Что такое электроника? Принципы работы
радиоустройств, радиокомпоненты, принципиальные схемы, электрические
колебания и связь, цифровое ТВ, интегральные схемы и многое другое...
Дата обновления
05.06.2016
Посвящение в радиоэлектронику, массовая радио-библиотека
поддержка
проекта:
разместите на своей странице нашу кнопку!И мы
разместим на нашей странице Вашу кнопку или ссылку. Заявку прислать на
e-mail
Статистика
Таинственные шумы, трески и шорохи эфира
Радиосигналы естественного происхождения регистрировались еще
грозоотметчиком А. С. Попова. Но вот что удивительно: когда стали
изготавливать приемники с огромными антеннами для диапазона
сверхдлинных волн, число атмосферных разрядов, регистрируемых
приемником, возрастало, хотя никаких гроз в обозримой окрестности и
в помине не было. Оставалось предположить, что приемник регистрирует
очень удаленные грозы. Теперь-то нам ясно, что свсрхдлинные волны
распространяются на расстоянии в тысячи и тысячи километров. А
спектр излучения разряда молнии имеет максимум на частотах 7...30
кГц. На более высоких частотах спектральная плотность излучения
равномерно уменьшается. Поэтому нет ничего странного в том, что
принимаются сигналы гроз, свирепствующих очень далеко от наших мест,
где в это время может стоять прекрасная погода.
На Земле в каждый данный момент бушует не менее 100-300 гроз.
Подавляющее их большинство приходится на экваториальные области.
Выделяют даже центры грозовой активности, расположенные в
Центральной Америке и в Южной Америке в бассейне Амазонки, в
тропической Африке и в Индонезии. Когда условия прохождения
радиоволн из этих районов улучшаются, возрастает и уровень
атмосферных помех в эфире. Одиночный грозовой разряд,
зарегистрированный приемником, радисты назвали коротко и даже как-то
ласково "атмосферик".
Грозопеленгатор
По форме принятого атмосферика, воспроизведенной на экране
осциллографа, можно судить и о пути, пройденном им в эфире. Скорость
распространения различных спектральных компонентов сложного спектра
атмосферика разная, к тому же разные частоты по-разному ослабляются
при распространении. Как правило, составляющие нижних частот спектра
поступают с меньшим ослаблением, чем верхнечастотные, поэтому и
максимум атмосферных помех приходится на достаточно низкие частоты
около 10 кГц. В результате, чем больший путь прошел атмосферик, тем
"басовитее" и длиннее он становится. Его звук, воспроизведенный
приемником, не имеет уже ничего общего с сухим треском близкого
грозового разряда.
Особенно интересный характер приобретают атмосфсрики в диапазоне
частот электромагнитного спектра, соответствующих звуковым частотам
1... 16 кГц. Здесь дальний атмосферик прослушивается как свист
изменяющегося тона. По длительности и диапазону изменения тона
свиста можно судить о дальности до очага грозы, породившей этот
"свистящий атмосферик". Она может достигать и десятков тысяч
километров. Прием и "расшифровка" параметров атмосфериков довольно
много дают науке при изучении верхних слоев атмосферы и путей
распространения радиоволн. Что же касается техники приема, то со
времен первого грозоотметчика она изменилась настолько, что стала
совершенно неузнаваемой.
На рисунке показан внешний вид современного индикатора гроз.
Обратите внимание на антенны. Они малогабаритны, их малые размеры
компенсируются высокой чувствительностью приемника. Антенн три:
ненаправленная штыревая и две направленные рамочные. Рамочная
антенна принимает сигнал лучше всего в том случае, если направление
магнитного поля приходящей волны перпендикулярно плоскости рамки.
Поэтому направление на источник сигнала должно лежать в плоскости
рамки. Диаграмма направленности рамочной антенны имеет вид
восьмерки. Грозопеленгатор оснащен электронно-лучевой трубкой, луч
на экране которой ярко вспыхивает в момент прихода атмосферика.
Яркостью луча управляет канал приема, связанный с ненаправленной
штыревой антенной. Еще два канала приема, связанные с рамочными
антеннами, управляют отклонением луча от центра экрана. Рамки
ориентируются в направлениях север юг (TV S) и восток запад (О W).
