уменьшается. Особенно быстро это уменьшение происходит в нижних, более плотных.слоях атмосферы. Здесь ионы чаще встречаются со свободными электронами, и поэтому нижний ионизированный слой Е по ночам обычно исчезает совершенно.

Слои ионосферы не имеют резких, четко очерченных границ. Плотность свободных электронов в каждом слое падает и возрастает постепенно, а, кроме того, сами слои не остаются неподвижными и спокойными: под влиянием различных причин они опускаются, поднимаются, искривляются. Каждый ионизированный слой подобен огромному волнующемуся океану с приливами днем и отливами ночью.

Газы, насыщенные свободными ионами и электронами, приобретают способность проводить электрический ток, что оказывает сильное влияние на распространение радиоволн.

Диапазоны радиоволн

Распространение радиоволн у поверхности земли и вдали от нее сильно зависит от частоты колебаний и, следовательно, от длины волны. В зависимости от особенностей распространения радиоволны (радиочастоты) разделяются на несколько групп, называемых диапазонами. Градация этих диапазонов приведена в Ta6jf. 2. /

Таблица 2

Градация диапазонов радиочастот

Необходимо еще раз подчеркнуть, что, хотя между диапазонами длинных, средних, промежуточных, коротких и ультракоротких волн и не существует резких границ, деление это все же не является чем-то произвольным или условным. Оно основано на наличии у каждого из диапазонов своих специфических особенностей, на различии физических свойств волн этих диапазонов и главным образом на различии их способности к распространению.

Кроме указанного деления, в практике применяется условное деление волн на диапазоны, не основанное на прщщипиадьньх различиях свойств диапазонов. Например, в вещательных радиоприемниках диапазон (точнее говоря, поддиапазон) 2000-700 м

Рис. 58. Распространение длинных радиоволн

называют длинноволновым, тогда как по своим свойствам он относится к средним волнам.

Такое произвольное деление волн объясняется конструктивными особенностями радиоаппаратуры.

Особенности диапазонов

Поверхностные волны, излучаемые горизонтально или под небольшим углом к горизонту, затухают из-за потерь в почве. Чем короче волна, тем быстрее она затухает. Пространственные волны, излучаемые антенной под некоторым углом к горизонту, большим,

чем угол излучения по-лространшенная Повшиовтиая верхностных волн, могут

олна или отразиться и возвра-

титься на землю, или пробить ионизированный слой и уйти в межзвездное пространство, или, наконец, могут поглотиться в ионизированном слое.

Практически могут быть все три указанных явления одновременно. Чем длиннее волны, тем сильнее они преломляются, стремясь вернуться на землю, и тем сильнее поглощаются ионосферой и затухают.

Длинные волны. В диапазоне 3000-30 000 м пространственная волна очень сильно поглощается в ионосфере. Резко отразившись от ионизированного слоя, она возвращается на землю обессиленной и сравнительно близко от передатчика, где поверхностная волна имеет еще большую силу (рис. 58). Поэтому пространственная волна в радиосвязи на длинных волнах не играет никакой роли.

Поверхностная волна хотя и затухает из-за потерь в почве, но все же распространяется довольно далеко, легко огибая кривизну земли и различные препятствия. Поэтому на длинных волнах при больших мощностях можно получить значительные дальности радиопередачи. Никаких резких колебаний слышимости на длинных волнах не происходит. Длинные волны обеспечивают устойчивую непрерывную связь во всех точках от радиостанции до границы возможного приема.

Средние волны. В диапазоне 200-3000 м пространственная волна играет значительно большую роль, особенно на волнах 200-600 м. Днем при сравнительно низких и плотных ионизированных слоях пространственная волна сильно поглощается. Поверхностная волна тоже довольно сильно поглощается почвой. Поэтому днем, и особенно летом, когда более продолжительно светлое время дня, дальность действия средневолновых радиостанций незначительна. Ночью же, особенно в зимнее время, даль-

ность действия их резко возрастает, так как пространственная волна отражается от более высоких и менее плотных слоев ионосферы. Кроме того, зимой, когда земля промерзает и покрывается снегом, т. е. становится плохим проводником, поверхностная волна в меньшей степени поглощается почвой и поэтому также перекрывает большие расстояния.

