§ 61. Современная радиосвязь

Если передатчик излучает затухающую синусоидальную волну, то в приемной антенне получится гармоническое колебание. Очевидно, никакой передачи сигналов таким путем осуществить нельзя. С помощью приемника мы можем только установить, работает передатчик или нет. Для того чтобы передать как: либо сигналы, речь, музыку, телевизионные изображения и т. п., необходимо как-то менять характер излучения передатчика, например менять амплитуду его колебаний. Этот процесс называется модуляцией. Простейший способ телеграфной модуляции состоит в прерывании излучения с помощью ключа, т. е. в посылке коротких и длинных сигналов — «точек» и «тире» азбуки Морзе (рис. 140). При телефонной модуляции амплитуда излучения меняется не путем включения и выключения, а плавно – с передаваемыми звуковыми частотами (рис. 141).

Рис. 140. Телеграфная  модуляция

Рис. 141. Телефонная  модуляция

На рис. 142 показана схема, поясняющая процесс телефонной модуляции. В отличие от рис. 58 здесь между сеткой и катодом лампы включена вторичная обмотка небольшого повышающего трансформатора, в первичную обмотку которого включены обычный телефонный капсюль (угольный микрофон) и батарея. Под действием звуковых волн, падающих на мембрану микрофона, угольный порошок в нем подвергается давлению, которое меняется с частотой звука. В результате с этой же частотой меняется сопротивление микрофона, а значит, и ток в первичной обмотке трансформатора. Это приводит к появлению переменной, э.д.с. во вторичной обмотке трансформатора, т.е. на сетку лампы падает переменное напряжение звуковой частоты. Амплитуда высокочастотных колебаний, генерируемых в контуре посредством этой лампы, меняется вместе с этим низкочастотными напряжением на ее сетке, а следовательно, так же меняется и интенсивность радиоволн, излучаемых антенной.

Рис. 142. Схема телефонной  модуляции

Разумеется, современная передающая радиоаппаратура устроена сложнее, но описанная схема передает основные ее черты.

Мощность современных широковещательных радиостанций достигает многих сотен и даже тысяч киловатт. Для таких станций созданы специальные радиолампы, размеры которых иной раз превосходят рост человека. Родиной мощных широковещательных станций является наша страна. Уже в 1922 г. в Москве была построена самая крупная по тому времени радиостанция мощностью , а в 1932 г. в Москве же впервые в мире была введена в действие станция мощностью . Вообще в строительстве мощных радиостанций, разработке для них ламп, антенных сетей и т.п. наша страна занимает одно из первых мест в мире. Мы обязаны этим целому ряду выдающихся советских радиоспециалистов: М. А. Бонч-Бруевичу, М. В. Шулейкину, А. Л. Минцу и др.

К антенне радиоприемника приходят модулированные излучения множества одновременно работающих передающих станций. Кроме того, электрические колебания в приемной антенне возбуждаются под действием всевозможных источников помех (например, атмосферных электрических разрядов, искрящих контактов электрических машин и приборов и т. п.). Задача приемника состоит в том, чтобы: 1) выделить из всей этой смеси колебаний передачу интересующей нас станции, 2) в достаточной степени усилить выделенные колебания и 3) получить из этих высокочастотных модулированных колебаний сигналы (колебания со звуковыми частотами, телеграфные или телевизионные сигналы и т. п.), которыми модулировано излучение станции.

Первая задача решается, как мы знаем, при помощи резонанса (§ 29). Приемник содержит колебательные контуры (в простейшем случае — один контур), которые выделяют из всего сложного набора электрических колебаний в антенне довольно узкую полосу частот (так называемая «полоса пропускания»). Меняя настройку контуров приемника, мы передвигаем его «полосу пропускания» по шкале частот. Настройка на данную радиостанцию означает такую установку «полосы пропускания» приемника, при которой частота станции попадает в эту полосу. При этом, конечно, в «полосу пропускания» попадает и некоторая доля колебаний от источников помех. Прием возможен только в том случае, если колебания от принимаемой станции не слишком слабы по сравнению с уровнем мешающих колебаний.

