Радиосеть

Радиосеть, основная часть всякой радио-установки, передающей или приемной, служащая для излучения энергии в пространство в первом случае и для извлечения энергии из пространства—во втором. Р. состоит из антенны (смотрите) и заземления (смотрите); вместо последнего м. б. применен противовес (смотрите). Часто впрочем под названием «антенна» понимают всю Р. Применяемые Р.,в зависимости- от назначения радиостанции (смотрите) разделяются на пять типов: Р.мощных радиотелеграфных станций ^фиг- 1- на длинных волнах,

f Р. станций радиове-

щательных.Р.корот-коволновых передающих и приемных радиостанций, Р. любительского типа, Р. длинноволновых приемных радиостанций с направленным действием. Кроме того существуют Р. станций специального назначения, например для пеленгаторов (смотрите), радиомаяков (смотрите) и др. Прототипом всех Р. является диполь (смотрите) Герца, состоящий из двух сосредоточенных емкостей, соединенных проводом (фигура 1). Так как провод обладает самоиндукцией, то диполь является колебательным контуром.

Диполь Герца излучает энергию в пространство, и в любой точке пространства напряженность электрич. поля равна

Е=—щ- sin в sin ю 11- —I» (1)

где Е—напряженность поля в V]м,1 —сила тока в диполе в А, !—длина диполя, λ—длина излучаемой волны, R—расстояние между точкой наблюдения и центром диполя (все длины в м), с—скорость света, в—угол между направлением оси диполя и радиусом-вектором R. Если землю считать достаточно хорошим проводником, то такой же эффект можно получить от половины диполя, высотой h=— ,т. к. земля заменяется зеркальным изображением (фигура 2). Напряженность электрич. поля равна в этом случае

Е =

120πΙΗ,

ли ^s

Sin ω

(2>

Обычные Г-образные, Т-образные и другие антенны, состоящие из вертикальных проводов с емкостью на конце, м. б. приравнены к заземленным полудиполям, и поле от них м. б. определено согласно ур-ию (2). Т. к. сила тока вдоль вертикальной части антенны не одинакова, то вместо геометрич. высоты h следует учитывать действующую высоту ho. Поэтому

E=sin e sin о. (ί- ®) (3)

Это ур-ие носит название ф-лы идеальной радиопередачи, т. к. в ее основу положены следующие допущения: 1) земля является идеальным про“ водником, 2) воздух над землей является идеальным диэлектриком и 3) поверхность земли можно считать плоскостью. Так как в действительности эти условия не выполняются на практике при передаче на сколько-нибудь большие расстояния, то практически ф-лы радиопередачи отличаются от уравнения (3), однако во всех остается пропорциональность напряженности поля произведению Iho., которое носит название момента силы тока Р. и выражается обыкновенно в метрамперах (смотрите). Необходимо однако заметить, что эквивалентность радиосети диполю и понятие о действующей высоте можно до^-пустить лишь тогда, когда размеры антенны малы по сравнению с длиной волны. Предельной длиной заземленной антенны, для которой возможно применение понятия о действующей высоте, является половина длины волны, но лишь при длине антенны меньше четверти длины волны применение величины действующей высоты в ф-лах мощности излучения дает ошибку менее 10 %. Заземленная антенна длиною в четверть рабочей длины волны является наиболее простой Р.—в этом случае собственная длина волны совпадает с рабочей. Симметричная незаземленная Р., состоящая из

Фигура 2.

провода, равного половине длины волны, применяется в настоящее время очень часто и носит название диполя. Такая Р. эквивалентна простейшей заземленной антенне. Ее собственная длина волны равна рабочей. Сопротивление излучения в два раза больше, чем у заземленной антенны.

