Радиотехника

Радиотехника. I. Краткий исторический очерк. Радиотехника  — техника токов высокой частоты, основана на способности электромагнитных волн распространяться без участия проводов. Разработанные Фарадеем (1831) представления о сущности электрических и магнитных явлений, позволили Максвеллу (1867) дать стройную теорию электромагнитных волн (см. электричество). Теоретические предвидения последнего в части, касающейся распространения и отражения электромагнитных волн, были блестяще подтверждены экспериментально Герцем (1886-1888); теория Максвелла и опыты Герца создали мысль о применимости таких волн к передаче сигналов на расстояние без проводов. Опыты Герца послужили началом физических экспериментов, перешедших  далее в практические формы — радиотехнику. Вскоре после упомянутых опытов Феддерсен показал, что при получающемся при электрической искре колебательном разряде в пространство излучаются электрические волны, распространяющиеся со скоростью света. Э. Томсон в 1889 г. показал возможность применять «волны Герца» для подачи знаков. Французский физик Бранли (Branly, родился 1846) в 1892 г. изобрел «когерер» (стеклянная трубочка, заполненная — частично — металлическим порошком; сопротивление последнего изменялось под действием электрических волн), впоследствии более десятка лет служивший индикатором наличия электромагнитных колебаний. А. С. Попов (см.) первый реализовал в 1895 г. практически беспроволочную связь телеграфными знаками Морзе (см. телеграф) на расстоянии 4 км, применив впервые антенну в виде вертикального провода у приемника. Маркони (см.) первый (1896) применил антенну у передатчика и, благодаря оказанной ему вовремя помощи, успешно начал применять радиотехнику как средство связи без проводов, постоянно усовершенствуя эту новую отрасль науки и техники своими талантливыми изобретениями. Немецкий инженер Слаби (Slaby, 1849—1913) первый использовал (1897) явление резонанса, выяснив необходимость настройки, а Браун ввел замкнутый колебательный контур, с которым антенна связывалась индуктивно. В 1901 г. Маркони передал радиотелеграфные сигналы через Атлантический океан. Дальнейший шаг в описываемой системе  «искрового телеграфа» сделал М. Вин (см. XLVIII, прил. 14), изобретший в 1905 г. ударное возбуждение и введший радиопередачу «тональной искрой», особенно пригодившуюся с 1906 г., когда был изобретен и ныне распространенный кристаллический детектор, заменивший кристаллический детектор, предложенный в 1903 г. Шлемильхом, Ферье и др.

С 1903 г. получили в радиотехнике право гражданства незатухающие колебания, сперва в виде дугового генератора, предложенного Паульссном (см. XLVIII, прил. 23). В 1908 г. Гольдсмит построил первую техническую машину высокой частоты, причем трансформация частоты происходила внутри самой машины; немецкий ученый граф Арко (Arco, родился 1869) в 1912 г. предложил машину другой системы, в которой умножение частоты происходило отдельно, помощью статических трансформаторов. Применяемые и ныне в мощных радиостанциях машины высокой частоты имели конструкторами во Франции Бетено и Латура и в Америке — Александерсона. Благодаря незатухающим колебаниям удалось поставить практически радиотелефонию (1967) на расстояние в 320 км; первые попытки ее реализации относятся еще к 1897 г. (Фессенден).

Революционизирующим всю радиотехнику этапом явилось открытие электронной лампы (см.). Изобретенная Флеммингом (1905) и де-Форестом (1907), она сперва служила для целей детектирования.

В 1913 г. Мейсснер предложил схему лампового генератора; к этому же году относятся идеи применения лампы в качестве усилителя и регенеративного приемника. В 1912 г. Фессенден предложил гетеродинный прием; в 1918 г. Армстронг предложил схему супергетеродинного приема, причем он же в 1922 г. изобрел суперрегенеративный прием. В 1923 г. Хэзлтайн (Hazeltyne) дал нейтродинный прием. Замену открытых антенн замкнутыми первый предложил Браун (1899). Направляющие свойства таких замкнутой формы антенн, в частности рамки, запатентованы впервые де-Форестом (1904); радиогониометр изобретен Беллини и Този в 1908 г.

Четвертым этапом, ныне переживаемым в радиотехнике, является применение коротких волн, инициатива которого — в профессиональном отношении — принадлежит Маркони (с 1922 г.), использовавшему и усовершенствовавшему для радиосвязи на весьма большие расстояния волны короче 100 м; возможность передачи сигналов на такие расстояния помощью очень незначительных мощностей на коротких волнах была впервые экспериментально выяснена радиолюбителями. Почти одновременно начались опыты, еще не вышедшие вполне из лабораторных условий, радиосвязи на ультракоротких волнах. Передача неподвижных изображений по радио явилась дальнейшим следствием таковой же по проводам, история которой насчитывает уже не одно десятилетие; передача движущихся изображений (телевизия) началась в виде более или менее удачных лабораторных экспериментов лишь лет 5 тому назад. Наконец, область телемеханики при реализации ее в форме управления механизмами на расстоянии насчитывает уже более двух десятков лет своей истории, редко освещаемой в литературе и выражающейся большей частью лишь в виде отдельных удачных опытов без явных постоянно эксплуатирующихся практических приложений. Программа-максимум телемеханики — передача энергии на расстояние без проводов —  своего «прошлого» еще не имеет; ее история принадлежит будущему.

II. Основные идеи радиотехники. 1. Излучение. Электротехника (см.) сильного и слабого тока учит, что электрическая энергия передается по проводам, служащим направляющими для перемещающейся энергии; длина этих «линий передачи» на практике бывает от нескольких метров до тысяч километров. При этом частота электрического тока всегда сравнительно небольшая: в сильном токе (передаются мощности до сотен тысяч киловатт, kW) частота (далее везде обозначаемая буквой f) варьирует и разных установках от 0 (постоянный ток) до 50, редко выше, периодов, или циклов (далее сокращенно — ц.) в секунду. В линиях же слабого тока —  передаются мощности порядка долей ватта — W, сотен W, причем для телеграфных кабелей f — также несколько циклов в сек.; по проводам, служащим для телефонных разговоров, нормально передаются токи различной частоты, f — от 0 до 3 000 циклов в сек. Во всех случаях электрическая энергия, вырабатываемая на отправительной (далее называется — передающей) станции, за исключением того количества, которое теряется в проводах линии на тепло, утечку и т. д., достигает определенной приемной станции.

Рис. 1.

Если частоту тока значительно повысить против названных цифр, то электрическая энергия оставляет провода и устремляется в пространство, никогда более не возвращаясь в цепь; получается излученная энергия (см. излучение). Очутившись вне проводников (вне направляющих), электрическая энергия распространяется уже по всем направлениям в пространстве подобно тому, как энергия от электрической лампочки, в форме световых волн, распространяется от последней по всем направлениям. Напомним, что в то время, как звуковые волны (см. звук) для своего существования требуют определенной среды (воздух, вода и т. д.), электромагнитные волны, наоборот, в пустоте распространяются даже лучше, чем в воздухе. Ряд наблюдений и измерений в различных областях физики определенно установил вытекающую также и из сложной теории излучения зависимость излученной мощности от частоты колебаний (ц. в сек.): именно, что эта мощность пропорциональна квадрату частоты. Таким образом, всякий проводник с переменным током любой частоты излучает некоторую долю энергии в форме электрических волн; для обычных частот, встречающихся в промышленности и быту, вообще в электротехнике, это количество энергии настолько ничтожно, что почти не поддается измерению. По мере увеличения частоты, величина излучаемой энергии возрастает настолько, что при f порядка миллиона может быть обнаружена на больших расстояниях. Далее, теория и опыт указывают, что, если частота тока остается постоянной, а сила тока изменяется, то величина излученной мощности пропорциональна квадрату силы тока; итак, окончательно излученная мощность — Р_изл

где k — коэффициент, учитывающий характеристические особенности излучающей системы, а J — сила тока. Эго устройство, служащее для излучения электромагнитных волн, называется антенной.

Простейшей (и далеко не плохой) антенной являйся прямой вертикальный провод. Однако, при такой антенне естественному желанию увеличить излученную мощность путем увеличения силы тока, протекающего по ней, очень скоро кладется предел явлением короны, внешне сказывающемся в голубом свечении вокруг провода, появляющемся после того, как напряжение на проводе достигает некоторого предела; при этом резко увеличиваются потери энергии в окружающее антенну воздушное пространство.   Для преодоления этого серьезного препятствия к увеличению излучаемой мощности, к вертикальному проводу придают горизонтальную часть, подвешиваемую на высоте верхнего конца вертикальной части. Нижний конец последней или заземляют, или соединяют с противовесом, состоящим из ряда горизонтальных проводников, подвешенных на высоте 1—5 м от земли. Таким образом, вертикальная часть антенны становится соединительным проводником между обкладками конденсатора (см.), образующимися: 1) верхней горизонтальной частью и 2) землей или нижней горизонтальной системой проводников (противовесом). Очевидно, что чем более развита сеть горизонтальных проводов, тем больше емкость такого конденсатора; и, следовательно, при заданной частоте и напряжении, тем сильнее будет заряжающий конденсатор ток, протекающий по вертикальной части антенны. Следует заметить, что по мере увеличения частоты тока, циркулирующего в антенне, всё меньше и меньше становится необходимость в горизонтальной части антенны; для станций, работающих на очень больших частотах (порядка 10 000 000 цсек.), используются преимущественно простые  вертикальные антенны.

Рис. 2.

Включим в основание антенны (у нижнего конца вертикальной части) какой-либо генератор токов высокой частоты (см. далее), например, альтернатор, дающий ток частотой порядка десятка тысяч ц/сек. Этот ток, заряжающий конденсатор (на рис. 1 конденсатор образуется вертикальной частью и поверхностью земли; АВ — генератор токов высокой частоты), распределен неравномерно вдоль провода; сила тока будет наибольшей у основания антенны (пучность тока), и она же равна нулю на верхнем конце антенны. Высокочастотный ток создает в пространстве, окружающем антенну, электрическое и магнитное поля, общее расположение которых показано на рис. 1. Силовые линии полей меняют свое направление одновременно с  изменением направления тока, вызвавшего их. В результате интерференции (наложения) зарядов противоположных направлений, создаваемых генератором токов высокой частоты, происходит отрывание (отшнуровывание) силовых линий от проводника, уносящихся в пространство в форме электромагнитных волн; таким образом, электромагнитная волна есть процесс передачи переменного электромагнитного поля.

Рис. 3.

Как показывает само название, в такой волне непременно сосуществуют и электрическое и магнитное поля причем первое обычно перпендикулярно к поверхности земли, а второе — параллельно ей же; волны эти распространяются со скоростью света, т. е. 300 000 км в сек. За время одного полного цикла изменения тока в антенне излучаете» одна волна. Если число циклов в секунду — f то путь, проходимый волной за один полный  цикл, называемый длиной волны, определится, как частное от деления скорости распространения на частоту. Отсюда

В радиотехнике принято для сокращения письма выражать частоту в килоциклах в секунду (или просто в килоциклах; 1 килоцикл = 1000 циклов); везде в дальнейшем f будет выражаться в килоциклах; тогда формула (2) перепишется в форме:

На рис. 2 дан поперечный разрез волны, распространяющейся вдоль земной поверхности; эта картина действительна для пунктов, удаленных от излучающей антенны на расстоянии нескольких длин волн; электрические линии — верти-кальны, а магнитные — горизонтальны. Направление магнитного поля изменяется одновременно с переменой электрического поля. В действительности, вследствие сопротивления, представляемого почвой, электрические силовые линии слегка наклонны вперед (несколько градусов).

 Теории всех передающих антенн вытекают из развития основной формы — диполя (вибратора) Герца, который состоит из медного стержня с медными же пластинками (или шарами) на концах, служащими для увеличения емкости (рис. 3). В этой системе тем или иным способом возбуждаются электрические колебания (у Герца в середину стержня был введен искровой промежуток, теперь, обычно подобный вибратор возбуждается от генератора незатухающих колебаний). Изменяя взаимное расстояние пластинок на концах вибратора, добиваются настройки (резонанса) вибратора на частоту (волну) генератора, причем в образующейся на вибраторе стоячей волне на концы вибратора приходятся пучности напряжения (е) и узлы тока (і).

Рис. 4.

Процесс излучения легче всего представить с точки зрения фарадеевских силовых линий, ведущих себя как упругие нити. При возбуждении вибратора электрические заряды бегут из его середины к концам: положительные (+) в одну сторону, отрицательные (—) — в противоположную (бегущая волна в проводнике); так же двигаются и связанные с ними электрические силовые линии, соединяющие + и — заряды.

Рис. 5.

У концов вибратора происходит отражение, заряды с силовыми линиями бегут обратно, сталкиваясь с зарядами противоположного знака, подходящими от середины. В результате встречаются вместе + и — (концы различных, т. е. взаимно противоположного направления силовых линий), вследствие чего отрезки различных силовых линий соединяются вместе, а сами линии образуют замкнутые кривые, не опирающиеся уже более на  проводник. Все новые и новые линии, образующиеся на вибраторе, оказывают давление на оторвавшиеся линии, и последние уносятся в пространство со скоростью света. Процесс отрывания линий носит иногда название «отшнуровывания».

Рис. 6.

Рис. 7.

Описанный процесс в различных стадиях его развития представлен на рис. 4—7 (рис. 4: по мере распространения заряда к концам антенны, электрические силовые линии как бы выбрасываются из нее в окружающее пространство, образуя полукруги, опирающиеся обоими концами на обе половины диполя; рис. 5: эти полукруги постепенно захватывают большее и большее пространство; рис. 6: затем концы силовых линий начинают сближаться и в конце сливаются в одну точку; рис. 7: при этом из каждого полукольца образуется целое кольцо, которое, подобно брошенному серсо, отрывается от антенны и уносится в пространство со скоростью света). За первым улетающим кольцом следует второе, третье и т. д., до тех пор, пока генератор высокой частоты будет доставлять энергию и антенну.

Рис. 8.

