Настало время разобраться с тем, что же это такое -- радиоволны, как они образуются? Прежде всего, надо уяснить, что любая волна -- радио в том числе -- это колебания, распространяющиеся в пространстве. Мы уже знакомы с электромагнитными колебаниями в LC-контуре, упоминали маятник как пример колебаний механических. Но оба устройства -- так сказать, стационарные: маятник "привязан" к настенным часам, контур собран на лабораторном макете. Распространение механических колебаний мы можем получить на поверхности воды, бросив в нее камень -- пойдут расходящиеся круги-волны. Заметим характерную особенность волны: сама вода не перемещается, пляшущая на ней щепка только поднимается и опускается. Очевидно, движение вверх -- вниз частиц воды передается , как эстафета, соседним частицам. Другими словами, происходит передача энергии от места падения камня к периферии. В результате круги расширяются, пока не затухнут вдали, потратив энергию на преодоление трения между частицами воды. Но и в этом случае можно получить незатухающие колебания: например, ударять по воде палкой. Правда, получить совершенно незатухающую волну, распространяющуюся на бесконечно большое расстояние, все равно не удастся: любая реальная энергия будет рано или поздно поглощена. Но ударяя с большей силой, мы получим и более высокие волны, и более дальнее их распространение. Вот что еще любопытно: хотя волны от сильного удара палкой стали выше, скорость расхождения кругов ... осталась той же! Что легко можно установить, имея секундомер. Делаем резюме: волна -- это результат действия специального устройства ( в нашем случае камня, палки), которое преобразует приложенную энергию в энергию колебаний. Эта энергия передается на расстояние. От величины энергии зависит амплитуда и дальность распространения волны. Скорость же распространения постоянна для данного типа колебаний и данной среды. Ничем не отличается (кроме, разве, трудности визуального наблюдения) распространение в воздухе звуковой волны, порождаемой, скажем, колеблющейся струной. Да, еще отличие: скорость звука в воздухе иная, нежели скорость распространения механических волн в воде. Но и только.
Теперь уже недалеко до радиоволны. Правда, круги на воде можно увидеть, звуковые волны в воздухе -- несложно вообразить. Гораздо больше фантазии потребуется, чтобы представить себе расходящиеся колебании электромагнитного поля. Попробуйте! Может, у вас возникнет какая-то интересная ассоциация... Впрочем, вы хотите возразить: в первых примерах мы имели дело с частицами воды и воздуха, а здесь -- поле! Ну и что? По современным воззрениям на физику окружающая нас материя непременно проявляет (хотя и в разной степени) свойства как частицы, так и поля. Эта теория носит название корпускулярно-волнового дуализма. Углубляться в нее мы не будем, только отметим, что колебания частиц и колебания полей -- не противоречащие друг другу явления. Понятно, радиоволна может существовать и в безвоздушном пространстве, в нем она распространяется со скоростью света -- 300 тыс. км/сек. Кстати, а ведь свет -- это тоже электромагнитное колебание, только очень уж сверх- сверхвысокой частоты. Как и для света, для радиоволны существуют прозрачные и непрозрачные материалы. Упрощенно можно сказать: все, что проводит электрический ток, для радиоволны является преградой. Это -- металлы, соленая морская вода, влажная почва, сильно ионизированный газ. С частотой колебаний связана длина волны -- расстояние, которое она пройдет за один период колебания. То есть, длина волны равна скорости распространения, деленной на частоту: ^ = 300 / f , где ^ ('это прописная греческая "лямбда") в метрах, а f -- частота в МГц. И наоборот, f = 300 / ^.
Часто длину волны используют для обозначения диапазона радиоволн: длинноволновый (ДВ), средневолновый (СВ), коротковолновый (КВ), ультракоротковолновый (УКВ), а также метровые, дециметровы, сантиметровые и т.д волны. Наиболее интересный для нас КВ диапазон занимает условно участок от 10 до 160 м.
