> Техника, страница 96 > Дециметровые волны

Дециметровые волны

Дециметровые волны, электромагнитные волны, длина которых λ лежит в пределах 10-^100 сантиметров (соответствующая частота колебаний=3 000 -г- 300 MHz). Д. в являются частью ультракоротковолнового диапазона, наибольшая длина волны которого равна 10 метров (смотрите Ультракороткие волны). Большой интерес к Д. в., появившийся за последние годы, объясняется возможностью получения сравнительно больших направленностей, их пригодностью для быстродействующей передачи и гл. обр. новыми данными в их распространении за пределами геометрическ. видимости.

Распространение Д. в При распространении Д. в пределах геометрич. видимости электрич. поле в точке приема можно рассматривать, как и в случае ультракоротких волн (УКВ), как результат суперпозиции прямого и отраженного от почвы лучей, причем амплитуда и фаза последних определяются при помощи коэф-тов Френеля, зависящих от плоскости поляризации электрич. поля (горизонтальной или вертикальной), взаимного расположения обоих пунктов связи и электрич. свойств «почвы» (смотрите Ультракороткие волны). Типичный для большинства излучающих устройств УКВ подъем над поверхностью раздела на высоту порядка длины волны для устройств Д. в обычно превышает длину волны в несколько раз, что и определяет собой характер лучистой диаграммы излучения.

Неравенство > ε₂, удовлетворяющееся при

УКВ только для наиболее длинных волн УКВ диапазона и то лишь для случая их распространения над морской водой, при Д. в не выполняется ни при каких условиях. Для Д. в справедливо обратное неравенство—^ <ε₂, показы· вающее, что для Д. в имеет место преобладание токов смещения над токами проводимости (ε₂ — диэлектрич. постоянная почвы, γ₂ — проводимость почвы, ω — угловая частота). Осуществленная в 1931 г. Дарбором радиотелефонная связь через Ламанш (Кале—Дувр, расстояние 30 км) на волне λ=18 сантиметров [⁴], опыты, поставленные в 1931 г. во Всесоюзном электротехнич. ин-те по радиосвязи на волне λ=33 сантиметров на расстояниях 15 км (Москва—Люберцы) [²], работы Клавье по установлению дуплексной радиосвязи между аэродромами в Saint-Inglevert (Франция) и Lym-pue (Англия) на расстоянии 56 км на волне длиной 17 сантиметров [³] и другие показали возможность применения Д. в для радиосвязи на расстояниях, лежащих в пределах геометрич. видимости с мощностями порядка 0,1—0,2 W. Распространение Д. в за пределами геометрич. видимости было впервые экспериментально установлено в 1932 г. Маркони [⁴] при опытах радиосвязи между горой Rocco di Papa (Италия) и маяком Gape Figari (Сардиния) на расстоянии, превышающем расстояние до горизонта в 2,3 раза (расстояние между обоими пунктами 295 км, высоты 750 и 840 м), при излучаемой мощности, не превышающей нескольких W. Ослабление напряженности электрич. поля вблизи линии горизонта и его последующее возрастание при дальнейшем увеличении расстояния, что подтвердилось и опытами ВЭИ[²], а также наличие замираний, на к-рое указывает Маркони, дают основание истолковывать распространение Д. в за пределами геометрич. видимости как результат рефракции Д. в низших слоях атмосферы, обусловленной градиентом ее плотности. Нет основания предполагать, что в распространении Д. в может играть какую-либо существенную роль ионизация атмосферы.

Излучение Д. в Применение Д. в дает возможность осуществления сравнительно значительных направленностей при сравнительно малых геометрических размерах излучающих устройств. Употребляемые при работах с метровыми волнами излучающие устройства, состоящие из одного активного и нескольких пассивных вибраторов, расположенных в одной плоскости, при работах с Д. в не употребляются вследствие своей малой эффективности (по сравнению с устройствами другого типа). Наибольшее употребление имеют устройства, состоящие из одного активного пйтаемого вибратора, помещенного внутри параболич. отражателя, выполненного или в виде параболоида вращения С¹] или в виде параболич. цилиндра [⁴]. Последний, хотя и дает меньшую эффективность, но представляет значительное преимущество в смысле простоты изготовления. Наивыгоднейшее фокусное расстояние этих зеркал равно ~ —.