Излучаемая таким диполем мощность может быть представлена в виде уравнения

где I_д = I₀/√2 действующая сила тока, I₀ – амплитуда тока в середине диполя, а R_изл – сопротивление излучения, величина, характеризующая излучательную способность вибратора, подобно тому, как, например, обычное сопротивление (измеряемое почти всегда в омах — Ω ; см. электричество) характеризует способность проводника выделять тепло Джоуля. R_изл зависит от отношения геометрической длины диполя I к длине излучаемой им волны λ, а именно:

Так как на практике нижнюю половину вибратора часто заменяют заземлением (см. рис. 1), то получают заземленный вертикальный провод высотой h = l/2 . Вследствие неравномерного распределения тока в таком проводе излучение, производимое им, представляется как действие некоторого  фиктивного вибратора длиной h_д, у которого ток имеет везде одно и то же значение, что в пучности (рис. 8). h_д носит  название действующей  высоты  диполя (вообще антенны); h_д = αh, α — коэффициент формы антенны. После некоторых преобразований окончательно получаем, что сопротивление излучения антенны

и формула (1) для величины излученной антенной мощности примет определенный вид

(где с – скорость света).

Рис. 9.

С электрической точки зрения антенна эквивалентна замкнутому колебательному контуру (см. электричество — электрические колебания), образованному (рис. 9) самоиндукцией антенны – L_a, емкостью относительно земли С_а и сопротивлением R_a; это последнее состоит из сопротивления на потери R_пот и сопротивление на излучение — R_изл, как известно, такой контур способен колебаться с частотой

т. е..антенна имеет собственную длину волны

где все величины  выражены в сантиметрах. Зависимость λ₀ от геометрических размеров антенны выражается волновым коэффициентом k

Для вертикального заземленного провода k ≈ 4 (действительно, на рис. 8 по высоте такой антенны укладывается четверть длины волны); практически k = 4,1; α = 2/π .

Рис. 10.

На практике наиболее употребительны при длинных и средних волнах (λ > 100 м) следующие типы антенн: а) Г-образная (рис. 10), состоящая  из вертикальных проводов (снижение) и горизонтальной части, подвешенной на двух или более мачтах; снижение — от одного из концов горизонтальной части; k ≈ 4,5—7 (чем шире антенна, тем больше k); λ≈0,8.

Рис. 11.

б) Т-образная (рис. 11), у которой снижение взято от середины горизонтальной части; k ≈ 5—6; α ≈ 1.

в) Зонтичная, состоящая (рис. 12) из вертикального провода и наклонных лучей, спускающихся с верхнего его конца под углом (обычно около 60°); k≈6—10; α≈0,75.

Рис. 12.

Коротковолновые передающие антенны в простых установках состоят из вертикального или наклонного прямого провода; настраивают генератор высокой частоты   или на основную длину волны (λ = 4l), или, значительно чаще, на один из обертонов антенны; настройка обычно производится на третью (рис. 13), пятую и другие гармонические (в этом случае λ_3,5 = 4l/3, 4l/5, и т. д.).

Рис. 13.

Для профессиональных коротковолновых установок антеннам придают формы, дающие концентрацию энергии в горизонтальной и вертикальной плоскостях; таким образом, осуществляются направленные передача и прием. Для этой цели используется известный в оптике принцип отражения излученной энергии рефлекторов. Коротковолновая антенна устанавливается в простейшем случае в фокалькой линии параболоида, образованного отражающими рефлекторами; электромагнитные лучи, отразившись от последних, получат определенное направление, — только в сторону, отмеченную стрелками на рис. 14.

Рис. 14.

Опорными точками для подвеса проводов антенны служат специально устанавливаемые мачты или башни (деревянные или металлические). Высота подвеса современных отравительных антенн мощных радиостанций достигает 250—300 м; нормально радиостанции средней мощности имеют опоры высотой 50—100 м; военные и любительские (коротковолновые) — еще ниже, до 5—25 м. Провода антенны изолируются от мачт системой специальных изоляторов. Лучшие изоляторы мощных радиостанций выдерживают до 120 кV (киловольт) рабочего напряжения при разрывном усилии в 15 тонн. В качестве материала для проводов антенны применяется антенный канатик, состоящий из свитых вместе нескольких бронзовых проводов (бронза с примесью кремния, для увеличения механической прочности). Как всякий конденсатор, антенна характеризуется ее емкостью, колеблющейся от 300—500 см (любительские), до 50 000 см (сверхмощные длинноволновые); так, например, антенна радиостанции Рио-де-Жанейро, имеющая назначение поддерживать связь с Европой, занимает для создания большей емкости поле длиной 2,5 км и шириной около 0,4 км. Рис. 15 изображает внешний вид мачтового устройства и здания тифлисской мощной телеграфной радиостанции, построенной в 1926 г.

Рис. 15.

Предохранение антенн от ударов молнии выполняется по тому же принципу, что и у обычных воздушных токонесущих проводов — через предохранительный искровой промежуток, соединенный с заземлением прямым, возможно коротким проводом. Кроме того, желательно придавать антеннам грозовой переключатель, выключающий из антенны соединенные с ней приборы и непосредственно замыкающий антенну на землю.

Так же, как и в коротковолновых антеннах, при помощи особого расположения проводов можно получить излучение энергии преимущественно только к определенных направлениях, — такие антенны называются направленными. Однако, принцип отражения, широко применяемый в коротковолновых направленных антеннах, здесь не имеет места. Направленность у перечисленных выше типов антенн в некоторой степени существует; она находится в сильной зависимости также от электрических свойств поверхностного слоя земли у антенны; при очень хорошей проводимости (например, на море) направленность таких антенн полностью исчезает. На рис. 16 дана диаграмма направляющего действия Г-образной антенны при почве с плохой проводимостью; на векторах, указывающих направление по азимутам, отложены значения, пропорциональные эффекту излучения (на рис. 10 указано направление наивыгоднейшего излучения; оно на рис. 16 совпадает с вектором 0°); как правило, все несимметричные (относительно любой вертикальной плоскости) антенны дают уже некоторую направленность излучения.

Рис. 16.

Наибольший эффект направленности достигается при применении замкнутой антенны, состоящей  из одного или более полных витков провода. В свою очередь замкнутые антенны подразделяются на контурные и рамочные (рамки). Контурная антенна характеризуется, одним или очень малым числом витков, большой площадью каждого витка; она подвешивается к той или иной наружной сетевой опоре или опорам (рис. 17). Рамка (рис. 18) представляет собой большое число витков с малой площадью каждого, делается обыкновенно передвижной и поворотной и устанавливается внутри здания. Так же, как и в открытых антеннах, внешнее действе антенны определяется действующей высотой, которая для всех замкнутых антенн выражается формулой

где S — общая площадь всех витков; λ — длина волны. Излучение рамок, по этой формуле, очень незначительно: например, при λ = 300 м, рамке площадью 1,5 м² с девятью витками — h_д = 0,283 м.

Рис. 17.

Если тот же провод использовать для контурной антенны с одним витком, то подсчет  показывает, что действующая высота увеличится в число витков — в 9 раз. Диаграмма направленности замкнутых форм радиосетей определяется  двумя соприкасающимися окружностями; наибольшее действие такая сеть имеет по направлению ее плоскости (на рис. 16 по векторам 0°—180°).

Рис. 18.

2. Распространение волн. По мере дальнейшее распространения волн от передающей антенны интенсивность их уменьшается сперва резко, затем более медленно. Процесс, при этом происходящий, аналогичен явлению, наблюдаемому при бросании камня в тихую воду (озеро и т. д.; см. волны): вокруг места падения камня образуются сравнительно большие волны; по мере их распространения концентрическими кругами с все более и более увеличивающимися радиусами высота гребня волны (что соответствует силе, или напряженности поля электромагнитной волны) последовательно уменьшается. Итак, даже в том случае, если бы не существовало никакого поглощения энергии при распространении волны по земной поверхности, сила поля волны должна уменьшаться уже потому, что длина фронта волны все увеличивается, причем общее количество энергии, полученное волной при ее возникновении у антенны передающей станции, остается одним и тем же; поэтому доля энергии, приходящаяся на единицу поверхности фронта волны, будет все более и более уменьшаться. Однако, существует и еще много причин, по которым интенсивность радиоволн уменьшается еще добавочно, по мере распространения волны. Именно, часть энергии теряется в поверхностных слоях земли, часть - в деревьях и строениях, некоторая часть удаляется вовсе от поверхности земли. Эти комбинированные эффекты являются причиной того, что сила поля радиосигнала уменьшается значительно быстрее, чем в прямой пропорции к расстоянию. Законы распространении волн получаются различными для разных условий: времени года, местности, суши или моря и т. д. Нахождение этих законов до сих пор является труднейшей из нерешенных задач радиотехники: можно только сказать, что практически ощущаемый предел распространения электромагнитной волны, т. н. «дальность действия» радиостанции, для лета в несколько раз меньше, чем для зимы; точно так же «дальность действия» ночью обычно много больше, чем днем (причина: различная ионизация верхних слоев атмосферы — слой Хевисайда).¹⁾

¹⁾ Слоем Хевисайда (по имени ученого, первого открывшего этот слой) называется слой разреженного воздуха, находящегося приблизительно в 100-200 км над поверхностью земли (см. рис. 21). Под влиянием солнечных лучей он делается проводящим; радиоволны отражаются от проводящей поверхности так же, как световые волны отражаются от блестящей металлической поверхности. На рис. 21 стрелкой АВ показано направление поверхностной («земной») волны; остальные линии на том же рисунке обозначают путь «небесных», затем преломляющихся и отражающихся к земле волн.

 

Еще до недавнего времени радиотехника для передачи сигналов пользовалась только так называемыми «длинными» и «средними» волнами. Например, для связи морских судов долгое время употребляли волны порядка 600 м. Для радиосвязи на малых расстояниях по суше обычны были волны порядка 200—600 м. При трансокеанских радиосвязях имели место волны длиной 5 000—20 000 м. Наконец, для радиовещательных станций как стандартный (для САСШ преимущественно) был установлен диапазон 200—550 м. Необходимость выбора различных длин волн для разных «линий связи» обусловливалась очень многими причинами, о которых  см. далее, само собой разумеется, что на одной или нескольких волнах установить все линии радиосвязи  нельзя уже и потому, что были бы очень сильные  помехи, т. е. сигнал, передаваемый одной радиостанцией, смешивался бы с сигналами другой радиостанции, передающей на той же или близкой к первой волне.

В процессе развития радиосвязи, когда требовалось достижение все больших расстояний, рабочие длины волн постепенно увеличивались. Это увеличение длины волны было выгодно еще как потому, что позволяло вводить в практику передающие антенны большой высоты [было принято выбирать λ_раб = (1,5 — 3) λ₀, а λ₀ = kl, причем в l =  h+b (h — длина вертикальной части, b — горизонтальной части) желательно делать h возможно большим], так и вследствие того обстоятельства, что разница в силе приема днем и ночью с увеличением длины волны делалась менее заметной. Только в 1922 г., в связи с опытами американских радиолюбителей, небольшие передатчики которых на волнах 15—50 м были иногда хорошо слышны в Европе, внимание науки и техники было привлечено к области коротких волн (10—100 м), что соответствует частотам от 3 000 до 30 000 кц/сек. Распространение волн этой категории обладает рядом замечательных особенностей, внешние проявления которых сводятся в основном к следующему:

Рис. 19.

1. Сравнительно с длинными волнами, при передатчиках, излучающих мощности порядка единиц ватт, перекрываются исключительно большие расстояния. При этом оказалось, что в зависимости от освещенности пространства, по которому распространяется электромагнитная волна (между передающей и приемной станциями), следует выбирать волну того или иного порядка. Таким образом, в отличие от длинных волн, для перекрытия заданного расстояния, главное значение приобретает не мощность, а выбор длины рабочей волны. Согласно данным мировой практики, для связи играет главную роль диапазон 12-55 м. При этом диапазон делится на три части: а) λ = 12-20 м для дневной связи, б) λ = 25-55м для ночной связи и в) λ = 20-25 м волны для переходного периода с дневной на ночную связь. 2. Атмосферные помехи значительно слабее, чем на длинных волнах; помехи сильно убывают с укорочением волны. 3. На расстояниях свыше 50—200 км от передатчика наблюдается мертвая зона, в которой сила приема или очень мала, или равна нулю, в то время как на расстояниях в тысячи км сила приема весьма большая. Ширина этой зоны увеличивается с укорочением волны. 4. За пределами мертвой зоны сила приема увеличивается; однако, интенсивность последнего подвержена большим колебаниям, как днем, так и ночью. 5. На расстояниях от передатчика порядка 1 000 км начинается область постоянной большой силы приема; при этом, в противоположность длинным волнам, при увеличении расстояния нет никакой закономерности в ослаблении силы приема. 6. При некоторых условиях сигналы огибают землю по несколько раз и тогда воздействуют на приемник как помехи (эхо). В этом случае излучаемые передатчиком волны достигают приемника, как по кратчайшему пути, так и по более длинной части земной окружности: в месте приема волны встречаются со сдвигом по фазе во времени, соответственно пройденным расстояниям, и искажают сигналы. При этом иногда случается, что на месте приема после второго или третьего обегания получается большая амплитуда, нежели от впервые принятого сигнала (обычно первый сигнал сильнее, см. рис. 19).

Рис. 20.

Особенно сильно мешают эти обегающие землю сигналы при телефонии (в ухе получается впечатление эхо) и при передаче изображений (на месте приема получаются утолщенные или двойные линии). Кроме этих «ближних»  эхо, существуют еще эхо «дальние»: сигнал, выйдя за пределы земной атмосферы, вследствие отражения в космическом пространстве возвращается на землю, проделав путь порядка сотен тысяч километров. 7. Неприятной для практики радиосвязи особенностью распространения коротких волн является «замирание» — уменьшение или вообще изменение силы приема радиосигналов, вплоть до полного прекращения их приема в данном месте. Это явление, в небольшой степени обнаруживаемое на средних (λ = 100—1 000 м) волнах, наиболее значительно вредит радиоприему на коротких волнах. Замирания встречаются, главным образом, трех видов: а) медленные ослабления и усиления, б) кратковременные быстрые колебания, в) длительно протекающие. На рис. 20 изображены кривая силы сигнала (а) радиостанции, работающей на волне 800 м, записанная регистрирующим миллиамперметром, и кривая замирания (б) на короткой волне (31  м). Замирания могут происходить от разных причин, причем чаще всего они происходят от интерференции двух или нескольких лучей, пришедших от передатчика к приемнику путями различной длины, от изменений: наклона фронта волны, поглощения отосланных лучей в верхних, слоях атмосферы и т. д.