Как же получить радиоволну? Здесь не обойтись без генератора незатухающих колебаний. Подключим к LC контуру два длинных (соизмеримых с длиной волны) параллельных провода, как на рис. 6.1 А. Очевидно, их можно считать продолжением конденсатора: два провода -- это две обкладки. Но в то же время, они -- и продолжение катушки: по проводам потекут токи заряда -- разряда "импровизированного" конденсатора. Поскольку провода длинные (будем их именовать, как принято, ЛИНИЕЙ), а на заряд и разряд необходимо какое-то время, в разных точках линии окажутся разные фазы тока и напряжения: на каком-то участке идет разряд, а на соседнем -- заряд. В следующее мгновение картина переместится вдоль линии. Рассмотрим для упрощения только изменение напряжения (характер изменения тока тот же, только, мы помним, со сдвигом на полпериода). На рисунке дано моментальное (как на фотографии) распределение напряжения вдоль линии. Конечно, ток и напряжение порождают магнитное и электрическое поля. Силовые линии электрического поля показаны стрелками. Пока они "спрятаны" между проводами. А если развести провода друг от друга (рис. 6.1 Б)? Силовые линии растягиваются, частично "выходя наружу". Когда же провода займут положение рис. 6.1 В, силовые линии окажутся полностью "на свободе", и поле сможет начать самостоятельную жизнь в пространстве. Таким же образом приобретет "свободу" и магнитное поле. Итог -- радиоволна, которая вольна распространяться во все стороны. Конечно, к воображаемому процессу "разведения" проводов мы прибегли только для того, чтобы показать, как можно электромагнитные колебания "выпустить наружу". На практике сразу используют отдельные провода АНТЕННЫ и ПРОТИВОВЕСА. Их старются поднять как можно выше над землей, чтобы радиоволне было "просторнее" -- а то всякие местные предметы и здания, да и близкая поверхность земли, будут ей мешать. Часто роль противовеса выполняет ЗАЗЕМЛЕНИЕ. Впрочем, об антеннах мы поговорим отдельно, сейчас лишь отметим, что они выполняют роль преобразователя энергии колебаний контура в энергию радиоволны (как палка, которой мы колотили по воде). Находят применение и линии. Раз антенна поднята высоко вверх, надо энергию к ней подвести (не будет же оператор залезать с радиостанцией на мачту, как обезъяна на пальму!). Для этого включают линию между передатчиком и антенной. Тогда антенна вполне может быть поднята на какую угодно высоту, а оператор будет сидеть в уютной радиорубке. Такая линия ПИТАЕТ антенну. Ее обычно и называют ФИДЕРОМ (от английского feeder -- питатель). Наша линия из двух проводов именуется ОТКРЫТОЙ. Чаще находят применение КОАКСИАЛЬНЫЕ линии из кабеля, центральный провод которой окружен диэлетриком и -- поверх него -- оболочкой-оплеткой из проволоки. Уж такая экранированная линия сама излучать не будет и донесет всю энергия до антенны.
Итак, у нас есть антенна, излучающая радиоволну. Составляющие ее магнитное (его обозначают латинской буквой Н) и электрическое (латинская буква Е) поля можно изобразить соответствующими ВЕКТОРАМИ НАПРЯЖЕННОСТИ ПОЛЯ. Определение понятия "напряженность" достаточно сложно, мы может понимать его как "величина" или "сила" поля. Вектор (от латинского слова vector, несущий) это математический символ любого параметра (не только напряженности поля), имеющего величину и направление. На рисунках его изображают отрезком прямой со стрелкой. Стрелка указывает направление, а длина отрезка соответствет величине параметра. Забраться в такие математические дебри нам пришлось, чтобы перейти от символических силовых линий (кстати, чаще применяемых в электротехнике) к более строгому параметру поля. К тому же силовые линии "привязаны" к полюсам магнита, обкладкам конденсатора. Поле же, образуя волну, свободно перемещается в пространстве. В частных случаях эти понятия друг другу не противоречат, например, в нашем примере образования антенны можно вместо силовых линий оперировать напряженностью электрического поля.