Аналогичные обозначения наносят и на краях экрана. В результате
каждый разряд молнии вызывает появление на экране светящейся
полоски, ориентация которой указывает направление на грозу, а
длина-интенсивность разряда. Таким образом, современный
грозоотметчик указывает не только на существование грозового очага,
но и определяет направление на него. В зависимости от
чувствительности каналов приема (которую можно регулировать)
грозопеленгатор может регистрировать как местные (100... .. .300
км), так и весьма удаленные (тысячи километров) грозы. Для
регистрации местных гроз теперь все чаще используют
метеорологические радиолокаторы.
Следующим, а в крупных городах первым по значению источником помех
радиоприему является деятельность человека. Проведите небольшой
опыт. Включите приемник, найдите свободную от сигналов радиостанций
частоту в диапазонах ДВ или СВ и увеличьте громкость до предела. Что
вы слышите? Если не сплошной треск, то уж нерегулярные потрескивания
и щелчки обязательно. А теперь включите настольную лампу или любой
другой электроприбор. Слышали щелчок в момент включения?
Представьте, сколько электрических установок, выключателей и
искрящих контактов в большом городе окружает нас! Ведь каждая искра
в выключателе, микроскопическая дуга между щеткой и коллектором
электродвигателя, служат возбудителями радиочастотных колебаний,
точно так же, как и в первом искровом передатчике Герца. А
электрические провода служат прекрасными антеннами. Нельзя сказать,
что против индустриальных помех не применяется никаких мер борьбы.
Правильно сконструированные электрические сети обязательно
оснащаются устройствами для подавления помех. Любой искрящий контакт
должен оснащаться искрогасящим устройством и противо-помеховым
фильтром. В простейшем случае им может быть обычный конденсатор,
шунтирующий контакт. Повышается и помехоустойчивость радиоприемных
устройств. Редкие щелчки хороню подавляются ограничителями
импульсных помех. Борьба с непрерывными "гладкими" помехами
значительно сложнее, но и здесь поможет правильное проектирование
входных цепей приемника и использование специальных помехоустойчивых
антенн.
Но все это- будни радиоприема и радиосвязи, а как же с праздниками?
Как обстоит дело с приемом радиосигналов от внеземных цивилизаций?
Собственно говоря, в процессе развития радиотехники их принимали
неоднократно. Правда, потом оказывалось, что это нечто совсем
иное... Слишком велико желание, очень уж велика тяга у людей к
таинственному и необыкновенному. Лишь только появились первые
радиоприемники стали ждать сигналов с Марса. Тем более, что в те
годы Марс располагался на орбите близко к Земле. В телескопы
внимательно изучали марсианские каналы. А. Толстой написал
знаменитую "Аэлиту". Радиосигналов от разумных существ, правда, не
дождались. Но эфир слушали, продолжая заниматься обычной рутинной
инженерной и исследовательской работой. И космические сигналы были
приняты! Это случилось совершенно неожиданно.
Американский радиоинженер-исследователь К. Янский в декабре 1931
года был далек от мысли о внеземных источниках излучения Он измерял
и анализировал уровень шума в эфире на коротких волнах. Ясно
прослеживался суточный ход уровня помех, связанный с изменениями
условий прохождения радиоволн. Занимаясь исследованиями достаточно
долго, Янский обнаружил, что максимум помех на самых коротких
волнах, длиной около 15 м, наступает в каждый последующий день на
четыре минуты раньше, чем в предыдущий. А это значит, что
периодичность изменений соответствует не солнечным, обычным суткам,
а звездным, продолжительность которых составляет 23 ч 56 мин. Ведь
Земля, вращаясь вокруг Солнца, за год делает еще один,
дополнительный оборот вокруг своей оси. Отсюда следовало, что
источник шумов лежит вне Солнечной системы!
Последующие наблюдения с помощью направленных антенн показали, что
максимум интенсивности принимаемых шумов соответствует направлению
на центр нашей Галактики и как бы "размыт" вдоль Млечного Пути.
