SELF-PACED SIGNAL LAB · START

מהסינוס ועד הודעת ה־Wi‑Fi

55–80 MIN

קובץ הסיכום של שיעור 2: בונים אות, מפרקים אותו לתדרים, שולחים אותו דרך קיר, מכניסים הפרעה ומחלצים את המידע. בכל תחנה מנבאים, משנים, רואים ומסבירים.

01משנים פרמטר ורואים את הגל בזמן אמת.

02מפרקים אות מורכב לרכיבי תדר.

03מקשרים תדר, אורך גל וקירות ל־Wi‑Fi.

04מחלצים מידע בעזרת מסנן ומסבירים תקלה.

איך עובדים?

קודם מנבאים — אחר כך מזיזים את הבקר.
קוראים את המשוב ואת “למה זה קורה”.
מסיימים את האתגר כדי לסמן מעבדה כהושלמה.
אפשר לחזור על כל סימולציה; הניקוד ניתן בהשלמה הראשונה.

THE BIG IDEA

אל תבלבלו בין השלושה

מסר הוא מה שרוצים להעביר; מידע הוא התוכן והמשמעות; אות הוא הגודל הפיזיקלי שמשתנה בזמן ונושא אותם דרך המערכת.

הגל הוא השליח

LAB 01 · SIGNAL ANATOMY

בנו גל סינוס וגלו מה כל פרמטר עושה

8–10 MIN

x(t)=2 sin(2π·5t)T=0.200 s · 3 מחזורים בחלוןחלון זמן קבוע: 0–0.6s

תנופה A2.0 V

תדר f5 Hz

מופע φ0°

רכיב DC0.0 V

x(t)=D + A sin(2πft + φ)

ניסוי חובה

הכפילו את התדר מ־5Hz ל־10Hz בלי לשנות תנופה. מה קורה למספר המחזורים ולזמן המחזור?

שנו את הבקרים ואז בחרו תשובה.

העמקה: למה מופע אינו משנה תדר?

המופע φ מזיז את אותה צורה שמאלה או ימינה בזמן. המרחק בין שתי נקודות זהות בגל נשאר T, ולכן מספר המחזורים בשנייה אינו משתנה. גם התנופה נשארת A.

LAB 02 · PERIODIC OR RANDOM

האם אפשר לחזות את החלק הבא של האות?

6–8 MIN

סיבוב 1 מתוך 6חפשו חזרה מדויקת של הצורה

כלל ההכרעה

x(t)=x(t+T)

אות מחזורי חוזר בדיוק לאחר T קבוע. דמיון כללי אינו מספיק; כל הצורה חייבת להתאים.

בחרו סיווג והסבירו לעצמכם מה הייתה הראיה.

0תשובות נכונות

0רצף

6סיבובים להשלמה

העמקה: מדוע אות דיבור נחשב אקראי?

לא מפני שאין בו כלל מבנה, אלא מפני שלא ניתן לחזות במדויק את הערך הבא מתוך מחזור קבוע. לדיבור יש מאפיינים סטטיסטיים וטווח תדרים, אבל המשפט הבא והצורה המדויקת של גל המתח אינם חוזרים באופן דטרמיניסטי.

LAB 03 · TWO VIEWS, ONE SIGNAL

תחום הזמן אומר “מתי”; תחום התדר אומר “ממה”

7–9 MIN

TIME DOMAIN

ציר x: זמן [ms]ציר y: מתח [V]

FREQUENCY DOMAIN

ציר x: תדר [Hz]ציר y: תנופה [V]

אות נוכחי: שני רכיבים סינוסואידליים

x(t)=3sin(2π·500t)+2sin(2π·1500t+30°)

בחרו את המשפט המדויק ביותר.

LAB 04 · HARMONIC MIXER

ערבבו הרמוניות ובנו צורת גל מורכבת

8–12 MIN

f₀=100 Hzהאות עדיין מחזורי

תדר יסודי f₀100 Hz

הרמוניה 1 · f₀1.00

הרמוניה 2 · 2f₀0.00

הרמוניה 3 · 3f₀0.33

הרמוניה 5 · 5f₀0.20

אתגר

בחרו “קירוב לריבוע”. מדוע הקצוות נעשים חדים יותר כשמוסיפים הרמוניות אי־זוגיות?

נסו קודם את המצבים המוכנים ואז ענו.

העמקה: פורייה במשפט אחד

כל אות מחזורי מעשי ניתן לייצוג כסכום של סינוסים בתדר היסודי ובכפולות שלמות שלו. ככל שנדרשת צורה חדה יותר בזמן, נדרשים בדרך כלל רכיבי תדר גבוהים יותר — ולכן רוחב פס גדול יותר.