На рис. 6.2 дано изображение волны в сиcтеме прямоугольных координат X,Y,Z. Антенна расположена горизонтально. Волна распространяется в направлении Х. Видно, что векторы Е и Н лежат соответственно в плоскостях XY (горизонтальной) и XZ (вертикальной), они перпендикулярны друг к другу. Это можно понять, если вспомнить, что магнитные силовые линии идут вокруг провода с током (следовательно, перпендикулярно к нему), а электрические лежат в плоскости проводов линии, которую мы превратили в антенну, то есть горизонтально. О такой волне говорят, что она имеет плоскую поляризацию, причем -- горизонтальную (считается по вектору Е). Она определяется положением антенны в пространстве: если нашу антенну повернуть на 90 градусов, мы получим вертикальную поляризацию.
Радиоволна вырвалась из объятий антенны и понеслась вперед со скоростью света. Что ждет ее на пути? Кстати, почему только вперед? Та антенна, о которой шла речь, излучает ее и вперед и назад, поскольку сама "переда" и "зада" не имеет. Вдобавок в вертикальной плоскости волна излучается вкруговую, на все 360 градусов. Это вам не свет, который можно сконцентрировать простейшим рефлектором в пучок и освещать им отдаленные предметы, используя лишь маломощный карманный фонарик. Приходится мириться с тем, что значительная часть энергии радиоволны расходуется впустую. В аналогии со светом это означает, что вместо карманного фонарика мы вынуждены освещать предметы (а также территорию вокруг) мощной электролампой. Так и наша антенна "освещает" радиоволной все подряд, без разбора.
Часть энергии волны, излученной вверх, поглотится ионизированными слоями атмосферы -- ИОНОСФЕРОЙ, а то, что преодолеет этот барьер, просто уйдет в космос. Другая часть, направленная вниз, поглотится почвой либо, отраженная ей, также устремится ввысь. И только оставшаяся часть может представить для нас интерес. Здесь возможны два варианта распространения, показанные на рис.6.3: ЗЕМНОЙ (поверхностной) или ОТРАЖЕННОЙ (пространственной) волнами. Земная волна (1) распространяется вдоль поверхности земли, слегка огибая ее. Причем, лучше огибают землю более длинные волны. Дальность распространения сильно зависит от высоты антенны. Прямо как в сказке "Маша и медведь": "Высоко сижу -- далеко гляжу!". Отраженная волна (2 ) под углом (иначе не отразится!) достигает ионосферы. Последняя действует как полупрозрачное и довольно мутное зеркало: что-то пропускает насквозь (в космос), много поглощает, но какую-то долю и отражает. И эта доля достигает земли уже на гораздо большем расстоянии, чем земная волна. Сверхдальнее распространение возможно только при нескольких СКАЧКАХ, когда волна (3) также отражается от поверхности земли. И при каждом отражении значительная часть энергии теряется, поэтому для многоскачкового распространения необходимо особо благоприятное состояние ионосферы. А это состояние зависит от солнечной активности и подвержено сезонным и суточным изменениям.