Кроме диапазона волн 12—55 м  находят на практике применение также и волны 55—100 м и ультракороткие, ниже 12 м. Оба диапазона для перекрытия больших расстояний непригодны. Волны 55—100 м имеют значение для перекрытия расстояний в несколько сот километров, при этом требуются антенны более низкие и мощности меньшие, чем в случае средних волн (порядка 1 000 м). Ультракороткие волны пока оказываются практичными лишь для связи на расстоянии порядка 50 км; по предыдущему, антенны для них требуются еще меньше, чем для коротких волн (так же, как и аппаратура). Что касается дальних расстояний, то с укорочением (ниже 12 м) волны дальний прием делается все более неустойчивым и случайным; волны порядка 6 м и ниже, вероятно, целиком выходит через слой Хевисайда, за пределы земной атмосферы.

Рис. 21.

Все изложенные сравнительно недавно выявленные особенности, наблюдаемые при коротких волнах, заставили пересмотреть данную выше теорию распространения электромагнитной энергии. Согласно новым воззрениям, излученные передающей антенной волны испытывают постоянное, сперва слабое, затем все более и более сильное отклонение, пока они под очень тупым углом не вступают в слой Хевисайда, где волны проходят почти без потерь большие расстояния и откуда они затем, благодаря постепенно увеличивающемуся наклону вниз, возвращаются на землю (рис. 21). Расчеты, учитывающие различные причины, показывают, однако, что и эти теории распространения уже недействительны для ультракоротковолного диапазона (λ меньше 10—12 м).

Рис. 22.

Так как широкому кругу читателей наиболее доступной для самостоятельного практического осуществления является именно эта область диапазона частот (радиолюбительство по секции коротких волн), то необходимо далее привести следующие указания по выбору длины волны для перекрытия радиосвязью при различных условиях освещенности желаемого расстояния. Эти указания изображены графически на рис. 22, представляющем результаты многих тысяч наблюдений и измерений по дальности распространения коротких и средних волн. Передающая радиостанция имела постоянную мощность 5 kW; излучение производилось различными длинами волн (от 10 до 1 000 м, см. ординаты, рис. 22); при этом дальность действия, определяемая силой поля до 10 микровольт на метр (в км. см. абсциссы на рис.), меняется в зависимости от условий освещенности от 65 км до 20000 км. Кривая 1 на рис. Показывает «предел поверхностной волны», т. е. дальность тех сигналов, которые получаются от волн, распространяющихся «вдоль поверхности земли», как было показано на рис. 2; это – дальность уверенной радиосвязи между данными двумя пунктами, не зависящая от слоя Хевисайда (т. е., условий освещенности). Для волны, например, 30 м эта дальность выражается цифрой 110 км. Кривые 2—6 относятся уже к отраженным от слоя Хевисайда (см. рис. 21) волнам; именно, кривая 2, показывающая «минимальные расстояния, на которых начинает обнаруживаться отраженная волна днем», для выбранного примера дает цифру 640 км; между 110 км и 640 км — мертвая зона, или «зона молчания»: сигнал неслышим. Кривая 3 дает «максимальные расстояния, на которых еще обнаруживается отраженная волна днем»;  для λ = 30 м сигнал будет слышен днем, следовательно, на расстоянии от 640 км до 7 000 км. Кривая 4 указывает «минимальные расстояния, на которых начинает обнаруживаться отраженная  волна ночью»; для λ = 30 м эта дальность определяется цифрой 6 400 км. Наконец, кривые 5  и 6 дают соответственно цифры «максимальных расстояний, на которых еще обнаруживается отраженная волна ночью: кривая 5 — летом, кривая 6 — зимой»; для λ = 30 м эта  дальность приема ночью определяется цифрами 13 000 км (для лета) и 118 000 км (для зимы).

Рис. 23.

3. Прием электромагнитных волн. При достижении электромагнитной волной приемной антенны часть силовых линий этой  волны отбрасывается назад, образуя отраженную волну, а другая часть поглощается антенной; при этом в местах входа и выхода линии (вверху и внизу, рис. 23) образуются соответственно отрицательные и положительные заряды, тем более значительные, чем больше густота линий, прилипающих в данный момент к антенне. По мере продвижения волны заряды сперва растут, затем снова начинают убывать, взаимно уничтожаясь, в зависимости от фазы и т. д. При этом в антенне наблюдается колебательное передвижение зарядов попеременно от центра к концам и обратно, т. е. стремится образоваться стоячая волна с пучностями напряжения на концах. Разумеется, это колебание в свою очередь порождает излучение некоторой новой электромагнитной волны, фаза которой, примерно, противоположна фазе волны приходящей. При настройке на резонанс (см. электрические колебания) амплитуды тока и напряжения на антенне достигают наибольшей величины. Сила тока в антенне определяется при этом по закону Ома, силой поля Е₂ приходящей волны, с одной стороны, и действующей высотой и полным сопротивлением приемной антенны (т. е. суммой сопротивлений на потери R_пот и излучения ее же R_изл см. формулу 4а) – с другой:

Теория дает для количества энергии, поглощаемой в 1 сек. приемной антенной в лучшем случае, а именно, когда сопротивление на потери R_пот равно сопротивлению излучения приемной антенны, приближенное выражение:

Это означает, что при приеме, например, вблизи радиовещательной станции, работающей на λ=500 м в пункте, где сила поля ее равна 10 000 микровольт на метр (μV/м), в наилучшем случае можно изъять из поля мощности около 4 милливатт; то же количество энергии (в 1 сек.) излучается обратно приемной антенной.

Рис. 24.

Назначение приемной радиостанции состоит в том, чтобы: 1) уловить распространяющиеся в пространстве электромагнитные волны и 2) при помощи особого комплекса приборов сделать их доступными нашим органам чувства. Первая задача выполняется антенной, вторая – различного рода детектирующими приспособлениями в связи с каким-либо приемником, например, телеграфным аппаратом или телефоном.

Рис. 25.

Таким образом, устройство, служащее для приема электромагнитных волн представляет собой электрическую цепь, которая поглощает дошедшую до нее от передающей станции электромагнитную энергию. Кроме того, приемное устройство снабжено прибором, преобразующим электромагнитную энергию в звуковую.

Основным элементом приемной радиостанции является антенна. Вид типичной приемной антенны изображен на рис. 24. Антенна обычно состоит из одного или, реже, из нескольких проводов, укрепленных помощью мачт на некотором расстоянии от земли. Для того, чтобы получить сильный прием, антенна должна быть подвешена как можно выше, в этом случае она будет поглощать большее количество электромагнитной энергии. Кроме того, при приеме всегда непременным условием ставится настройка антенны в резонанс с частотой приходящих колебаний.

Рис. 26.

Рис. 27.

Зависимость силы тока в колебательном контуре от частоты действующих на него колебаний изображена на рис. 25. Эта кривая носит название кривой резонанса. При частоте действующих колебаний f, равной f₀ собственной частоте колебательного контура, сила тока получает максимальное значение. Кривая резонанса в зависимости от величины сопротивления контура может быть или острой, или тупой (рис. 26). Форма кривой  резонанса характеризует способность приемника принимать без помех со стороны других станций работу той радиостанции, на которую он настроен. Эта способность различным образом реагировать на различные частоты или, иначе говоря, быть избирательным к частотам, носит название избирательности приемника.

Рис. 28

Преобразование принятой электромагнитной энергии высокой частоты в низкую звуковую частоту происходит при помощи детектора.

Детектором, или волноуказателем — волноуловителем, в радиотехнике называется прибор, предназначенный для преобразования полученной от сигнала в приемной антенне энергии в вид, необходимый для приведения в действие какого-либо индикатора электрического колебательного тока, например телефона, реле и др.; существующие индикаторы непосредственно на очень малый ток высокой частоты не реагируют. Ныне употребительные детекторы делятся на две группы: ламповые (см.  ниже и электронная лампа) и контактные, или кристаллические. Контактные детекторы представляют собой контакт, образованный двумя кристаллическими минералами пли минералом и металлом; конструкцию кристаллического детектора см. ниже. Подобные комбинации двух разнородных тел имеют неодинаковое сопротивление при прохождении но ним тока в разные стороны; разница эта в хороших детектоpax такова, что можно считать, будто ток проходит через контакт только в одном направлении, Это свойство и используется, например, при включении детектора последовательно с телефоном: пришедшая радиоволна (рис. 27, а) окажется выпрямленной детектором и превратится в ряд амплитуд одного направления (рис. 27, б); телефонная мембрана (см. телефон) получит притягивающие импульсы, соответствующие огибающей кривой выпрямленных амплитуд; вследствие этого телефон издает звук, характер которого (рис. 27, в) будет соответствовать таковому же, модулировавшему (см. далее) на передающей радиостанции.

Рис. 29.

При приеме дальних станций, когда величина принятой электромагнитной энергии настолько мала, что детектор не может нормально работать, применяются ламповые усилители (см. ниже) высокой частоты. Если же работа станции, кроме того, должна быть слышима настолько громко, чтобы ее могла воспринимать целая аудитория слушателей, применяются ламповые усилители низкой частоты.

III. Технические методы генерации электрических колебаний и приема электромагнитных волн. 1. Способы возбуждения (генерации) колебаний. Для возбуждения электрических колебаний высокой частоты, необходимых для создания электромагнитных волн, пользуются колебательным контуром из самоиндукции и емкости, возбуждаемым: 1)  либо способом разряда в газах (см. разряд электричества в газах) неразреженных (искра, дуга) или весьма сильно разреженных (электронная лампа, см.); 2) либо машиной высокой частоты. С этим колебательным контуром связывается различными способами отправительная (излучающая) антенна. Во всех случаях получающаяся в колебательном контуре частота колебаний определяется практически формулой, Томсона:

где С — емкость, L — самоиндукция контура, с — скорость  света, λ — длина волны.  В дальнейшем не упоминается о совершенно устаревших искровом и дуговом способе возбуждений колебаний.

Машина высокой частоты представляет собой  наиболее естественный с технической стороны способ возбуждения колебаний. В ней высокочастотный ток возбуждается, в сущности, так же, как   обычный технический переменный ток в альтернаторах (см. электротехника): в неподвижных обмотках статора индуктируется высокочастотная электродвижущая сила от быстро вращающегося ротора (часто в виде диска) с железными зубцами; прохождение этих зубцов вблизи обмоток меняет магнитный поток в них. Такие машины дают, однако, сравнительно малую частоту; недостаток этот лишь отчасти устраняется специальными умножителями частоты (см. электротехника). В СССР машина высокой частоты установлена только на Октябрьской радиостанции в Москве; мощность ее 50 kW. На рис. 28 представлена машина высокой частоты мощностью 200 kW, системы Александерсона, очень распространенная в Америке. Все длинноволновые радиостанции большой мощности работают машинами высокой частоты.

Наибольшим совершенством обладают безусловно генераторы с электронными лампами, отличающиеся значительным постоянством частоты и амплитуды. Весьма ценным свойством электронных ламп (см. электронная лампа) является возможность получения с их помощью переменных токов самой разнообразной частоты, начиная со звуковых колебаний и кончая самыми высокими радиочастотами.

Устройство, содержащее электронные лампы и применяемое для целей получения переменного тока, называется ламповым генератором. По аналогии с динамо-машинами ламповые генераторы можно разделить на два основных класса: генераторы с независимым возбуждением и генераторы с самовозбуждением.

Рис. 30.

Рассмотрим сначала принцип работы генераторов с независимым возбуждением. Принципиальная схема такого генератора изображена на рис. 29. Если на сетку электронной лампы дать от какого-нибудь источника переменное напряжение, то в цепи анода лампы получится переменный ток. Что это действительно так, ясно видно из характеристики лампы, изображенной на рис. 30. Характеристика лампы представляет собой графическую зависимость, силы анодного тока от напряжения на сетке лампы. Кривая, дающая эту зависимость,  имеет на большом протяжении прямолинейный характер и только на нижнем и верхнем концах прямая линия имеет закругление. Таким образом, если начальное постоянное напряжение на сетке, на которое, накладывается переменное напряжение, выбрать, такой величины, что постоянный ток в цепи анода будет равен половине тока насыщения, то при работе в пределах прямолинейной части характеристики переменный анодный ток будет иметь точно такую же форму, какую имеет напряжение на сетке. Для того, чтобы повысить интенсивность колебаний анодного тока, в анодной цепи включен колебательный контур, состоящий из самоиндукции  L и емкости С. Этот контур настраивается на ту частоту, которую имеет источник, дающий переменное напряжение на сетку лампы. Достоинством генератора с независимым возбуждением является  точно синусоидальное колебание тока в анодной цепи, т. е. отсутствие гармоник. В качестве источника переменного напряжения, подаваемого на  сетку лампы, служит обычно тоже ламповый генератор, но работающий по принципу самовозбуждения.

Рис. 31.

Перейдем теперь к рассмотрению работы генератора с самовозбуждением. Принципиальная схема такого генератора изображена на рис. 31. Здесь, кроме колебательного контура LC, в цепь сетки включена еще катушка самоиндукции L₁. Эта катушка L₁ индуктивно связана с катушкой L, т. е. магнитное поле, образующееся вокруг катушки L₁, в момент прохождения по ней тока, пересекает витки катушки L. Направления витков катушек L и L₁ выбираются обратными друг другу. В момент зажигания лампы, т. е. включения тока накала, электроны, излучаемые нитью, устремляются на анод, и в цепи анода появляется ток, который заряжает конденсатор С. Конденсатор С, разряжаясь на катушку самоиндукции L, вызвал бы в контуре LC затухающие колебания (рис. 32), но благодаря тому, что с контуром связана катушка L₁, колебания будут индуктировать в ней напряжение, которое будет заряжать сетку то положительно, то отрицательно. В результате этого лампа будет или пропускать через   себя ток, или прекращать его. Частота пропускания тока равна частоте колебаний контура LC.

Рис. 32-33-34

Таким образом, конденсатор С через каждое колебание будет подзаряжаться, и колебания контура делаются незатухающими (рис. 39, а).