Одновременное действие поверхностной и пространственной волн может быть не всегда согласованным. Пространственная

1-я волна 2-я волна

Суммарный сигнал усилился

1-яволнс^

2-я волна

Суммарный

Согласованное сложение

Несагласованноо, слажени?

Рис. 59. Согласованное и несогласованное сложение радиоволн

волна проходит расстояние между передатчиком и приемником по большему пути, чем поверхностная волна, и поэтому запаздывает на большую или меньшую величину. Может случиться так, что электрические силы поверхностной волны будут действовать навстречу электрическим силам опоздавшей пространственной волны, и тогда вместо усиления получится ослабление сигнала. Это особенно сказывается в тех случаях, когда пути волн отличаются один от другого на половину волны или вообще на нечетное число полуволн (рис. 59). Если же разность хода волн выражается целым числом, то сложение их полей будет согласованным, и тогда получится усиление слышимости. Время от времени ионизированный слой изменяет свое положение, отчего изменяется разница в длинах путей радиоволн и слышимость получается колеблющейся. Такое незакономерное изменение слышимости называется замиранием, оно сильнее ощущается на более коротких волнах.

Используются средние волны для связи на сравнительно небольшие расстояния, главным образом для местного радиовещания. Все вещательные радиоприемники имеют, как правило, диапазон 200-575 м и 730-2000 ж. Волна в 600 м является международной волной для сигналов бедствия СОС . На ней работают все аварийные передатчики, а также ведут прием радисты спасательных станций и маяков. Другими радиопередачами волну в 600 м никогда не занимают.

Промежуточные волны. В диапазоне 50-200 м используются как поверхностная, так и пространственная волны, хотя обе они

довольно быстро затухают. Связь на промежуточных волнах осуществляется только на сравнительно небольщие расстояния, примерно до 200 км, причем расстояния до 70-150 км покрываются поверхностной волной, а дальше действует пространственная волна.

Короткие волны. На коротких волнах поверхностная волна сильно поглощается почвой и плохо огибает препятствия, поэтому дальность действия ее ограничивается несколькими десятками километров. За зоной слышимости поверхностной волны наступает так называемая зона молчания, где слышимость совершенно пропадает. Эта зона для разной длины волн и разного времени суток и года может колебаться от сотен до тысяч километров (рис. 60).

Пространственные

Рис. 60. Распространение коротких радиоволн

За зоной молчания опятьначинается зона слышимости благодаря пространственной волне, возвратившейся на землю после отражения от ионизированных слоев. Кроме однократного отражения радиоволн от ионосферы, возможны и многократные отражения радиоволн между землей и ионосферой или между отдельными слоями ионосферы. Поэтому короткие радиоволны могут распространяться на огромные расстояния посредством пространственных волн.

Отдельные участки коротковолнового диапазона выделены радиолюбителям.

В своей работе радиолюбители добиваются исключительных результатов. При помощи простеньких маломощных передатчиков они связываются и ведут переговоры с радиолюбителями всех континентов, перекрывая расстояния во многие тысячи километров.

Распространение коротких волн *

Непрерывное волнение ионосферного океана , появление и исчезновение ионизированных слоев, изменение в них плотности свободных электронов - все это создает большое непостоянство связи на коротких волнах и меняет размеры зоны молчания.

Для обеспечения хорошей связи в разное время суток, а также

в разные времена года приходится пользоваться различными волнами.

Волны длиной 10-20 м могут отражаться только от сильно иокизированных слоев, т. е. днем, поэтому их и называют часто дневными. Ночью они пробивают сравнительно слабо ионизированный слой и на землю не возвращаются.

Волны длиной 20-40 м могут использоваться днем и ночью, правда, ночью они отражаются от более высокого слоя (слой Е ночью исчезает), и поэтому точка возвращения их на землю ночью лежит гораздо дальше, чем днем. Ночью зона молчания на этих волнах значительно больше дневной.

Волны длиной 40-50 м днем сильно поглощаются в ионизированных слоях с большой концентрацией ионов, поэтому для связи пространственной волной днем они не используются. Ночью эти волны хорошо отражаются от ионизированных слоев, а следовательно, успешно могут применяться для дальней сйязи. В силу этого волны длиной 40-50 м называются ночными.

