Немного про радио

Мир пронизан радиоволнами. Воображению представляется, что в плоскостях антенн, как в реях парусных фрегатов, посвистывает ветер дальних странствий. Слово «антенна» в латинском языке — термин энтомологический. Оно означает усик или щупальце насекомого. Мы протягиваем антенны в пространство, в «эфир», и вылавливаем нужные нам передачи, сигналы, музыку..

«Человеческий организм не имеет еще такого органа чувств, который замечал бы электромагнитные волны. Если изобрести такой прибор, который заменил бы нам электромагнитное чувство, то его можно было бы применить и к передаче сигналов на расстояние», — так закончил А. С. Попов одну из своих лекций в 1889 году.

Как известно, Генрих Герц открыл электромагнитные волны. Мечтатели устремились вперед и объявили о своих надеждах осуществить беспроволочную связь. Однако Герц порекомендовал им отказаться от несбыточных надежд. В том же 1889 году он писал инженеру Губеру: «Если бы Вы были в состоянии построить вогнутые зеркала размером с материк, то могли бы отлично поставить опыты, которые имеете в виду. Но с обычными зеркалами практически сделать ничего нельзя, и Вы не сможете обнаружить ни малейшего действия. Так, по крайней мере, я думаю».

Через 6 лет Попов сделал первую в мире антенну. Это был небольшой проводничок.

Первое радио.

«СЕКРЕТ» АНТЕНН

Помните у В. Маяковского в «Рассказе Павла Катушкина о приобретении одного чемодана»:

«Лезу на крышу.
Сапоги разул. Поставил на крыше
два шеста, Протянул антенну,
отвел грозу, Словом —
механика,
и никакого волшебства».

В стихотворении говорится о приемной антенне, но мы начнем с передающей. Почему она излучает? Катушка с проводником и конденсатор — это колебательный контур. Если первоначально зарядить конденсатор, то он будет затем разряжаться на катушку. При этом вокруг проводника появится магнитное поле, и за счет его энергии конденсатор перезарядится. Это снова вызовет разрядный ток через катушку, но уже обратного направления. Попеременная зарядка конденсатора и его разряд на катушку будут продолжаться до тех пор, пока запасенная в конденсаторе энергия не израсходуется на нагревание контура. Затухающие электрические колебания — так называется физическое явление в колебательном контуре.

Замкнутый электрический контур очень плохо излучает электромагнитные колебания, так как витки провода на катушке расположены рядом. Ток идет туда и обратно, следовательно, наведенное магнитное поле тут же уничтожается. Но давайте разомкнем контур. Этим мы сразу превратим его в… антенну. Всякий провод обладает собственной электрической емкостью и индуктивностью, поэтому он и служит своеобразным контуром, в нем можно получить электрические колебания. Такой провод обычно называют вибратором или диполем. Если одну обкладку конденсатора высоко поднять над землей, а вторую заземлить, наша антенна будет превосходно работать. Земля в данном случае — одна из обкладок электрической емкости — нашего конденсатора. Итак, антенна передатчика преобразует энергию токов высокой частоты в энергию радиоволн. А что происходит в приемной антенне?

…К точке пространства, где стоит приемная антенна, докатывается электромагнитная волна. Приемный провод в тот же миг «окутывается» переменным магнитным полем. А такое поле, как известно, наводит в проводе электродвижущую силу, следовательно, и ток. Ничтожные электрические колебания в антенне усиливаются приемником, и вот уже гремит музыка или доносится речь.

СТРАННАЯ АРХИТЕКТУРА И НЕОБЫЧНАЯ ОПТИКА

На заре развития массового радио, в двадцатых-тридцатых годах прошлого века, радиолюбители использовали в качестве приемных антенн предметы, довольно далекие от радио: железную крышу, водосточную трубу, балкон, кровать, даже самовар. И все это, в общем, годится. Ну, а современная передающая длинноволновая антенна представляет собою уже внушительное инженерное сооружение — громадные мачты, уходящие высоко в небо.

Формы передающих и приемных антенн причудливы и разнообразны: тут и зонтичные, как их называют, «метелки», и Г-, Т-, П-, Н-образные. Пол алфавита ушло на формы антенн. Обычно стремятся поднять антенну повыше: чем больше разность высот, тем больше и разность потенциалов, больше напряжение. А. С. Попов это учел: когда подсоединяли первую в мире антенну, его ассистент Рыбкин хотел лезть на дерево, а Попов предложил привязать провод к детским воздушным шарам…

Архитектура антенн потому так причудлива, что электромагнитные волны всегда бывают поляризованными, то есть идут в одной какой-нибудь плоскости, например, только вертикальной. И если ваша антенна состоит из горизонтальных проводов, вы такую волну ни за что не поймаете. Вот и придают антеннам всевозможные комбинированные формы: надо, чтобы она, нацеленная в пространство, могла принять любую волну.

