Радиосвязь

Вот уж чем сейчас никого не удивишь, так это радиосвязью! Любой школьник бойко расскажет, что с помощью радиоволн люди разговаривают, находясь за тысячи километров друг от друга, смотрят в Москве или Иркутске прямые телевизионные репортажи из Америки, видят, что происходит на Луне, прощупывают поверхность Венеры и Марса.

Человек научился создавать электромагнитные колебания (радиоволны), зашифровывать информацию (звук или изображение) таким образом, что она просто становится особенностью самих радиоволн, заставлять радиоволны переносить эту информацию в желаемом направлении и на необходимое расстояние. В нужном месте специальный прибор улавливает радиоволны и извлекает зашифрованную в них полезную информацию. Так, в принципе, работает любая радиолиния. Она всегда состоит из трех главных элементов — радиопередатчика, радиоприемника и находящейся между ними среды распространения волн.

Роль радиопередатчика понятна — в нем, собственно говоря, и рождается радиоволна. Сердцем любого передатчика является «колебательный контур» — радиотехническое устройство, которое создает быстрое периодическое изменение во времени силы электрического тока, протекающего в элементах контура. Поскольку электрический ток обладает магнитным полем, столь же быстро меняется и само магнитное поле. Можно сказать, что радиопередатчик перерабатывает подводимую к нему электрическую энергию постоянного или переменного тока в энергию незатухающих электромагнитных колебаний.

Устройство для излучения радиоволн в пространство называется передающей антенной. Если антенна излучает равномерно во все стороны, она называется ненаправленной. Но чаще всего в практике радиосвязи применяются такие антенны, которые почти всю энергию излучают внутри узкого конуса, ось которого имеет определенную направленность.

Незатухающие электромагнитные колебания, вырабатываемые радиопередатчиком, естественно, имеют определенную частоту (число колебаний в секунду) и жестко связанную с частотой длину волны. Это значит, чем выше частота, тем меньше длина волны, тем волна «короче». Скорость радиоволн в пустоте равна 300 тыс. км/с. Частота радиоволн измеряется в особых единицах — герцах (в честь физика Генриха Герца). Одно колебание в секунду равно 1 Гц.

Электромагнитные колебания могут иметь очень высокую частоту, например свет — это тоже высокочастотные электромагнитные колебания. Радиоволнами называют только такие электромагнитные волны, частота которых меньше чем 3 • 105 млн. Гц, а следовательно, Длина волны больше 1 мм.

Радисты разделили радиоволны на отдельные участки или диапазоны. Впоследствии выяснилось, что Условия путешествия радиоволн в пространстве очень различны для волн  разной  длины. Первый диапазон — то сверхдлинные волны, волны-гиганты, длиной свыше 10 000 м.

Следующий диапазон — просто длинные волны, от 10 000 до 1000 м. Длинные волны — настоящие ветераны радиосвязи. Именно они применялись на заре радиотехники. Да и сейчас на длинных волнах передают радиовещательные программы, метеорологические сводки, сигналы для ориентировки судов. Частота таких волн от 30 до 300 кГц.

Третий диапазон образуют средние волны. Их длина составляет от 1000 до 100 м, а частота — от 300 кГц до 3 МГц.

Четвертый диапазон получил название коротких волн. В нем сгруппированы волны длиной от 100 до« 10 м.

Последний диапазон — ультракороткие волны, или сокращенно УКВ. Сюда входят волны длиной меньше 10 м — метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые. Ясно, что частота этих волн превышает 30 млн. колебаний в секунду, то есть 30 МГц, поэтому их часто называют еще колебаниями СВЧ — сверхвысокочастотными. Именно УКВ широко применяются для передач телевизионных программ, в радиолокации, радиоастрономии, космической радиосвязи.

Незатухающая волна, рождающаяся в генераторе радиопередатчика, выполняет роль «извозчика», она должна переносить информацию. Такое у нее и название в радиотехнике — «несущая». Вся информация «грузится» на несущую волну в особом блоке передатчика — модуляторе. Модулятор преобразует звук или изображение в электромагнитные колебания (как правило, низкой частоты) и накладывает их на несущую частоту. Именно такая «промодулированная» волна излучается антенной в пространство.

В месте приема происходит обратный процесс. Приемная антенна «извлекает» из пространства промо-дулированную радиоволну, преобразует энергию радиоволн в энергию электромагнитных колебаний приемного колебательного контура. Этот контур находится в радиоприемнике. Здесь же радиоприемник выделяет из принятых колебаний те, которые возбуждаются нужным нам радиопередатчиком, усиливает и демодулирует их, то есть отделяет модулирующие колебания низкой частоты от высокочастотных несущих колебаний. Модулирующие колебания после их усиления подаются на воспроизводящее устройство — телефон, громкоговоритель, экран телевизора и т. п.

Таким образом, цепочка радиосвязи выглядит так: звук (изображение) — микрофон (телевизионная камера) — радиопередатчик — среда распространения — радиоприемник — телефон (телевизор) — звук (изображение). Скорость радиоволн настолько велика, что они способны за одну секунду семь раз обогнуть земной шар. Радиотехника развивается очень стремительно, быстро совершенствуются средства передачи и радиоприема, колоссально возрастают технические возможности быстрой и качественной передачи огромного количества самой разнообразной информации.