Увеличение напряженности электрич. поля на фокальной оси, достигаемое при употреблении зеркал с раствором в 150—200 см, при волнах длиной порядка 50—60 сантиметров достигает 3—4 раз. Опыты показали, что для получения такого же эффекта направленности зеркала с успехом можно выполнять не в виде цельных металлич. листов, а состоящими из отдельных вибраторов, распо-

л ложенных на расстояниях порядка — один от другого. На фигуре 1 показан общий вид зеркала, с которым работал Маркони. Имеются также указания на возможность применения для Д. в зигзагообразных антенн Щирекса-Мени, которые при этих частотах дают достаточно хорошие результаты [⁵]. Излучающие и приемные вибраторы обычно осуществляют как симметричные длиной ок. 4 или несколько меньше. Иногда их снабжают небольшими металлич. дисками, симметрично расположенными на концах, что диктуется между прочим стремлением приблизиться к точечному излучателю и равномерному (по длине) распределению тока. При наличии этих емкостей длина вибратора сокращается. Питание вибраторов производится при помощи фидеров (смотрите), как состоящих из двух параллельных проводов, так и трубчатых. Расчет этих фидеров не представляет собой каких-либо особенностей по сравнению с короткими волнами, что же касается их настройки, то она обычно осуществляется путем подбора связи с вибратором или его перемещением по фидеру.

Генерирование Д. в осуществляется как при помощи электровакуумных приборов, так и искровым методом. Генераторы первого типа м. б. разбиты на два основных класса:

1) генераторы, природа колебаний которых существенно зависит от периодич. изменений «электронного облачка» внутри лампы, частота которых зависит от напряжений, приложенных к лампе;

2) генераторы, частота колебаний которых определяется параметрами контура, приключенного к лампе (контурные колебания). Возбуждение колебаний в этих генераторах обусловлено наличием у них падающей характеристики. Общеизвестная схема Баркгаузена-Курца, предложенная в 1919 году для генерации незатухаю- .__

щих колебаний (фигура 2),×_::

принадлежит к генера- ί 1__

торам первого типа [⁶]. уу Эта схема состоит из трехэлектродной лампы Фигура 2.

и приключенной между анодом и сеткой лехеровой системы (смотрите Измерение, Измерения в радиотехнике) с перемещающимся по ней емкостным мостом. На сетку лампы подается достаточно высокий положительный потенциал (порядка 100 V), а на анод нулевой или весьма малый потенциал того или иного знака. По воззрениям Баркгаузе-на возбуждение такой схемы обусловливается колебательным движением электронов (электронного облачка) около положительно заряженной сетки. Надо однако полагать, что для упорядочения электронного движения требуется резонансное возбуждение контура, то есть требуется, чтобы время одной полной циркуляции электрона было равно или близко к одному из собственных периодов системы, образуемой лампой и приключенной к ней лехеровой системой. В частном случае колебательным контуром * могут служить подводки к лампе, индуктивности и емкости самих электродов и тому подобное. Действительно при изменении сеточного напряжения или расстройке контуров интенсивность колебаний быстро падает. Приравняв время одной циркуляции электрона периоду возбуждаемых колебаний, Баркгаузен вывел формулу Я² E_q=Const. (1)

Постоянная, стоящая в правой части, зависит от размеров электродов лампы. Если изменять длину лехеровой системы и находить каждый раз оптимальные (в смысле интенсивности колебаний) значения E_gi то получаемые результаты достаточно хорошо удовлетворяют формуле (1). В дальнейшем схема Баркгаузена-Курца подвергалась различным изменениям (непринципиального характера). Для увеличения мощности различными авторами был разработан ряд схем параллельной работы нескольких ламп. Наибольшее распространение получила схема, показанная на фигуре За, напоминающая собой схему Хольборна (смотрите Пуш-Пулл), отличающуюся от нее потенциалами сетки и анода, и схема, предложенная М. Греховой (фигура 36), представляющая собой лехерову систему с несколькими ё—6-..

Фигура 36.