LAB 05 · BANDWIDTH & WIFI

ערוץ רחב יכול להעביר יותר — וגם להפריע ליותר שכנים

7–10 MIN

ספקטרום ערוץ סכמטי

BW=f_max−f_min

20MHz רוחב ערוץ

נמוכהחפיפה צפויה

בסיסיפוטנציאל קצב

20MHz תופס פחות ספקטרום. בדירה צפופה הוא עשוי להיות יציב יותר, אף שפוטנציאל הקצב נמוך יותר.

אל תערבבו

5GHz — תחום תדרי העבודה/הנושא.
80MHz — רוחב הערוץ שהאות תופס.
−67dBm — הספק האות שמגיע למקלט.

החלטת מהנדס

בדירה עם 12 רשתות שכנות יש ניתוקים בערוץ 80MHz. מה הצעד הראשון הסביר לבדיקה?

בחרו פעולה והסבירו איזו פשרה היא יוצרת.

LAB 06 · THE PHYSICAL WAVE

מה קורה לגל בדרך מהנתב לטלפון?

8–10 MIN

כיוון ההתפשטות מסומן בחץ: מהנתב משמאל אל הטלפון מימין.

תנופה A0.80

תדר נושא f2.40 GHz

המכשול בדרך

T0.417 ns

λ12.49 cm

הפסד0.0 dB

תנופה במקלט0.80

T=1/f · λ=c/f

ניסוי

בחרו קיר בטון והשוו בין 2.4GHz ל־5.8GHz. איזה משפט מתאר את מה שראיתם?

שנו את התדר והקיר לפני שתענו.

העמקה: האם 5GHz תמיד מהיר יותר?

לא בהכרח. תדר הנושא לבדו אינו קובע קצב. רוחב הערוץ, שיטת האפנון והקידוד, SNR, עומס הרשת ומספר הזרמים חשובים גם הם. תדר גבוה מאפשר הקצאות רחבות יותר במערכות מסוימות, אך החדירה דרך מכשולים עלולה להיות חלשה יותר.

LAB 07 · FILTER THE NOISE

חלצו את ה־Wi‑Fi מתוך הרעש

10–14 MIN

SIGNAL CLEARהאות עובר וה־SNR גבוה.

איכות 100%

ערוץ האות הרצוי

עוצמת אות−58 dBm

רוחב BPF22 MHz

מרכז BPF2.437 GHz

כיסוי מידע100%

רעש−95.6 dBm

SNR37.6 dB

גררו את המסגרת הירוקה בספקטרום. מסנן צר מדי חותך מידע; מסנן רחב מדי מכניס יותר רעש.

משימת חילוץ

הפעילו את המיקרוגל והשיגו SIGNAL CLEAR עם לפחות 95% כיסוי מידע.

רמז: אם ההפרעה חופפת לאות, מסנן לבדו אינו מספיק—נסו ערוץ אחר.

העמקה: כיצד מחושב SNR?

SNR הוא ההפרש בדציבלים בין הספק האות להספק הרעש הכולל בתוך המסנן. הרחבת המסנן מכניסה יותר רעש. אם המיקרוגל חופף לחלון המסנן, ההפרעה מצטרפת לרעש ועלולה להוריד את ה־SNR מתחת לסף קליטה שימושי.

FINAL MISSION · EXPLAIN THE INVISIBLE

הסבירו את המסע מהמסר אל המקלט

8–12 MIN

התרחיש

וידאו נתקע בחדר המרוחק

הטלפון מחובר ל־Wi‑Fi, בין הנתב לטלפון יש קיר בטון, ערוץ 6 פעיל, והמיקרוגל מופעל. בנו אבחנה שמשתמשת בכל שכבות המודל.

סמנו את ארבע אבני הבניין

מסגרת הסבר

מסר: איזה מידע מנסים להעביר?
אות: מהו התדר ורוחב הפס?
ערוץ: מה הקיר והרעש עושים?
מקלט: כיצד BPF ו־SNR קובעים אם המידע מתקבל?

הסבר במילים שלכם

סמנו את ארבע אבני הבניין וכתבו הסבר של לפחות שני משפטים.

פתרון אפשרי — פתחו רק אחרי שכתבתם

וידאו דורש קצב נתונים ורוחב פס משמעותיים. קיר הבטון מנחית את האות, והמיקרוגל חופף לחלק מתחום 2.4GHz ולכן מגדיל את הרעש ומקטין SNR. יש למדוד במישור התדר, לנסות ערוץ שאינו חופף, למקם BPF כך שיעביר את כל האות, ולבחון מיקום טוב יותר לנתב. אות חזק לבדו אינו מבטיח קצב גבוה.