Шаг за шагом. От детекторного приемника до супергетеродина

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Проще всего осуществить радиопередачу с помощью азбуки Морзе. Для этого достаточно в антенну передатчика включить телеграфный ключ — своего рода выключатель (рис. 31).

Рис. 31. Чтобы заставить радиоволны переносить сообщения можно, замыкая цепь антенны, излучать радиоволны в соответствии с азбукой Морзе.

Нажали вы на ключ — и токи высокой частоты пошли в антенну, а значит, вовсе стороны от антенны расходятся радиоволны. Отпустите ключ — цепь антенны окажется разорванной, и излучение радиоволн прекратится. При коротком нажатии на ключ вы посылаете короткий радиосигнал, получивший название «точки», более длительный сигнал (обычно в три раза продолжительнее точки) называется «тире». В азбуке, которую в 1837 году составил Самюэль Морзе, каждой букве алфавита и каждой цифре соответствует определенное сочетание «точек» и «тире». Это позволяет сравнительно просто передавать телеграммы как по проводным линиям связи, так и по линиям радиосвязи (лист 55).

Первая телеграмма была передана по радио А. С. Поповым в 1896 году, и почти двадцать лет радио использовалось лишь для телеграфной связи. Ну, а затем были найдены способы радиотелефонной передачи, то есть передачи по радио речи и музыки.

Для того чтобы наиболее просто осуществить радиотелефонную передачу, можно включить обычный угольный микрофон непосредственно в передающую антенну, в которой уже циркулирует переменный ток высокой частоты. Под действием звуковых волн сопротивление микрофона будет меняться, и поэтому высокочастотный ток в антенне, а следовательно, и интенсивность излучения радиоволн, также будет изменяться, подобно тому как менялся при разговоре ток в телефонной линии (рис. 24, 32).

Рис. 32. Для радиотелефонной (речь, музыка) передачи можно включить в цепь антенны обычный угольный микрофон. Под действием звуковых волн будет меняться сопротивление микрофона, а вместе с тем и амплитуда высокочастотного тока и интенсивность излучения радиоволн.

Управление высокочастотным сигналом в соответствии со звуковыми колебаниями называется модуляцией (лист 55). Основной отличительной чертой модулированного тока является изменение его амплитуды в такт с изменением звукового давления на микрофон. Так, например, при увеличении звукового давления угольный порошок сжимается всесильнее, сопротивление микрофона уменьшается и амплитуда высокочастотного тока возрастает. При уменьшении звукового давления сопротивление микрофона растет, а амплитуда тока в антенне уменьшается. Важно отметить, что благодаря высокой частоте переменного тока в антенне в процессе модуляции амплитуда его меняется сравнительно медленно. Это объясняется тем, что даже самая высшая частота модулирующего звука в десятки и сотни раз меньше частоты тока, который подвергается модуляции. Поэтому за время одного периода звуковых колебаний успевают произойти десятки, сотни и тысячи полных периодов модулируемого тока (тока ВЧ). Так, например, если на микрофон воздействует звук с частотой 10 кгц, а передатчик работает на частоте 200 кгц, то за время одного периода звуковых колебаний произойдет двадцать циклов изменения высокочастотного тока, а значит, ток в антенне двадцать раз достигает амплитудных значений (положительных и отрицательных).