Итак, наконец мы добираемся до радиоволн и антенн.

5 3094
      

      Для того, чтобы получить радиоволну, необходимо сгенерировать токи ВЧ, которые, попав в антенну, и приведут к излучению радиоволны.

      Собственно, электромагнитные волны будут излучаться при наличии токов любой частоты - даже те же 50 герц создают электромагнитные волны, другой вопрос в эффективности применения этого излучения и создания условий для него.

      Поэтому для связи, навигации и так далее применяются волны частот 10 килогерц и выше, примерно до 3 терагерц (3000 Ггц) , электромагнитны колебания этого диапазона и называются радиоволнами.

      Весь диапазон радиоволн разбит на ряд поддиапазанов - сверхдлинные волны, длинные, средние, короткие , ультракороткие и так далее. В общем то все это условно, и в основном отнесение частот к тому или иному поддиапазону делается только на основании их поведения при распространении в условиях Земли, ее атмосферы и ионосферы.

      Есть и другое распределение волн по поддиапазонам - это гражданский диапазон, телевизионный диапазон, вещательные ЧМ или ФМ участки, сотовые станции работают в своих частотных поддиапазонах.

      Все это в принципе условно , и найти значение того или иного названия всегда можно в интернете.

      Генерация ВЧ колебаний (переменного высокочастотного тока) может происходить разными путями .

     Самый первый способ, который применяли люди - это искровые генераторы (хотя кое кто уверяет, что от "народа " специально скрывают то, что при появлении электрического искрового разряда возбуждаются высокочастотные колебания).

      Искровой передатчик прост до невозможности - берется так называемая катушка Румкорфа. то есть, обычная индукционная катушка , в первичную цепь ее, до прерывателя, включается телеграфный ключ, а вторичная цепь с разрядником , в искровом промежутке которого проскакивает искра, подключается к антенне и заземлению.

Если нажать ключ М , то сердечник катушки намагнитится и притянет якорь прерывателя V, цепь катушки разомкнется, и прошедший импульс тока возбудит во вторичной обмотке катушки высокое напряжение. В разряднике Е между шариками возникнет высокопотенциальное электрическое поле, что приведет к пробою промежутка и резкому падению потенциалов поля. Поскольку шарики подключены к земле и антенне, то изменение потенциала шарика приводит к такому же изменению потенциала провода антенны, вокруг него возникнет электромагнитное поле. При этом , между проводом и антенное есть емкость, а сам провод обладает индуктивностью, получается колебательный контур, в котором начинаются затухающие колебания с частотой , на которую он настроен. Эти колебания возбуждают электромагнитные волны, которые излучаются в пространство. 

       После размыкания прерывателя ток в первичной обмотке катушки прекратится, якорь отпустится, и замкнет ток снова, и цикл генерации высокого напряжения и искры повторится.

      По смыслу это похоже на колокол, в котором каждый разряд в искровом промежутке является ударом по колоколу - контуру, который потом "гудит", излучая электромагнитные волны.

     После размыкания прерывателя ток в первичной обмотке катушки прекратится, якорь отпустится, и замкнет ток снова, и цикл генерации высокого напряжения и искры повторится

     Первые передатчики не имели между антенной и генерирующим разрядником ничего, антенна подключалась прямо к разряднику, в результате чего спектр излучения их был очень широкий, и даже две три близко расположенные станции уже создавали помехи друг другу. Кроме того, поскольку спектр излучения "размазывался" по диапазону, полезная излучаемая мощность была мала.

     Поэтому почти сразу и Попов , и Маркони стали включать в схему колебательный контур цепь, состоящую из катушки и конденсатора. Контур обеспечивал концентрацию колебаний на определенной частоте.

     Схема контура может быть параллельной и последовательной, в зависимости от соединения конденсатора и катушки.

                       Последовательный колебательный контур

     Про то , как возникают колебания в контурах, проходящих процессах и так далее, можно найти на сайтах для школьников, нас же интересует следующее свойство контуров - сопротивление параллельного контура на рабочей (резонансной ) частоте стремится к бесконечности, последовательного же - к нулю.

      Поэтому включение параллельного контура между антенной и заземлением "закорачивало" токи ненужных частот на землю и не допускало их в антенну,  практически не влияя на колебания нужной частоты , ну а последовательный контур включался между разрядником и антенной, преграждая путь колебаниям ненужной частоты в антенну.

      Основные усовершенствования искровых передатчиков до появления непрерывной генерации ВЧ колебаний велись в основном в направлении улучшения фильтрации сигнала в антенну, и зачастую схема такой фильтрации (и согласования антенны) состояла из нескольких параллельных и последовательных контуров, которые тщательно настраивались на рабочую частоту передатчика.

      По мере расширения использования радиосвязи стало ясно, что для ее развития необходимо использования генераторов незатухающих колебаний, которые выдавали бы непрерывно ВЧ ток нужной частоты и мощности.

     Эту задачу решили с помощью дуговых радиопередатчиков, в которых в колебательный контур включается вольтова дуга - незатухающий разряд в газе . При определенных условиях зависимость тока в дуге от напряжения становится обратной - то есть, при повышении напряжения ток падает, при понижении растет (кстати, такой же участок есть и на характеристике туннельных диодов). То есть, практически в этот момент дуга является цепью с отрицательным сопротивлением.

      Подобное поведение дуги позволяло компенсировать потери в колебательно контуре, и создать такой режим , чтобы в нем возникли и продолжались незатухающие колебания , близкие к синусоидальным по форме.

      Однако, КПД таких передатчиков был довольно низким, кроме того, манипуляция их сигнала была возможна только по частоте , а для получения звуковой модуляции микрофон включался непосредственно в цепь антенны, что ограничивало передаваемую мощность током спекания угольного порошка в микрофоне.

