» » Радиоволны, их распространение и улавливание

Радиоволны, их распространение и улавливание

П. А. Н.

Как мы уже указали в предыдущей статье в «Радио Всем» № 8 (27), в открытых колебательных цепях поля не всюду одновременно достигают своей величины и поэтому на некотором расстоянии они несколько запаздывают в своем изменении по отношению к колебаниям в антенне. Проходит отделение электромагнитного поля, и мы получаем разбегающуюся волну, изображенную на черт 9.

Радиоволны, их распространение и улавливание


Нужно помнить, что этот чертеж представляет волну как бы замороженною в пространстве; полная же картина получится, если вообразить, что эта волновая линия движется со скоростью света.

Радиоволны, их распространение и улавливание


В результате очень сложных математических вычислений, можно нарисовать картину движения силовых линий, примерно изображенную на черт. 10. Для уяснения ее необходимо иметь в виду что густота силовых линий изображает величину электрического поля а стрелки на них — его направление. Стрелки снизу соответствуют электрическому полю, отделившемуся когда антенна была заряжена положительно, стрелки к верху соответствуют отрицательному заряду. Если ряд таких чертежей для последовательных моментов заснять на кинофильму, мы увидим на экране, как электрические силовые линии антенны постепенно распространяются от нее, при чем число их то увеличивается, то уменьшается; в течение каждого полупериода колебаний в антенне происходит их отрывание. Этот процесс называется отшнуровыванием силовых линий.

Одним из величайших достижений физической науки конца прошлого века является установление того, что свет есть электро-магнитный волновой процесс. Иными словами, наши радио-волны и видимый свет имеют одинаковую природу. Разница лишь в том, что чрезвычайно короткие волны видимого света (наибольшая длин волн 8 десятитысячных милиметра) воспринимаются сетчаткой нашего глаза, а радио-волны, даже самые короткие, не воздействуют ни на один из человеческих чувств. Таким образом, антенна представляет собой источник невидимого света, лучи которого распространяются от нее во все стороны совершенно так же, как видимый свет, скажем, от электрической лампочки. Нетрудно понять, почему явление, описанное нами, называется излучением, а отдельная радио-волна, определенного направления электромагнитным лучом.

2. Распространение.
Мы только что сравнили антенну с источником света. Эта аналогия охватывает и законы распространения радиоволн. Известно, что источник света, помещенный в центре сферы (практически полого шара), как показано на черт 11, дает одинаковое освещение по всей поверхности сферы. Точно так же от антенны распространялась бы сферическая волна, и во всех точках сферы определенного радиуса мы имели бы одинаковое значение электрического и магнитного полей, если бы этому ни препятствовал целый ряд обстоятельств.

Радиоволны, их распространение и улавливание

Черт. 11. Источник света, помещенный в центре полого шара.


Прежде всего нужно отметить, что эти явления не отличались бы друг от друга, если бы земля была бесконечной плоскостью и идеальным проводником. На самом деле нет ни того, ни другого. По своим очертаниям наша планета весьма близка к шару, а электрическое сопротивление почвы отнюдь не равно нулю.

Кроме того, при обычном рассмотрении воздух, или, лучше сказать, атмосферу, окружающую землю, считают за идеальный диэлектрик (непроводник); иначе говоря, мы считаем, что сопротивление воздуха бесконечно велико. В действительности это не так. Вследствие различных причин, как-то: непосредственного действия электронов, которые посылает нам солнце, действия самих солнечных лучей и других причин космического происхождения, наконец, благодаря особым свойствам земной коры происходит так называемая ионизация атмосферы. Это явление состоит в том что частички воздуха получают электрические заряды. Они будут положительными или отрицательными в зависимости от того, отнимаются ли от частиц электроны, или прибавляются к ним. Ионизация атмосферы делает ее проводящей и влияет на скорость распространения радиоволн.

Так как ионизация очень сильно меняется в зависимости от целого ряда обстоятельств, — именно: высоты над поверхностью земли, времени года, времени суток, географического положения места и т. д., то действительное распространение радиоволн далеко не так просто, как мы изобразили его на схеме черт. 11, в предположении одинаковой скорости движения волны во всех направлениях.

В настоящее время не удалось еще охватить полностью всю сложную картину распространения радиоволн. Здесь столько всевозможных случайностей, что едва ли это когда-нибудь удастся сделать. Теоретически можно объяснить лишь отдельные явления. Мы кратко остановимся на двух самых главных.

В повседневной жизни мы часто наблюдаем два замечательных явления из области физики света; это его преломление и отражение. Отражение света дает всякая гладкая, так называемая зеркальная поверхность. Все мы наблюдали «зайчика» от зеркала. Если посмотреть на чайную ложку около того места, где она входит в чай, налитый в стакан, мы увидим ее как бы сломанной. Это объясняется преломлением световых лучей. Оба названные явления имеют причиной различную скорость распространения в средах, которые лучи проходят (воздух и стекло в первом случае, воздух и чай — во втором).