Открытие Янского положило начало новой науке-радиоастрономии,
занимающей теперь одно из ведущих мест в изучении Вселенной. Вторая
мировая война надолго прервала радиоастрономические исследования. Но
после ее окончания в руках ученых оказалась новая техника - техника
дециметровых и сантиметровых волн, позволившая построить антенны
высокой направленности и чувствительные радиоприемники. С их помощью
были открыты радиозвезды точечные и необычайно мощные источники
радиоизлучения. Долго не удавалось отождествить радиозвезды с
какими-либо видимыми астрономическими объектами. Первым отождествили
мощный радиоисточник в созвездии Тельца. Его положение совпало с
положением наблюдаемой в оптическом диапазоне Крабовидной
туманности. Эта туманность является остатком сверхновой звезды, ярко
вспыхнувшей в 1054 году. Сведения об этой вспышке найдены в древних
китайских летописях. Как указывают летописцы, звезду было видно даже
днем, настолько она была яркой. Теперь эта газовая туманность
расширяется со скоростью 115 млн. км в сутки. А находится она от нас
на расстоянии 4100 световых лет!
Радиоастрономия за немногие годы своего существования сделала
поразительные открытия. Оказалось, что многие мощные источники
радиоизлучения лежат не в нашей Галактике, а далеко за ее пределами.
Эти источники так и назвали -радиогалактики. Одна из радиогалактик,
например, представляет собой не одну, а две галактики, столкнувшиеся
и как бы пронизавшие одна другую. Плотность звезд в галактиках очень
мала, поэтому для звезд никаких особо вредных последствий от
столкновения галактик нет. Но столкновения хотя и очень разреженных
облаков межзвездного газа как раз и вызывают сильное радиоизлучение.
В очередной раз умы исследователей были взбудоражены в 60-х годах,
когда на одном из английских радиотелескопов зарегистрировали
правильно повторяющийся радиосигнал с периодичностью в несколько
секунд. Эта запись совсем уже напоминала телеграфный сигнал, и
первой мыслью была мысль о внеземной цивилизации. Но периодичность
сигнала оставалась строго постоянной,^ а как мы теперь знаем,
правильный периодический сигнал никакой информации не несет.
Источник сигнала назвали пульсаром. Были открыты и другие подобные
источники. Пульсары удалены от нас на миллиарды световых лет -сейчас
радиотелескопы "видят" гораздо дальше, чем самые совершенные
оптические телескопы. Пульсары являются как бы "хронометрами"
Вселенной, и сейчас идет речь о том, чтобы использовать их излучение
как эталон точного времени.
В заключение главы о радиоволнах хотелось бы сказать еще несколько
слов о грядущей космической электромагнитной астрономии. Атмосфера
Земли имеет два главных "окна прозрачности". Одно лежит в диапазоне
световых волн с длинами 0,4.. .0,7 мкм. И благодаря ему мы
наслаждаемся теплом солнечных лучей днем, светом Луны и звезд ночью,
благодаря ему возможна самая древняя наука -оптическая астрономия.
Другое окно прозрачности атмосферы радиоокно. С одной стороны его
ограничивает критическая частота ионосферы, соответствующая длинам
волн 20...50 м, а с другой - частоты поглощения молекул водяного
пара и атмосферных газов, соответствующие миллиметровым волнам. Как
видим, радиоокно в тысячи раз "шире" оптического. Оно позволило
появиться одной из самых молодых наук -радиоастрономии. Но ведь
космос интересно исследовать и в других диапазонах волн -
инфракрасном, субмиллиметровом, рентгеновском. Такие исследования
становятся возможными с созданием в космосе астрономических
обсерваторий. Уже выведен на околоземную орбиту спутник с
рентгеновским телескопом, широко используется в космических
исследованиях инфракрасная техника. Особо следует подчеркнуть, что
появление новых научных и технических направлений очень тесно
связано с успехами радиоэлектроники - ведь все приемники изучения,
системы регистрации, наведения и управления построены на основе
электронной техники.
Ну а теперь, имея минимальные сведения о распространении радиоволн в
условиях Земли, имеет смысл рассказать о конкретных радиоэлектронных
устройствах, и прежде всего о том, из чего они сделаны.