Частота колебаний, возбуждаемых ламповым генератором зависит от величины самоиндукции катушки L и емкости конденсатора С. Приблизительно она может быть определена по формуле (11). Антенна связывается с ламповым генератором обычным путем (см. пунктир на рис. 29).

Рис. 35.

Ламповые передатчики, появившиеся в последние 10-14 лет, ныне почти вытеснили все другие способы возбуждения колебаний; только для радиосвязи на большие расстояния на длинных волнах установки машин высокой частоты еще конкурируют с ламповыми радиостанциями. Последние встречаются мощностью от единиц W до сотен kW и позволяют получать энергию практически любой частоты — от 1 цикла в сек. до 10¹⁰ циклон в сек. (т. е. волны длиной от 300 000 км до нескольких сантиметров). По схемам осуществления изложенного выше принципа ламповые передатчики можно разделить на категории:

1) простая схема (рис. 31) и сложная схема с промежуточным контуром (рис. 33); 2) генератор с самовозбуждением (рис. 31) и генератор с независимым возбуждением (рис. 29) (колебания, полученные по рис. 31, далее только являются источником переменного напряжения — см. рис. 30 — для последующих ламп, имеющих мощность в 10—20 раз большую сравнительно с первым каскадом, называемым возбуждением). Кроме того, ламповые передатчики различаются также и по роду источников питания анода лампы (высокое напряжение) и нити ламп (для накала), от которых часто зависит характер передаваемых сигналов. В обоих случаях (для анода и нити) источниками питания могут служить: батарея аккумуляторов или гальванических элементов, машина постоянного тока (напряжение на анод в мощных лампах требуется до 15000 V и выше), машина переменного тока (с частотой от 50 до 10000 циклов в сек.). В последнем случае ток или выпрямляется помощью ртутных или ламповых выпрямителей (см. электротехника), или подается на нить и анод лампы без выпрямления.

Рис. 36.

На рис. 34 изображена телеграфная радиостанция мощностью 25 kW в антенне, изготовленная В. Э. О. (в периоде сборки). На рис. 35 дан внешний вид четырехкиловаттного  радиовещательного передатчика MD 400. Рис. 36 изображает мощную (20 kW) генераторную катодную лампу с водяным охлаждением анода, производства фирмы Siemens u. Halske.

Рис. 37.

При коротких волнах для возбуждения колебаний применяются почти исключительно ламповые генераторы; при ультракоротких волнах — тоже, и дополнительно делаются попытки использования искрового метода (Телефункен). Род колебаний, теоретически возможный любого типа, на практике выбирается преимущественно в виде тональной   передачи (модулированной, см.далее), при которой замирания обнаруживаются менее резко. Благодаря указанным особенностям распространения коротких волн, для перекрытия радиосвязью наибольших расстояний на земном шаре (связь с антиподами) оказалась достаточной мощность в 20—30 киловатт; при этом обычно используются электронные лампы (2-3) с водяным охлаждением. С целью получения наибольшего постоянства длины излучаемой волны передатчик, так же, как и в средних, длинных волнах, стабилизируется кварцем. Стабилизация частоты волны, излучаемой радиопередающей станцией, одно из основных требований современной радиотехники, подразумевает совокупность мероприятий для того, чтобы частота f (или соответственно длина волны λ), излучаемой электромагнитной энергии оставалась строго постоянной. Колебания частоты могут вызываться различными причинами, например, колебаниями от ветра проводов антенны, в этом случае емкость последней также, хотя и незначительно, меняется, что вызывает (в связи с изменением f по формуле 11) такое же незначительное, но явно ощущаемое в телефоне приемной станции колебание высоты тона биений (см. далее). Одним из простейших средств для увеличения стабильности является применение схемы независимого возбуждения (рис. 29); в этом случае антенна колеблется вынужденными колебаниями преимущественно от «задающего» генератора, детали схемы которого не подвержены столь сильным внешним воздействиям, как антенна. В последние годы, в радиостанциях стабильность частоты достигается наилучшим образом помощью пьезокварца.

Рис. 38.

Схемы коротковолновых передатчиков — такие же,  как и у длинноволновых, только что описанные; впрочем, наибольшую популярность из них приобрела схема симметричная (двойного действия, или «пуш-пулльная»). Схема такого генератора изображена на рис. 37. В рассмотренном нами ранее ламповом генераторе с самовозбуждением (рис. 31)  анодная батарея доставляет энергию в контур — подзаряжает конденсатор С только в течение одной половины периода колебания, т. е. тогда, когда сетка лампы получает положительный заряд. За время второй половины периода тока в лампе нет, так как сетка заряжается отрицательно. В схеме, данной на рис. 37, применяются две лампы, благодаря этому анодная батарея доставляет в контур энергию в течение всего периода колебаний и позволяет возбуждать колебания с очень большой частотой.

Рис. 39.

Ламповый генератор небольшой мощности по простоте устройства и чрезвычайной гибкости схем его воспроизведения резко выделяется из среды прочих способов возбуждения высокой частоты и потому нашел громадное распространение среди радиолюбителей, особенно в применении к коротким волнам (см. далее). На рис. 38 дан внешний вид коротковолнового (на 43 и 86 м) передатчика по схеме Гартлея, принадлежащего американскому радиолюбителю.

Рис. 40.

2. Радиотелефония. Беспроволочная связь в ее  практических применениях до последнего времени выражалась в радиотелеграфии (передача сигналов азбуки Морзе) и радиотелефонии, если не считать  отдельных, как лабораторных, так и коммерческих, установок по беспроволочной передаче изображений (см. ниже). Радиотелефония   основывается на изменении амплитуды I₀ (а вместе с тем и угловой частоты ω) колебательного тока передатчика подводимыми к микрофону звуковыми колебаниями (звуковая модуляция).

Принципы радиотелефонии. Создаваемый генератором незатухающих колебаний непрерывный ряд волн (рис. 39, а) на приемной радиостанции выпрямляется детектором (см. далее) и преобразуется в пульсирующий ток одного направления (рис. 39,6), который производит такое же действие, как и постоянный ток с амплитудой в √2 меньшей амплитуды принимаемых незатухающих колебаний. Такой ток, проходя через обмотку телефона (см.), не может вызвать ее колебаний, а лишь отклонит мембрану последнего несколько от ее нормального положения, так как отдельные колебания имеют такую высоту и частоту, что на них мембрана не успевает реагировать. Для получения в телефоне такого тока, чтобы мембрана телефона заколебалась, необходимо, чтобы амплитуда выпрямленного тока была переменной по величине. Поэтому для передачи разговора по радиотелефону следует устроить так, чтобы разговорные токи, создаваемые микрофоном, изменяли амплитуду незатухающих колебаний, излучаемых антенной передающей станции. Для этой цели к генератору незатухающих колебаний присоединяется модуляторное устройство, изменяющее амплитуду незатухающих волн, когда на модулятор действуют разговорные токи, созданные микрофоном; обычно к микрофону присоединяется усилитель низкой частоты, так как микрофонные токи слишком малы, чтобы непосредственно воздействовать на модулятор. Таким образом, схема последовательных трансформаций звуковых колебаний (например, производимых голосом артиста, находящегося в студии радиовещательной станции) в электрические колебания высокой частоты и обратно в звуковые колебания (слышимые, например, в телефоне или громкоговорителе радиослушателя, настроившегося на приемнике на длину волны радиовещательной станции, рис. 40) — следующая, изображенная на рис. 41: кривая 1—усиленный микрофонный ток; 2—немодулированные колебания, излучаемые антенной радиотелефонной станции; 3—те же колебания, модулированные модуляторным устройством. Когда эти колебания приходят на приемную станцию, они (усиленные часто усилителем высокой частоты) выпрямляются детектором; выпрямленные последним колебания представлены на кривой 4. Это «детектирование» необходимо, чтобы заставить мембрану приемного телефона совершать колебания, определяемые огибающей радиоволн, повторяющей форму разговорных токов: радиоволны сообщат после выпрямления ряд импульсов, направленных в одну сторону; эти последние, слагаясь вместе, дадут ток, в телефоне повторяющий все изменения огибающей; такой ток проходящий через телефон, изображен кривой 5.

Рис. 41.

Для модулирования в маломощных передатчиках можно пользоваться методом поглощения (абсорбции) энергии передатчика, помещая микрофон либо непосредственно в передающую антенну, либо в связанный с ней индуктивно-колебательный контур (рис. 42 и 42а). При больших мощностях этот способ неприменим не только из-за малой пропускной способности микрофона, но и из-за неэкономичности этого способа.

Рис. 42.

Рис. 42а.

Модуляционные способы распадаются на два главнейших класса: модуляция на сетку и модуляция на анод.

а) Модуляция на сетку. Здесь при малых мощностях переменный микрофонный ток индуктивно возбуждает на сетке генератора переменные эдс (электродвижущие силы) звуковой частоты (рис. 43), меняющие режим, т. е. амплитуду колебаний; при больших мощностях заставляют сеточный ток генератора проходить через особую модуляторную лампу М (рис. 44); нить которой соединяется с сеткой генераторной лампы, анодной нитью генераторной лампы. Модуляторная лампа проводит сеточный ток генераторной лампы тем  лучше, чем больше положительное напряжение на  ее сетке. Последняя соединена с трансформатором, питаемым микрофонным током. Эту схему иногда совершенствуют, присоединяя параллельно модуляторной лампе подходящий конденсатор С, который вместе с лампой образует гридлик (см. электронная лампа). Обычно мощность модуляторной лампы составляет около 10% генератора; поэтому при больших мощностях приходится подавать на сетку модуляторной лампы переменную электродвижущую силу звуковой частоты не непосредственно от трансформатора, а с помощью большего или меньшего числа каскадов специального усилителя. Один из видов модуляции на сетку применен и в мощной радиостанции ВЦСПС, в Москве.

Рис. 43.

b) Модуляция на анод (изобретена Хизингом). В этом способе модуляторная лампа (такой же мощности, как и генераторная) влияет либо на силу анодного тока (рис. 45) — параллельное соединение генератора и модулятора, — либо на анодное напряжение (рис. 46) — последовательное включение генераторной лампы. При параллельном соединении ток машины разветвляется между обеими лампами; при разговоре в микрофон модуляторная лампа пропускает ток лучше или хуже, в зависимости от мгновенных значений напряжения на ее сетке, а так как благодаря реактивной катушке (дросселю) ток машины остается без изменения, то на долю генераторной лампы приходится также меньше или больше тока; благодаря этому колебания генератора соответственно ослабевают и усиливаются т. е. модулируются. Мощность модулятора переносится при этом в генератор, так что общая мощность схемы соответствует мощности обеих ламп. При схеме последовательного включения (рис. 46) модуляторная лампа поглощает большую или меньшую часть анодного напряжения, в зависимости от фазы эдс на ее сетке, что также вызывает модуляцию генератора.

Рис. 44.

Рис. 45.

Рис. 46.

3. Способы обнаружения электромагнитных колебаний и их дальнейшего преобразования. Безламповый (детекторный) приемник. Прием местных и ближних станций производится обычно на безламповый (детекторный) приемник. Принципиальная схема такого приемника, изображена на рис. 47.

Рис. 47.

В основном детекторный приемник можно разделить на две части: первая часть — настроенный контур, принимающий энергию высокой частоты, и вторая часть — детекторный контур, преобразующий электромагнитную энергию высокой частоты в звуковую энергию.

При настройке контура в резонанс с приходящими колебаниями в контуре получается максимальное количество энергии. Эта энергия помощью индуктивной связи между катушками L и L₁ передается в детекторный контур. Так как кристаллический детектор (см. выше), представляющий собой контакт металла и кристалла, пропускает ток только в одном направлении, то в детекторном контуре получается пульсирующий ток (см. рис. 41, кривую 5). Этот пульсирующий ток в действительности состоит из тока низкой частоты. Ток низкой частоты приводит в действие мембрану телефона и дает возможность услышать работу станции, ток же высокой частоты, помимо телефона, замыкается через блокировочный конденсатор С₁ (или через емкость шнуров телефона, если конденсатор С₁ отсутствует; см. рис. 29).

Рис. 48.

Как было упомянуто выше, для получения большой остроты настройки (избирательности), необходимо стремиться к уменьшению сопротивления колебательного контура. Рассмотрим, из каких составных величин состоит это сопротивление. Во-первых, имеет  сопротивление катушка самоиндукции L; с целью уменьшения этого сопротивления необходимо употреблять   для намотки провод большого сечения. Затем, так как в этот же контур входит антенна, то, следовательно, необходимо  очень серьезное внимание  обращать на устройство заземления (чтобы уменьшить R_пот). Заземление должно быть выполнено очень тщательно с целью  уменьшения его сопротивления. И, наконец, некоторое сопротивление в настроенный контур вносит детекторный контур. Детекторная связь должна быть переменной для того, чтобы можно было  изменять величину этого вносимого сопротивления. Для увеличения остроты настройки связь должка, быть выбрана слабой.

Типовая конструкция кристаллического детектора (представляющего обычно сочетание минерала и металла или же сочетание двух разнородных минералов) дана на рис. 48 (контакт из пружинного  острия и кристалла). Кристалл запаивают в чашку помощью легкоплавкого металла или сплава. Наиболее распространенные детекторные пары: цинкит—халькопирит; карборунд—сталь; гален—с золотом, серебром или свинцом.

Ламповые радиоприемники. Ныне безламповые приемники уже не применяются почти вовсе в Америке, уменьшаются в своем числе с каждым годом и в Европе; пятилетний план радиофикации  СССР предусматривает также потухающую кривую  распространения безламповых приемников. Поэтому в дальнейшем главное внимание обращается на ламповые приемники.

Рис. 49.

Регенератор. Регенеративный приемник  или просто регенератор, представляет собой ламповый приемник, получивший наибольшее распространение. Этому обстоятельству содействовали его  простота и универсальность, способствовавшие  применению регенератора в качестве приемника как для дальнего, так и для местного приема.. Схема регенератора изображена на рис. 49. Приходящие колебания высокой частоты, воздействуя на сетку лампы, вызывают в анодной цепи усиленные колебания. Кроме того, лампа помимо усиления,  благодаря включению в цепь сетки гридлика (см. электронная лампа), состоящего из емкости С₂ и  сопротивления R, также детектирует приходящие колебания. Получающаяся в результате детектирования звуковая частота воздействует на телефон. Однако, при детектировании в анодной цепи всегда, кроме звуковой частоты, получается и высокая  частота. Эта высокая частота, в обычных схемах не используется и, не выполняя никаких функций,  ответвляется в блокировочный конденсатор С₁.

