УКВ - новые волны, новые возможности
Когда вы беретесь за ручку настройки радиоприемника, перед вами открывается дверь в невидимый мир эфира. Вот вы сделали еле заметный поворот ручки, и приемник настроился на одну из радиостанций: из громкоговорителя послышался голос ученого, читающего лекцию; вы повернули ручку настройки немного еще и услышали радиорепортаж с футбольного поля; вы повернули ручку дальше - и вами овладели звуки чарующей музыки.
Вращая ручку настройки приемника, вы совершаете путешествие по эфиру и можете услышать очень далекие радиостанции.
Не всегда это путешествие проходит удачно. Иногда в мерно плывущие звуки вальса вторгается посторонняя передача или частая дробь радиотелеграфной азбуки.
Вы невольно становитесь слушателем двух или даже трех станций одновременно. Не следует винить в этом радиоприемник: он выполняет свою роль исправно. Причиной такого явления при радиоприеме является «теснота в эфире».
Не думайте, что радиоволнам действительно тесно. Нет. Распространение одной волны нисколько не мешает распространяться другим волнам. Они проходят одна через другую, «не замечая» друг друга.
В этом смысле в эфире всегда просторно. Мы могли бы установить радиостанции в каждом доме и включить их, и они прекрасно работали бы, излучая миллионы и миллиарды всевозможных радиоволн.
Но не нужно забывать о радиоприеме. Радиостанции работают для того, чтобы их кто -то слушал. Вести радиопередачу можно, но можно ли расслышать и разобрать, что передается?
Говоря о «тесноте в эфире», хотят сказать, что одновременно работает чрезвычайно много радиостанций и радиоприем очень затруднен. Об этом лучше всех знают радисты-слухачи.
Порой сигналы принимаемой радиостанции так сильно забиваются посторонними станциями, что только тонкий слух и большой опыт выручают радиста и помогают ему принять радиограмму без искажений. Ему могут помешать не только станции, ведущие передачи на его же волне, но и те, которые работают на близких волнах.
«Теснота в эфире» - одна из самых сложных задач, стоящих перед радиотехникой.
В начальный период развития радио передающих станций было немного, и они не мешали одна другой. С течением времени количество их становилось все больше и больше, а число незанятых радиоволн уменьшалось.
Радиотехникам пришлось задуматься над более правильным и экономным «использованием эфира». Для распределения радиоволн между государствами стали созываться международные конференции.
Появились строгие ограничения, не позволяющие радиостанциям отклоняться от установленных длин волн.
Из-за «тесноты в эфире» открытие новых станций становится все труднее и труднее. Каждый вновь установленный радиопередатчик - не только новый «голос в эфире», это новая помеха работе других радиостанций.
Но потребность в радиосвязи очень велика. И эфир в настоящее время сверх меры «забит» радиоволнами.
Если бы мы установили столь чувствительный радиоприемник, что могли уловить все радиостанции мира, мы почти на каждой волне услышали бы несколько передач одновременно. Так, в диапазоне радиоволн от 100 до 50 метров на каждой волне работает в среднем по девяти радиостанций, а на некоторых других волнах еще больше.
«Теснота в эфире» давно мешает развитию радиосвязи и радиовещания. Вот почему радиотехники уже много лет стремятся расширить границы диапазона радиоволн, применяемых на практике.
Начав свою историю с применения средних и длинных волн, радиотехника 30 лет назад перешла к освоению коротковолнового диапазона, который включает волны длиной от 50 до 10 метров и дает возможность вместить в несколько раз больше радиостанций, чем весь диапазон более длинных волн. Но скоро и в этом диапазоне стало тесно.
Теперь удалось освоить ультракороткие волны. Перед радиотехниками открылся небывалый простор. Диапазон УКВ (ультракоротких волн) обладает необыкновенной частотной вместимостью.
Чтобы понять, насколько диапазон ультракоротких волн «просторнее» других диапазонов, придется прибегнуть к цифрам. Посмотрим, какая полоса частот соответствует диапазону УКВ (волны длиной от 10 метров до 1 сантиметра) и какая полоса частот соответствует более длинным волнам (волны длиной от 10 до 30 тысяч метров).
Волна длиной 30 тысяч метров создается изменениями электромагнитного поля, происходящими с частотой 10 тысяч колебаний в секунду. Волне 10 метров соответствует частота в 30 миллионов колебаний в секунду, а волне в 1 сантиметр соответствует частота в 30 миллиардов колебаний в секунду.
Значит, полоса частот диапазона УКВ составит 30 000 000 000 - 30 000 000 = 29 970 000 000 колебаний в секунду, а полоса частот более длинных волн составит всего 30 000 000— 10 000 = 29 990 000 колебаний в секунду.