Р. радиотелеграфных станций на длинных волнах, от 3 000—30 000 м, то есть на частотах от 10—100 кц., отличаются большими размерами. Большая высота антенны необходима для получения достаточной действующей высоты, большая длина горизонтальной части—для получения необходимой емкости Р. Действительно, сопротивление радиосети равно

Za=Ra-1Q ctg ml, (4)

таким образом общего сопротивления Ra. Этого можно достичь улучшением заземления. По этому пути и пошла радиотехника. Применено было распределенное заземление, то есть ряд заземлений, расположенных соответственно распределению электрич. силовых линий антенны. Применение такого заземления сокращает путь токам в земле. Вместо заземления может быть применен противовес. Если провода противовеса

Фигура 4.

где Ra—активное сопротивление Р., ρ—волновое сопротивление антенны, ml=2π — (Я—рабочая длина волны). Обычно собственная длина волны такой антенны меньше рабочей длины волны по крайней мере в 2,5—3 раза. Поэтому равенство (4) можно заменить -более простым:

Zj=Ra

(5)

где ω—угловая частота, С а—статическая емкость антенны. Итак, антенну, работающую с достаточным удлинением, можно заменить ее активным сопротивлением и статической емкостью.

Напряжение на конце антенны определяется следующей формулой

E-max — Id. Y2 ~&С~а ’

где Id.—эффективное значение силы тока у основания Р. Ясно, что до некоторого предельного напряжения, к-рое устанавливается в зависимости от типа антенных изоляторов (для больших антенн 100 kV), сила тока пропорциональна емкости. Для передачи на большие расстояния согласно ур-ию(З) необходимо увеличивать силу тока, а следовательно емкость антенны. Р. получается большей длины и ширины. На фигуре 3 изображе-

Фигура 3.

гна одна из первых антенн такого типа, на фигуре 4 представлена антенна большой радиотелеграфной станции в Науэне. Для увеличения дальности действия есть еще однавозможность—увеличение действующей высоты. Р. приходится поэтому подвешивать на высоких мачтах в 150—200 или даже 250 метров Дальнейшее увеличение высоты мачт затруднительно и в смысле технич. трудностей и благодаря большой стоимости таких мачт. Итак, первой отличительной чертой Р. описываемого типа являются большая высота, длина и ширина. Другое весьма важное свойство—очень малый кпд. Полезное сопротивление—сопротивление излучения—равно

β_Σ=16Ο_π2 0^². (7)

Допустим например, что радиостанция работает на частоте 15 кц., то есть длиной волны Я=20 000 метров Р. подвешена на мачтах высотою 200 метров Действующая высота /ia.= ^160 метров Сопротивление излучения оказывается приблизительно равным 0,1 9. Общее сопротивление радиосети Ra обычно порядка нескольких 2. Если оно равно 4 9, то кпд всей Р. равен

V=-б—=0,025,

то есть всего 2,5%. Повышение кпд наталкивается на большие затруднения. Увеличить действующую высоту можно только путем увеличения высоты мачт, что б. ч., как было указано выше, невозможно. Другой путь—уменьшение вредных потерь Р. и уменьшение достаточно часто расположены и если противовес выходит за проекцию антенны на высоту Р., то он является экраном, помещенным между антенной и землей. Такой противовес перехватывает электрические силовые линии и не дает им возможности уходить в землю. Оба эти способа—и распределенное заземление и противовес-экран—дали возможность значительно уменьшить потери в земле и довести вредное сопротивление Р. до десятых долей 2. Несколько особое оригинальное решение задачи об увеличении кпд антенны получается при применении многократной антенны (смотрите). Схема ее—см. Беспроволочная связь, фигура 11. Расчет Р. длинноволновых радиотелеграфных станций производится след. обр. По заданной напряженности поля в месте приема по одной из формул радиопередачи определяют метрамперы Р. (момент силы тока). Установив наибольшую возможную высоту мачт, определяют (приблизительно) действующую высоту, а затем—силу тока у основания антенны. Задавшись максимальным напряжением на конце антенны, согласно уравнению (6), находят наименьшую допустимую емкость и приступают к конструированию антенны. Остальные расчеты, например расчет удлинительной катушки самоиндукции, можно вести, заменив Р. эквивалентным контуром согласно уравнению (5). Трудно поддается расчету сопротивление вредных потерь Р. Эту величину обычно находят на основании имеющегося опытного материала по измеренному сопротивлению существующих Р. При обычных заземлениях и противовесах сопротивление вредных потерь равно 2—4 2, в зависимости от качества заземления. При распределенном заземлении можно его уменьшить, как было указано выше. Радиотелеграфные станции на длинных волнах в настоящее время строятся очень редко, т. к. связь на большие расстояния производится при помощи коротких волн. Поэтому и Р. для таких станций проектируются сейчас редко.—В СССР однако этих станций мало, и при проектировании новых радиопередающих центров придется иметь дело и с Р. этого типа.

