Радио

На рис. 19 показано устройство простейшего безлампового радиоприемника. Такой приемник называют детекторным. В нем отсутствует усиление колебаний высокой частоты. Колебания, улавливаемые антенной, поступают на колебательный контур, а от него через детектор прямо в обмотку телефонных наушников. Поэтому громкость передач, принимаемых на детекторный приемник, невелика.

Рис. 19. Схема детекторного приемника.

В современных ламповых радиоприемниках усиливаются колебания как высокой, так и низкой частот. Поэтому в таких приемниках далекие станции хорошо слышны.

Детекторный радиоприемник «Комсомолец» и тринадцатиламповый радиоприемник «Мир» различны и по сложности, и по размерам, и по внешнему оформлению. Но оба эти приемника — простой и сложный — работают в основном по одному и тому же принципу, о котором говорилось выше.

ПУТЕШЕСТВИЕ ПО ЭФИРУ

На светящейся шкале радиоприемника вы видите надписи: «длинные», «средние», «короткие» волны. Шкала приемника — это путеводитель по эфиру. Пользуясь ею, радиослушатель разыскивает нужную станцию — настраивает приемник. Вращая ручку настройки, он меняет емкость, а следовательно, и частоту колебательного контура радиоприемника. Цифры на шкале означают частоты и длины волн. Когда стрелка или подвижная черта показывает на какую-либо цифру, это значит, что приемник настроен на такую частоту.

Поскольку каждая радиостанция работает на вполне определенной, отведенной ей по международным соглашениям частоте, с помощью шкалы очень просто отыскать нужную передачу.

Полоса электромагнитных колебаний, используемых в радиотехнике, очень широка. Она простирается от нескольких десятков тысяч до сотен миллионов колебаний в секунду. Эту полосу условно разбили на четыре диапазона: длинных, средних, коротких и ультракоротких волн.

В радиовещательных приемниках обычно имеются первые три из них, причем диапазон коротких волн для удобства настройки иногда разбивают еще на несколько более мелких участков — поддиапазонов. Чтобы перестроить приемник с одного диапазона (или поддиапазона) на другой, достаточно повернуть ручку переключателя. При этом освещается та часть шкалы, на которой нанесены частоты или длины волн данного диапазона.

Различные диапазоны и поддиапазоны радиоволн обладают неодинаковыми свойствами. Волны разных диапазонов распространяются по-разному. Одни преодолевают громадные расстояния, другие не уходят за пределы горизонта.

Первое время для радиовещания и связи применялись только средние и длинные волны. Длина таких волн равнялась сотням и тысячам метров. Более короткие волны считались «бросовыми», непригодными для какого-нибудь практического применения. Это объяснялось следующим.

Передачи длинноволновых станций можно принимать на значительных расстояниях (до нескольких тысяч километров). Громкость приема по мере удаления от передатчика уменьшается плавно, без всяких скачков. Ночью слышимость длинноволновых радиопередатчиков несколько возрастает. Средневолновые радиостанции днем слышны хуже, чем те, которые работают на длинных волнах, зато ночью даже не особенно мощная средневолновая станция хорошо слышна. Что же касается коротких волн, то их энергия по мере удаления от передатчика сначала очень резко убывает.

Короткие волны, как волны «третьего сорта», передали в пользование радиолюбителям. И вскоре оказалось, что С помощью маленьких коротковолновых передатчиков, потребляющих электроэнергии столько же, сколько берет двадцатисвечевая осветительная лампочка, можно вести связь на огромнейших расстояниях — между двумя противоположными точками земли.

Вначале это показалось абсурдом. И неудивительно — в соседнем городе, в какой-то сотне километров от передатчика нет даже намека на его сигналы, а где-то на противоположной стороне земного шара, «за тридевять земель» передача принимается очень хорошо. Загадочное «поведение» коротких волн теперь объяснено.

Ученые выяснили, что в распространении радиоволн большую роль играет атмосфера — воздушное «покрывало», окутывающее нашу землю.

