Журнал Радио 2 номер 1946 год. Дециметровые и сантиметровые

Журнал Радио 2 номер 1946 год. Дециметровые и сантиметровые волны инж. А. И. ИОФФЕ

Ряд сложных и больших вопросов связи, не разрешимых с помощью длинных или коротких волн, успешно разрешается при помощи дециметровых и сантиметровых волн. При этом получаются решения, видоизменяющие обычную технику связи. Уже в период Отечественной войны устройства на дециметровых и сантиметровых волнах г большим успехом применялись как средства связи. На этих волнах осуществлялись как ближние связи между первичными войсковыми подразделениями, так и дальние многоканальные телефонно-телеграфные линии связи. На этих волнах осуществлялись радиолокация, наблюдение и фотографирование местности с самолетов и многое другое.

Еще большие возможности открываются перед применением этих волн для мирных целей. В этом отношении представляет интерес утвержденное Американской федеральной комиссией связи распределение частот. Распределены и зафиксированы частоты до 30 000 Мс, т. е. применение радиоволн до 1 cm длиной. Из спектра частот от 5 000 до 30 000 Мс (длина волн от 0 до 1 cm) радиолюбителям отводятся следующие диапазоны: 5 220—5 650 Мс (λ= 5,72—5,31 cm), 10 000—10 500 Мс (λ= 3—2,85 cm) и 21000 — 22 000 Мс (λ=1,43—136 cm). Остальные диапазоны этого спектра частот закреплены за правительственными службами Америки. Произведенное распределение, которое очень широко обсуждалось в американской технической и радиолюбительской печати, показывает, что этим волнам придают весьма серьезное значение.

Поэтому крайне важным и интересным является знакомство со свойствами волн дециметрового и сантиметрового диапазонов, со способами их получения и использования. Это особенно важно потому, что появились новые методы возбуждения таких волн, новые лампы—клистроны (электронно-лучевые генераторы), дисковые лампы (специальные трехэлектродные лампы), новые колебательные контуры — эндовнбраторы или полые резонаторы и ряд других элементов, ранее не применявшихся. И даже кристаллический детектор в обновленной конструкции начинает все шире применяться в приемных и нзмерительно-индикаторных схемах.

В целях большей простоты и удобств все электромагнитные волны, применяемые в радиотехнике, условились подразделять на следующие диапазоны:

1) длинные волны — длиннее 3 000 т,

2) средние или радиовещательные волны — от 3 000 до 200 т

3) промежуточные волны — от 200 до 50 т,

4) короткие волны — от 50 до 10 т,

5) ультракороткие волны — от 10 до 0,01 т.

В свою очередь ультракороткие волны в зависимости от длины разделяются на следующие диапазоны:

метровые волны — от 10 до 1 т, дециметровые волны — от 1 m до 10 cm, сантиметровые волны — от 1С до 1 ст. Каждому диапазону воли соответствуют свои частоты. Для любой волны частота колебаний может быть легко определена, так как произведение длины волны (/) на частоту колебаний (f) есть величина постоянная и равная скорости распространения радиоволн (с) 299 820 000 т в секунду или, округляя, 3. 108 т в секунду.

Следовательно:

λ f = c =3.108.

где λ — длина волны в метрах, а f — частота в периодах в секунду.

Рис. 1. Влияние кривызны
земной поверхности на
дальность слышимости
станции

Таким образом, нас будут интересовать, дециметровые и сантиметровые волны, имеющие частоту колебаний от 300 до 30 000 Мс [где Мс — мегацикл — один миллион циклов (периодов) в секунду].

В чем особенности этих волн по сравнению с радиоволнами других диапазонов? Имеют ли интересующие нас волны какие-либо специальные, и только им присущие свойства?

Основное отличие дециметровых и сантиметровых волн от электромагнитных волн других диапазонов заключается в характере их распространения. Длинные, средние, короткие и даже наиболее длинные волны метрового диапазона имеют способность встречающиеся на их пути препяствия, огибая их так как величина препятсвий сравнима с длиной волны или меньше ее. огибани
е весьма больших препятствий или кривизны земной поверхности объясняется отраженном радиоволн от верхних ионизированиых слоев атмосферы, окружающей землю, так называемой ионосферы. Дециметровые и саитиметровые волны этим свойством не обладают. Они распространяются строго прямолинейно, как лучи соета, и требуют прямой (геометрической) видимости между передатчиком и приемником. По характеру сарего распространения дециметровые и сантиметровые волны полностью подчиняются законам геометрической оптики.