/Г

(fh X

Фигура За. лампами, включенными на расстоянии длины волны одна от другой. Для целей эксплуатации более удобными являются генераторы с внутренними колебательными контурами, образованными спиральными сетками, пробными сеткам, имеющимся у ламп типа Ж-9, Р-5, Г-1, Ж-3 и у некоторых других типов ламп Глав-эспрома СССР, у которых сетка не имеет закорачивающей траверсы. На фигуре 4 показана одна из ламп подобного типа, разработанная в ВЭИ в 1932 г. М. Греховой. Вертикальный проводник, присоединенный к сетке лампы, является антенной и одновременно служит для подводки напряжения на сетку [⁷]. Основным недостатком вышеописанных

Фигура 4.

генераторов является их чрезвычайно низкий кпд (порядка нескольких процентов) и малая колебательная мощность, не превышающая 1 W. Значительное преимущество представляет схема Мар-кони с настраивающейся цепью накала (фигура 5), которая дает при длинах волны порядка Я=60 сантиметров колебательную мощность порядка 3—4 W [⁸]. К этому же классу генераторов относятся устройства, использующие магнетроны (смотрите), представляющие собой двухэлектродную лампу с цилиндрическим анодом, помещенную в ’аксиальное магнитное поле (фигура 6). Характеристика магнетрона при постоянном анодном напряжении (Е_а=Const), показывающая зависимость анодного тока от напряженности магнитного поля, имеет вид, изображенный на фигуре 7. Колебания возникают при. работе на сгибе характеристики при полях, несколько больших критических. Этот тип генераторов по своей природе весьма близок к генератору Баркгаузе-на-Курца. Приравнивая, как и в случае колебания Баркгаузена-Курца, время полной циркуляции электрона периоду колебаний, Окабе [⁹] дал выражения для длины волны

- 11_000 А= _н,

где

Η^Η_κρ.=_αγΈ7. Ф-ла (2) м. б. представлена в виде λ²Ε_α=Const.

(2)

(3)

Фигура 8.

Слуцкий и Штейнберг нашли, что при поворотах оси магнетрона относительно направления магнитного поля на небольшие углы порядка нескольких градусов, интенсивность ко-* лебаний несколько возрастает [¹⁰].

Значительно больший эффект дает применение магнетронов с анодами, разрезанными по образующим на две равные половины (разрезной магнетрон), соединенные между собой. При положении оси этого магнетрона, составляющей небольшой угол с направлением магнитного поля, возникают сравнительно интенсивные колебания. Кильгор, исследовавший эти колебания, названные им спиральными, установил зависимость их частоты от Е_а и Н. Полученные им мощности при длинах волн 20— 25 сантиметров не превышали нескольких W [^п]. На совершенно отличном принципе основана работа разрезного магнетрона, помещенного в строго аксиальное магнитное поле; такой магнетрон дает контурные колебания, частота которых определяется электрическими постоянными колебательного контура, образованного полуанодами и соединяющим их проводником (фигура 8), и поэтому относится к генераторам 2-го класса [¹²]. Колебательная способность такого магнетрона основана на наличии падающих областей в характеристиках вида:

Е,

а₂!

h₂=f(Ea₂-E_0i у,

(4)

где Ι_αι и I_at> — токи полу анодов, E_0l и Е_а2 — потенциалы анодов (относительно катода).

На фигуре 9 показано типичное семейство характеристик вида I_0i -= f (Ε_αι — Е_й2); характеристики вида /_Я2={Е_а2 — E_(ll) расположены симметрично по отношению к оси ординат и м. б. легко построены графич. путем. Из кривых видно, что при нек-ром значении напряженности магнитного поля (близкого к Н_кр) появляются падающие части, интервал и крутизна которых сначала увеличиваются с увеличением Я, а затем при дальнейшем увеличении поля исчезают. Условие возникновения колебаний, выведенное для случая контура с сосредоточенными постоянными, имеет вид:

£ >

КС ’

(⁵)

где S — крутизна характеристик при E_(li== Е_а^. Разрезной магнетрон дает возможность легкого получения колебательных мощностей порядка десятков W при длинах волн 50—70 сантиметров и кпд порядка 15—30%. Применение разрезного магнетрона для генерирования Д. в в· настоящее время является по сравнению с другими способами наиболее эффективным. Модуляция генераторов Д. в легко осуществляется обыч-

Фигура о. ным способом Хисинга (смотрите Модуляция), причем модуляция амплитуды колебаний генераторов первой группы связана также и с изменением частоты этих колебаний [см. ф-лы (1) и (3)] в случае же контурных колебаний частотная модуляция отсутствует.

