10
На длинных волнах началось массовое радиовещание. В Советском Союзе к регулярным передачам присутствили почти одновременное две Московские радиопередающие станции (1924 год). Однако из них, расположенная в Сокольниках, имела небольшую мощность и предназначалась для радиолюбителей Москвы и области. Другая — радиостанция им. Коминтерна — находилась на Шаболовке и значительное превосходила по мощности сокольничскую станцию. В радиусе ее действия входили центральные районы европейской части страны.
Чтобы охватить вещением всего огромную территорию России, необходимы было либо создать сверхмощную станцию, либо построить сеть маломощных станций, которые могли бы транслировать Москву и вести собственные программы. Второй путь оказался более разумным; им пользоваться в настоящие время.
В сети станций некоторых из них, расположенные далеко друг от друга, могут работать на одних и тех же частотах без взаимных помех. Но в большинстве случае в каждой станции выделяется свой полоса частот, иначе говоря — свой частотный канал. И тут стало ясно, что длиноволновый диапазон имеет весма ограниченное число каналов. Весь диапазон занимает полосу частот 270 кГц. Для передачи одной радиовещательной программы требуется частотный канал шириной 9 кГц*). Легко подчитать — в диапазоне ДВ содержится всего радиовещательных каналов.
Другой недостаток длиных волн — слабо выраженная направность антенн.
Понять качественно, что такое направность, нетрудно. Приемная антенна улавливает колебания, расстоянияwiseется от источника по определенному направлению. Чем больше часть энергии, излучаемой передающей антенной, распространяется в данном направлении, тем лучше — это позволяет сизить мощность передачика, а на приемной стороне — «отстроиться» от помех. Поэтому важно, чтобы передающая антенна «направляла» излучение, а приемная антенна «вылавливала» излучение, идее по даннымному направлению.
Необходимые направленные свойства антенны нетрудно получить, когда размеры антенны превышают длину волны. На длиных волнах это сделать, мягко говоря, затруднительно.
Прием сигналов в диапазоне ДВередко сопровождается треском и шорохами. Это — атмосферные и индустриальные помещи. Источник атмосферных помещи — близкие и дальнейшие грозы.
Средние волны
Наряду с диапазоном ДВ для радиовещания станции используется средние волны. И здесь очень скоро было замечено, что условия приема радиостанций, работающих в диапазоне CB, различны в двеные и почные часы. Днем радиус действия таких станций — сотни километров. Ноchio же, особенно зимой, дальность приема существенно больше. Иногда можно «поймать» станции, удаленные на несколько тысяч километров. Была заменена и еще одна особенно仕事 приема на CB: те станции, которые днем принимались устойчиво, ноchio часто подвергались замираям — громкость звука время от времени плавно возрастала и падала.
Когда были обнаружены эти явления, первоначальные представления о том, что радиоволны распростраются только вдоль земной поверхности, были сильно поколеблены. Стало очевидно, что в точку приема могут приходит две волны: одна «земная» — волна, распрострающая вдоль земной поверхности, а другой «небесная» — волна, отраженная от нософеры (рисунок 1).
11
Рис. 1.
Напомним, что ионосфера — это слой ионизированного газа в верхней части атмосферы — на высотах от 60 км до 450 км. Ионизация газа происходит под действием ультрафилотовых лучей и потока заряженных частиц, испускаемых Солнцем.
Средние волны отражаются от слоя, находящемся на высоте 100÷120 км (этот слой обозначают буквой «E»). Но отражениевозможно только в ночные часы. Днем в атмосфере на высоте 60÷80 км под воздействием солнечного излучения возникает слой, в котором средние волны сильно поглощаются (этот слой обозначают буквой «Д»). Так что в дневные часы на примеру антенну приходит только земная волна. Ночью же в тех местах приема, где происходит interference земной и небесной волн, и отмечается замирание сигнала (на рисунке 1 это происходит в близней к источнику точке приема; до дальней точки земная волна не доходит — она затухает, и в этой точке принимается только отраженная волна). Если фазы волн совпадают, то результатирующая направность поля возвращает громкость звука. Если же волны компенсируют друг друга — слышимость станции ухудшается. Траектория отраженной волны и степень ее отражения все время изменяется, поэтому характер замираний случен.