Принцип же действия регенератора и основывается именно на использовании этой высокой частоты. Для этой цели в анодной цепи включена катушка самоиндукции L₁. Высокочастотные колебания, благодаря индуктивной связи катушки L₁ и катушки в антенне, передаются из анодной цепи лампы обратно в антенный контур, т. е. в цепь сетки. При соответствующем выборе направления витков катушки L₁, а именно противоположного направлению витков катушки в антенне — колебания, передаваемые обратно в цепь сетки, будут совпадать по фазе с приходящими колебаниями. Следовательно, на сетке получатся более усиленные колебания, которые в свою очередь, усилившись лампой, опять направятся в цепь сетки, еще более усиливая эффект, и т. д. Благодаря такому многократному переходу колебаний из анодной цепи в цепь сетки, с последующим каждый раз при этом усилением, общее усиление, даваемое лампой, получается весьма значительным.

Однако, это усиление не одинаково для всех случаев приема. Громкие сигналы местных станций усиливаются регенератором незначительно. Усиление увеличивается по мере ослабления силы сигналов, иначе говоря — при приеме дальних станций. Приблизительная величина усиления, даваемого регенератором при приеме очень слабых сигналов, может быть принята порядка 1 000 раз.

Рис. 50.

При сближении катушек антенны и L₁ т. е. при увеличении между ними индуктивной связи, величина энергии, передаваемой из анодной цепи в цепь сетки, может достигнуть такого значения, что в лампе возникнут собственные колебания; получается ламповый генератор с самовозбуждением (ср. рис. 31).

При приеме радиотелефонных сигналов это совершенно недопустимо, так как генерация сильно исказит прием и сделает его абсолютно невозможным. Поэтому доводить связь между катушками до величины, вызывающей уже генерацию, нельзя. Изменение силы приема в зависимости от величины связи между, катушками изображено на рис. 50. Эта кривая показывает, что при плавном увеличении связи между катушками в телефоне слышно постепенное нарастание силы приема. Когда обратная связь достигает величины, соответствующей точке А, в телефоне обнаруживаются шорохи, переходящие при величине обратной связи, соответствующей точке В, в генерацию. Прием всегда следует вести при значении обратной связи, заключающейся в пределах между точками А и В. В этом случае мы получаем большое усиление и вполне чистый неискаженный прием; кроме того, приемник в данном случае почти не излучает и тем самым не мешает производить прием соседним станциям.

Колебания из анодной цепи сетки могут быть переданы не только индуктивной связью, но и емкостной связью. Изменение величины обратной связи, помимо изменения взаимоиндукции между катушками, т. е. изменения их взаимного расположения, может быть произведено также изменением силы тока, протекающего через катушку обратной связи L_k. Для этого последовательно с катушкой L_k включается переменный конденсатор С_k. Такая схема, изображенная на рис. 51, носит название схемы Рейнарца. Дроссель Др включен для того, чтобы высокочастотные токи, образующиеся в анодной цепи лампы, могли протекать только по цепи, содержащей катушку самоиндукции Z_k и конденсатор С_k. С этой же целью в приведенной схеме отсутствует блокировочный конденсатор телефона. Взаимное расположение катушек L и L_k в этой схеме может оставаться постоянным. Обратная связь регулируется изменением емкости конденсатора С_k.

Рис. 51.

Супер-регенератор. В обыкновенной регенеративной схеме, как известно, благодаря увеличению обратной связи, увеличивается ток в приемном контуре. Увеличение тока в контуре при сохранении без изменения самоиндукции и емкости контура, а также величины напряжения от приходящих сигналов, равносильно уменьшению сопротивления контура. Следовательно, действие обратной связи мы можем рассматривать как введение в контур некоторого отрицательного сопротивления, которое в зависимости от своей величины может нейтрализовать либо только часть сопротивления контура, либо все сопротивление, либо может оказаться даже больше сопротивления контура. В первом случае приемный контур будет обладать некоторым сопротивлением, и собственные колебания в нем не возникнут; такие приемники называются иногда ретроактивными; в последнем случае сопротивление контура станет отрицательным, и под воздействием приходящих сигналов в контуре возникнут собственные колебания, которые будет продолжаться и после того, как приходящие сигналы прекратятся, т. е. лампа будет генерировать. В том случае, когда сопротивление контура полностью скомпенсируется отрицательным сопротивлением от обратной связи, т. е. сделается равным нулю, ток, а вместе с тем и чувствительность приема могли бы возрасти до бесконечности, если бы анодный ток лампы при достаточных положительных значениях на сетке не возрастал до насыщения. С другой стороны, в таком положении кроется опасность возникновения генерации, которая исказит принимаемые сигналы. Эта опасность не позволяет в достаточной мере использовать лампу в регенеративной схеме рис. 49.

Рис. 52.

Суперрегенеративные схемы отличаются от нормальных регенераторов, в первую очередь, увеличением обратной связи, а значит и усиленной переброской энергии из анодной цепи в приемный колебательный контур. Пополняя энергию в контуре, мы увеличиваем в нем размахи колебаний, увеличиваем, следовательно, переменное напряжение на сетке, от которого и зависит сила звука в телефоне. Однако, при чрезмерной обратной связи регенератор не может осуществить нормального неискаженного приема радиотелефонной работы. Как пришедшие колебания, так и любой другой электрический «толчок» вызывают генерацию, которая налагается на приходящие колебания, внося искажения. Известно, что после электрического «толчка»  собственные колебания в контуре нарастают постепенно, в течение нескольких периодов, увеличивая свою амплитуду (рис. 52). Отметим также, что если «толчком»  явились пришедшие волны, то быстрота «раскачивания»  тем более, чем больше амплитуда пришедших колебаний.

Рис. 53.

Для того, чтобы осуществить прием при большей обратной связи, необходимо автоматически изменять сопротивление приемного контура между положительными и отрицательными значениями. В течение того времени, когда сопротивление контура отрицательно, мы получаем наибольшее усиление сигналов. При положительном же сопротивлении контура приемник генерировать не может, следовательно, этим самым при большой обратной связи мы предотвращаем возникновение собственных колебаний приемника. Такое автоматическое изменение сопротивления приемного контура достигается введением в цепь сетки или в цепь анода приемной лампы источника  переменного напряжения, имеющего частоту выше обычной звуковой — 10000—15 000 ц/сек.

Наиболее типичная схема сверхрегенеративного приемника изображена на рис. 53. Здесь лампа Л₁ является регенератором с сильной обратной связью; лампа Л₂ генерирует вспомогательную «прерывающую» частоту, на которую настроены контуры в ее анодной и сеточной цепях. Один из этих контуров включен в то же время и в цепь сетки первой лампы, являясь здесь в качестве «прерывателя»« генерации.

Рис. 54.

Графически процесс работы такого приемника (наиболее употребительного для ультракоротковолнового диапазона) изображен на рис. 54. Верхняя кривая рис. 54 изображает характер колебаний принимаемых сигналов. Вторая кривая соответствует частоте вспомогательного генератора (например, около 10 000 периодов в сек.). Тогда напряжение на сеточном контуре изобразится третьей кривой. В ней видны нарастания и убывания амплитуд, но в то же время она сохраняет характер пришедших колебаний. Ток, воздействующий на телефон, представлен четвертой кривой; в этой кривой уже выявилась звуковая частота, но сохранилась также и вспомогательная. К сожалению, эта вспомогательная частота обычно ощущается ухом в виде очень высокого свиста.

Рис. 55.

Рефлексный приемник. Основными элементами всякого приемника являются: усилитель высокой частоты, детектор и усилитель низкой частоты. При этом как усиление высокой частоты, так и детектирование и усиление низкой частоты производится отдельными лампами. Однако, возможно на одну и ту же лампу возложить одновременно несколько функций. Приемник, в котором одна лампа усиливает и высокую и низкую частоту, называется рефлексным приемником. Схема такого приемника изображена на рис. 55. Приходящие колебания высокой частоты действуют на сетку лампы. Лампа усиливает эти колебания, и при настройке анодного контура L₁C₁ в резонанс с сеточным контуром LC на анодном контуре получается максимальное напряжение высокой частоты. Далее усиленные колебания подводится к кристаллическому детектору, выпрямляются и через трансформатор низкой частоты подаются опять на сетку этой же лампы. Усиленная лампой звуковая частота воздействует на телефон. Для того, чтобы облегчить путь высокой частоте, вторичная обмотка трансформатора и телефон Т шунтируются блокировочными конденсаторами С₂ и С₃.

Преимуществом рефлексного приемника является меньшее количество ламп. Однако, этот приемник имеет и существенные недостатки. Во-первых, благодаря отсутствию приспособлений, нейтрализующих вредное действие внутренней емкости ламп, приемник подвержен опасности возникновения в нем собственной генерации; во-вторых, он обладает не особенно большой избирательностью. Второе обстоятельство объясняется тем, что параллельно анодному контуру L₁C₁ включены первичная обмотка трансформатора и кристаллический детектор. Благодаря сравнительно малому их сопротивлению значительно увеличивается затухание анодного контура. Для увеличения избирательности выгоднее применять вместо кристаллического детектора ламповый. Описанный принцип рефлектирования применяется и в многоламповых приемниках.

Рис. 56.

Нейтродин. Как известно, для увеличения избирательности приемника следует применять несколько настроенных контуров, связанных между собой электронными лампами, т. е., иначе говоря, иметь в приемнике настроенный усилитель высокий частоты. Задачей такого усилителя является  неискаженное усиление. Однако, практически с увеличением числа каскадов усиления, благодаря наличию внутренней емкости ламп, неизбежно появляется самопроизвольная генерация усилителя, вызывающая сильные искажения и делающая совершенно невозможным прием.

Рассмотрим схему, изображенную на рис. 56. Это обычный каскад усиления высокой частоты. N₁ представляет собой первичную  обмотку трансформатора высокой частоты, С — внутренняя емкость между анодом и сеткой лампы. Когда приходящие колебания попадают на сетку лампы, то они, благодаря усилительному действию лампы, вызывают большие по величине колебания в первичной обмотке трансформатора N₁. Эти колебания помощью вторичной обмотки трансформатора N₂ передаются для дальнейшего усиления на сетку второй лампы, и т. д. Однако, для колебаний в анодной цепи первой лампы имеется два пути: первый, уже у казанный, — через трансформатор высокой частоты на сетку следующей лампы, и второй путь — через внутреннюю емкость лампы С обратно на сетку лампы. Эти возвращенные колебания по фазе одинаковы с приходящими колебаниями, т. е. они усиливают общее напряжение на сетке. Следовательно, в результате мы получаем общеизвестное явление обратной связи, причем величина этой связи бывает такова, что приемник генерирует.

Рис. 57.

Борьба с такой самопроизвольной генерацией идет двумя методами: или 1) вредную внутреннюю емкость лампы уменьшают специальной конструкцией (см. далее приемник с экранированными лампами), или 2) включают особые, нейтрализующие вредное влияние внутренней емкости лампы, конденсаторы, схема, осуществляющая последний принцип, принцип нейтродинирования, изображена на рис. 56. Здесь С₂ — нейтродинный конденсатор. В части, касающейся нейтрализации вредного действия внутренней емкости лампы С₁, данная схема может быть заменена схемой, изображенной на рис. 57.

Теория указывает, что нейтрализация получается тогда, когда выполнено соотношение

С₂/ С₁ = N₁/ N₂

Так как внутренняя емкость анод-сетка обычных усилительных ламп равна приблизительно 10 см, и отношение самоиндукций обмоток трансформатора N₁/ N₂ часто принимают приблизительно равным ¼, то для величины емкости нейтродинного конденсатора С₂ получаем значение

С₂ = 10·0,25 = 2,5 см.

Практически берут величину емкости этого конденсатора несколько большей.

Схема трехлампового нейтродинного приемника изображена на рис. 58.

Рис. 58.

Настроенные контуры нейтродина должны быть обязательно проградуированы, иначе настройка приемника делается весьма затруднительной. По избирательности нейтродин является одним из лучших приемников, уступая несколько только супергетеродину. Недостатком нейтродина надо считать только наличие нескольких ручек управления. Однако, в последнее время это обстоятельство устраняется применением многократных, в случае рис. 58 строенных конденсаторов, т. е. все три сеточных конденсатора налаживаются на одну ось и  вращаются одной ручкой. Для того, чтобы настройка приемника не зависела от антенны, в данном случае применена слабая индуктивная связь антенны  с первым настроенным контуром.

Рис. 59.

Супергетеродин. Все повышающиеся за последнее время требования, предъявляемые к приемникам в отношении увеличения их избирательности, заставили перейти к так называемому супергетеродинному методу приема. Как известно, детекторная лампа обладает некоторым порогом чувствительности. Для нормальной работы детекторной лампы на сетку должно быть подведено определенное напряжение высокой частоты (рис. 59). Если напряжение высокой частоты, получающееся на сетке детекторной лампы от принимаемой радиостанции меньше требуемого для нормальной работы, то оно должно быть увеличено с помощью усилителя высокой частоты. Однако, усиление высокой частоты при длинах волн короче тысячи метров представляет значительные трудности. Эти трудности вызываются собственной внутренней емкостью электронных ламп, которая при коротких длинах волн, понижая общее усиление, служит, кроме того, источником возникновения самопроизвольной генерации приемника. Для того, чтобы избежать вредного действия внутренней емкости ламп, необходимо или парализовать это вредное действие, как это и делается в нейтродинных приемниках, или изменить конструкцию лампы (лампы с экранированными электродами), или подводить к усилителю более длинную волну. Метод же преобразования коротких волн в длинные (или — что то же самое высоких частот в низкие) очень простой: это есть наложение на приходящую частоту частоты местного генератора, несколько отличной от первой. В результате такого наложения получается результирующая частота, равная разности частот приходящих и местных колебаний, т. е. более низкая чистота. Это и есть метод супергетеродинного приема. Последовательность процессов при таком способе приема схематически представлена на рис. 60.