На фигуре 10 показан общий вид передающей станции Д. в., работающей с разрезным магнетроном, построенной S. F. R.[⁵].

Фигура 10.

Способ генерирования Д. в при помощи искрового разряда, осуществленный впервые еще Герцем, находит себе некоторое применение в несколько видоизмененном виде еще и в настоящее время. Для увеличения среднеизлучаемой мощности и получения возможности телефонной модуляции искровой промежуток обычно питается от генератора высокой частоты. Тем не менее большое затухание получаемых колебаний и связанный с этим широкий спектр частот, трудность получения мощностей, превышающих несколько W, делают этот способ генерации Д. в мало эффективным и затрудняют его практич. использование [¹³]. Однако этот способ нашел себе применение для получения еще более коротких волн в массовом излучателе (смотрите) Глаголевой-Аркадьевой [¹⁴].

Прием Д. в Методы приема, применяемые в обычной радиотехнике, применяют и для приема Д. в., сохраняя и в этой области названия детекторный, суперрегенеративный и прочие, хотя обоснования этого пока не существует. Самым простейшим приемником Д. в является приемник с кристаллич. детектором (с малой внутренней емкостью); при этом детектор включается в пучность тока настраиваемого вибратора и соединяется с телефоном Т через высокочастотные дроссели D (фигура 11). Чувствительность такого приемника весьма мала (несколько mV/ж), поэтому он используется исключительно на передатчиках как индикатор колебания и модуляции. Меднозакисные детекторы вследствие своей весьма большой емкости для приема Д. в неприменимы. Для целей связи обычно применяются ламповые приемники, которые несравненно чувствительнее и устойчивее детекторных. Такие типы приемников, применяемых в области более длинных волн, как регенеративные, супергетеродинные и др., для приема Д. в не м. б. пока использованы, т. к. требуют поддержания большой стабильности частоты как у приемника,

так и у передатчика, а вопрос о стабилизации частоты устройств Д. в пока не решен. оА

Фигура 11.

Фигура 12.

Фигура 13.

Наиболее употребительными являются ламповый приемник, работающий в детекторном режиме, и суперрегенеративный приемник. Ламповый приемник, работающий как детектор, может быть осуществлен двояко: при помощи трехэлектродной лампы, имеющей небольшую емкость (1,5 — 2 μμ-F), включенной обычным способом (фигура 12), то есть на анод которой подается положительный потенциал, а на сетку небольшой отрицательный или нулевой потенциал. Высокая частота подводится от настроенного вибратора при помощи небольшой лехеровой системы к сетке лампы [^1Б]. Чувствительность приемников подобного типа составляет несколько десятых долей mV/ж, поэтому они используются лишь для приема полей достаточно большой напряженности (например для местного контроля работы передатчика).

Значительные преимущества в этом отношении представляет схема, в которой трехэлектродная лампа включается по схеме тормозящего поля (как для генерации колебаний), показанной на фигуре 13 [¹⁶, ¹⁷]. Обычно для наиболее эффективного действия приемников данного типа необходим точный подбор анодного напряжения и тока накала (при этом потенциал сетки существенного значения не имеет) [¹⁸]. В этой схеме м. б. использованы только те лампы, которые сами способны генерировать принимаемый ими диапазон частот. Чувствительность таких приемников лежит в пределах от 80 до 150 pV/ж,

Наиболее эффективными и употребительными в настоящее время являются приемники суперрегенеративного типа (лучше сказать: аналогичные обычным суперрегенераторам), одна из схем которых показана на фигуре 14. На сетку или анод трехэлектродной лампы, включенной подобно генератору Баркгаузена-Курца, подается переменная эдс с частотой, лежащей далеко за пределами слышимости (обычно порядка 3 · 10^е Hz). Проводя аналогию с обычным суперрегенератором (смотрите Суперрегенеративный прием), можно дать такое описание действия этого приемника: благодаря воздействию переменной эдс рабочая точка приемника перемещается по характеристике вверх и вниз. Вследствие нелинейности характеристики создается большое число боковых частот и следовательно ряд резонанс