Преимуществом более коротких волн является возможность применения для них направленных антенн, т. е. антенн, излучающих радиоволны только в одном направлении. Чем короче волна, тем проще и удобнее изготовлять направленные антенны.-Если на длинных и средних волнах такие антенны вообще невозможно создать, а на коротких они получаются громоздкими и сложными, то в дециметровом и сантиметровом диапазонах направленные антенны получаются исключительно простыми и дают значительную экономию в мощности радиопередатчика, усиливая излучение в нужном направлении.

гла в а 6

РАДИОПРИЕМ

Резонанс

Вспомните, что происходит с длинной доской, перекинутой через канаву, когда вы по ней идете. По доске можно пройти так, что она лишь немного прогнется, но можно и так, что она очень сильно раскачается или даже переломится. Все зависит от того, совпадает ли ритм шагов с колебаниями доски; если совпадает, она раскачивается сильно, если не совпадает, она только прогибается.

Другой пример - раскачивание на качелях. Когда качели идут вниз, мы, наклоняясь, приседая* и затем разгибая ноги, стараемся увеличить их размах. Если наши усилия не попадают в такт с качанием, то мы не только не сможем сильно раскачаться, но даже остановим качели.

Совпадение ритма шагов с колебаниями доски, положенной через канаву, или совпадение наших усилий с качаниями качелей называется резонансом. При совпадении ритма шагов идущих по мосту в ногу солдат с частотой собственных колебаний моста получается резонанс и амплитуда качаний моста настолько увеличивается, что мост может рухнуть.

Для демонстрации явлений резонанса проделывают такой опыт. На натянутой веревке подвешивают в разных местах на нитках различной длины небольшие одинаковые по весу грузики (рис. 61). Если сильно качнуть один из грузиков, то постепенно начнут качаться и остальные. Однако сильно раскачаться смогут только те, которые подвешены на нитках одинаковой длины. Это опять-таки происходит вследствие явления резонанса.

Грузики, подвешенные на нитках одинаковой длины (и обладающие одинаковой массой), имеют одинаковую частоту собственных колебаний. Поэтому, когда мы раскачиваем один из них и его колебания начинают передаваться другим, то сильно раскачивается лишь тот грузик, у которого частота собственных колебаний совпадает с частотой возбуждающих колебаний. Для остальных грузиков такого совпадения не получается (нет резонанса), и они раскачи-

ваются очень слабо, потому что качаются не с собственной, а с вынужденной частотой.

Явление резонанса получается не только при механических колебаниях грузиков, качелей, моста и т. п.; оно может возникать везде, где только происходят колебания, в частности в электрическом колебательном контуре.

Рис. 61, Опыт, демонстрирующий механический резонанс

Если от какого-нибудь постороннего генератора электрических колебаний подвести к контуру переменный электрический ток и начать изменять его частоту, то по мере приближения к частоте собственных колебаний контура величина тока в нем будет увеличиваться. Когда частота подводимых колебаний и собственная частота

л 5 контуре с очень малыми потерями

контуре среднего качества

В контуре с большими потерями

Частота

Рис, 62, Резонансные кривые различных контуров

колебаний контура совпадут, ток достигнет наибольшей величины; при дальнейшем изменении частоты величина тока начнет уменьшаться. В контурах хорошего качества (с малыми потерями) возрастание тока на резонансной частоте получается очень резким и большим, а в плохих контурах - малым и постепенным (рис. 62),

Резонанс можно получить и другим путем: оставляя неизменной частоту подводимого переменного тока, изменять собственную частоту контура, для чего изменять какой-либо из его элементов - индуктивность катушки или емкость конденсатора (рис. 63).

В контуре с очень малыш -~- .потерями

В контуре среднего качества

В контуре с большими поте* дями

Емкость контура

Рис. 63. Зависимость величины тока в контуре от изменения его емкости

Прием радиоволн

Радиоволны, излучаемые антенной передающей радиостанции и несущие на себе отпечатки произнесенных перед микрофоном звуков, распространяются во все стороны. Для улавливания приходящих сигналов устанавливаются приемные антенны, в сущности ничем не отличающиеся от передающих антенн. Хорошая передающая антенна всегда может быть хорошей приемной, и наоборот.

Как известно, всякое магнитное поле, пересекая проводник, наводит в нем ЭДС. В данном случае магнитное поле электромагнитной волны, пересекая антенну, наводит в ней переменную- ЭДС.