Впрочем, не надо думать, будто без многометровой башни нельзя сделать хорошую антенну. Что вы скажете, увидев тонкую катушку — палочку с ферромагнитным сердечником внутри? Все «сооружение» умещается на ладони. Но это — превосходная антенна: в катушке с сердечником очень велик магнитный поток, возникающий под действием радиоволны.

Подобными антеннами оснащают карманные радиоприемники. Единственное условие хорошего приема — правильное положение антенны в пространстве. Что ж, махонький приемник совсем нетрудно повернуть до появления ясного, хорошего звука.

Антенны есть не только в технике, но и в биологии. Открыто, например, что радиоволны излучаются мышцами человеческого тела. Частота излучения составляет около 150 тысяч герц. Возможно излучение и на более высоких частотах. По-видимому, оно происходит только в моменты, когда мышца работает, то есть напряжена. Например, мышцы грудной клетки излучают радиоволны при вдохе. Излучение мелких мышц тела сильней, чем крупных. Чрезвычайно сильно излучают мышцы мизинцев. Мышцы головы не дают излучения. Раскрыть тайну антенн-мышц — увлекательное дело!

В общем, слово «архитектура», хоть оно и странно звучит в применении к антеннам, ничего загадочного не представляет. Но, оказывается, не удивляет специалистов и словосочетание «оптика антенн», если только речь идет об ультракоротких волнах — короче 10 метров. Область УКВ, как их сокращенно называют, сегодня чрезвычайно важна в технике: ведь это и телевидение и радиолокация.

Как известно, УКВ распространяются только по прямой и могут приниматься лишь в пределах видимости передатчика. Значит, для увеличения дальности приема нужно строить более высокие башни телевизионных антенн.

А чтобы передать телевизионную программу на тысячи километров, нужны ретрансляционные станции. Однако и это не лучшее решение вопроса. Иное дело антенна — искусственный спутник, неподвижно «подвешенный» на высоте 40 тысяч километров. Спутник-антенна имеет ретрансляционную станцию. Станция может обслуживать телепередачами сразу треть земной поверхности, принимая и передавая обратно сотни программ телестудий.

Для передачи волн длиной менее 10 сантиметров нужны уже волноводы — металлические трубы. Волны поочередно отражаются от стенок и продвигаются вдоль трубы.

Простейшей антенной сантиметровых волн может служить открытый конец волновода. Электромагнитные волны, дойдя до открытого конца, создают в окружающем пространстве электромагнитное поле. Оно захватывает все новые и новые области пространства и, таким образом, удаляется со скоростью света от источника излучения. Поистине «волшебными зеркалами» можно назвать зеркальные антенны ультракоротких волн. Обычно такой «радиопрожектор» состоит из параболического отражателя, в фокусе которого установлен излучатель.

Если УКВ можно фокусировать зеркалами, значит, можно собирать и линзами? Вот она, оптика! Антенны-линзы уже есть. Для создания узкого параллельного пучка лучей линза должна иметь размеры, сравнимые с длиной волны. Изготавливают линзы не из стекла, а из какого-нибудь диэлектрика или даже пластинок металла, имеющих определенную форму. Волны, переходя из одной среды в другую, преломляются, как свет. В фокусе такой линзы помещается излучатель. Линза из металлических пластин имеет меньше потерь, чем из диэлектрика. Расстояние между пластинами тоже должно быть сравнимо с длиной волны.

Для приема телевизионных программ близко от передатчика радиолюбители используют жидкостные антенны. Лампочка накаливания, у которой предварительно обрывают волосок, наполняется дистиллированной водой. Или в трубки ламп дневного света вводят штыри, а трубки наполняют водой или глицерином. Жидкости хорошо «концентрируют» радиоволны.

Кстати, много конструкций антенн этого диапазона имеют съедобные названия: «лимонные дольки», «сыр» и т. д.

Мы пока говорили об антеннах неподвижных или малоподвижных (карманные приемники). Ну, а если антенна вместе с передатчиком или приемником быстро движется — что тогда?

Но об этом читайте уже в нашей следующей статье.

Автор: Ю. Калинин.