Giải chi tiết chuyên đề Vật lí 11 Kết nối mới Bài 6: Suy giảm tín hiệu

Khởi động: Khi một tín hiệu lan truyền dọc theo một dây dẫn (hay một môi trường truyền dẫn) công suất của nó sẽ bị sụt giảm (suy giảm tín hiệu). Thông thường mức độ suy giảm cho phép được quy định trên chiều dài cáp truyền dẫn hoặc kênh truyền dẫn để đảm bảo rằng ở nơi thu có thể phát hiện và giải mã đúng được tín hiệu. Vậy bằng cách nào chúng ta có thể hạn chế hoặc tăng cường và tái tạo lại được tín hiệu?

Hướng dẫn trả lời: 

Để hạn chế hoặc tăng cường và tái tạo được tín hiệu người ta sẽ sử dụng các môi trường truyền dẫn có chất lượng tốt hơn như dùng cáp xoắn đôi, cáp sợi quang, cáp đồng trục hoặc vô tuyến không dây.

I. Môi trường truyền dẫn

Câu hỏi: Môi trường truyền dẫn có ảnh hưởng như thế nào đến sự suy giảm tín hiệu?

Hướng dẫn trả lời: 

Môi trường truyền dẫn có ảnh hưởng rất lớn đến sự suy giảm tín hiệu. Môi trường truyền dẫn có thể làm cho chất lượng tín hiệu nhận được thường thấp do dây dẫn không tốt, đường truyền thường bị ảnh hưởng bởi nhiễu.

II. Sự suy giảm tín hiệu và đơn vị đo

Hoạt động: Nêu nguyên nhân dẫn tới sự suy giảm tín hiệu khi truyền tín hiệu qua cáp đồng trục và cáp sợi quang.

Hướng dẫn trả lời: 

Trong cáp đồng:

- Suy giảm do chiều dài dây dẫn, cáp càng dài suy giảm càng lớn

- Suy giảm tín hiệu tại các mối nối, số lượng mối nối càng nhiều thì càng giảm chất lượng tín hiệu

- Nhiệt độ môi trường thay đổi làm thay đổi tính chất vật liệu dẫn điện, cách điện

- Suy giảm do điện trở, điện môi và phát xạ.

Trong cáp sợi quang

- Suy giảm do vật liệu hấp thụ ánh sáng, các tạp chất trong sợi quang

- Suy giảm do sợi quang bị uốn cong khi chế tạo hoặc lắp đặt

- Suy giảm do tán xạ ánh sáng.

Hoạt động: Chỉ ra một số nguyên nhân dẫn đến sự suy giảm tín hiệu khi truyền tín hiệu trong môi trường không dây.

Hướng dẫn trả lời: 

Trong môi trường vô tuyến (không dây)

- Suy giảm do khoảng cách truyền dẫn

- Suy giảm do hiệu ứng đa đường truyền, do vật cản

- Suy giảm do sự chuyển động của bộ thu và bộ phát

- Suy giảm do sự khúc xạ, nhiễu xạ, tán xạ.

Câu hỏi 1: Cho công suất tín hiệu tại đầu vào cáp sợi quang là 2 mW, cáp có hệ số suy giảm là 0,3 dB/km, tính công suất tín hiệu ở đầu ra của cáp tại khoảng cách 5 km.

Hướng dẫn trả lời: 

Hệ số suy giảm là 0,3 dB/km có nghĩa là tín hiệu bị suy giảm 0,3 dB khi nó truyền qua 1 km, vậy sau khoảng cách 5 km thì tín hiệu bị suy giảm 0,3.5 = 1,5 dB.

Do tín hiệu bị suy giảm nên độ suy giảm lấy giá trị là -1,5 dB.

Áp dụng công thức:

$-1,5=10lg\frac{P_{2}}{P_{1}}\Rightarrow -1,5=10lg\frac{P_{2}}{2.10^{-3}}$

$\Rightarrow P_{2}=1,4.10^{-3}W$