При наличии на пути распространения гор» зданий, деревьев и т. п. дециметровые волны, дойдя до такого препятствия, отражаются от него, не проходя дальше. При этом характер отражеяия зависит от проводимости, которую имеет препятствие. Чем выше проводимость, тем лучше отражение и меньше поглощение. В зависимости от величины отражения и поглощения можно определить, что представляет собой отражающая поверхность, т. е. гора ли это, деревья или каменное строение. Это обстоятельство очень важно, так как дает возможность на сравнительно далеком расстоянии, не видя предметов, определить не только их наличие на пути распространения, но и их характер. Интересно выяснить, какой величины должны быть предметы, чтобы получить от них отражение и, следовательно, иметь возможность обнаружить их.

Размеры предметов, которые можно обнаружить, сравнительно невелики. Если линейные размеры предмета превышают в несколько раз длину волны, то такой предает дает достаточное отражение и может быть обнаружен. Укачанное обстоятельство имеет важное значение и использовано в радиолокационной аппаратуре, приборах обнаружения и других подобных приборах.

Прямолинейный характер распространения дециметровых и сантиметровых волн для целей связи имеет определенные преимущества. Эти преимущества заключаются в том. что если не принять мер к увеличению дальности (как это сделать — мы разберем в дальнейшем), то волны этих диапазонов имеют ограниченный радиус действия. Это дает возможность на сравнительно небольшой площади использовать большое число радиостанций без- взаимных помех. При необходимости увеличить дальность действия надо учесть влияние кривизны земной поверхности, которая может экранировать передающую станцию от приемной. Поэтому передающие и приемные антенны надо поднимать высоко. Чем больше должна быть дальность связи, тем выше должны быть подняты антенны.

Влияние кривизны земной поверхности на дальность связи иллюстрирует рис. 1. Действительно, связь между пунктами А и Б на дециметровых н сантиметровых волнах невозможна, так как между этими пунктами отсутствует прямая геометрическая видимость. И в то же время радиосвязь между пунктами В и Г несмотря на большую дальность, может быть осуществлена за счет подъема антенн и получения таким образом прямой видимости. Дальности действия радиосвязи на волнах этого диапазона в зависимости: от высоты подъема передающей и, приемных антенн и может быть легко определана по следующему соотношению

Таким образом, вне зависимости от мощности передатчика и чувствительности приемника радиосвязь не может быть осуществлена, если отсутствует прямая видимость между станциями. Необходимость прямой видимости для радиосвязи на дециметровых и сантиметровых волнах заставляет соответственно располагать станции. Их стремятся поместить на высоких строениях, башнях, горах или других возвышенных пунктах, с тем чтобы величина расстояния r ло формуле была больше, чем требуемая дальность при выбранных высотах Н1 Н2. При этом величины H1 и Н2 определяются от вершины антенны до основания здания, горы и т. д.

Рис. 2. Увеличение
дальности передачи при
применении
параболлических
отражателей

Некоторые считают, что дециметровые и сантиметровые волны обладают направленными свойствами уже сами по себе, т. е. в силу присущих им особенностей. Такое представление является глубоко ошибочным и основано на недоразумении. Все электромагнитные волны не имеют направленности, и в этом отношении дециметровые и сантиметровые волны не представляют исключения. В отношении направленности все электромагнитные волны могут быть сравнены с обычной электрической лампой. Действительно, если электрическую ламлу не поместить в отражатель или рефлектор, то свет ее виден со всех сторон. Для того чтобы световой поток направить в каком-либо одном направлении, лампу надо снабдить отражателем или поместить ее в рефлектор. Тогда световой ноток лампы получится направленным, как это, например, имеет место в автомобильной фаре. Поместив лампу в прожектор, дающий узкий направленный луч и усиливающую оптику, получают большую освещенность в одном только направлении, при этом яркость луча во много раз превосходит яркость самой лампы.

Подобное явление наблюдается и в отношении радиоволн. Для получения направленности радиоволн необходимо применять электрические рефлекторы или прожекторы. Такие электрические рефлекторы или прожекторы в действительности и создаются системами направленных антенн. Поэтому только антенны и определяют направленные свойства, и это в равной мере относится как к передающим, так и к приемным антеннам.

Почему же, если сами по себе радиоволны не имеют направленности, на дециметровых и сантиметровых волнах легко получить острую направленность и трудно ее получить, например, на средних волнах? Никакого противоречия в этом нет. Почти все направленные антенны представляют собой систему полуволновых излучателей (диполей), расположенных друг от друга на определенном расстоянии, измеряемом долями длины волны, например, на расстоянии полуволны. Такое взаимное расположение элементов антенны для получения направленности определяет ее размеры и возможность ее осуществления. Взяв даже короткую волну, например 20 метровую, получим, что направленная антенна будет достаточно большой и громоздкой. Ее длина, равная нескольким длинам волн, доходит до 50 — 80 m, а высота до 20—30 т. Такая же антенна для волны в 20 сантиметров будет иметь все линейные размеры в 100 раз меньшие и будет представлять маленькое и легко выполнимое сооружение.