Однако существует такое звено, которое техническим усовершенствованиям не поддается и живет своей собственной, почти не подвластной нам жизнью. В то же время именно оно во многом определяет качество радиосвязи. И это звено — среда распространения, то есть почва, вода, атмосфера или космическое пространство. Специальная отрасль науки — распространение радиоволн — изучает влияние характеристик внешней среды на условия радиоприема.

Практически перед инженером, проектирующим радиолинию, всегда стоит вопрос, как обеспечить качественную передачу заданного объема информации между корреспондентами (один из них может находиться в подземной шахте, а другой — в районе Венеры или Марса) с заданной скоростью и надежностью. Прежде всего надо понять, в какой среде будут распространяться радиоволны, чтобы правильно выбрать диапазон рабочих волн. А для этого надо знать законы распространения волн.

В первые годы возникновения радиосвязи предпочтение отдавали длинным волнам. Считалось, что радиоволны распространяются, так же как и свет, то есть по законам оптики. А свет распространяется прямолинейно, и если световой луч способен обогнуть какой-либо предмет, расположенный на его пути, то только в том случае, когда размеры предмета сравнимы с длиной волны.

Желая осуществить дальнюю радиосвязь вдоль криволинейной поверхности Земли, радисты стремились к тому, чтобы волне было легче огибать эту поверхность, и применяли длинные волны. Но стоил и стоит такой вид связи очень дорого — приходилось строить огромные громоздкие антенные системы (законы радиотехники таковы, что размеры антенны тоже определяются длиной волны) и мощные передатчики, занимающие целые здания и потребляющие значительное количество электроэнергии. И, конечно, нет ничего удивительного, что длинноволновых радиостанций сначала было очень мало.

Кроме того, очень скоро было обнаружено, что радиосвязь на длинных волнах не всегда возможна. Ведь путь радиоволн от передатчика до приемника часто бывает и длинным, и сложным. Волна идет над морем и над степью, над заснеженной тундрой и раскаленной пустыней, над горами и тайгой. Все эти участки подстилающей земной поверхности обладают различными электрическими свойствами и каждый по-своему влияет на распространение радиоволны.

Главную роль здесь играет поглощение энергии радиоволн за счет возникающих в подстилающей поверхности электрических токов. Бегущую над Землей вдоль ее поверхности волну так и называют — земной, поверхностной. При большом удалении от передатчика сила электромагнитного поля может ослабеть настолько, что волна затухает, и тогда приемная антенна не сможет ничего принять. Чем меньше длина волны, тем быстрее затухает поверхностная волна с увеличением дальности. Поэтому на короткие волны «серьезные» связисты сначала и внимания-то не обращали. Этот диапазон оставили для развлечения радиолюбителей, которые сами строили маломощные радиостанции с небольшими антеннами (волны-то короткие!) и устанавливали радиосвязь друг с другом.

Год 1901. Начало нашего века. Человечество еще не пришло в себя от изумления — только в 1895 г. изобретен способ передавать сигналы на расстояние без проводов. Это сделали русский физик Александр Степанович Попов и молодой итальянский инженер-изобретатель Гульельмо Маркони. В обиход входят новые, непривычные для слуха слова — «радио», «беспроволочный телеграф»… И вот Маркони задумывает смелый опыт — пытается осуществить радиосвязь не на какой-нибудь десяток километров, а на гигантские расстояния между континентами. Передатчик установлен в Англии, на полуострове Корнуолл. Приемное устройство — за тысячи километров, в Северной Америке, на полуострове Ньюфаундленд (красивое, кстати, название — в переводе с английского оно звучит как «Вновь найденная земля»).

С точки зрения теоретиков это был эксперимент, обреченный на неудачу. Не могли радиоволны через тысячи километров Атлантического океана обогнуть выпуклость земного шара, волна непременно должна была затухнуть. Таков был приговор строгой физической теории. Но, как это часто бывает, эксперимент с этим обстоятельством не посчитался. Радиосвязь на длинной радиотрассе через просторы Атлантики была осуществлена. И сила сигнала во много раз превышала расчетную! Пришлось ученым , срочно искать объяснение этому «чуду». Но объяснение могло быть только одно — распространяясь не только в стороны, но и вверх, радиоволны встретили на своем пути какое-то препятствие, экран, отразились от него и попали вновь на Землю на огромном расстоянии от радиопередатчика. Что же это за экран, что это за зеркало вокруг нашей планеты, от которого радиоволны отражаются, как солнечный зайчик От зеркальца? Где оно находится? Как образуется? Всегда ли существует? На эти и еще тысячи вопросов предстояло получить ответ.

Итак, прежде всего где? Ясно было, что на достаточно большой высоте — более 100 км над поверхностью Земли. Но что там? Атмосфера, воздух или что-то другое? Может быть, какое-то особое вещество, способное отражать радиоволны?


Казимировский Э. С.

 

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все о космосе
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: