Шаг за шагом. От детекторного приемника до супергетеродина - Рудольф Сворень

Теперь наша задача — научиться использовать эту линию связи, научиться передавать по ней сообщения.

Казалось бы, что проще всего можно установить радиосвязь, включив микрофон в передающую антенну, а телефон — в приемную. Действительно, при разговоре будет меняться ток в цепи микрофона, в результате чего вокруг передающей антенны будут появляться электромагнитные волны. Эти волны наведут в приемной антенне, то есть в цепи телефона, соответствующий переменный ток, под действием которого будет колебаться мембрана.

На первый взгляд как будто бы все правильно. Однако практически такая система непригодна хотя бы потому, что для подобной линии радиосвязи пришлось бы строить передающие антенны высотой в десятки и сотни километров. При более коротких антеннах радиоволны будут излучаться настолько слабо, что ни о каком приеме их нельзя будет и думать.

Дело в том, что эффективность излучения радиоволн зависит от высоты передающей антенны и от частоты переменного тока: чем больше эта частота и чем выше антенна, тем эффективнее будет происходить излучение. В этом отношении передающая антенна немного напоминает обычный вентилятор, воздушный поток от которого будет тем сильнее, чем больше лопасти вентилятора и чем быстрее они вращаются. Сходство это, конечно, весьма условное, так как излучение электромагнитных волн и образование воздушного потока — совершенно разные физические процессы.

Теоретически подсчитано и практически подтверждено, что для эффективного излучения высота передающей антенны должна составлять не менее 5—10 % от длины волны. Еще лучше, если длина антенны будет равна половине или в крайнем случае четверти λ.

Теперь видно, какие огромные антенны пришлось бы строить для эффективного излучения на низких частотах, где длина волны лежит в пределах от 15 км (f = 20 кгц) до 15 000 км (f = 20 гц). Поскольку строить антенны высотой более 100–200 м сложно и дорого, то для радиосвязи и радиовещания, как правило, используют электромагнитные волны не длиннее 2000 м, то есть радиоволны, образованные переменным током с частотой выше 150 кгц (рис. 30).

Рис. 30. Для эффективного излучения радиоволн используют токи высокой частоты — обычно от 100 кгц до многих тысяч мегагерц. Радиовещательным станциям отведено четыре частотных участка, получивших название диапазонов длинных, средних, коротких и ультракоротких волн.

И хотя резкой границы никто не устанавливал, но все же частоты более 100–150 кгц занимают в радиотехнике особое положение и называются высокими частотами. Верхняя граница высоких частот, используемых для радиопередачи, простирается очень далеко. Так, например, в радиолокации и некоторых видах радиосвязи используются радиоволны длиной в несколько сантиметров, что соответствует частоте в несколько тысяч мегагерц, но и это еще не предел.

Эффективное излучение электромагнитных волн — это только одна из причин, заставивших использовать для радиосвязи токи высоких частот. Другое, пожалуй, еще более серьезное достоинство высокочастотной радиосвязи состоит в том, что она позволяет одновременно работать большому числу радиостанций, причем эти станции не мешают друг другу и в приемнике всегда можно выделить нужную нам станцию среди множества других.

Для того чтобы можно было в месте приема как-нибудь отличить сигналы одной станции от другой, каждой из них присваивается определенная частота. Как вы увидите дальше, если передающая станция работает на определенной и никем не занятой частоте (то есть излучает радиоволны вполне определенной длины), то сигналы этой станции можно выделить из бесчисленного множества других сигналов, которые появляются в антенне приемника под действием радиоволн, приходящих со всех сторон света.

Частоты соседних радиовещательных станций, то есть тех станций, которые ведут передачи для широкого круга радиослушателей, разносят на 10 кгц одну от другой (лист 53). Так, например, если какая-нибудь радиовещательная станция работает на частоте 500 кгц, то ближайшие к ней (соседние) станции могут работать на частотах 490 и 510 кгц. Частоты радиостанций, работающих на линиях служебной связи, особенно телеграфных, располагают значительно ближе друг к другу.

Для работы радиовещательных станций выделено четыре частотных участка, или, как принято говорить, четыре диапазона: длинных (ДВ), средних (СВ), коротких (КВ) и ультракоротких (УКВ) волн (лист 51).