      Необходимы были генераторы ВЧ, которые имели бы достаточный КПД, позволяли генерировать значительную мощность, а их цепи манипуляции и модуляции не включались бы в цепь ВЧ тока.

      Такими генераторами стали МАШИННЫЕ генераторы, который представляли из себя многополюсную электромашину переменного тока, состоящую из привода и генератора.

     Привод мог быть разный, в том числе и механический, от паровой машины или двигателя внутреннего сгорания, либо электродвигателя. но обязательно высокооборотный со строго стабилизированными оборотами, а вот генератор представлял из себя обычный однофазный генератор переменного тока с большим количеством полюсов , что позволяло генерировать ток с частотой несколько десятков (до 100) килогерц.

     Такие машинные генераторы связывались через систему согласования с антенной , и вполне успешно позволяли вести радиосвязь. Ключ (манипуляция) включался в обмотку возбуждения генератора, которая включалась только в момент нажатия ключа.

     Именно на машинных передатчиках были проведены первые успешные эксперименты , показавшие возможность качественной звуковой модуляции радиоволн - микрофон включался в цепь возбуждения генератора, что приводило к изменению тока возбуждения под влиянием звуковых волн и соответственно генерируемой мощности.

     Революция в радиосвязи произошла с момента создания первого лампового генератора незатухающих колебаний , который появился в 1913 году. С этого момента и до создания полупроводниковых приборов лампы безраздельно стали господствовать в радиаппаратуре.

     Ламповые генераторы позволяли генерировать частоты практически всех используемых в то время диапазонов, применять все виды модуляции - амплитудную, однополосную, частотную, фазовую и так далее, были довольно компактны, имели хороший КПД, позволяли генерировать сигнал на более низкой частоте с последующим его умножением, хорошо согласовывались с антеннами. 

     Именно это и предопределило их широкое применение как профессионалами, так и радиолюбителями.

     Простота их конструкции привела к тому, что в СССР, например, в 60х годах прошлого века распространилось  такое явление, как радиохулиганство ("шарманщики") - молодежь, зачатую ученики 6 и боле старших классов, изготавливали простейшие генераторы ВЧ на одной лампе, без всяких модулирующих устройств и блоков питания, затем подключали их к выходному каскаду усилителя низкой (звуковой) частоты любого лампового приемника, и получался вполне себе работоспособный передатчик средних волн, позволявший вести как речевую передачу через микрофон, так и проигрывать музыку с помощью проигрывателя . А поскольку в составе "аппаратуры" был радиоприемник, "шарманщики" вели между собой полноценную радиосвязь, дальность которой в благоприятных условиях могла достигнуть нескольких сот километров.

     Ваш покорный слуга тоже не избежал данного увлечения классе этак в 7-8ом, окончившемся обнаружением соответствующими службами, доставкой в отдел КГБ, беседой с его сотрудниками о недопустимости подобного занятия и направлением в ДОСААФ на курсы радистов.

     При всей важности передатчиков и приемников, радиосвязь невозможна без антенн, и с самого момента проведения первых связей антенны были важным элементом, над которым велась постоянная работа. 

      Теория антенн изучена вполне достаточно, описана во многих работах, и изучается в ВУЗах в курсе "АФУ" (Антенно-фидерные устройства). Конструктивные особенности антенн зависят от диапазонов их работы и назначения. Так, широковещательные антенны должны иметь круговую диаграмму направленности (излучать во все стороны на 360 градусов) , антенны радиолокаторов - как можно более узкую в горизонтальной плоскости, антенны устройств наведения ракет - диаграмму "карандашного (игольчатого ) " типа , и так далее.

      Учебников по АФУ много, но если кто то захочет самостоятельно изучить данную проблему, советую книги для радиолюбителей - советских авторов Бунина и Яйленко (в первых изданиях - Бунимович и Яйленко) "Справочник радиолюбителя -коротковолновика ", их же "Техника любительской однополосной радиосвязи", в которых в том числе разбираются вопросы антенной технике, и антенную библию радиолюбителей - книгу немецкого радиолюбителя из ГДР Карла Ротхаммеля (позывной DM2ABK), которая выдержала уже более 20 изданий и до сих пор является наиболее доступной для понимания книгой по антеннам.

      Книги эти есть в свободном доступе в интернете, желающие могут их скачать и самостоятельно заняться изучением интересующего материала.

        Продолжение следует .

Трамп заходит с козырей

Трамп произнес Главную речь, посвященную выборам. Если коротко - поражение не признал, никому ничего передавать не собирается. Формально - это казус бели. По понятиям - вызывает вторую сторону на стре...

Отряд мозоленогих двинул в наступление. На Шойгу.

Эко Силуанова вспучило. Почуял себя сотоварищи накануне грандиозного шухера, не иначе. Вон и Чубайс, говорят, в отставку запросился. Тот еще симптом. А Путин намедни на пресс-конференции Валдайского ф...

Обсудить
    • Galka
    • 20 августа 2019 г. 08:12
    О антеннах лучше читать Игоря Гончаренко современным и понятным языком http://dl2kq.de/ И тут же проверить их при помощи адаптированного для нас его моделировщика антенн. А Какл Ротхаммель много сказок пишет... ;)
  • А вы хорошо объясняете и стиль письма мне Ваш очень нравится :thumbsup: Всегда хотел более подробнее изучить эту тему . И тут наткнулся на Ваши статьи и обрадовался как ребёнок . :blush: Прочитал всё! Но как всегда хочется больше . Будут ли ещё статьи на эту тему?