高中拓展 · 链路预算与噪声

太阳真的能替文明广播吗?

Friis远场传播,固定20K系统噪声。把信号送远一点,看看接收功率如何跌落。

问题的来处20世纪 · 射电天文

宇宙收音机:问题从哪里来?

无线电让人类从另一扇窗口观察宇宙。检测微弱信号需要同时核算功率、频率、天线和噪声;小说太阳广播放大机制不能由自由空间公式验证。

读一段背景,带着问题动手

无线电让人类从另一扇窗口观察宇宙。检测微弱信号需要同时核算功率、频率、天线和噪声;小说太阳广播放大机制不能由自由空间公式验证。

无线电让人类从另一扇窗口观察宇宙。检测微弱信号需要同时核算功率、频率、天线和噪声;小说太阳广播放大机制不能由自由空间公式验证。 Friis远场传播,固定20K系统噪声。 把带宽扩大100倍,噪声会怎样?

现在,换你来试只改变传播距离,比较接收功率与信噪比。

故事出处与延伸阅读

宇宙收音机

C08 / 时空与通信
今天的问题

扩大带宽为什么也会带来更多噪声?

独立探索要做什么?

只改变传播距离,比较接收功率与信噪比。

装置 · 尺寸示意,量值见读数看证据图 ↓
先看一次,再亲手试

从10到0.1 光年逐步改变传播距离;这是条件比较,不是物理时间。暂停后可亲手调整。

尚未开始;也可直接使用装置旁的参数控件。
自由空间链路预算 · 发射端→接收端传播损耗 364.0 dBSNR 31.5814 dB · 包络示意接收功率-174.0075 dBW0中线 · 各量独立标定20K系统噪声功率-205.5889 dBW0中线 · 各量独立标定带内信噪比31.5814 dB0中线 · 各量独立标定

波形为信号包络示意;dBW是功率对数值,不是负功率。 图中量尺以0为中线,各量按默认值独立作非线性标定,长度不能跨量比较;精确数值与单位见读数。

左:发射端右:接收端同心波纹:传播示意
看这里 · 接收功率-174.0075 dBW

接收 -174.0075 dBW,噪声 -205.5889 dBW,信噪比 31.5814 dB。功率用对数表示,不能直接相加当瓦数。

三维保留同一场、波或观测证据的空间示意;图线不是额外测得的实体轨迹,数值见同步读数。

自由空间路径损耗
364.0075 dB
接收功率
-174.0075 dBW
20K系统噪声功率
-205.5889 dBW
带内信噪比
31.5814 dB
Shannon理想容量
104.9211 bit/s

波环大小仅示意带内信噪比,不代表波长或真实波前大小。远场Friis、各向同性参考增益、固定20K系统噪声;忽略指向损失、星际介质与编码细节。太阳引力透镜有严格几何和观测限制,不等于任意频段的小说式广播放大器。 波形为信号包络示意;dBW是功率对数值,不是负功率。

证据图 参考解随题设重算 · 不计个人完成

启用交互后显示带单位曲线。

换个条件,再想一步

把带宽扩大100倍,噪声会怎样?

先预测,再观察。反例不会替你完成独立任务。

留下两组证据

仅当前页保留最近两组,刷新清除;第三组替换最早一组。保存模型条件与单位;恢复后重算,不恢复任务完成资格。

先留一组,再改变一个条件。

从观察到解释

把证据带回纸上

展开关系与推导

Pr=PtGtGr(λ/4πd)²;噪声kTB。d倍增功率下降6.02dB;增大发射功率不能消除传播时间或所有仪器噪声。

固定哪些量?改变哪个量?列出两组数值,写出关系,再说明一个不能套用的条件。实验支持猜想,一般证明需要理由。

先预测,再用证据解释

把这次发现,留给下次的自己

扩大带宽为什么也会带来更多噪声?

换个条件,再试一次

把带宽扩大100倍,噪声会怎样?

看哪里?

三维保留同一场、波或观测证据的空间示意;图线不是额外测得的实体轨迹,数值见同步读数。

回到装置再试 ↑

仅此浏览器保存最近两组,第三组替换最早一组。条件、预测和解释一起保存;文字不自动判分。与原实验的临时记录分别保存。

尚未保存。启用交互后可以记录;请勿在这里填写个人身份信息。

先修与两种探索深度

先认识链路预算与噪声涉及的量与单位:传播距离(光年)、发射功率(W)、无线电频率(GHz)、发射增益(dBi)、接收增益(dBi)、接收带宽(Hz)。高中拓展为内容层次提示,未核对具体教材。

先看现象:把信号送远一点,看看接收功率如何跌落。

再做定量:保持其他条件,比较传播距离与接收功率(dBW),再对照下方关系。

模型、来源与核验边界

Pr=PtGtGr(λ/4πd)²;噪声kTB。d倍增功率下降6.02dB;增大发射功率不能消除传播时间或所有仪器噪声。

对照核验提示:窄带接收:带宽10 Hz;扩大带宽:带宽1000 Hz,信号功率不变。按这些题设自己操作并比较接收功率,不把参考情景当个人完成。

适用范围:波环大小仅示意带内信噪比,不代表波长或真实波前大小。远场Friis、各向同性参考增益、固定20K系统噪声;忽略指向损失、星际介质与编码细节。太阳引力透镜有严格几何和观测限制,不等于任意频段的小说式广播放大器。 波形为信号包络示意;dBW是功率对数值,不是负功率。

NRAO · Radio astronomy(延伸阅读;链接和公式适用性尚需逐项外部复核) ↗

本页为模型探索,未认证具体教材章节;真实学生和教师反馈尚待推广后收集。