Настало время разобраться с тем, что же это такое -- радиоволны, как они образуются? Прежде всего, надо уяснить, что любая волна -- радио в том числе -- это колебания, распространяющиеся в пространстве. Мы уже знакомы с электромагнитными колебаниями в LC-контуре, упоминали маятник как пример колебаний механических. Но оба устройства -- так сказать, стационарные: маятник "привязан" к настенным часам, контур собран на лабораторном макете. Распространение механических колебаний мы можем получить на поверхности воды, бросив в нее камень -- пойдут расходящиеся круги-волны. Заметим характерную особенность волны: сама вода не перемещается, пляшущая на ней щепка только поднимается и опускается. Очевидно, движение вверх -- вниз частиц воды передается , как эстафета, соседним частицам. Другими словами, происходит передача энергии от места падения камня к периферии. В результате круги расширяются, пока не затухнут вдали, потратив энергию на преодоление трения между частицами воды. Но и в этом случае можно получить незатухающие колебания: например, ударять по воде палкой. Правда, получить совершенно незатухающую волну, распространяющуюся на бесконечно большое расстояние, все равно не удастся: любая реальная энергия будет рано или поздно поглощена. Но ударяя с большей силой, мы получим и более высокие волны, и более дальнее их распространение. Вот что еще любопытно: хотя волны от сильного удара палкой стали выше, скорость расхождения кругов ... осталась той же! Что легко можно установить, имея секундомер. Делаем резюме: волна -- это результат действия специального устройства ( в нашем случае камня, палки), которое преобразует приложенную энергию в энергию колебаний. Эта энергия передается на расстояние. От величины энергии зависит амплитуда и дальность распространения волны. Скорость же распространения постоянна для данного типа колебаний и данной среды. Ничем не отличается (кроме, разве, трудности визуального наблюдения) распространение в воздухе звуковой волны, порождаемой, скажем, колеблющейся струной. Да, еще отличие: скорость звука в воздухе иная, нежели скорость распространения механических волн в воде. Но и только.
Теперь уже недалеко до радиоволны. Правда, круги на воде можно увидеть, звуковые волны в воздухе -- несложно вообразить. Гораздо больше фантазии потребуется, чтобы представить себе расходящиеся колебании электромагнитного поля. Попробуйте! Может, у вас возникнет какая-то интересная ассоциация... Впрочем, вы хотите возразить: в первых примерах мы имели дело с частицами воды и воздуха, а здесь -- поле! Ну и что? По современным воззрениям на физику окружающая нас материя непременно проявляет (хотя и в разной степени) свойства как частицы, так и поля. Эта теория носит название корпускулярно-волнового дуализма. Углубляться в нее мы не будем, только отметим, что колебания частиц и колебания полей -- не противоречащие друг другу явления. Понятно, радиоволна может существовать и в безвоздушном пространстве, в нем она распространяется со скоростью света -- 300 тыс. км/сек. Кстати, а ведь свет -- это тоже электромагнитное колебание, только очень уж сверх- сверхвысокой частоты. Как и для света, для радиоволны существуют прозрачные и непрозрачные материалы. Упрощенно можно сказать: все, что проводит электрический ток, для радиоволны является преградой. Это -- металлы, соленая морская вода, влажная почва, сильно ионизированный газ. С частотой колебаний связана длина волны -- расстояние, которое она пройдет за один период колебания. То есть, длина волны равна скорости распространения, деленной на частоту: ^ = 300 / f , где ^ ('это прописная греческая "лямбда") в метрах, а f -- частота в МГц. И наоборот, f = 300 / ^.
Часто длину волны используют для обозначения диапазона радиоволн: длинноволновый (ДВ), средневолновый (СВ), коротковолновый (КВ), ультракоротковолновый (УКВ), а также метровые, дециметровые, сантиметровые и т.д волны. Наиболее интересный для нас КВ диапазон занимает условно участок от 10 до 160 м.