Рис. 3. Приемная и передающие
антенны радолокационной
станции, работающей на
сантиметровых волнах

Поскольку размеры направленных антенн зависят от длины волны, совершенно ясно, что создание направленной антенны для средних волн является делом исключительно трудным, в то время как построить такую антенну для дециметровых или сантиметровых волн в техническом отношении просто. При таком сравнительном определении размеров направленных антенн мы условно приняли, что антенны для средних, коротких и дециметровых волн одинаковы. В действительности для дециметровых и сантиметровых волн антенны с острой направленностью (т. е. при узком пучке распространения) выполняются иначе. Для волн этого диапазона применимы направленные отражателн оптического, типа, подобные отражателям световых прожекторов. При этом отражатель может быть выполнен или из сплошных металлических листов, или из отдельных проводов. Существенным является лишь определенное соблюдение геометрической формы, например полусферы, параболоида или других фигур вращения. Такой отражатель в большой мере подобен отражателю светового прожектора. Отражатель дает не только направленный пучок, но и усиление энергии в направлении распространения, как это происходит в обычном прожекторе.

Влияние усиления, даваемого направленным отражателем типа параболоида, показано на рис. 2.

На этом рисунке приведены теоретические расчетные расстояния, которые получаются при разных передающих и приемных антеннах и мощности излучения передатчика в 0,1 W, длине волны λ =10 cm и уровне шумов приемника в 15 db.

Из этого теоретического расчета видно, что применение параболического отражателя резко увеличивает расчетную дальность, превышающую во много раз практически достижимые пределы. Хотя в действительности такие расстояния не получаются и не могут быть получены, так как в этом расчете не учтены кривизна земной поверхности, поглощение волны и влияние пути распространения, все же дается достаточно наглядный пример, какими небольшими мощностями можно ограничиться при применении остронаправленных антенн.

Мощности, которые нужны для связи на дециметровых и сантиметровых волнах, невелики. Это объясняется тем, что, во-первых, применяются антенны с большой направленностью, а, во-вторых, отсутствием индустриальных и атмосферных помех на этих частотах.

Произведенные наблюдения и измерения помех показывают, что частота индустриальных и атмосферных помех совпадает главным образом с частотами радиовещательного диапазона. По мере укорочении волны л, следовательно, увеличения частоты колебаний мешающее влияние помех уменьшается. Практически на частотах дециметровых и сантиметровых волн помехи совершенно не сказываются. Это имеет очень важное значение для высококачественной передачи и осуществления надежно действующих линий связи в условиях, где радиосвязь на более длинных волнах невозможна, например, в местах с частыми грозами или сильными индустриальными помехами.

Неуклонное увеличение числа действующих радиостанций, внедрение новых линий связи и радиослужб создают «тесноту в эфире». Станции начинают мешать друг другу и появление новой, угрожает работе соседних с нею по частоте. В этом отношении связь на дециметровых и сантиметровых волнах позволяет одновременную работу большего числа радиопередатчиков без взаимных помех. Ширина полосы частот, которая обеспечивает отсутствие взаимных помех, для двух работающих станций при амплитудной модуляции принимается равной 10 кс. Возможное число одновременно работающих станций с точки зрения разноса частот приведено в таблице 1.

Из таблицы видно, что дециметровые и сантиметровые волны позволяют без взаимных помех разместить очень большое число одновременно работающих станций. Правда, следует при этом ломнить, что определение возможного числа станций произведено здесь без учета вопросов стабильности и частоты. Допускаемые нормы по стабильности частоты дают более широкие отклонения частоты, приводящие к необходимости уменьшить возможное число работающих станций. Приведенный в таблице 1 условный расчет числа действующих станций основан на ширине полосы частот в 10 кс, что соответствует коммерческой радиотелефонии. При необходимости передать высококачественную радиовещательную программу полоса частот должна быть расширена. Для указанной передачи технически наиболее целесообразной и совершенной является частотная модуляция, имеющая ряд существенных преимуществ перед амплитудной (см. статью Я. И. Эфруоси «Частотная я амплитудная модуляция»). При применении частотной модуляции, легко выполнимой в рассматриваемом диапазоне волн, количество станций, могущих работать без взаимных помех, сокращается. При принятой для частотной модуляции ширине полосы частот между двумя соседними станциями в 200 кс возможное число одновременно работающих станций приведено в таблице 2.

Данные таблицы 2 показывают, что даже при частотной модуляции дециметровые и сантиметровые волны дают возможность разместить достаточно большое число станций. Это обстоятельство является уже в настоящее время весьма важным и в недалеком будущем приобретет еще большее значение, так как «заполнение эфира» происходит крайне быстро.

Этим мы заканчиваем рассмотрение основных общих вопросов, характеризующих свойства дециметровых и сантиметровых волн и отличие их от более длинных радиоволн.

Вернуться к содержанию журнала "Радио" 2 номер 1946 год







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.