojení dvou uzlů sítě. Zdroj - http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Shielded_wire_4F.jpg Koaxiální kabel má již zenit své působnosti zřejmě za sebou, nicméně lze ho stále potkat na mnoha místech. Existuje ve dvou provedeních – tzv. tlustý a tenký (rozdíl je, jak název napovídá, v průměru vodiče a některých jeho vlastnostech). Vyniká naprosto bezkonkurenční snadností instalace. Nepotřebuje totiž žádné další propojovací uzly, a tudíž lze spojovat samotné počítače do vícebodových sítí. Lze se s ním setkat u anténních svodů, kabelových televizí, … Z 0 =  LCLC Nejdůležitější veličinou pro posouzení vlastností vedení je charakteristická impedance Z 0 L … indukčnost vedení (H.m -1 ) C … kapacita mezi vodiči vedení (F.m -1 ) Zdroj - http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:UTP_cable.jpg 1.Kroucená dvojlinka má dvě provedení. Napište jejich názvy. 2.Kde se lze setkat s koaxiálním kabelem?

8 Optická vlákna Pro přenos signálů se používají skleněná nebo plastová vlákna. Umožňují přenos na delší vzdálenosti a při vyšších přenosových rychlostech dat. Menší ztráty Odolné proti rušení Ve svazcích se podílejí na rozvodu světla a obrazu Optické vlákno Vhodné pro dlouhé vzdálenosti, světlo prochází s malým útlumem Každé vlákno může přenášet mnoho signálů, nastavením vhodné vlnové délky světla Optické kabely nejsou elektricky vodivé, ochrana elektrického zařízení proti přepětí, … Optické vlákno je válečkový dielektrický vlnovod, ve kterém se šíří elektromagnetické vlny (zpravidla světlo či infračervené záření) ve směru osy vlákna s využitím principu totálního odrazu na rozhraní dvou prostředí s rozdílným indexem lomu. (Jádro má index lomu 1,48, plášť 1,46) Optické jádro (1,48) Optický plášť (1,46) Ochranná vrstva Světlo se pohybuje v hustém (těžko proniknutelném) prostředí a dopadá na rozhraní pod šikmým úhlem (větší než mezní úhel), světlo bude kompletně odraženo. 1.Kde je vhodné použít optická vlákna? (vyjmenujte jejich výhody z hlediska přenosu signálu). 2.Popište spodní obrázek 3.Jak se docílí dokonalého odrazu?

9 Modulování signálu Modulace je proces, kterým se mění vhodný nosný signál pomocí jiného modulujícího signálu. Modulační signál Nosný signál Modulovaný signál VKV KV SV Rozhlasový signál UHF DVB-T, DVB-S, DVB-C, IPTV Televizní signál Pásmo 900 MHz Pásmo 1800 MHz Mobilní telefon ADSL ModemySatelitní přijímače Výběr přenosové cesty Nosný signál o vhodné frekvenci Záznam informace 1.Jak vzniká modulovaný signál? (doplňte správné údaje do obrázku) 2.Obrázek se šipkou ukazuje postupný sled informací pro co nejefektivnější způsob přenosu signálu. Kdy se rozhodujeme u vhodné modulaci signálu?

10 Modulace signálu, přenos informace Pro přenos signálu na různé vzdálenosti se používá vysokofrekvenční vlna různých frekvencí – nosná vlna Přenášené zprávy musí vhodným způsobem měnit některé charakteristické veličiny nosné vlny: Amplitudu Frekvenci Fázi Sled impulsů Přenášené zprávy musí vhodným způsobem měnit některé charakteristické veličiny nosné vlny: Amplitudu Frekvenci Fázi Sled impulsů u t Modulační signál UnUn t Nosná vlna UnUn t Amplitudově modulovaná nosná vlna UnUn t Frekvenčně modulovaná nosná vlna Při amplitudové modulaci (AM), se mění amplituda nosné vlny v závislosti na změnách okamžité hodnoty modulačního signálu. Frekvence nosné vlny zůstává stálá. U frekvenční modulace (FM) se frekvence nosné vlny mění úměrně se změnami okamžité hodnoty modulačního signálu. 1.Které charakteristické vlastnosti nosné vlny lze měnit při modulaci? 2.Nakreslete dva příklady modulace nosné vlny

11 Pulsně kódovaná modulace - PCM Pulsně kódovaná modulace – základní princip, bez komprese a šifrování dat Vzorkování analogového signálu 125 mikrosekund 01001110 01001101 Vyjádření hodnoty vzorku ve formě binárního čísla čas Analogový signál Analogový signál je nejprve „vyvzorkován“ (jsou sejmuty vzorky jeho okamžité hodnoty a tyto vzorky jsou „změřeny“ ) - jejich amplituda je vyjádřena jako binární číslo. Podle počtu bitů lze docílit určitého počtu úrovní jednotlivých pulsů N = 2 n N … počet úrovnín … počet bitů » pro n = 8 je N = 256 Po použití A/D převodníku Vzorkovací frekvence by měla být alespoň dvojnásobná oproti frekvenci zaznamenaného signálu 8 kHz telefon 44,1 kHz Audio CD 44100 · 16 · 2 · 60 : 8 = 10 584 000 byte 1 minuta záznamu 1.Kolikrát větší musí být vzorkovací frekvence oproti frekvenci signálu? 2.Kolik pulsů lze popsat 8 bitovým číslem? 3.Šířka pulsu 125 mikrosekund odpovídá modulaci telefonního hovoru nebo audio CD?

12 Ukázka pracovního listu

13 Ukázka pracovního listu 2

14 Konec prezentace © Ing. Václav Opatrný 14 Všechny materiály a obrázky jsou z archivu autora.