Радиоволны, их распространение и улавливание

Черт 12. Отражение и преломление светового луча


Положим, что луч света АО падает на границу раздела двух сред, как показано на черт. 12. Обозначим угол между направлением луча, идущего в первой среде с перпендикуляром к поверхности раздела через α. Этот луч частью отразится на поверхности (направление ОЕ), при чем угол отражения будет равен углу α, частью войдет во вторую среду, где направление его изменится. Если скорость распространения во второй среде меньше, чем в первой, луч пойдет в направлении ОВ. (Он приблизится к перпендикуляру NN). Если же скорость распространения во второй среде больше, чем в первой, он пойдет по прямой OD, т.-е. отклонится от NN. Очевидно, что при одинаковых скоростях распространения луч пойдет по прямой ОС, т.-е. не изменит своего направления.

Роль «второй среды» по отношению к радиоволнам играют ионизированные слои атмосферы. Они меняют направление электромагнитных лучей, при чем луч, направленный кверху, может быть отражен обратно к земле. Ионизация различно влияет на скорость распространения радиоволн в зависимости от их длины. Величина отклонения лучей различна для длинных и коротких волн. Повидимому, этим объясняются большие дальности действия и сопряженные с ними случайности при применяемых с недавнего времени коротких волнах (см. черт. 13).

Радиоволны, их распространение и улавливание

Черт. 13. Электро-магнитный луч, направленный кверху, может быть отражен обратно к земле.


Во время первых опытов по радиотелеграфии, по аналогии со световыми лучами, думали, что радиостанция будет слышна только там, откуда ее видно; иначе говоря, предполагали, что радиоволна будет распространяться прямолинейно. Вскоре обнаружилось, что это не так: оказалось, что волны огибают земную поверхность и все встречающиеся на ней препятствия (леса, горы и т. п.). Объяснение этому можно найти все в том же учении о свете. Нетрудно заметить, что тень от какого-либо непрозрачного предмета, помещенного перед маленьким источником света, как показано на черт. 14, не бывает резко очерчена. Между полной тенью и светом лежат чередующиеся полосы того и другого. Это явление диффракции можно хорошо объяснить волновой теорией света, которой мы здесь не приводим. Оно указывает, что световые лучи способны огибать встречающиеся препятствия. Подобно этому огибание земной поверхности радиоволнами также называется их диффракцией.

Радиоволны, их распространение и улавливание

Черт. 14. Явление диффракции.


3. Улавливание.
Во всяком теле появляется электридвижущая сила, когда магнитные силовые линии пересекают его или электрические ложатся на него. Если это тело будет проводником, в нем появится ток. Сила его будет зависеть от проводящих свойств данного тела. Известно, что почти все тела являются в какой-нибудь степени проводящими: металлы — очень хорошие проводники, так же, как и некоторые жидкости (напр., кислоты); различного рода почвы хуже проводят электричество, но и в них может быть электрический ток. Мы знаем, что во всем пространстве около антенны и на значительных расстояниях от нее движутся почти отвесно направленные электрические силовые линии. Очевидно, что во всех предметах, находящихся в районе, где еще заметно электрическое поле волны передающей станции, появятся хотя очень небольшие, но все же уловимые токи. Назначение приемного аппарата состоит в том, чтобы эти токи сделать доступными нашим ощущениям, напр., в виде звука в телефоне.

Сила электрического поля в радиоволне убывает вместе с удалением от передающей станции. Кроме того, часть энергии волны тратится на создание токов во встречных предметах. Все это приводит к тому, что на определенном расстоянии от передатчика (оно зависит от высоты передающей антенны и силы тока в ней) радиоволна практически прекращается, т.-е. ее нельзя обнаружить никакими доступными нам средствами.

Из сказанного ясно, что эффект в приемнике будет тем больше, чем больше энергии мы сумеем отнять у пробегающей волны. Другими словами, в приемной антенне мы должны получить наибольший возможный ток. Для этого антенна должна быть возможно выше (тогда на нее ляжет большая длина электрической силовой линии) и, кроме того, ее сопротивление должно быть возможно меньше. Общее сопротивление колебательного контура, — а таким и является приемная антенна, — имеет наименьшее значение, когда контур настроен в резонанс на приходящую волну. В этом случае сопротивления, вносимые емкостью и самоиндукцией, взаимно уничтожаются, и остается одно лишь омическое сопротивление контура (сопротивление постоянному току). Уничтожить это сопротивление мы не можем. Однако при помощи лампового приемника с так называемой «обратной связью» мы можем компенсировать и это сопротивление, т.-е. устроить так, что антенна как бы вовсе будет лишена сопротивления.

Вблизи от передающей станции, где токи, наводимые в различных предметах, достаточны, — возможен прием на деревья, крыши, заборы, кровати и т. п. суррогатные антенны. Чем дальше находится станция, которую мы желаем принимать, тем лучше надо устроить антенну. Однако зачастую этого не хватает, и тогда приходится прибегать к помощи усилителя.

Совещание

Имя:*
E-Mail:
Полужирный Наклонный текст Подчеркнутый текст Зачеркнутый текст | Выравнивание по левому краю По центру Выравнивание по правому краю | Вставка смайликов Выбор цвета | Скрытый текст Вставка цитаты Преобразовать выбранный текст из транслитерации в кириллицу Вставка спойлера
Вопрос:
Введите название сайта
Ответ:*