Как же получить радиоволну? Здесь не обойтись без генератора незатухающих колебаний. Подключим к LC контуру два длинных (соизмеримых с длиной волны) параллельных провода, как на рис. 6.1 А. Очевидно, их можно считать продолжением конденсатора: два провода -- это две обкладки. Но в то же время, они -- и продолжение катушки: по проводам потекут токи заряда -- разряда "импровизированного" конденсатора. Поскольку провода длинные (будем их именовать, как принято, ЛИНИЕЙ), а на заряд и разряд необходимо какое-то время, в разных точках линии окажутся разные фазы тока и напряжения: на каком-то участке идет разряд, а на соседнем -- заряд. В следующее мгновение картина переместится вдоль линии. Рассмотрим для упрощения только изменение напряжения (характер изменения тока тот же, только, мы помним, со сдвигом на полпериода). На рисунке дано моментальное (как на фотографии) распределение напряжения вдоль линии. Конечно, ток и напряжение порождают магнитное и электрическое поля. Силовые линии электрического поля показаны стрелками. Пока они "спрятаны" между проводами. А если развести провода друг от друга (рис. 6.1 Б)? Силовые линии растягиваются, частично "выходя наружу". Когда же провода займут положение рис. 6.1 В, силовые линии окажутся полностью "на свободе", и поле сможет начать самостоятельную жизнь в пространстве. Таким же образом приобретет "свободу" и магнитное поле. Итог -- радиоволна, которая вольна распространяться во все стороны. Конечно, к воображаемому процессу "разведения" проводов мы прибегли только для того, чтобы показать, как можно электромагнитные колебания "выпустить наружу". На практике сразу используют отдельные провода АНТЕННЫ и ПРОТИВОВЕСА. Их стараются поднять как можно выше над землей, чтобы радиоволне было "просторнее" -- а то всякие местные предметы и здания, да и близкая поверхность земли, будут ей мешать. Часто роль противовеса выполняет ЗАЗЕМЛЕНИЕ. Впрочем, об антеннах мы поговорим отдельно, сейчас лишь отметим, что они выполняют роль преобразователя энергии колебаний контура в энергию радиоволны (как палка, которой мы колотили по воде). Находят применение и линии. Раз антенна поднята высоко вверх, надо энергию к ней подвести (не будет же оператор залезать с радиостанцией на мачту, как обезъяна на пальму!). Для этого включают линию между передатчиком и антенной. Тогда антенна вполне может быть поднята на какую угодно высоту, а оператор будет сидеть в уютной радиорубке. Такая линия ПИТАЕТ антенну. Ее обычно и называют ФИДЕРОМ (от английского feeder -- питатель). Наша линия из двух проводов именуется ОТКРЫТОЙ. Чаще находят применение КОАКСИАЛЬНЫЕ линии из кабеля, центральный провод которой окружен диэлетриком и -- поверх него -- оболочкой-оплеткой из проволоки. Уж такая экранированная линия сама излучать не будет и донесет всю энергия до антенны.
Итак, у нас есть антенна, излучающая радиоволну. Составляющие ее магнитное (его обозначают латинской буквой Н) и электрическое (латинская буква Е) поля можно изобразить соответствующими ВЕКТОРАМИ НАПРЯЖЕННОСТИ ПОЛЯ. Определение понятия "напряженность" достаточно сложно, мы может понимать его как "величина" или "сила" поля. Вектор (от латинского слова vector, несущий) это математический символ любого параметра (не только напряженности поля), имеющего величину и направление. На рисунках его изображают отрезком прямой со стрелкой. Стрелка указывает направление, а длина отрезка соответствует величине параметра. Забраться в такие математические дебри нам пришлось, чтобы перейти от символических силовых линий (кстати, чаще применяемых в электротехнике) к более строгому параметру поля. К тому же силовые линии "привязаны" к полюсам магнита, обкладкам конденсатора. Поле же, образуя волну, свободно перемещается в пространстве. В частных случаях эти понятия друг другу не противоречат, например, в нашем примере образования антенны можно вместо силовых линий оперировать напряженностью электрического поля.
На рис. 6.2 дано изображение волны в сиcтеме прямоугольных координат X,Y,Z. Антенна расположена горизонтально. Волна распространяется в направлении Х. Видно, что векторы Е и Н лежат соответственно в плоскостях XY (горизонтальной) и XZ (вертикальной), они перпендикулярны друг к другу. Это можно понять, если вспомнить, что магнитные силовые линии идут вокруг провода с током (следовательно, перпендикулярно к нему), а электрические лежат в плоскости проводов линии, которую мы превратили в антенну, то есть горизонтально. О такой волне говорят, что она имеет плоскую поляризацию, причем -- горизонтальную (считается по вектору Е). Она определяется положением антенны в пространстве: если нашу антенну повернуть на 90 градусов, мы получим вертикальную поляризацию.
