Радио

Рис. 4. Кривая переменного тока.

Число колебаний, совершаемых переменным током в единицу времени, называется его частотой. Таким образом, частота тока в осветительной сети равна 50 колебаниям в секунду. В радиотехнике применяются быстропеременные токи с частотами от нескольких десятков тысяч до сотен миллионов колебаний в секунду.

В пространстве, окружающем провод с переменным током, как и при постоянном токе, действуют электрические и магнитные силы, т. е. существует электромагнитное поле. Но если приблизить к такому проводу компас, то его стрелка останется неподвижной. Это объясняется тем, что магнитные силы, действующие вокруг провода, по которому течет переменный ток, изменяются чрезвычайно быстро, и стрелка не успевает реагировать на эти изменения.

Электрические и магнитные силы поля не существуют раздельно; всякое изменение электрических сил влечет за собой изменение сил магнитных, и наоборот. Это свойство поля называют электромагнитной индукцией.

Если в электромагнитное поле переменного тока поместить замкнутый виток провода, то в проводе начнет циркулировать ток той же частоты. Это явление как раз и объясняется электромагнитной индукцией.

Переменное электромагнитное поле имеет одно замечательное свойство: оно волнообразно распространяется в пространстве со скоростью света на значительное расстояние от места своего возникновения.

На рис. 5 схематически показана электромагнитная волна.

Рис. 5. Схематическое изображение электромагнитной волны.

Стрелки указывают, как изменяется направление электрических сил по мере распространения волны (так же изменяются и магнитные силы, но они направлены под прямым углом к электрическим и на рисунке не показаны). Длина электромагнитной волны — это расстояние между двумя соседними максимумами электрических или магнитных сил одного направления.

Длина электромагнитных волн бывает различной. Например, видимый свет — это тоже электромагнитные волны, только чрезвычайно короткие (длина световых волн измеряется тысячными долями миллиметра). Радиоволны — более длинные электромагнитные волны. Они воспринимаются нами с помощью радиоприемника.

Как же создаются электрические колебания, каким образом работают радиопередатчик и приемник?

КАК РАБОТАЕТ РАДИОПЕРЕДАТЧИК

Для радиосвязи и радиовещания необходимы три основных элемента: радиопередатчик, передающая и приемная антенны, радиоприемник. Радиопередатчик служит для создания электрических колебаний. Колебания, поступая в передающую антенну, возбуждают вокруг нее переменное электромагнитное поле.

Электромагнитные волны, излучаемые антенной радиопередатчика, как и любые другие волны, обладают энергией. Часть этой энергии, достигая места приема, воздействует на антенну радиоприемника. Благодаря электромагнитной индукции электроны, находящиеся в проводе антенны, приходят в движение — в нем начинает течь переменный электрический ток, частота которого соответствует длине принимаемой электромагнитной волны. Этот ток и улавливается приемником.

Чем выше частота электрического тока, т. е. чем короче длина электромагнитной волны, тем интенсивнее излучается энергия.

Это одна из причин того, что для радиосвязи применяются быстропеременные токи (или, как называют их теперь, токи высокой частоты), а не обычный переменный ток.

В первых опытах А. С. Попова передатчиком служил очень несовершенный вибратор Герца. Его наиболее существенный недостаток легко пояснить на сходном примере из области звука.

Представьте себе, что вы находитесь среди большой толпы, и каждый человек в ней что-то говорит соседу. Звуки отдельных голосов сливаются в один сплошной гул, в котором трудно что-либо разобрать. Если вам нужно сообщить что-то соседу, вы, стараясь перекричать толпу, повышаете голос. Но если каждый последует вашему примеру, общий гул усилится, и понять что-либо станет еще труднее.

То же происходило и на заре развития радио. Чем больше становилось радиопередатчиков, чем более повышалась их мощность, тем сильнее они мешали друг другу. Казалось бы, из создавшегося положения трудно найти какой-нибудь выход. Однако эти временные трудности были вскоре преодолены. Чтобы выделять ту или иную передачу, стали использовать явление резонанса. А что такое резонанс?

Две гитарные или скрипичные струны, настроенные на одинаковый тон, колеблются с одной и той же частотой. Ударьте по одной из струн. Вторая тотчас отзовется.

Такое явление и называется резонансом (слово «резонанс» означает отзыв, отклик).

Любое упругое тело — струна, пружина и т. д. — после толчка начинает колебаться с определенной частотой, зависящей от размеров и формы колеблющегося тела, а также материала, из которого оно сделано. Эта частота получила название собственной.

Резонанс наблюдается тогда, когда собственная частота струны, пружины или маятника совпадает с частотой внешних толчков. При резонансе оказывается достаточно сравнительно небольшой затраты энергии, чтобы поддерживать сильные колебания какого-либо тела. Так, например, даже ребенок может раскачать тяжелые качели, если будет толкать их в такт колебаниям.

Человеческое ухо воспринимает широкую полосу звуковых частот. Но представьте себе, что мы можем настраивать его на определенный тон, как настраивают струны музыкального инструмента. Тогда оно будет «откликаться» (резонировать) только на этот тон, а все остальные звуковые колебания окажутся неслышными.

Если бы подобная «настройка» наших органов слуха и речи была возможна, то в толпе люди, разговаривая между собой «на разных частотах», не испытывали бы помех со стороны соседей.

Теперь перейдем от фантазии к действительности, ибо то, что было фантазией, когда мы говорили о человеческой речи, оказалось вполне осуществимым в области радио.

Для устранения помех при радиоприеме нужно, чтобы передатчики разных радиостанций создавали колебания разных частот, излучали в пространство электромагнитные волны различной длины, а приемники могли воспринимать колебания только тех частот, на которые настроены. Тогда, желая услышать передачу определенной радиостанции, надо настроить радиоприемник на частоту, или, как говорят чаще, на волну этой станции.

Для радиотехники, кроме резонанса, важное значение имеет постоянство частоты колебаний во времени.

Перед началом игры оркестра бывают слышны тягучие однообразные звуки. Это музыканты настраивают струнные инструменты. Во время выступления, длящегося иногда часами, звуковые волны различных инструментов должны быть строго согласованы. Стоит одному инструменту немного расстроиться, и взыскательный слушатель сразу скажет, что оркестр «фальшивит».

Постоянство частоты колебаний во времени называется ее стабильностью. Из нашего примера видно, что частоты колебаний, создаваемых музыкальными инструментами, должны быть очень стабильными. Но еще большие требования к стабильности частоты предъявляются при радиопередаче. Если частота радиопередатчика понемногу изменяется, то приемник приходится все время подстраивать. Кроме того, при плохой стабильности волны различных радиостанций могут «наезжать» друг на друга, создавая взаимные помехи.

В первые годы развития радио так оно и было. Но с течением времени радиопередатчики непрерывно совершенствовались. Искровые передатчики, применявшиеся еще А. С. Поповым, отошли в прошлое. На смену им появились «дуговые», в которых электрические колебания создавались не прерывистой искрой, а постоянно горящей электрической дугой. Дуговые радиопередатчики просуществовали недолго. Их сменили электрические машины, подобные тем, которые применяются для создания переменного тока в осветительных сетях. Однако и машинные передатчики были вынуждены уступить место так называемым ламповым генераторам (слово генератор происходит от слова генерировать, т. е. возбуждать, создавать). Ламповые генераторы применяются и поныне.