Появление ЭДС в приемной антенне можно рассматривать также и как результат действия электрического поля электротдаг-китной волны. Электроны под действием электрического поля электромагнитной волны приходят в организованное движение, и в антенне возникают электрические колебания. ЭДС этих колебаний, как правило, очень мала и изменяется с частотой, соответствующей длине принимаемой волны.

Таких ЭДС в каждой антенне наводится очень много - от самых различных близких и далеких, мощных и маломощных радиостанций. Чтобы из всей этой мешанины выделить интересующие нас колебания, к антенне подключают колебательный контур. Изменяя емкость или индуктивность контура, настраивают его в резонанс с нужными колебаниями.

При резонансе, т. е. когда частота собственных колебаний контура совпадает с частотой колебаний, которые желательно принять, амплитуда этих колебаний резко возрастает, тогда как амплитуды колебаний, не находящихся в резонансе с контуром, остаются значительно меньшими. Таким образом, колебательный контур по-

зволяет выделить из массы колебаний, возникающих в антенне, колебания нужной частоты.

Если контур обладает малыми потерями (катушка его намотана толстой проволокой, каркас катушки сделан из хорошего изоляционного материала, конденсатор контура имеет хорошую изоляцию), то в таком контуре выделение нужной частоты при настройке его в резонанс будет особенно резким. Резонансная кривая такого контура будет острой. Про контур с малыми потерями говорят, что он обладает хорошей избирательностью - хорошо избирает из множества возникших в антенне колебаний нужные, на частоту которых он настроен.

Приняли, но не слышим

Если принятые антенной и выделенные контуром электрические колебания подвести к телефону, то мы ничего не усл1>1шим.

Дело в том, что эти колебания происходят с высокой частотой, хотя они и модулированы звуковой частотой. Поэтому на мембрану телефона, подключенного к контуру, действуют с огромной быстротой поочередно то положительные, то такие же по силе, но отрицательные импульсы тока. Мембрана не успевает притянуться к электромагниту, как ее тут же отталкивает импульс противоположного знака; в результате мембрана практически остается неподвижной.

Чтобы звуковые колебания, принесенные на колебаниях высокой частоты, можно было услышать, их надо снять с этих колебаний и превратить в электрический ток, изменяющийся в такт с изменением звукового давления на мембрану микрофона передатчика. Тогда, подав такой ток в телефон, мы заставим его мембрану воспроизвести те же звуки, которые произносились перед микрофоном передатчика. Этот процесс отделения звуковых колебаний от высокочастотных называется демодуляцией, или детектированием.

По своему смыслу детектирование - это процесс, обратный модуляции. Там на колебания высокой частоты накладываются колебания низкой частоты, а здесь они снимаются или отделяются. Таким образом, колебания высокой частоты служат лишь средством для перенесения нужных сигналов. Недаром они и названы несущими колебаниями. Сами по себе для воспроизведения звука они не нужны.

Как же услышать?

Чтобы отделить звуковые колебания от колебаний высокой частоты, необходимо пропустить модулированные колебания через какое-нибудь устройство, хорошо проводящее ток в одном направлении и совсем не проводяшее (или плохо проводящее) в другом направлении. Такой способностью обладают, например, места соприкосновения некоторых кристаллов между собой или кристаллов с металлом. Через такое устройство, называемое кристаллическим детектором, смогут пройти импульсы только одного направления.

По обмотке телефона непрерывно потечет ток в одном направлег НИИ, причем величина его будет представлять некоторое среднее значение от прошедших через детектор импульсов. Так как величина импульсов изменяется в соответствии со звуками, то точно так же, будет меняться и среднее значение этих импульсов. В такт с этими изменениями среднего значения продетектированных импульсов мембрана телефона начнет притягиваться то сильнее, то слабее, т. е. будет колебаться, и мы услышим звуки, произносимые перед микрофоном радиопередатчика.

Таким образом, непременными частями всякого радиоприемника являются: антенна и заземление, представляющие собой открытый колебательный контур; колебательный контур, настроенный в резонанс на принимаемую частоту и выделяющий полезный сигнал; детектор, выделяющий звуковые колебания низкой частоты из принятых высокочастотных модулированных колебаний, и телефон, превращающий эти низкочастотные колебания в звуки.