Из этого расчета видно, что частотный «участок» УКВ примерно в 1000 раз больше частотного «участка» всех более длинных волн! В нем можно разместить в сотни раз больше радиостанций, чем на длинных, средних и коротких волнах вместе взятых!
Частотный простор в области УКВ позволяет не только увеличить число радиостанций, но и совершенно по-новому вести радиовещание, передавая более широкую полосу частот. А это улучшает качество передач.
Как выяснили радиофизики, при любой радиопередаче в эфир излучается не одна какая-либо частота, а целая полоса частот. Радиотелеграфная передача создает узкую полосу частот и «занимает в эфире» сравнительно небольшой частотный участок.
При передаче речи полоса излучаемых частот больше, а при музыкальной передаче еще больше, причем более богатая по своему звуковому составу программа требует и более широкой полосы частот.
Но «теснота в эфире» ограничивает потребности радиостанций. Каждой радиовещательной станции отводится более узкий частотный участок, чем требуется для художественной передачи.
Поэтому многих звуков в области высоких звуковых частот мы не слышим — их намеренно не пропускает радиостанция, чтобы не мешать работе своих «соседей по эфиру».
На УКВ таких ограничений быть не может. Этот диапазон дает возможность вести передачи с самой широкой полосой частот, какая только необходима.
Достоинство ультракоротких волн состоит еще и в том, что они позволяют при помощи сравнительно несложных и небольших антенн получать узкие пучки радиоволн.
Это важно не только в радиолокации, но и в технике связи. Когда радиоволны собираются в пучок и направляются как раз туда, где ведется их прием, затрудняется перехват радиограмм противником и увеличивается секретность передачи.
Кроме того, благодаря направленности энергия радиоволн не рассеивается бесполезно по сторонам, и поэтому для поддержания связи требуется очень небольшая мощность. А это способствует уменьшению размеров передающих станций.
На ультракоротких волнах радиостанции получаются компактными и легкими. Для них уже без труда найдется место и в самолете, и в танке, и на мотоцикле. Особенно важно умень шение веса и габаритов для переносных радиостанций. Легкая станция менее обременяет радиста и увеличивает его подвиж-ность в боевой обстановке.
Укорочение длины волны приводит не только к изменению аппаратуры - меняются законы распространения радиоволн.
Рис. 1. На ультракоротких волнах (УКВ) радиостанции становятся более компактными и легкими.
В то время как и длинные, - и короткие волны могут распространяться далеко, дальность действия ультракоротких волн вдоль земной поверхности ограничена.
Они, как известно, не отражаются ионосферой, а проходят ее насквозь поэтому ультракоротковолновая связь на земле возможна только за счет «земного луча».
Но вследствие малой длины эти волны почти не огибают шарообразную поверхность земли подобно длинным волнам и к тому же очень сильно поглощаются почвой и местными предметами. Поэтому надежный прием на УКВ можно обеспечить только в пределах видимости, т. е. примерно до горизонта.
Чтобы расширить горизонт, антенны поднимают как можно выше. Но это не намного увеличивает дальность радиосвязи: она составляет лишь несколько десятков километров. Может возникнуть вопрос: стоит ли заниматься такими недальнобойными волнами?
Действительно, на заре радиотехники УКВ почти никого не интересовали. Были построены станции, работавшие на волнах в 30 километров длиной! А когда удалось открыть дальнодействие коротких волн, для дальних связей стали применяться короткие волны.
В наше время радиотехников интересует область ультракоротких волн. Это не значит, что они отказались от использования длинных и коротких волн. Нет.
Но теперь радиотехника получила такое мощное развитие, что ее интересуют не только связи на сотни и тысячи километров, но и связи по радио на небольших расстояниях - местные связи.
А это ведет к огромному росту количества радиостанций. Так, например, во время боевых действий работают тысячи станций в пределах сравнительно узких участков фронта.
В таком случае недальнобойность УКВ становится большим достоинством. Ведь если радиоволны распространяются только до горизонта, значит, за горизонтом можно вести радиопередачи на тех же волнах, не мешая своим соседям.
Это дает возможность многократно использовать один и тот же диапазон радиоволн и во много раз увеличить общее число радиостанций.
Широкое применение ультракоротких волн было подготовлено многолетними исследованиями советских радиофизиков.
Честь открытия основных законов распространения ультракоротких волн принадлежит академикам Б. А. Введенскому, В. А. Фоку и другим нашим ученым. Освоение этого диапазона дает возможность расширить область применения радио и разрешить многие трудные задачи, стоящие перед радиотехникой.
Продолжение: Электронные искры, помехи в радиоприеме.
Источник: Ф. Честнов - "В мире радио", 1954г.