Вторая задача — усиление выделенных посредством резонанса колебаний — решается с помощью либо электронных ламп (см. том II, § 106), либо полупроводниковых триодов (см. том II, § 110). Усиливая колебания, эти приборы и работают в качестве «реле»: выигрыш в интенсивности колебаний получается за счет энергии тех источников (например, батарей), которые питают лампу или транзистор. Если для усиления используется электронная лампа, то слабые колебания напряжения, созданные электромагнитной волной в колебательном контуре приемника, подводятся к сетке этой лампы и вызывают гораздо более сильные колебания в цепи ее анода. С анода одной лампы усиленные колебания можно подвести к сетке следующей лампы и усилить их еще больше (многокаскадное усиление). В настоящее время электронные лампы все больше вытесняются полупроводниковыми триодами и диодами (см. том II § 110), которые гораздо меньше по габаритам и требуют значительно меньших «питающих» напряжений и мощностей.

Наконец, третья задача — восстановление низкочастотных модулирующих сигналов из высокочастотных модулированных колебаний — решается посредством детекторов — приборов, которые проводят ток в одном направлении лучше, чем в противоположном. В современных радиоприемниках в качестве детектора используются опять-таки электронные лампы или полупроводниковые диоды, к которым относятся и так называемые точечно-контактные диоды. В последних выпрямляющим действием обладает контакт между полупроводниковым кристаллом и металлическим острием. Выпрямляющие контакты такого типа (работающие к тому же без всяких источников постоянного питания) были известны как кристаллические детекторы и применялись в радиотехнике еще до изобретения электронных ламп. Поясним, в чем заключается действие детектора.

Благодаря неодинаковому сопротивлению детектора для двух направлений тока форма (осциллограмма) переменного тока, текущего через детектор, отличается от формы подведенного к нему напряжения (рис. 143). В то время как колебания напряжения имеют одинаковый размах (амплитуду) в обе стороны от нуля (рис. 143, а), колебания тока «подрезаны» с той стороны, в которую детектор проводит хуже (рис. 143, б). Но такой несимметричный переменный ток можно представить как сумму постоянного тока (кривая 1, рис. 143, в) и симметричного переменного тока (кривая 2).

Рис. 143. Как действует детектор

Таким образом, если подвести к детектору синусоидальное высокочастотное напряжение, то через детектор, кроме переменного тока высокой частоты, будет течь еще и постоянный ток, который может, например, заставить отклоняться гальванометр, включенный последовательно с детектором.

Допустим теперь, что амплитуда высокочастотного напряжения, подводимого к детектору, не постоянна, а модулирована — изменяется с низкой частотой (рис. 144, а). В детекторе получится несимметричный ток, причем тоже модулированный (рис. 144, б). Если подобно предыдущему разложить такой ток, выделив из него симметричное высокочастотное колебание (кривая 2, рис, 143, в), то вторым слагаемым будет уже не постоянный ток, а ток, меняющийся с низкой частотой — частотой модуляции (кривая 1). Если последовательно с детектором включить телефон, то этот ток низкой (звуковой) частоты заставит колебаться мембрану телефона и будет нами услышан. Такая простейшая комбинация детектора с телефоном применялась в так называемом детекторном приемнике (рис. 145), которым широко пользовались до появления приемников с электронными лампами.

Рис. 144. Детектирование модулированного колебания

Рис. 145. Схема детекторного радиоприемника

Детекторный приемник работает не по принципу реле, а использует непосредственно ту энергию, которую улавливает приемная антенна. Детектор с телефоном присоединяется к резонансному колебательному контуру, причем телефон шунтируется конденсатором, через который легко проходит высокочастотная часть детекторного тока. Достоинством детекторного приемника по сравнению с ламповыми является полное отсутствие источников питания, но отсюда недостаток, из-за которого он был вытеснен ламповыми приемниками, — малая чувствительность.