Рис. 60.

На приходящие колебания накладываются колебания местного генератора. Частота местных колебаний выбирается такой, чтобы разность частот была равна, примерно, 50 000 ц/сек. Далее эта пониженная радиочастота выпрямляется первым детектором и подводится к усилителю, точно настроенному на эту частоту (так называемую промежуточную частоту). Промежуточная частота, будучи выпрямлена, вторым детектором, дает уже звуковую частоту, которая далее может действовать на телефон или после усилителя низкой частоты на громкоговоритель. Графическое изображение процессов, имеющих место в супергетеродинном приемнике, представлено на рис. 61.

Рис. 62.

Усиление, получаемое при этом приеме, громадное, т. к. при усилении промежуточной частоты в 50 000 ц/сек можно включать даже до пяти-шести каскадов усиления высокой частоты, не опасаясь самопроизвольной генерации. Кроме того, благодаря тому, что усилитель промежуточной частоты усиливает только одну частоту, супергетеродин обладает чрезвычайной избирательностью, не превзойденной ни одним из других типов приемников.

Рис. 61.

Наиболее типичная часть схемы супергетеродина изображена ни рис. 62. Антенный контур настроен на волну принимаемой радиостанции. Регулируя частоту местного гетеродина, устанавливаем ее таким образом, что получим промежуточную частоту, в точности равную частоте, на которую настроен фильтр (анодный контур) и вместе с ним усилитель промежуточной частоты. Получающееся в этот момент напряжение на зажимах фильтра, а следовательно и громкость принимаемых сигналов будут максимальными. Таким образом, мы видим, что фильтр всегда обеспечивает автоматическую и правильную установку промежуточной частоты.

Приемники для коротких волн. Как было указано, короткими волнами называют  обычно волны короче 100 м. Вспомним, что частота колебаний связана с длиной волны соотношением f = c/t (12), мы видим, что частоты приходящих колебаний имеют чрезвычайно большие величины (порядка 3000000 ц/сек и выше). Благодаря этому обстоятельству, всякая, даже незначительная емкость не представляет для таких частот существенного сопротивления, и поэтому паразитные емкости, имеющие место в деталях приемной аппаратуры, например, внутренние емкости ламп, а также емкости между проводами, которыми произведен монтаж схемы, могут служить утечками¹⁾. Кроме того, эти паразитные емкости могут также вызывать нежелательные связи и служить источником собственной генерации приемника. Вышеприведенные рассуждения заставляют с большим вниманием относиться к конструкции коротковолнового приемника. Для нормальной работы приемника является совершенно необходимым целесообразно продуманный монтаж, обеспечивающий минимальную емкость между соединительными проводами и отдельными деталями приемника.

¹⁾ Нерационально сконструированный приемник для коротких волн похож на приемник для длинных волн, в котором повсюду имеются случайные ответвления с сопротивлениями порядка 1000 ом.

 

Катушки самоиндукции изготовляются из голого провода с очень легким каркасом; это вызывается стремлением уменьшить потери в диэлектриках. Диэлектриком везде желателен воздух. Для уменьшения собственной емкости катушек расстояние между витками (шаг намотки) не берется очень маленьким. Провод, из которого намотана катушка, должен иметь достаточное сечение, так как токи высокой частоты протекают только по поверхности провода (см. электротехника), и тонкие провода, имеющие и соответственно меньшую поверхность, дают значительное сопротивление. Конденсаторы переменной емкости употребляются исключительно воздушные. Основным требованием, предъявляемым к ним, является условие минимальной начальной емкости. Так как при приеме коротких волн острота настройки очень велика, то необходимо для точной настройки приемника на принимаемую волну иметь возможность очень плавно изменять емкость переменного конденсатора настроенного контура. Для этой цели применяются верньеры. Наиболее желательным является механический верньер, так как при механическом верньере можно производить точную градуировку приемника. Верньер должен быть с передачей не меньшей 1:100. Характерным при приеме коротких волн является очень сильное влияние руки оператора на настройку приемника. Ничтожные изменения емкости, которые происходят при приближении руки к пластинкам конденсатора или катушкам, иногда оказываются совершенно достаточными для того, чтобы расстроить приемник. Мерой борьбы с влиянием рук оператора служит применение в приемнике заземленных экранов. Однако, наличие экрана, в особенности если он расположен очень близко к деталям приемника, вызывает значительные добавочные потери; поэтому более удовлетворительным способом является применение у конденсаторов длинных ручек управления. При длине ручек в 15—20 см влияние руки практически уже не сказывается.

Рис. 63.

Сильное влияние различных паразитных емкостей при приеме коротких волн позволяет лишь с большим трудом производить усиление высокой частоты; поэтому все приемники для коротких волн в большинстве случаев представляют собой регенератор в различных его видоизменениях. Поэтому коротковолновые приемники — любительские (часто) и простые профессиональные — состоят обычно из регенератора с двумя ступенями усиления низкой частоты. Причиной отказа вначале от усиления по высокой частоте явились крайние затруднения, с которыми встретились конструкторы при усилении столь высоких частот, когда сильно возрастают вредные потери энергии — в изоляции и на токи Фуко (см.). Радиоприемники для профессионального приема осуществляются ныне уже в виде 3—5 ступеней высокой частоты, дающих приблизительно 500—1 000-кратное усиление; затем применяется принцип   супергетеродинирования, и дальнейшее усиление (тоже порядка тысячекратного) производится уже на промежуточной частоте. Новейшие аппараты снабжаются специальной автоматической регулировкой усиления; например, можно выпрямленный ток приемной антенны использовать для регулирования (добавочного) напряжения на сетке одной из ступеней усиления высокой чистоты; такая регулировка при коротковолновом приеме более необходима, чем при среднем и длинном диапазоне волн, ввиду очень частых замираний (см. выше) силы приема.   По ряду узкотехнических  причин короткие волны оказываются чрезвычайно пригодными для очень быстрой передачи сигналов; быстродействие может дойти при этом до 600 слов в минуту (при телеграфировании); изображение размером в 1 кв. дм может быть передано в течение 10 сек.; для достижения такого быстродействия, в приемниках отказываются от усиления по низкой частоте.

Рис. 64.

Схема коротковолнового регенератора (рис. 63) отличается от таковой же обычного лишь тем, что антенна применяется здесь ненастроенная, связь между катушками L и L₁ желательно иметь переменную. Изменение обратной связи достигается благодаря изменению связи между катушками L₁ и L₃. Регулировка обратной связи должна быть точной, и поэтому для плавного передвижения катушки L₃  обязательно необходимо применение верньерного приспособления.

Кроме регенератора, в коротковолновых приемниках весьма часто встречается также схема Рейнарца (см. выше), в которой изменение величины обратной связи осуществляется изменением емкости переменного конденсатора; применения верньера к этому конденсатору не требуется.

На рис. 64 изображена схема Виганта. В этой схеме обратная связь может регулироваться и изменением связи между катушками L₁, и L₂ и изменением емкости конденсатора С₂. Верньерное приспособление необходимо здесь только у конденсатора настроенного контура С₁.

Для профессионального приема коротких волн могут также применяться и суперрегенераторы и супергетеродины, но приемники этих типов отличаются большей сложностью настройки и управления; наконец, в самые последние годы появились приемники и с непосредственным усилением высокой частоты. Схемы симметричные (пушпулльные), в принципе не отличающиеся от таковых же для генерации колебаний (см. выше), также широко употребительны и в радиолюбительском и в профессиональном коротковолновом приеме.

Рис. 65

Рис. 65а.

Рис. 65 представляет внешний вид современного английского приемника на лампах экранированного типа. Он смонтирован в ящике, имеющем весьма изящный внешний вид. Соответствующий репродуктор вделан в ящик. На рис. 65а изображен сам приемник; настройка приемника производится одной ручкой. В данном случае имеются: один каскад усиления высокой частоты, детекторная лампа и четыре каскада усиления высокой частоты. Вместе с тем с помощью специального приспособления; (адаптера) к усилительной части приемника может быть присоединен обычный граммофон, и таким образом получено высококачественное и достаточно громкое воспроизведение граммофонной записи.

Рис. 66.

На рис. 66 изображен внешний вид коротковолновой приемной радиостанции фирмы Маркони. На фотографии показаны два комплекта приемников, смонтированных каждый на трех панелях. Прием производится на антенны с большим направленным действием (т. н. лучевые антенны). Приемники построены по принципу супергетеродина с двойным понижением частоты сигнала. Из приемной радиостанции, находящейся за городом, сигналы передающей радиостанции посылаются по обычному телефонному кабелю в радиоузел.

Усилители. В приемниках всех назначений широко пользуются усилителями, увеличивающими дальность действия в десятки раз и допускающими пользование приемными рамками вместо высоких антенн и применение громкоговорителей. Усилители, применяемые в радиотехнике, основаны на свойстве электронной лампы давать в цепи анода сравнительно большой ток, когда к сетке-нити лампы прикладывается небольшое напряжение. В зависимости от частоты подводимого к лампе напряжения различают усилители низкой частоты и усилители высокой частоты. Полученный в цепи анода ток заставляют протекать через большое сопротивление или реактивную катушку, в результате чего на зажимах их получается напряжение, в несколько раз превышающее напряжение на зажимах «сетка-нить»; при этом в цепи анода за счет энергии батареи получается значительно большая энергия, чем потребленная в цепи сетки. Ко всякому усилителю предъявляется требование, чтобы он, кроме большого усиления, также в точности, без всякого искажении воспроизводил сигналы, приложенные к цепи сетки; это будет иметь место лишь в том случае, когда анодный ток будет пропорционален напряжению на сетке. Поэтому для усиления без искажений надо выбрать на характеристике лампы (см. рис. 30) ее прямолинейную часть. Усиление, которое дается самой лампой, характеризуется коэффициентом усиления напряжения К.

Рис. 67.

Различают три главных категории усилителей: 1) усилитель с сопротивлением (рис. 67) — усиление определяется формулой:

K = K₀R_вн/R_вн+R

где R_вн — внутреннее сопротивление (нить — анод) лампы, R — внешнее сопротивление; на практике R выбирают обыкновенно = 2—2,5 R_вн; так, например, для лампы (Всесоюзного электрообъединения) Микро, имеющей R_вн = 22 000 —33 000 Ω, внешнее сопротивление часто бывает порядка 55 000 — 80 000 Ω; 2) усилитель с реактивной катушкой, или дроссельный (рис. 68); если пренебречь активным сопротивлением реактивной катушки по сравнению с ее индуктивным сопротивлением (Х=2πfL), то усиление выразится формулой:

на практике значение Х должно быть возможно большим, не меньше 2R_вн; 3) усилитель с настроенной анодной цепью (рис. 63)  применяется преимущественно в усилителях высокой частоты; анодный контур настраивается в резонанс с усиливаемой частотой, сопротивление контура для анодного тока

кривая изменений усиления в зависимости от частоты дает максимум, когда усиливаемая частота равна собственной частоте контура. Этот метод усиления обладает, очевидно, большой избирательностью-способностью отстраиваться от мешающего действия передающих радиостанций, работающих на волнах близких к принимаемой. Рассмотренные типы усилителей представляют одну стадию усиления. На практике они соединяются последовательно, каскадом, причем связь между каскадами может осуществляться как автотрансформаторным, так, главным образом, и трансформаторным путем; если каждая ступень дает усиление в шесть раз, то после двух ступеней получится усиление в 36 раз, и т. д.

Выставки этого года (1930) показали, что развитие приемников для радиовещания в настоящее время происходит по следующим основным путям: 1) широкое использование новых типов ламп, экранированных ламп, пентодов и ламп с эквипотенциальным катодом, накаливаемых переменным током. 2) Переход на общее питание приемников от переменного тока. 3) Отказ от супергетеродинных и нейтродинных схем и переход на, прямые схемы усиления высоких частот, с применением экранированных ламп. 4) Переход на одну ручку настройки. Кроме этой ручки, все приемники обязательно имеют регулировку громкости для избегания искажения от перегрузки ламп и громкоговорителей при очень сильных сигналах.

Рис. 68.

IV. Радиотехника в ее практических применениях. Организация беспроволочной связи. Первым и ныне главнейшим применением радиотехники является беспроволочная связь. Существующие в практике способы беспроволочной связи (радиотелеграф и радиотелефон) с организационной точки зрения могут быть разделены на следующие категории: 1) радиовещание и циркулярная радиопередача, 2) симплексная (простая) беспроволочная связь, 3) дуплексная беспроволочная связь и 4) многократная беспроволочная связь.

1) При организации беспроволочной связи первой категории имеется только одна передающая (транслирующая) радиостанция; число приемных радиостанций (для слушаний концертов, получения метеорологических бюллетеней и т. д.) ограничивается только дальностью действия передатчика. При таком виде беспроволочной связи, очевидно, невозможны никакие обратные запросы (например, с просьбой повторить непринятую вследствие каких либо причин часть радиопередачи) или получение квитанции о принятии посланных известий. Чтобы избежать пропуска части передаваемого, необходимо усилить мощность передающей радиостанции против нормально требующихся норм при той же дальности для прочих категорий беспроволочной связи. Американцы, например, требуют для получения безукоризненного приема такой мощности от радиовещательных станций, которая давала бы силу электрического поля в месте приема порядка 10 000 μV/м (микровольт на метр), в то время как для радиотелефонной связи по другим категориям беспроволочной связи требуется всего лишь сила электрического поля порядка 250 μV/м; по пятилетнему плану радиофикации СССР предположено в среднем Е = 2 500 μV/м.

2) Симплексная (простая) схема беспроволочной связи является простейшим и старейшим видом связи для обмена депешами между двумя пунктами. В каждом из этих пунктов передатчик и приемник расположены в общем помещении и имеют одну только антенну, которая приключается или к передатчику, или к приемнику (рис. 70). Недостатком этого вида беспроволочной связи является неполное использование приборов: работает или передатчик, или приемник. Такая беспроволочная связь осуществляется ныне на коротких волнах радиолюбителями; она же до сих пор широко применяется при беспроволочной связи на море между морскими, а также и воздушными судами.

Рис. 69.

