Близкий родственник радиолокатора

В радиолокации расстояние определяется по запаздыванию радиоэха. Но есть другой способ измерения дальности при помощи радиоволн. Он основан на чрезвычайно интересном явлении, которое называется интерференцией.

Если бросить в воду два камешка так, чтобы они упали на некотором расстоянии один от другого, то на поверхности воды появятся два центра с расходящимися кругами волн.

Круги постепенно увеличатся настолько, что волны пересекутся. Здесь -то и возникнет явление интерференции, т. е. наложение одной волны на другую.

В тех местах, где гребни и впадины обеих волн совпадут, там одна волна усилит другую. А в тех местах, где впадина одной волны встретится с гребнем другой, там получится разнобой, и волны взаимно уничтожатся.

Рис. 1. Когда волны пересекаются, возникает интерференция - наложение одной волны на другую.

Таким свойством обладают не только волны на поверхности воды, но и все другие виды волн: звуковые, световые, радиоволны.

Мы привыкли к тому, что, если к свету прибавить свет, станет светлее. Но можно сделать совершенно обратное: светом погасить свет. Для этого нужно, чтобы две одинаковые световые волны встретились, тогда они могут погасить одна другую точно так же, как волны на поверхности воды.

Используя интерференцию света, удалось построить совершенно необычные измерительные приборы - интерферометры.

Единицей измерения в них служит световая волна. А длина световых волн хорошо известна. Она составляет несколько десятитысячных долей миллиметра. Значит, измерение такой малой мерой может быть необычайно точным.

И действительно, при измерении при помощи интерферометра легко подсчитать не только число световых волн, но даже учесть десятые доли волны.

Поэтому интерферометр применяется для самых точных измерений. Он позволяет измерять очень малые длины и притом с изумительной точностью -  до стотысячных долей миллиметра.

Для измерения больших расстояний оптические интерферометры непригодны.

«Нельзя ли тут применить интерференцию радиоволн?» - подумали радиофизики. Только как ее обнаружить, ведь радиоволны невидимы?

Крупнейшие советские ученые Леонид Исаакович Мандельштам и Николай Дмитриевич Папалекси блестяще разрешили эту задачу науки. Еще в 1930 году они предложили использовать интерференцию радиоволн для измерения расстояний и вскоре после этого построили совершенно особые измерительные приборы - радиодальномеры.

Радиодальномер - близкий «родственник» радиолокатора. Но измеряет он по-другому. Для этого требуются две приемнопередающие радиостанции, которые работают строго согласованно между собой.

Одна из них является задающей; она непрерывно излучает радиоволны. Вторая станция является отражающей; она действует как ответчик: принимает радиоволны первой станции и, несколько изменив их длину, тут же посылает ответ.

Радиоволны, посланные задающей станцией, получив здесь пополнение энергии, возвращаются обратно.

Если бы можно было сосчитать, сколько радиоволн укладывается между станциями, легко было бы определить расстояние между ними, так как длина волны известна.

Но как это сделать?

Здесь может помочь интерференция радиоволн: взаимодействие излучаемой волны с отраженной. Обнаружить интерференцию можно при помощи электроннолучевой трубки, которая находится на задающей станции.

На одну пару отклоняющих пластин трубки воздействует волна, которую станция излучает, а на другую - волна, которая возвращается обратно и воспринимается радиоприемником.

Если бы эти волны действовали на электронный пучок в отдельности, на экране возникла бы только светлая прямая полоска: от одной волны горизонтальная, от другой вертикальная. Но волны действуют одновременно, и пучок выводит на экране причудливые фигуры.

Эти фигуры каждая пара волн рисует по-своему, поэтому можно легко определить, какие волны их начертили на экране.

Рис. 2. Электронный пучок на экране электронно-лучевой трубки ЭЛТ.

Эти фигуры вычерчивает электронный пучок на экране электроннолучевой трубки при измерении расстояний с помощью радиодальномера.

Поведение этих фигур чрезвычайно точно отражает взаимодействие радиоволн. Поэтому, глядя на экран, можно следить за интерференцией радиоволн и сделать нужное измерение.

Когда радиостанции неподвижны, между ними в любой момент укладывается одно и то же число волн. В этом случае взаимодействие излучаемой волны с отраженной не меняется и на экране вырисовывается одна и та же фигура.

Но если станции начнут сближаться или удаляться, взаимодействие радиоволн станет изменяться и на экране одна фигура будет сменять другую. По мере изменения расстояния фигуры начнут повторяться. Эти повторения легко сосчитать, их число укажет, на сколько длин волн изменилось расстояние межд? станциями.

При измерении расстояния между какими-нибудь пунктами одна станция стоит на месте, а другая передвигается из первого пункта во второй. На задающей станции в это время следят за повторением фигур.

Подвижная станция развертывает за собой, как измерительную ленту, длинную вереницу радиоволн, а задающая станция ведет им счет.

По фигурам не только можно подсчитать число целых волн, уложившихся между двумя пунктами, но даже учесть и доли волны. Поэтому такие измерения отличаются необыкновенной точностью.

Дистанцию в десятки километров можно измерить с точностью до нескольких дециметров.

Иногда применяется иной способ измерения. Он дает возможность определить расстояние между измерительными станциями сразу, не меняя их положения.

В этом случае вместо перемещения станции переходят с одной волны на другую.

При изменении длины волны будет меняться и число воли, укладывающихся между станциями. Это изменение легко подсчитать по смене фигур на экране трубки.

А зная, насколько изменилась длина волны и насколько изменилось при этом число волн на измеряемом участке, нетрудно вычислить и расстояние.

При помощи радиодальномера можно измерять дистанции в несколько сот километров за две-три минуты. Новый способ измерений, разработанный советскими учеными, отличается точностью и быстротой.

Он имеет большое значение для наук, связанных с измерением больших расстояний: для радиолокации, геодезии, гидрографии и навигации.

Продолжение: На суше и на море - радиодальномеры.

Источник: Ф. Честнов - "В мире радио", 1954г.