Радиоволна вырвалась из объятий антенны и понеслась вперед со скоростью света. Что ждет ее на пути? Кстати, почему только вперед? Та антенна, о которой шла речь, излучает ее и вперед и назад, поскольку сама "переда" и "зада" не имеет. Вдобавок в вертикальной плоскости волна излучается вкруговую, на все 360 градусов. Это вам не свет, который можно сконцентрировать простейшим рефлектором в пучок и освещать им отдаленные предметы, используя лишь маломощный карманный фонарик. Приходится мириться с тем, что значительная часть энергии радиоволны расходуется впустую. В аналогии со светом это означает, что вместо карманного фонарика мы вынуждены освещать предметы (а также территорию вокруг) мощной электролампой. Так и наша антенна "освещает" радиоволной все подряд, без разбора.
Часть энергии волны, излученной вверх, поглотится ионизированными слоями атмосферы -- ИОНОСФЕРОЙ, а то, что преодолеет этот барьер, просто уйдет в космос. Другая часть, направленная вниз, поглотится почвой либо, отраженная ей, также устремится ввысь. И только оставшаяся часть может представить для нас интерес. Здесь возможны два варианта распространения, показанные на рис.6.3: ЗЕМНОЙ (поверхностной) или ОТРАЖЕННОЙ (пространственной) волнами. Земная волна (1) распространяется вдоль поверхности земли, слегка огибая ее. Причем, лучше огибают землю более длинные волны. Дальность распространения сильно зависит от высоты антенны. Прямо как в сказке "Маша и медведь": "Высоко сижу -- далеко гляжу!". Отраженная волна (2 ) под углом (иначе не отразится!) достигает ионосферы. Последняя действует как полупрозрачное и довольно мутное зеркало: что-то пропускает насквозь (в космос), много поглощает, но какую-то долю и отражает. И эта доля достигает земли уже на гораздо большем расстоянии, чем земная волна. Сверхдальнее распространение возможно только при нескольких СКАЧКАХ, когда волна (3) также отражается от поверхности земли. И при каждом отражении значительная часть энергии теряется, поэтому для многоскачкового распространения необходимо особо благоприятное состояние ионосферы. А это состояние зависит от солнечной активности и подвержено сезонным и суточным изменениям.
Пока наша радиоволна не несет информации, разве что своим присутствием или отсутствием может ответить на простейший вопрос: "да" или "нет". Но ведь можно, во-первых с каким-то смыслом включать и выключать передатчик (МАНИПУЛИРОВАТЬ его). Тогда "да" и "нет" превратятся в знаки телеграфной азбуки, точки и тире. Эту систему передачи информации так и называют РАДИОТЕЛЕГРАФОМ или просто ТЕЛЕГРАФОМ. Его широко используют радиолюбители и служебные связные станции. А можно наложить на радиоволну звук, МОДУЛИРОВАТЬ ее - получится РАДИОТЕЛЕФОННАЯ или просто ТЕЛЕФОННАЯ передача. Принцип модуляции состоит в том, что звуковой сигнал управляет одним из параметров излучаемого радиосигнала. Как мы помним, параметрами колебаний являются амплитуда и частота. Управляя ими, мы получим, соответственно, АМПЛИТУДНУЮ (АМ) либо ЧАСТОТНУЮ (ЧМ или FM -- Frequency Modulation) модуляцию. Первую широко применяют на ДВ, СВ и КВ вещательные станции, вторую -- вещательные и телевизионные (канал звука), связные, любительские станции на УКВ. Рис. 7.1 поясняет принцип амплитудной модуляции (она более наглядна). На графиках в качестве примера показаны зависимости амплитуды радиосигнала (к примеру, его электрического поля Е): на левых -- от времени t, на правых -- от частоты f. В режиме молчания (случай А) излучается радиосигнал F0 c неизменной амплитудой. Частоту F0 (а также и сам сигнал) называют НЕСУЩЕЙ. Подадим звуковой сигнал, имеющий частоту f1 (случай Б). Мы видим, что амплитуда радиосигнала стала колебаться с частотой f1. Говорят, что звуковой сигнал служит ОГИБАЮЩЕЙ, он действительно огибает несущую, ограничивая ее амплитуду. В частотном же спектре -- на правом графике -- появились две БОКОВЫЕ частоты: ВЕРХНЯЯ F0 + f1 и НИЖНЯЯ F0 -- f1. Если звуковых частот будет две, три и так далее, мы получим более сложную форму колебаний амплитуды и удвоенное число боковых частот. А модуляция реальным спектром частот (назовем его дельта-f) даст еще более сложную форму колебаний амплитуды, по обе стороны от несущей F0 появятся верхний и нижний боковые спектры или ПОЛОСЫ частот шириной дельта-f каждый (случай В). Эти полосы и несут полезную информацию.
Вот что мы выяснили: при модуляции звуковой сигнал "раздваивается", давая две совершенно одинаковые полосы частот. Очевидно, их излучение приводит лишь к бесполезному расходу энергии, поскольку они дублируют информацию. Вдобавок излучается бесполезная несущая. Стоит ли быть такими расточительными? "Не стоит!" -- решили любители и поголовно перешли на использование ОДНОПОЛОСНОЙ модуляции: ОБП (одна боковая полоса) или SSB (Single Side Band). Смысл ее в том, что одна из боковых полос и несущая специальными мерами ПОДАВЛЯЮТСЯ. SSB сигнал уже нельзя назвать просто амплитудно-модулированным, он гораздо сложнее.
Поговорим о приемниках. Простейший приемник -- детекторный. Когда-то, на заре радиовещания, он был весьма распространен и поначалу был даже единственным бытовым радиоустройством. Теперь же он поможет нам понять принцип радиоприема. Что детекторный приемник весьма прост, видно из его схемы на рис.7.2 . Приемная антенна А (противовесом служит заземление З) преобразует окружающие нас бесчисленные электромагнитные поля в электрические сигналы. Колебательный контур LC1 выделяет из них тот, на частоту которого он настроен. Органом настройки является конденсатор переменной емкости С1. Диод Д -- ДЕТЕКТОР. По сути, его функция та же, что у выпрямительного диода. Это видно из графика: положительная полуволна радиосигнала проходит, отрицательная -- нет. За детектором включен ГОЛОВНОЙ ТЕЛЕФОН ТЛФ (в просторечии именуемый "наушником", но этот термин -- синоним малосимпатичных понятий "доносчик", "стукач", поэтому постараемся его избегать). Огибающая сигнала станет звуком в телефоне, а высокая частота будет блокирована конденсатором С2 (он так и называется БЛОКИРОВОЧНЫМ). На детекторный приемник можно услышать мощные местные станции. А если мы хотим принять станции дальние? Правильно, их сигналы надо усилить с помощью усилителей на лампах или транзисторах.