3) Для лучшего   использования средств связи и увеличения количества обмениваемых депеш ныне широко распространена во всех установках коммерческой и правительственной связи дуплексная радиосвязь. При этом виде беспроволочной связи происходит одновременная радиопередача из пункта А в пункт В и из В в А с соответствующим одновременным приемом в А и В. Основным условием для этой категории беспроволочной связи является отсутствие для приемной установки помехи ее собственного передатчика. Не касаясь не привившихся пока сложных искусственных способов одновременных передачи и приема помощью одной и той же антенны (так называемый «прием на горячую антенну»), укажем на простейшее средство устранения такой помехи — пространственное разделение передающей установки от приемной радиостанции. Для успешного дуплекса крайне желательна, кроме того, неодинаковость рабочих волн передачи и приема, чтобы устранить мешание. Практически ключ для передачи может быть установлен на приемной радиостанции и при помощи проволочной телеграфной линии действовать на аппараты передатчика; или же, что предпочтительнее, и ключ передатчика и телефон приемника помощью проволочных линий (показаны на рис. 71 пунктиром) переносятся в отдельное помещение, называемое радиоузлом. Расстояние между передатчиком и приемником выбирается порядка 2—5 рабочих длин волн.

Рис. 70.

4) Наиболее совершенным видом беспроволочной связи является многократная связь. В этом случае (рис. 72) дуплексная радиосвязь осуществляется одновременно между несколькими радиостанциями без помех одна другой. Для рационального устройства такой беспроволочной связи является необходимым: (1) пространственное разделение передающего центра от приемного центра, (2) различие между длинами волн, на которых одновременно осуществляются передача и прием многих депеш. В передающем центре устраивается несколько передатчиков, работающих на одну или несколько антенн; в приемном центре широко используются для одновременного приема нескольких депеш замкнутая антенна и радиогониометры. Ключи передатчиков и телефоны с записывающими принятые радиосигналы аппаратами переносятся помощью проволочных линий из названных центров в радиоузел, который и является управляющим органом всей беспроволочной связи в данной организации. Обычно для рационального использования (переброски депеш) и проволочной и беспроволочной связи радиоузел помещается в центре города, в одном здании с главной телеграфной конторой. При таком виде беспроволочной связи достигается лучшее, чем в какой-либо другой системе, использование всех технических средств (источники энергии, машинные и мачтовые установки) и большая экономия в обслуживающем персонале. В СССР такой радиоузел полностью реализован, между прочим, в Москве: в Главном телеграфе помещается собственно радиоузел («центральное бюро»), в Люберцах (в 25 км) — выделенная приемная радиостанция, на Октябрьском поле (Ходынка) — передающая радиостанция.

Рис. 71.

На рис. 73 дан внутренний вид помещения радиовещательной станции в Кенигсвустергаузене (Германия). На переднем плане виден пульт управления передатчика, сзади — детали схемы собственно передатчика.

Рис. 72.

В установках профессионального радиотелеграфного приема описанный выше метод принятия сигналов, называемый слуховым приемом, применяется как исключение — для служебных переговоров и т. д. Дело в том, что при слуховом приеме скорость радиотелеграфирования (условные сигналы, выражающие буквы и т. д. — построены по одинаковой с телеграфом (см.) системе — азбуке Морзе и др.) достигает в среднем лишь 20 слов в минуту; редкие радиотелеграфисты успевают записать (по азбуке Морзе) 30—35 слов в минуту (в слове считается в среднем по 5 букв). Мощные же радиостанции, работающие для коммерческих связей, почти всегда используют автоматические быстродействующие радиопередачу и радиоприем. В этом случае прием производится на пишущие аппараты, которых имеется несколько систем; наиболее совершенной, не считая записи буквопечатающими аппаратами, в настоящее время является автоматическая запись радиосигналов помощью ондулятора, или сифон-рекордера (см. телеграф, XLI, ч. 7, 241). На рис. 74 дан образец записи в Москве радиопередачи австралийской радиостанции (коротковолновой) весной 1930 г.; скорость передачи была около 150 слов в минуту. При коротковолновой передаче скорость передачи (Маркони) доходит до 250 слов в минуту; длинноволновая связь дает около 100 слов в минуту.

Рис. 73.

В описанных выше приемных устройствах конечный эффект приема предполагался воспринимающимся в виде звукового ощущения, получающегося помощью телефона; усиление звукового впечатления достигается громкоговорителями, ныне весьма распространенными при приеме радиовещательных станций в общественных местах. Громкоговорителем, иначе репродуктором, называется аппарат для громкого воспроизведения речи и музыки, передаваемых радиовещательными станциями, или при широковещании (по проводам). Для точного воспроизведения звука (см.) требуется точное воспроизведение всех обертонов, входящих в состав звука, с сохранением их относительных интенсивностей и отсутствие добавочных тонов (в том числе послезвучащих), которые могут быть внесены самим громкоговорительным устройством.

Рис. 74.

Кроме того, для точной репродукции требуется, чтобы громкость звука, даваемого громкоговорителем, не превышала значительно громкость воспроизводимого звука: иначе звук искажается, вследствие неодинаковой чувствительности уха к тонам различных высот. Всякий репродуктор выполняет ту же работу, что и телефон (см.): превращает электрические колебания в акустические; поэтому громкоговоритель состоит всегда из двух частей: из электрической системы с вибрирующим механизмом — в ней электрические колебания превращаются в механические — и из акустической, служащей для получения звуковой энергии. Различают, по форме акустической части, репродукторы: рупорные, где рупор излучает звуковую энергию, и диффузорные (или безрупорные), в которых звуковая энергия излучается непосредственно вибрирующим механизмом (он делается в этом случае большой поверхности, обычно конической). На практике принято также деление громкоговорителей по типу конструкции электрической части; электромагнитные, электродинамические и электростатические. По пятилетнему плану радиофикации СССР почти все новейшие ламповые приемники (см. электронная лампа) рассчитываются на использование с помощью громкоговорителей, а не телефонов (головных, утомляющих и стесняющих слушателя).

Рис. 75.

Электромагнитные репродукторы аналогичны по  принципу устройства телефону: они имеют вибрирующий механизм в виде железной мембраны (см. рис. 75), колеблющейся под действием переменного магнитного поля, которое создается телефонным током, проходящим после усиления по обмоткам электромагнита. Для увеличения громкости применяют большие мембраны; в этом случае мембраны скрепляются якорем, находящимся в сбалансированном положении между полюсами сильного магнита (рис. 76); подобная конструкция выпускается, например, в ВЭО, в виде рупорных громкоговорителей «Аккорд», «Лилипут» и т. д. Все мембранные репродукторы снабжаются рупорами, так как мембрана сама по себе излучает мало энергии; рупор играет здесь ту же роль, что антенна в радиопередатчике: его назначение излучать акустическую энергию в окружающий воздух. Наиболее существенным недостатком электромагнитных репродукторов является резонанс мембраны.

Рис. 76.

В электродинамических громкоговорителях вибрирующим механизмом является проводник с током, находящийся в переменном магнитном поле. В одном из лучших представителей этого типа приборов — ленточном репродукторе конструкции Сименса-Шотки, в качестве вибратора  применена очень тонкая гофрированная  алюминиевая лента, подвешенная в постоянном магнитном поле (рис. 77). По ней пропускается усиленный разговорный ток, под влиянием которого лента колеблется в направлении, перпендикулярном магнитному полю; передача звука электродинамическим репродуктором чище, чем достигаемая первым, электромагнитным типом.

Рис. 77.

Из более редко встречающихся типов электростатических громкоговорителей упомянем репродуктор конструкции Рейца. Он состоит из тонкой резиновой мембраны, на одной стороне которой удерживаются клеем мелкие угольные зерна; эти последние служат одной из обкладок конденсатора; второй является неподвижная металлическая пластина, помещенная вблизи от резиновой мембраны, со свободной от угля стороны. Под действием переменного напряжения (в первых двух типах реакция происходила под влиянием усиленного переменного тока) той или иной звуковой частоты резиновая мембрана прогибается отдельными участками, в зависимости от массы зерен, находящихся на том или другом ее участке.

Рис. 78.

Радиосвязь в военном, морском и авиационном деле. Мощные радиостанции встречаются в военном деле только в крепостях или других стратегических пунктах, оборона которых заранее признается особенно важной. Такие радиостанции обычно имеют автономное питание, т. е. на них устанавливается двигатель внутреннего сгорания (см.), вращающий динамо-машины, ток от которых далее в ламповых генераторах преобразуется в высокочастотную форму и излучается в свою очередь в пространство в форме электромагнитных волн. В основном, схемы таких мощных радиостанций ничем не отличаются от обычных радиостанций, устанавливаемых для гражданской радиосвязи. Антенны делают или более низкими, чем обычно, или устанавливают их несколько, — чтобы на случай повреждения одной из них радиосвязь не прерывалась. Прием обычно производится не на высокую антенну, а на рамку, с использованием различных многоламповых приемных схем (для получения большого усиления), описанных выше в отделе о ламповых приемниках.

Требования, предъявляемые к береговым радиостанциям, в военном и техническом отношениях почти не отличаются от таковых же к крепостным радиостанциям. Следует отметить, что в военно-сухопутном, военно-морском и военно-воздушном деле применяются исключительно ламповые передатчики и приемники. За редкими исключениями все станции делаются телеграфно-телефонными, т. е. они имеют возможность передавать как речь и т. д., так и условные знаки азбуки Морзе.

Рис. 79.

Радиостанции судовые, в отличие от крепостных и береговых, уже имеют специфические особенности: к ним предъявляются особые требования — компактности, жесткости установки, выдерживающей продолжительные тряски, качку и т. д. Радиосетью служит один или два проводника, натянутые на высоте 10—20 м на мачтах судна. На рис. 78 дан внешний вид 1-кв. лампового передатчика с промежуточным контуром, установленного на пассажирском судне «Берлин». Диапазон волн передатчика 600—3 000 м. Передача может производиться незатухающими колебаниями, тональными и телефоном. Слева виден генератор, направо — промежуточный и антенный контуры. Энергии судовым радиостанциям доставляется от электрической станции судна.

Рис. 80.

Наконец, аэропланные радиоустановки для связи представляют собой уже совсем отличную от общепринятых земных радиостанций конструкцию. Здесь соображения компактности и минимального веса играют первенствующую роль. Энергия в большинстве случаев получается от ветрянки, устанавливаемой на крыле самолета и приводящей во вращение динамо-машинки. В качестве антенны обычно применяется провод, длиной 50-100 м, выпущенный из гондолы самолета. Особенностью самолетной радиоустановки является также необходимость специальной защиты радиоприемника от мешающего действия магнето (тип индуктора) двигателя самолета.

Рис. 81

Наиболее многочисленны и по категориям и по общему количеству из военных радиостанций полевые радиоустановки. По мощности они устраиваются самые разнообразные — от единиц ватт до нескольких киловатт; энергия доставляется им или от батарей-аккумуляторов, или от маленького бензинового (обычно) двигателя. Основными отличиями их от общегражданских являются: возможность быстрой постановки и снятия антенн и мачт, компактность укладки, малый вес и быстрота перевозки. По способу укладки и перемещения радиостанции делятся на: автомобильные, двуколочные, переносные и т. д. В отличие от общегражданских радиоустановок мачты полевых радиостанций делаются легкими, быстро собирающимися и укладывающимися. Это важное с военной точки зрения требование влечет за собой, естественно, небольшую высоту мачт и антенн; и вследствие сравнительно малой высоты радиосети и по причине невозможности возить мощный и, следовательно, тяжелый двигатель, полевые радиоустановки обладают сравнительно небольшой дальностью действия (от единиц километров до сотен километров). Большинство военных радиостанций, также как и любительские приемно-передающие станции, используют одну и ту же радиосеть и для передачи и для приема. Поэтому имеет место так называемая симплексная схема, т. е. во время работы на передачу нельзя вести радиоприем и наоборот.

Радиоразведка. Следующим важным применением радио при мореплавании, в авиации  и в военном деле является радиоразведка. Для этой цели устраивают пеленгаторные радиостанции, основанные на принципе направленности приема и имеющие целью нахождение местоположения передающей (например, береговой) радиостанции.

Простейшим пеленгатором является рамка (рис. 17); она (как и еще некоторые другие антенны) обладает свойством принимать электромагнитные волны только в том случае, если они доходят до нее, идя в направлении плоскости рамки. Поворачивая такую рамку до тех пор, пока сила сигналов не будет наибольшая, можно легко узнать то направление, в котором находится работающая радиостанция. Это же направление определяется более точно, когда наблюдают, при каком положении рамки сигналы совершенно прекращаются; в этом случае искомое направление на корреспондента перпендикулярно плоскости рамки; точность этих измерений — 1°-2°. Произведя такие же наблюдения в другом месте, получаем еще одно направление, а скомбинировав два единовременных наблюдения, можно построить треугольник, определяющий истинное положение отправителя радиограммы (рис. 79). На этом основана в частности радиоразведка, дающая возможность обнаружить радиостанцию неприятеля. Такие пеленгаторы имеют не только  военное применение; они же устанавливаются на морских судах, чтобы дать возможность мореплавателю помощью пеленгации береговых радиостанций, местоположение которых хорошо известно, определить свое местоположение в тех случаях, когда в руках мореплавателя не имеется других способов ориентирования. Каждый пеленгатор связывается с многоламповым приемником; наиболее распространены в судовых радиостанциях нейтродинные схемы (описанные ранее). На рис. 80 изображен внутренний вид радиорубки с установленным в ней радиопеленгатором фирмы «Телефункен». Диапазон волн приемника пеленгатора 575—1 300 м. На задней стенке рубки укреплен приемник (4 лампы высокой частоты, детекторная и 3 — низкой частоты); на передней панели приемника — все органы управления. Слева от приемника видна вертикальная труба, вращаемая снизу из радиорубки с помощью небольшого штурвала. На верхнем конце трубы укреплена рамка (рис. 81) диаметром примерно 0,8 м.

Радиосвязь с воздухом и морем. Так как единственным способом сообщения судна воздушного или морского с землей является радиосвязь, то естественно особое значение радиоустановок для передачи и приема известий в этих случаях. Действительно, проволочная связь (телефонная и телеграфная), столь употребительная на земле для установления электрической связи между двумя пунктами, здесь бессильна. Поэтому в морском и воздушном флотах всех государств большое внимание всегда уделялось радиосвязи.