Р. радиовещательных станций работают на волнах порядка 200—2 000 м, то есть на частотах 150—1 500 кц. Так как рабочая длина волны не очень велика, то возможно построить Р., собственная длина волны которой близка к рабочей. Применение достаточно высоких мачт обеспечивает большой кпд, например при высоте мачт в 150 метров действующая высота равна ~120 метров При работе на волне в 1 000 метров сопротивление излучения по формуле (7) равно ~21 2. Если считать сопротивление потерь равным 4 2, кпд Р. получается равным 84%. При более коротких волнах он будет еще больше и достигает нередко 90—95 % и даже выше. Поэтому заботы об уменьшении вредных потерь отходят на задний план. Большое сопротивление антенны и сравнительно небольшая мощность радиовещательных станций приводят к тому, что сила тока у основания антенны не очень велика, а следовательно нет также необходимости увеличивать емкость антенны. Р. получается небольших размеров и обычно подвешивается на двух мачтах (фигура 5). Для

волн короче 1 000 метров не следовало бы, собственно говоря, строить высокие мачты, можно было бы удовлетвориться высотой в 60—100 j t, так как кпд Р. получается и в этом случае достаточным. Имеются однако нек-рые преимущества при подвешивании антенны на более высоких мачтах. Прежде всего в этом случае Р. работает на волне короче собственной и получается более благоприятное распределение излучения в пространстве, а именно больше энергии излучается вдоль земной поверхности и меньше под углом к горизонту. Так как радиовещательный прием основан гл. обр. на приеме прямого луча, идущего вдоль земли, а лучи, отражающиеся от верхних слоев атмосферы, наоборот, часто создают замирание (смотрите), то распределение излучения укороченных антенн является более благоприятным. Затем небольшая сила тока, получающаяся у основания антенны, дает некоторые преимущества при конструировании аппаратуры. Весьма важным обстоятельством в настоящее время является увеличение мощности радиовещательных станций. При больших мощностях в антенне играют роль вредные потери, т<к κικ каждый потерянный процент мощности по абсолютной величине достигает больших размеров. Так как мощпые станции обычно работают на более длинных волнах, то сопротивление Р. не так уже велико, и приходится увеличивать емкость антенны, а значит размеры Р. Вторым важным обстоятельством является необходимость пропускать широкую полосу частот. Для воспроизведения всех звуковых частот до 6 000 пер. необходимо иметь ширину полосы частот равной 12 000 пер., что при длинных волнах дает декремент Р. порядка 0,2 и более. Для достижения такого декремента Р. современных радиовещательных станций должен быть достаточно сложными. Многие применяют П-образные Р. или, еще лучше, многократные антенны (типа Александер сена).