Земная атмосфера состоит из трех слоев. Первый из них называется тропосферой. Его верхняя граница проходит примерно в 11 километрах от поверхности земли. Над ним, на высоте до 50 километров, лежит стратосфера. Наконец, самый верхний слой носит название ионосферы[2]. Именно он оказывает решающее влияние на характер распространения радиоволн.

Название ионосфера происходит от слова ион. Ион — это электрически заряженный атом, то есть атом, приобретший или, наоборот, утративший некоторое количество электронов. Ионосфера содержит множество положительных ионов и потерянных ими свободных электронов, благодаря чему может проводить электрический ток. Она обладает способностью преломлять радиоволны, а иногда и отбрасывать их обратно на землю, как зеркало отбрасывает луч света. Таким образом, ионосфера подобна огромному сферическому зеркалу, незримо окружающему нашу землю.

Влияние, оказываемое этим «зеркалом» на распространение радиоволн, было изучено и объяснено известным советским ученым М. В. Шулейкиным еще в 1920 году.

Распространение электромагнитной энергии происходит по двум путям — вдоль земной поверхности и под некоторым углом к ней. Волна, распространяющаяся первым путем, называется «поверхностной», вторым — «пространственной». Пространственная волна, покинув землю, идет в атмосфере, пока не натолкнется на ионосферный слой. Будучи отражена ионосферой, она изменяет направление своего движения и возвращается на землю в месте, значительно удаленном от точки излучения.

Проходимый волною путь схематически показан на рис. 20.

Рис. 20. Путь пространственного радиолуча.

Как видим, такая волна распространяется гигантским скачком на огромные расстояния. Ясно, что сигналы, переносимые ею, можно услышать только там, где она возвращается на землю, подобно тому как солнечный «зайчик» виден лишь на том месте, на которое падает луч света.

В зависимости от длины электромагнитных волн распространение энергии происходит в основном либо вдоль земли, либо в атмосфере, либо обоими путями одновременно.

Длинные волны движутся вдоль земной поверхности и хорошо огибают кривизну земли. Они также распространяются в атмосфере, причем роль пространственной волны в этом случае возрастает с расстоянием. Так, например, до 300 километров наблюдается лишь поверхностная волна, на расстояниях от 300 до 3000 километров «проходят» как поверхностная, так и пространственная волны, а на расстояниях свыше 3000 километров преобладает пространственная волна.

Средние волны гораздо сильнее поглощаются поверхностью земли и хуже огибают ее кривизну. Все же такая поверхностная волна успевает пройти до 1000 километров прежде, чем полностью затухнет.

Короткие волны распространяются вдоль земли очень плохо. Они сильно поглощаются ее поверхностью и с трудом огибают кривизну земного шара. Поэтому главную роль в распространении коротких волн играет пространственная волна. Если настроить приемник на какую-либо близкую коротковолновую радиостанцию, сесть с ним в поезд и поехать, то слышимость начнет быстро уменьшаться, и вскоре прием совершенно прекратится. Несколько сот или даже тысяч километров поезд будет идти по «зоне молчания», а затем снова станет слышна передача. Это поезд встретился с пространственной волной, отразившейся от ионосферы.

Величина «зоны молчания» зависит от состояния ионосферы — от ее высоты и насыщенности свободными электронами. Состояние ионосферы в свою очередь связано с солнечным излучением. Всякое изменение в деятельности Солнца сказывается на концентрации электронов в ионосфере. Так, например, в течение суток «густота» заряженных частиц резко меняется, поэтому ночью поглощение энергии пространственной волны ионосферой уменьшается во много раз. Этим объясняется то, что в часы темноты громкость длинноволновых и особенно средневолновых радиостанций заметно возрастает.

2

Более подробно об этом см. брошюру Ф. И. Честнова, Загадка ионосферы, Гостехиздат, «Научно-популярная библиотека».