ных столбиков, из которых и состоит резонансная кривая приемника. Вследствие этого приемники данного типа имеют весьма тупую настройку, и на их работе не сказывается нестабильность частоты как передатчика, так и самого приемника. Отметим, что это воззрение весьма вероятно, но еще не проверено. Специфич. признаком работы суперрегенератора является характерный шорох, который получается вследствие нерегулярности возникновения генерации приемника под воздействием наложенной эдс.

При наличии принимаемого сигнала, частота которого совпадает или достаточно близка к частоте колебаний, генерируемых приемником, колебания последнего увлекаются, и шорох прекращается. Поэтому при достаточно хорошо настроенном приемнике и сигналах достаточной интенсивности шорох отсутствует. Путем подбора соответствующего режима можно создать условия, при которых шорох отсутствует и без принимаемого внешнего поля. Опыт работы Марко-ни, ВЭИ и др. показал, что наложение суперной частоты на анод (а не на сетку) делает приемник более чувствительным, а сам прием более устойчивым и чистым. На фигуре 15 показана схема суперрегенеративного приемника, применяемого Маркони, отличительной чертой которого является применение двух ламп, имеющих разделенное питание и органы регулировки, чем достигается возможность установления точной симметричности работы этой схемы, которая дает весьма хорошие результаты.

Несмотря на довольно многочисленные и интенсивные работы по приему Д. в настоящее время еще нет достаточно обоснованных теорий работы приемников того или иного типа. Этот пробел объясняется гл. образом отсутствием достаточно твердо установленной картины электронных процессов, происходящих в генераторах с трехэлектродными лампами, включенными по Баркгаузену-Курцу. Надо полагать, что для целей приема окажутся пригодными также и разрезные магнетроны, которые м. б. осуществлены для работы в слабых магнитных полях и с весьма небольшими напряжениями на анодах.

Лит,.: ¹) D а г b о г d, «L’onde 61ectrique», Р., 1932, t. 11, 122, р. 53; ²) Введенский Б. иАренберг

A., Распространение ультракоротких волн, М., 1934;

³) Clavier, «L’onde 61ectrique», Р., 1934, t. 13, 147, р. 101; ⁴) Marconi, «Marconi Review», 1933, 40;

5) Bulletin de la Soci6t6 Fran9aise Radio iilectrique, P., 1933, 1; β) Barkhausen u. К u r z, «Phys. Ztschr.», Lpz., 1920, B.2i,p. 1; 7) Грехова и Бовшевсров, «Техника радио и слабого тока», Л., 1932, 4, стр. 269; 8) Ladner A. a. Stoner С., Short Wave Wireless Communication, L., 1932; 9Ί о k a b e, «Journal En. EI. Eng. Japan», 1928, p. 234; О k a b e, «Proceedings of the Institute of Radio Engineers», N. Y., 1928, ν. 16, ρ. 715; ίο) Слуцкий и ΙΠ τ е и н б е ρ г, «ЖРФХО», 1926, т. 58, стр. 395; И) Kilgore, «Proceedings of the Institute of Radio Engineers», Ν. Y., 1932, v. 20, p. 1748; 12) M e g a w, «Journal of the Institution of Electrical Engineers», L., 1933, v. 72, p. 326; ⁱ³) B u s s e, «Jahr-buch d. drahtlosen Telegraphie u. Telephonie», B., 1926,

B. 28, p. 97; 14) Глаголев a-A ркадьева, «Труды

ГЭЭИ», Μ., 1924, 2; ¹⁵) Carrara, «Proceedings of the Institute of Radio Engineers», Ν. Y., 1923, v. 20, p. 1615; !6) Hollmann, «Ztschr. f. Hochfrequenz Technik», B., 1933, B. 42, p. 89; ¹⁷) Η о 1 lm an n, ibid., 1933, B., 42, p. 185; 18) Hollmann, «Proceedings of the Institute of Radio Engineers», New York, 1934, v. 22, May. А. Аренберг, M. Слиозберг, Ю. Шеин.