Р. коротковолновые применяются в настоящее время исключительно направленного типа. В прежнее время Р. коротковолновых радиостанций имели очень простой вид—обычно применялся диполь вертикальный или горизонтальный на полдлины волны или длинные вертикальные и горизонтальные провода. Такие Р. применяются и теперь на радиостанциях малой мощности. Современная радиосвязь на коротких волнах требует направленной передачи. Направленная коротковолновая Р. дает экономию мощности в десятки раз, а кроме того такая приемная антенна является способом борьбы с э х о-э ф ф е к-том. Поэтому все передающие и приемные коротковолновые центры оборудованы направленными антеннами. Направленность достигается применением ряда диполей, расставленных обычно на полдлины

волны один от другого (смотрите Лучевая антенна). Направленность системы диполей, силы тока в которых одинаковы по величине и фазе (синфазные антенны), выражается формулой

Е=Е₀

( __ md Λ sin I Λ — cos 0j

(md Д ’ sin I — COS0)

(8)

где E„—напряженность поля от одного диполя, N— число диполей, в—угол между плоскостью, в которой находятся диполи, и радиусом-вектором, d—рас-

л 2л стояние между диполями, обычно равное ₉, т= —.

Фигура 6 изображает эту направленность графически. Если сила тока в диполях не одинакова по фазе, а меняется от одного к другому на 180°, то направленность выражается так:

Е~Е о

(. mrl sin I N — cos 01

(md д COS0J

(9)

Изображена эта направленность на фигуре 7. Если сзади рабочей Р. поместить подобную же сеть, то последняя явится рефлектором. Получается однонаправленное действие. На фигуре 8 изображена экспериментально снятая кривая направленности коротковолновой радиосети с рефлектором. Диполи, из которых составлена антенна, могут быть расположены вертикально, горизонтально или наклонно. Английская фирма Мар-кони применяет вертикальные диполи (антенна Франклина), нем. фирма «Телефункен»—горизонтальные, во Франции применяются наклонные диполи (антенна Ширекс-Мени). На фигуре 9 изображена антенна

«Телефункен». Ряды горизонтальных диполей дают направленное действие в горизонтальной плоскости, расположение одних рядов над другими дает направленность в вертикальной плоскости. Наконец применение такой же антенны в качестве рефлектора дает однонаправленное действие. Кроме этих 3 главных типов антенн применяется еще целый ряд типов, из которых следует отметить америк. антенну, в которой ряд проводов возбуждается на 8-й гармонике, что дает острую направленность.

I=:

(например на крышах домов, деревьях и т. д.). Заземление в деревнях производится при помощи металлич. предметов, закапываемых в землю, в городах же заземление обычно производится путем присоединения к водопроводу или центральному отоплению. Для приемной Р. емкость антенны является маловажной величиной, так как сила тока мала. Сила тока в приемной радиосети равна

Ж ⁽¹⁰⁾

Таким обр. необходимо заботиться о возможно большей действующей высоте и малом сопротивлении антенны. Благодаря плохому заземлению любительские антенны имеют обычно большое сопротивление порядка 50—100 2, что заметно влияет на силу приема, особенно при применении. детекторных приемников. Кроме обычных антенн в любительской практике применяются рамки (смотрите) и суррогатные антен-н ы. Под последним названием понимают антенны комнатного типа, расположенные внутри здания, а также случаи приема путем присоединения Л

к крыше дома, путем использо

вания телефонных линий, элек-трич. сети и т. д. Суррогатные антенны можно применять лишь вблизи передающей станции.

Р. длинноволновых приемных радиостанций обычно бывают направленного типа. Применение направленных антенн вызвано стремлением значительно ослабить помехи от посторонних радиостанций и от атмосферных разрядов. Для этого пригодна любая направленная радиосеть. Часто применяют радиосеть, состоящую из двух перпендикулярно расположенных замкнутых антенн, используемых при помощи гониометра (смотрите). К такой радиосети присоединяется ряд приемников, работающих одновременно (смотрите Многократный прием в радиотехнике, Волновая антенна, Замкнутая антенна).

Г. Э. т. XVIII.