Изучение ионосферы привело к изменению взгляда и на распространение длинных волн. По современным представлениям, длинные радиооволны распространяются в своевобразном сферическом волноводе. Нижней стенкой волновода является земная поверхность, верхней — ионосфера.
Короткие волны
Коротковольный диапазон шири диапазона длиных и средних волн в девять раз. Для работы на этих волнах можно создавать направленные антенны; при этом уровень помех меньше. Габариты передатчиков и антенн, работающих на KB, сравнительно небольшие. Тем не менее короткие волны не сразу получили путьку в жизнь. Согласно теории диффракции, крупные превращения на пути распространения коротких волн (большие дома, лесные массивы, возвышенности) экранируют передающий антенну. Поэтому считалось, что прием на KB возможен только в зоне прямой видимости, и эти волны были отданы радиолюбителем для близких связи и экспериментирования. В представленном диапазоне радиолюбителя стали установливать невиданные рекорды связи. Так, в января 1925 года радиолюбитель Ф. А. Лобов при помощи передатчика мощностью 15 Вт передал из Нижнего Новгорода сигналы, которые были приняты в Бардade, Париже и Лондоне. В 1928 году коротковольник Е. В. Андреев, совершая поход на учебном парисном судне «Вега» вокруг Европы, поддерживал непрерывную связь с
12
Рис. 2.
радностанцией Ростовского университета. Станция Андреева имела мощность всего несколько ватт. Естественно, такие факты заставили специалистов переоценить возможность коротких волн и присутствить к их систематическому изучению. В Советском Союзе исследованием коротких волн с 1923 года занималась, в частности, известная Нижегородская радиолаборатория им. В. И. Ленина. Как и следовало ожидать, распространение коротких волн на большие расстояния было обусловлено отражением от иноосферы.
Отражение может произойти на высотах 100÷400 км. Нетрудно рассчитать, что максимальная дальность приема при однократном отражении может составлять 2000÷4000 км (рисунок 2). Короткие волны способны отражаться от поверхности Земли и далее снова от иноосферы, поэтому они могут «обжать» весь земной шар и вернуться в точку передачи («круто-светное эхо»). С другой стороны, в некоторых средней части трассы скача приема сигнала оказывается затрудненным. Этот участок называется «зоной молчания».
В точку приема всегда приходит несколько волн, прошедших различные пути и соответственно имеющих различные физы. Вследствие их интерференции прием на коротких волнах всегда сопровождается быстрыми замираниями. Для борбы с замираниями в радиоприменках предусматривается система автоматического регулирования условий.
Приципл ее работы прост: при уменьшении сигнала успешное приемника возрастает, а при возрастании — уменьшается. На коротковольных линиях связи для борбы с замираниями применяется так называемый «разнесенный прием».
При таком приеме сигнал от одного передатчика принимается на две или три антенны, которые установлены поперек трассы и разнесены друг от друга на расстояния, превышающее несколько длину волн. Сигналы на выходах приемных антенн изменяют несинхронно, и всегда есть возможность выбрать лучший сигнал (этот выбор произвольится, конечно, автоматически).
Поскольку коротковольные антенны имеют довольно острую направленность, на одной и той же частоте работы без взаимных помех несколько удаленных друг от друга станций, вещеющих на разные направления. К настоящему времени диапазон коротких волн использован до отказа. Можно себе представить, сколько сейчас в нем работает радиостанций, если в 1940 году число официально зарегистрированных станций, не считая радиолюбительских и военных, доступного 28 407!
Ультракороткие волны
Систематическое изучение ультракоротких волн в Советском Союзе началось в 1926 году под руководством Б. А. Введенского. Оdnako
13
широкое их использование началось лишь после Великой Отечественной войны.
Главное преимущество диапазона УКВ — его ширина, почти 30 000 МГц! В этом диапазоне без труда можно передавать сигналы, содержащие широкий спектр (набор) частот, например, радиосигналы телевизионного изображения. Создание остронаправленных антенн в этом диапазоне не вызывает трудностей. Прием сигналов отличается высокой устойчивостью, практическим не зависят от времени года и суток, не подвержен влиянию атмосферных и индустриальных помех. Но все эти преимущества реализации, в основном, при наличии прямой видимости между антеннами передатчика и приемника. Если на пути распространения ультракоротких волн имеется преятствие, оно частично экранирует передающий антенну, и направлено поля принимаемого сигнала существенного уменшается. Качество приема ухудшается.