На рис. 7.3 дана блок-схема приемника с усилителями высокой (УВЧ) и низкой (УНЧ) частот. Остальные узлы -- контур и детектор -- те же, что у детекторного приемника. Применение УНЧ позволит подключить вместо телефонов громкоговоритель Гр. Такой приемник получил название приемника ПРЯМОГО УСИЛЕНИЯ. Есть приемник и "непрямого усиления" -- СУПЕРГЕТЕРОДИН. Отличие состоит в том (см. рис. 7.4), что после УВЧ включен ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, состоящий из СМЕСИТЕЛЯ (См.) и вспомогательного генератора ГЕТЕРОДИНА (Гет.). Обычно частоту гетеродина можно изменять, перестраивать (конденсатором переменной емкости либо варикапом). С помощью смесителя принятый и усиленный ВЧ сигнал преобразуется в сигнал ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ, фильтруется фильтром (ФПЧ) и усиливается усилителем (УПЧ). Для чего такая сложность? Исключительно из-за УПЧ и ФПЧ, которые позволяют достичь наилучших параметров сигнала: УПЧ имеет гораздо большее усиление, чем УВЧ, а фильтр (часто кварцевый или ЭМФ) эффективно "обрезает" всяческие посторонние частоты-помехи. Принцип преобразования частот напоминает только что рассмотренную модуляцию: так же один сигнал налагается на другой, и на выходе появляются суммарная и разностная частоты. Остается только выбрать желаемую комбинацию и подавить (LC контуром или фильтром) ненужную. Чаще всего используют разность частот, тогда ПЧ будет ниже и принимаемого сигнала, и сигнала гетеродина. Поскольку принимаемая частота -- переменная, для получения постоянной ПЧ частота гетеродина также должна быть переменной. Если же в качестве гетеродина применить генератор фиксированной частоты, будет переменной ПЧ. Это менее удобно (хотя и вполне возможно), так как заставит делать перестраиваемым ФПЧ. А мы знаем, что наиболее эффективные фильтры -- кварцевые и ЭМФ -- имеют фиксированные частоты. В высококачественных связных приемниках часто делают двойное преобразование, с двумя разными ПЧ. Частота первого гетеродина при этом может быть фиксированной, "кварцованной". Тогда первая ПЧ окажется переменной, но это не страшно: фильтр применяют по второй, фиксированной ПЧ.
За УПЧ следует детектор. И здесь можно было бы поставить диод, но вы уже, наверное, догадались, что он позволит принимать только АМ сигнал. Ведь продетектировав диодом "гладкую" несущую телеграфного сигнала, мы не ничего не услышим: нет огибающей -- нет и звука! Не годится амплитудный детектор и для сложной однополосной модуляции. Проблема решается применением, ТЕЛЕГРАФНОГО гетеродина. Он восстанавливает подавленную при передаче несущую, что даст возможность принять SSB сигнал. Такой гетеродин можно добавить к амплитудному детектору (что было рекомендовано в заметке "Как стать наблюдателем", "Патриот", № 17, 98 г.). А еще лучше применить СМЕСИТЕЛЬНЫЙ ДЕТЕКТОР, в принципе аналогичный первому смесителю. На его выходе будет получен НЧ сигнал при приеме как телеграфного, так и SSB сигналов.
Основными параметрами, определяющими качество приемника, служат ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ и ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬ. Смысл их понятен из названия: чем чувствительнее приемник, тем он лучше "слышит" слабые сигналы; избирательность -- это свойство выделять полезный сигнал в хаосе всевозможных помех. Казалось бы, нет ничего проще повышения чувствительности: достаточно подвергнуть слабый сигнал многократному усилению. Ан нет! Во-первых, при этом усилятся и шумы -- а шумит все: эфир и провода антенны, усилители и вообще все каскады приемника. Так что реальным ограничителем на этом пути становится ОТНОШЕНИЕ СИГНАЛА К ШУМУ, снижения которого допускать нельзя. Во-вторых, при слишком большом усилении различные мощные помехи, которых всегда в избытке, особенно в городах, могут возрасти до того, что вообще "забьют" приемник и подавят полезный сигнал. У радиолюбителей издавна существует поговорка: "Лучший усилитель -- это хорошая антенна". Вот по этому пути можно идти без оглядки: улучшение антенны ограничено разве что наличием места на крыше или приусадебном участке и нашими материальными возможностями. Избирательность обеспечивает в основном ФПЧ, который должен существенно подавлять все частоты вне своей полосы.