Лит.: Шулейкин М. В., Курс радиотехники, М„ 1923; Ф рейман И. Г., Курс радиотехники, >1.—л., 1928; Петровский А. А., Радиосети, Л., 1924; Шулейкин М. В., Расчет действующей высоты радиосети и ее сопротивления, «Радиотехник», Нижний-Новгород, 1921, К; его же, Расчет емкости радиосетей, «ТиТбП», 1918, 1; Гуров В., Метод Хоу для расчета радиотелеграфных антенн, там же, 1918, 3 и 4; Татаринов В. В., Об определении постоянных антенн с равномерным распределением емкости и самоиндукции, там же, 1920, 8; К л я ц-к и н И. Г., Расчет воздушного противовеса, там же, 1921, .9; Ф р е и м а н И. Г., Об измерении динамич. емкости радиосети, там же, 1921, 11; е г о ж е, Об измерении собственной длины волны радиосети, там же, 1921, 11; Р о ж а н с к и и Д. А., Динамические постоянные воздушного провода, там же, 1922, 13; Фрейма н И. Г., Об эквивалентной схеме радиосети, там же, 1922, 13; Шулейкин М. В. и Минц А. Л., Графич. расчет радиосети, там же, 1922, 14; Рожанский Д. А., Об излучении антенны, там же, 1922, 14; Ф р е и м а н И. Г., Об эквивалентных постоянных радиосети, там же, 1923, 19; его же, О вычислении собственной длины волны радиосети, там же, 1923, 20; СлеплнЛ. Б., К расчету емкости антенн, там же, 1924, 26; Ф р е и м а н И. Г., Об измерении действующей высоты радиосети, там же, 1925, 28; Бон ч-Б р у е в и ч М. А., Короткие волны и направленные антенны, там же, 1925, 29; Ш у-лейкин М. В. и БаженовВ.И., Аналитиче-скоеисследованиепотерь в системе: антенна—противовес—грунтовые воды, там же, 1925, 29; Ш у лейки н М. В. и В и т о р с к и и В. К., Анализ работы генератора высокой частоты на радиосеть, там же, 1925, 30 и 31; Ф р е и м а н И. Г., Об единице излучения радиосети, там же, 1925, 30; Бон ч-Б р у е в и ч

М. А., Излучение сложных прямоугольных антенн с идентичными вибраторами, там же, 1926, 36; Терентьев Б. П., Исследование сети на модели, там же, 1926, 39; Бон ч-Б р у е в и ч М. А., Расчет прямоугольных направленных антенп с идентичными вибраторами, там же, 1926, 39; К л я ц к и н И. Г., Излучение вертикального заземленного провода, там же, 1927, 1 (40); Татаринов В. В., Исследование направленного действия сложной синфазной антенны на радиополе им. И. Н. Смирнова, там же, 1927, 1 (40); Исаков Л. Д., Несколько замечаний о емкости радиосети и о том, что дают обычные методы ее измерения, там же, 1927, 4 (43); Турлыгин С. Я. иПономаревМ. И., Сложные передающие антенны, там же, 1928, 3 (48); Пистолькорс А., Расчет сопротивления излучения для направленных коротковолновых антенн, там же, 1928, 3 (48); его ж е, К расчету излучения направленных антенн, там же, 1928, i (50); К л я ц к и н И. Г. и М и н ц А. Л., Некоторые особенности расчета сетей радиовещательных станций, там же, 1928, 6 (51); Пистоль-коре А., там же, 1928, 50; 1929, 52; В е т е г а-g e Н., Rice С. W. а. К e 1 1 о g E. W., Антенна бегущей волны, пер. с английского, там же, 1924, 24; BallantineS., Излучение коротких волн с длинных антенн, там же, 1925, 28; Abraham М., liter den Erdwiderstand топ Antennen, «Jahrb. d. drahtl. Telegr. u. Telepli.», B., 1925, B. 25; Abraham M., Theoretlsche Untersuchungen Uber die Strahlung von Antennensystem, «Archiv f. Elektrotechnik», B., 1920; Bouvler P., «RadioelectricitC», P., 1922, nov., p. 459, dec., p. 523; В r 1 1 1 о u i n b., ibid., 1922-, avr., p. 147; BallantineS., «Proceedings of the Inst, of Radio Eng.», N. Y., 1924, Dee., p. 733, 823; Beverage Η. H., Rice C. W. a. iellog E. W., «.Tourn. of the Americ. Inst, of Electric. Engineers»,