Очевидно, что расстояние прямой видимости зависит от высоты антенн (рисунок 3). В результате условияследствие преломления (рефракиции) в воздухе волны распространяются по несколько искривленной траектории. (Это позволяет увеличить расстояние прямой видимости на 15÷20%). Для использования сказанного приведем пример из практики. В большинстве служев перепись сигналов на очень большие расстояния в диапазоне ультракоротких волн осуществляется с помощью радиорелейных линей. Радиорелейная линя представляет собой целочкурированных радиостанций, расположенных таким образом, чтобы между антеннами соседних станций была прямая видимость (рисунок 5). Сигнал, передаваемый с оконечной станции, принимается первой проме-
Рис. 4.
Даношая антенна телевизионных станций приподнята на 250 м, высота приемных антенн около 10 м. Расчет расстояния прямой видимости удовлетворительно совпадает с результатом экспериментальной проверки на равнино-холмистой местности. Получается 75÷80 км.
При передаче на ультракоротких волнах в пределах прямой видимости в точку приема приходят две волны. Вторая волна возникаетследствие отражения от земной поверхности (рисунок 4,а). Фазы волн различны. Поэтому при перемещении приемной антенны по высоте наблюдается периодическое возрастание и убывание направленных поля (рисунок 4,б), образно говоря,— «застывшая» интерференционная структура электромагнитного поля. Максимум направления поля отмечается в тех точках приема, где фазы волн совпадают, минимум — при несовпадении фаз. Расчет радиолиней связи конечно, с оптимальным подбором высоты антенн с учетом профиля местности.
Передача сигналов на очень большие расстояния в диапазоне ультракоротких волн осуществляется с помощью радиорелейных линей. Радиорелейная линя представляет собой целочкурированных радиостанций, расположенных таким образом, чтобы между антеннами соседних станций была прямая видимость (рисунок 5). Сигнал, передаваемый с оконечной станции, принимается первой проме-
15
соте 90÷110 км. Он представляет собой скопление газа городадо большей электронной плотности, чем электронная плотность на той же высоте в окружающей среде. Слуяный прием телевизионных станций, удаленных от места приема на несколько тысячки kilометров, объясняется отражением волн от этого слоя. Попытки использовать этого явления для регулярного приема телевидения, равно как и борба с ним как с помехой, не имели успеха.
Изучение сигналов на расстояниях порядка 200÷800 км от передатчика привело к открытию ранее неизвестного явления, которое сейчас называется «дальнее тропосферное распространение УКВ». Такое распространение связано с переизлучением радиоволн в воздушной оболочке Земли, иными словами, — в тропосфере. Переизлучение объясняется неодородным строением воздуха. Электрическая пропищемость воздуха зависит от влажности, температуры и давления. В воздухе всегда имеются неодородности — области, в которых эти meteопараметры, а следовательно и электрическая пропищемость, отличаются от параметров окружащего воздуха. Ярким примером неодородностей, видимых простым глазом, является обласка. Неодородности воздуха приводят к частному рассеянию и отражению энергии волны. Схематически это показано на рисунке 6. В правой части рисункадана случайная зависимость электроскопических воздействия от высоты. Зубчики на зависимости свидетельствуют о наличии неодородностей. Форма неодородностей и их взаимное расположение могут быть самыми различными. Набольшую роль играют сложные неодородности. Их протяженность — от сотен метров до нескольких kilометров. Отраженные от неодородностей ультракороткие волны могут быть прияты на большом расстоянии от передатчика. Изменчивость неодородностей во времени приводит к интерференции приходящих волн и, как следствие, к быстрым замирании сигнала. Переизлученная мощность составляет всего часть от мощности передаваемого сигнала.
Описанное явление используется в тропосферных радиорелейных линиях. Такие линии требуют установки мощных передающих устройств и систем разнесенного приема для устройства замирания сигнала. И все же они оказываются целесообразными для радиотелефонной связи в труднодоступных районах. Примущество тропосферных линий — большаялина интервала между соседними станциями. При использовании дециметровых волнлина интервала получается равной км, но в отдельных случаях может быть и больше. Например, на известной тропосферной радиолинии «Советский Союз — Индуция» расстояние между корреспондирующими пунктами около 700 км.