Связь по радио в морском флоте поддерживается как между кораблями одной эскадры (для этого обычно применяются маленькие судовые радиостанции, иногда называемые рейдовыми), так и кораблями разных эскадр и, главным образом, между кораблем и берегом. Береговые радиостанции, кроме функций по связи, выполняют нередко и часть службы по обеспечению безопасности кораблевождения; например, на общегражданских береговых станциях полагается определенную часть каждого часа на установленной международной волне «слушать море», — не подает ли какое судно сигнал бедствия (SOS) и т. д.

Не менее важная роль выпадает на долю радио и в авиации. Здесь вопрос о связи двух самолетов между собой играет второстепенную роль, — главным образом необходимо передать сигналы с аэроплана на землю. Авиационные радиостанции обязательно должны иметь и радиотелефон, потому что специальному лицу — телеграфисту (знающему прием   условных знаков азбуки Морзе) часто нет места на  самолете. Поэтому большое значение приобретают аэродромные станции. Последние устанавливаются обычных типов, ламповые, усиленной мощности (по сравнению со станциями, предназначенными для покрытия той же дальности по земле), так как опыт показывает, что сигналы на самолет передаются труднее, чем на то же расстояние по земле. Обычно аэродромные станции, используемые в гражданской авиации, передают каждую определенную  долю часа сведения о погоде и другие метеорологические данные, знание которых так важно для летчика во время полета; своевременно получив их, он, в случае предсказания какого-либо неприятного обстоятельства, может заблаговременно изменить «курс своего полета или опуститься на землю.

Рис. 82.

Радиомаяки. Новое серьезное применение радио выдвигается за последнее время: применение радио, как водителя судов (воздушных и морских, см. XLI, ч. 5, 249/50). Это назначение выполняется радиомаяками следующим  образом. Передатчик  (также ламповый) соединяется поочередно с двумя больших размеров, но совершенно одинаковыми рамками, расположенными под некоторым (например, 90°) углом друг к другу. Обе антенны-рамки возбуждаются одним источником энергии, притом так, что помощью переключателя посылается сигнал то с одной рамки, то с другой, причем каждой антенне присущ ей свойственный, отдельный условный знак. Так как рамка и при передаче обладает таким же направленным действием, как и при приеме (как то было ранее описано), то дальность слышимости посылаемых ею сигналов по различным азимутальным направлениям будет разной; графически эта направленность характеризуется (рис. 82) двумя окружностями, причем величина хорды проведенной из точки О, характеризует слышимость сигнала в вертикальной плоскости соответствующей хорды. В зависимости от положения судна по отношению к рамкам, на нем слышен будет сильнее либо один сигнал, либо другой. Судно же, находящееся на биссектрисе угла, образуемого обеими антеннами, слышит оба сигнала одинаково громко; если биссектриса угла как раз совпадает с направлением, по которому должно идти судно, то последнее может следовать, не пользуясь никакими другими ориентирами, кроме того, чтобы в телефоне приемника, приключенного к обычному приемнику судовой радиостанции, оба сигнала были слышны одинаково громко.

Другая система радиомаяков предусматривает вращающуюся рамку. Передатчик, соединенный с рамкой, излучает при повороте ее на каждые 10° условный сигнал, указывающий ориентировку рамки в азимутальной плоскости и момент посылки этого сигнала. Ясно, что приемник любого судна (воздушного или морского, так же, как и раньше) услышит лучше всего тогда именно тот сигнал, который будет соответствовать направлению плоскости рамки на судно.

Передача изображений. В самое последнее время радиотехники находит себе новое применение: для передачи изображений (по проволочной связи и по радио), как неподвижных, так и движущихся. В первом случае установки называются телефотоскопическими, во втором — телевизионными.

Рис. 83.

Принцип такой передачи основывается на точкообразной передаче изображений. Поэтому необходимым условием для всех систем является разложение изображения на отдельные элементы; благодаря фотоэлементам каждый элемент изображения вызывает определенную силу тока, которая и передается по проволочной линии или по радио. Фотоэлемент основан на принципе фотоэлектрического эффекта (см. электричество): если осветить шарик очень чувствительного электроскопа сильным светом, то электроскоп зарядится положительно. В практических фотоэлементах импульсы различной интенсивности световой энергии, падающие на фотоэлемент, превращаются в соответственно разной силы электрические токи (фототоки), которые затем могут быть усилены и переданы в качестве модулирующих к генератору радиопередающей станции. На месте приема переданные токи поочередно превращаются снова в элементы изображения и соединяются в одно целое. В особенности хорошо передаются изображения на коротких волнах, так как последние допускают значительно большие скорости передачи сигналов, нежели длинные волны.

Рис. 84.

Принцип телефотоскопии заключается в следующем: на передающей и приемной радиостанции синхронно вращаются два барабана. На каждый из барабанов навернута бумага — на передатчике с передаваемым изображением, на приемнике — светочувствительным. На бумагу падает луч света (обычно белого), освещающий площадку в 0,04 мм²; с другой стороны луч света может иметь ход вдоль оси барабана на 0,2 мм. Процесс  передачи таков: барабаны синхронно вращаются   (синхронность поддерживается помощью специальных средств), и постепенно изображение (соответственно бумага) сдвигается по оси барабана. Луч, освещающий изображение,  отражается от последнего и падает на фотоэлемент и таким образом вызывает в цепи фотоэлемента пульсирующие токи, зависящие от того, на какой участок, темный или светлый, изображения в данный момент падает луч. Токи фотоэлемента, усиленные, модулируют радиопередатчик. На приеме токи сигналов подводятся к тому или иному устройству, регулирующему силу света, попадающего на светочувствительную бумагу. Таким путем интенсивность освещенности от луча, падающего на светочувствительную бумагу, зависит в конечном итоге от степени зачернения отдельных элементов изображения.

Рис. 85.

При указанных выше размерах светового пятна и хода его по оси барабана изображение площадью 10х10 см разбивается на 250 000 отдельных площадок. Лабораторные опыты позволяют передавать такого размера изображение в 5 секунд, по радио — от 30 секунд до 1 минуты. Для перевода импульсов тока в соответствующей интенсивности луча света на приемной стороне используется часто так называемый конденсатор Керра. Принцип действия конденсатора Керра состоит в том, что прилагаемое к пластинам конденсатора (помещенным в нитробензол) напряжение от приемника регулирует силу света, проходящего через конденсатор Керра и анализатор (поляризирующая призма), помещенный за ним. Явление это основано на свойстве нитробензола изменять плоскость поляризации луча света, проходящего через него. На рис. 83 и 84 изображен внешний вид передающего и приемного устройства для передачи изображений по системе Телефункен-Каролюс (рис. 83 — передатчик, рис. 84 — приемник). Налево видны моторы, приводящие в действие описанные барабаны через систему шестеренок; к мотору пристроена система для синхронизации числа оборотов моторов (стробоскопическим, см., путем). Все устройства (барабан и т. д.) помещены в ящике направо.

В конструкциях последней модели передающая и приемная части соединены конструктивно вместе (рис. 85).

Такой именно тип приборов для передачи и приема изображений и установлен на линии Москва — Ленинград Наркомпочтелем СССР (пока вместо посылок по радио используется проволочная линия). Принципиальная схема всего процесса изображена на рис. 86.

Рис. 86.

Передача передвижных изображений называется телевизией. При практическом осуществлении ее встречаются  большие трудности. Из имеющихся нескольких систем телевизии наиболее близка к жизненному использованию система Александерсена, применяющая в основном тот же конденсатор Керра. Схема приема показана на рис. 87, на котором даны и необходимые пояснения.

Рис. 87.

Установкой ближайшего будущего будет «телефоновизия», т. е. передача и прием по радио не только звуков, но и изображений движущихся предметов. Такой «театр на дому» схематически может быть осуществлен уже теперь, пока в лабораторных условиях; необходимые по схеме Александерсена детали и установка их изображены на рис. 88.

Рис. 88.

Телемеханика. Телемеханика — понимаемая в широком смысле слова как передача энергии на расстояние без проводов — вся в будущем. Телемеханика в своей программе-минимум — как управление механизмами на расстоянии — в своих существенных радиотехнических частях мало чем отличается в  практическом выполнении от обычных радиотелефонных передающих и приемных радиостанций. Принципиально любой радиопередатчик может быть применен и для целей телемеханики: следует только модулировать его не звуковыми колебаниями, а той комбинацией заранее условленных сигналов, на которую настроен соответствующий приемник. В свою очередь телемеханический приемник является соединением обычного приемника, усилителя и отбирателя (селектора), который нужным образом отвечает на каждую комбинацию точек и тире, соответствующую каждой команде, и передаст их реле. Реле получает для своего движения энергию, конечно,  от местного источника энергии; воспринятый по радио сигнал служит как бы спускным механизмом и направляет для выполнения определенного действия тот или иной аппарат, связанный проводами с реле приемника.

Естественный интерес военных кругов всего мира к такому применению радио является в то же время причиной отсутствия в литературе сколько-нибудь достоверных и достойных внимания схем и детальных объяснений. Поэтому далее приводятся лишь некоторые сведения о наиболее интересных фактах применения телемеханики.

1) Броненосец флота Северо-Американских Соединенных Штатов «Айова», не имея на своем борту ни одного человека, маневрировал, точно повинуясь управлению с берега, поворачивался в разные стороны, останавливался и вновь начинал движение.

2) Капитан американской армии Воган управлял на расстоянии движениями автомобиля. Его аппарат в части радио принимал энергию электромагнитных волн без мачт и антенн, помощью рамки. Основой аппарата являлся сосуд со сжатым воздухом. Благодаря целой системе поршней, открываемых или закрываемых специальными электрическими реле (включавшимися под действием  различных радиосигналов), сжатый воздух направлялся в тот или иной цилиндр, управляющий  определенной частью механизма. Автомобиль Вогана был снабжен трубкой, свистком и колоколом, управлявшимися тоже на расстоянии. Его можно было очень быстро остановить благодаря наличию хороших тормозов, действующих на задние колеса и приводимых в движение тоже сжатым воздухом; управление им производилось на расстоянии до 1 000 км. Естественно, что дальность управления таким механизмом по радио зависит от обычных, уже выясненных причин, а именно: а) мощности передающей радиостанции, б) состояния пространства, отделяющего передающую от приемной радиостанции, в) чувствительности радиоприемника.

3) В последние годы появились известия, весьма краткие, и о невоенных попытках использования телемеханики. Именно, для целей пуска в ход на расстоянии электростанций, зажигания и тушении целого  ряда электрических фонарей (Маркони из Генуи зажег электрические лампочки в Австралии) и т. д. Естественно, что в принципе и этих опытов лежит все то же — приведение в движение (обычно замыкание или размыкание) реле под действием  определенной комбинации радиосигналов, воспринятых (и усиленных) приемником телемеханической приемной радиостанции.

Литература: Моркрофт, «Элементы радиосвязи», М., 1931; «Радиобиблиотека», 12 вып., Гостехиздат, М., 1925; Рейнер, «Справочник по радиотехнике», М., 1929; Луценко, Н. Н., «Общий курс радиотелеграфии», Л., 1930; Берг, А. И., «Основы радиотехнических расчетов», Л., 1930; Шмаков, П. В., «Принципы радиотелефонии», М., 1930; Баженов, В. И., «Основы теории радиоприема», М., 1930; Черданцев, И. А., «Электромагнитные колебания и волны», М., 1925; Петровский, А. А., «Научные основания беспроволочной телеграфии», СПБ., 1913; Слепян, Л. Б., «Электронная лампа как детектор», М., 1929; Беркман  А. С. и Дрейзен  И. Г., «Радиолаборатория в школе, кружке и на  дому», М. 1928; «Техническая энциклопедия», М. 1928; Рюденберг  Р., «Излучение и прием электромагнитных волн», М., 1930; Morecroft, J. Н., «Elements of Radio Communication», N.-Y., 1929; Morecrоft, J. Н., «Principles of Radio Communication», N.-Y., 1927; Duncan and Drew, «Practical Radio Telegraphy and Telephony», N.-Y., 1929; Yates, R. F.,  «А. В. С. of Television», London, 1929; James, W., «Wheless valve transmitters», L., 1929; Ramsey, R. R., «Experimental Radio», N. Y., 1930; Loomis, М. Т., «Radio Theory and Operating», N.-Y., 1929; Keen, R., «Wireless Direction Finding and Directional Reception», L., 1928; Pierce, G. W., «Electric oscillations and electric Waves», N.-Y., 1920; Banneitz, F., «Taschenbuch der drahtlosen Telegraphie und Telephonie», Berlin, 1927; Wagner, К., «Die Wissenschaftlichen Grundlagen des Rundfunkempfangs», В., 1927; Ollendorf  F., «Die Grundlagen der Hochfrequenztechnik», В., 1926; Nesper  Е., «Bibliothek d. Radioamateurs», 50 Lief., В., 1924—1930; Zenneck, J., und Rukop, Н., «Drahtlose Telegraphie», Stuttgart, 1925; Lübben, С., «Kurze Wellen», В., 1925; Hund, А., «Hochfrequenzmesstechnik», В., 1928; Bouthillon, L., «La théorie et la pratique des Radiocommunications», vol. 1 et 2, Paris, 1919, 1920; Malgorn, G., «Formulaire de la Т. S. F.», Paris, 1925; Mesny, R., «L’Usage des Cadres et la Radiogoniométrie», 1926. Журналы: «Телеграфия и телефония без проводов», 1918—1929; «Вестник Электротехники», с 1930; «Радиолюбитель», с 1924; «Радио всем», с 1926; — «Proceedings of the Institute of Radio Engineers», N.-Y., с 1912; «Journal of the Institution of Electrical Engineers», London, с 1900; «QST», с 1915, Hartford (U. S. А.); «Experimental Wireless and Wireless Engineer», с 1924;   «Jahrbuch der drahtlosen Telegraphie und Telephonie», с 1907; «Elektrische Nachrichten Technik», с 1926;  «L’Onde Electrique», с 1922; «QST française», с 1926.

В. Баженов.