№ 4, 1923, p. 258, 372, 510, 636, 728; Marconi G., «Electrical World», N. Y., 1899, p. 767; roller Poljun B., «Jahrb. d. drahtl. Telegr. u.Teleph.», B., 1918,B. 13,p. 217; Mayer R., «Jahrb. d.drahtl.Telegr. u. leieph.», B., 1927, p. 71; Meissner A., Ibid., 1921, p. 322; Cutting E., «Proceedings of the Inst, of Radio Eng.», N. Y., 1922, Apr., p. 129; E e e 1 e s W. H. «The Electrician», L., 1921, Jan., p. 72; L i n-d e n Ы a n d К. а. В r о w n W. W., «Proceedings of the Inst, of Radio Eng.», N. Y., 1926, p. 291; Press A., «Journal of the Institute of the Electrical Eng.», L., 1921, Apr., p. 439; Wilmotte R. M., «Experimental Wireless», L., 1928, March, p. 119; P u-pin M. J., «Proceedings of the Inst, of Radio Eng.»,

N. Y., 1913, Jan., p. 3, 12; Austin L. W., 1914, ibid., p. 131, 133; Press A., Ibid., 1918, Dec., p. 317; AlexandersonE. F., ibid., 1920, Aug., p. 2 63, 1921, Apr., p. 83; Dunmore F. W., ibid., 1923, June, p. 243; Baker W. K., ibid., 1923, Aug., p. 339; Press A., Ibid., 1917, Dec., p. 413, 1920, Oct., p. 441, 1920, Dec., p. 525; Woolverton К. B., ibid., 1915, Dec., p. 371; Lovenstein F., ibid., 1916, June, p. 271; C u 1 v e г C. A., ibid., 1916, Oct., p. 4 59; FullerL.F., ibid., 1916,Oct.,p. 455; Bennet E., ibid., 1918, Oct., p. 237; Miller J. M. ibid., 1919, June, p. 299; Taylor A. H., ibid., 1919, Aug., p. 337; L о m b a r d i L., ibid., 1919, Dec.,

p. 651; Austin Tj. W., ibid., 1920, Apr., p. 164; Forbes H. C., ibid., 1925, June, p. 363; Levin

S. A. a. Joung C. J., ibid., 1926, Oct., p. 675; U d a, ibid., 1927, May; Engbnnd K. a. Crawford A., ibid., 1929, Aug.; BallantineS., ibid, 1928, Sept.; W i 1 m о 11 e R. M., «Journ. of the Inst of Electr. Eng.», London, 1930, v. 68, 405; South-wort G. S.,«Proe. of the Inst, of Radio Eng », N.Y, 1930, v. 18, 9; K i e bits F., «Telegraphen- u. F- rn-sprachtechnik», B., 1930, B. 19, Ю; B e c h m a η n R. «Ztschr. f. Hochfrequenztechnik», Berlin, 1930, B. 36,’ 5; BeclimannR., «Ргос. of the Inst, of Radio Eng» New York, 1931, v. 19, 3; 1« i s c h e r F. A., «Elektr. Nachrichtentechnik», B., 1931,B. 8,2; Walmsley

T., «Journ. of the Inst, of Electr. Eng.», 1931, v. 6 9, 410; Kruger K. u. PlendlH., «Ztschr. f. Hochfrequenztechnik», B., 1931, v. 37, 4. И. Кляцкин.