Длинные и средние волны почти полностью отведены для радиовещания. На коротковолновом диапазоне вещательные станции занимают несколько небольших участков (лист 52), которые обычно называют так: «участок 25 метров», «участок 31 метр», «участок 49 метров» и т. д. На ультракоротких ваннах для радиопередач имеется всего один участок, в котором, правда, можно разместить во много раз больше станций, чем во всем длинноват новом диапазоне, несмотря на то что частоты вещательных УКВ радиостанций отстоят друг от друга на 250 кгц (лист 53).

Каждый из перечисленных диапазонов имеет свои особенности, которые полезно знать (лист 54). Так, например, на длинных волнах и днем и ночью слышны не только близкие радиостанции, но и станции, которые находятся на расстоянии 500—1000 км от места приема. На средних волнах далекую станцию днем вы никогда не услышите, зато вечером, и особенно ночью, на этом диапазоне появляется множество дальних радиостанций, расстояние до которых может достигать 2–3 тысячи километров. Для коротких волн непреодолимых расстояний на Земле не существует. Так, например, московские коротковолновые радиостанции хорошо слышны и в Ленинграде, и в Новосибирске, и в Алма-Ате, и во Владивостоке.

Дальнее распространение коротких волн происходит за счет их отражения от так называемой ионосферы. На высоте 50—600 км земной шар окружает несколько ионизированных «оболочек» — несколько слоев разреженных газов, атомы которых превратились в положительные или отрицательные ноны. Такие ионизированные слои представляют собой проводники тока (лист 8) и, подобно большим металлическим зеркалам, хорошо отражают радиоволны.

Радиоволны от передатчика к приемнику могут распространяться двумя путями — земным и отраженным лучом. На коротких волнах земной луч проходит очень недалеко, но зато радиоволны, отраженные от ионосферы или несколько раз отраженные от ионосферы и Земли (отраженный луч), могут проходить огромные расстояния почти без всяких потерь. Возможность радиоприема отраженного луча была случайно обнаружена радиолюбителями около сорока лет назад, когда с помощью передатчиков очень небольшой мощности удалось осуществить связь между Европой и Америкой.

Возможность вести связь отраженным лучом не для всех диапазонов одинакова. Так, на средних волнах отраженный луч появляется только ночью (именно поэтому средневолновые станции днем слышны лишь на близких расстояниях), а ультракороткие волны от ионизированных слоев практически совсем не отражаются. Что касается диапазона коротких волн, то здесь для радиовещания и связи используется только отраженный луч (за редким исключением), чем и объясняется большой радиус действия коротковолновых станций.

Необходимо отметить, что под действием солнечных лучей и ряда других факторов меняется высота и плотность ионизированных слоев, и поэтому условия приема в коротковолновом диапазоне не только резко изменяются на протяжении суток, но зависят еще и от времени года. На участке 25 м, например, дальние станции обычно хорошо слышны днем. На участке 75 м условия приема улучшаются ночью.

На всех диапазонах в той или иной степени возникают помехи радиоприему. Они представляют собой радиоволны, которые появляются при резких изменениях тока в какой-либо цепи и попадают в приемник помимо нашего желания. Все радиопомехи делятся на две группы: атмосферные, которые возникают при разряде молнии, и индустриальные, источником которых могут быть различного рода искрящие выключатели, коллекторные моторы, сварочные аппараты и т. п.

Особенно сильны помехи на длинных волнах; на средних и коротких они значительно слабее. На ультракоротких волнах помех почти совсем нет. Это одна из причин, позволяющих на УКВ вести прием при очень высоком качестве звучания, что в сильной степени компенсирует такой существенный недостаток УКВ радиостанции, как ограниченный радиус действия (УКВ радиостанции обычно удается принимать на расстояниях не более 60—120 км).

Итак, для радиосвязи и радиовещания могут быть использованы токи высокой частоты (ВЧ), которые при сравнительно небольших передающих антеннах позволяют эффективно излучать радиоволны. Токи высокой частоты создаются на радиопередатчике с помощью специальных генераторов (генераторы ВЧ). Если каким-нибудь образом управлять током в антенне передатчика (то есть фактически управлять излучением радиоволн), то можно заставить радиоволны «переносить» определенные сообщения, подобно тому как электрический ток в телефонной линии «переносил» разговор от одного аппарата к другому.