Детектування.

Детектування — процес виділення низькочастотних (звукових) коливань із прийнятих модульованих коливань високої частоти.

У найпростішому приймачі детектування здійснюється в два етапи: спочатку ВЧ коливання випрямляються, а потім виділяється низькоча­стотна обвідна високочастотних імпульсів.

Далі вчитель знайомить учнів із графіками демодульованих коливань і блок-схемою приймача (у класах з високим рівнем знань можна показа­ти принципову схему приймального пристрою).

Під час використання електромагнітних хвиль для радіозв'язку як джерело, так і приймач радіохвиль найчастіше розташовуються поблизу земної поверхні. Форма й фізичні властивості земної поверхні, а також стан атмосфери відчутно впливають на поширення радіохвиль.

Найпростіший раджіоприймач

Приймачі електромагнітних хвиль досить різноманітні. Найпростіший з них — детекторний приймач (мал. 89), який є, по суті, розглянутим вище демодулятором коливань з увімкнутим до нього паралельно коливальним контуром.

Мал. 89

Електромагнітні хвилі під час надходження створюють в антені і контурі високочастотні модульовані коливання. Якщо конденсатором настроїти контур у резонанс частоті коливань, які слід прийняти, то навіть дуже слабкі хвилі, надходячи, створять помітні модульовані коливання в контурі. Ці коливання потрапляють на демодулятор і за допомогою теле­фона, зашунтованого конденсатором, розділяються на коливання низької і високої частоти. Коливання низької (звукової) частоти проходять переважно через телефон, мембрана якого коливатиметься так само, як мембрана мікрофона на передавальній станції, і ми почуємо такий самий звук, який був виголошений перед мікрофоном.

Детекторний приймач дуже простий, надійний, не вимагає джерела живлення, однак він може приймати сигнали лише від близьких або дуже потужних радіостанцій. Більш досконалі приймачі — лампові і транзисторні — зібрані за досить складними схемами.

Таким є приймач прямого підсилення, блок-схему якого наведено на малюнку 90. Електромагнітні хвилі надходять в антену приймача і викликають електромагнітні коливання в резонуючому контурі РК. Слабкі коливання високої частоти надходять у підсилювач, а потім у детектор. У детекторі відбувається процес демодуляції — виділення низькочастотної складової коливань. З детектованих коливань виділя­ється низькочастотна (звукова) складова, яка знову підсилюється і подається на відтворювальний пристрій (динамік, телефон тощо). Резонуючий контур приймача складається з котушки і конденсатора змінної ємності. Це дає можливість досягати збігу частот власних коливань контуру з частотою хвилі, яка випромінюється тією чи іншою радіостанцією, інакше кажучи, настроювати приймач на довжину хвилі потрібної радіостанції. Однак слід мати на увазі, що найчастіше радіомовні приймачі будують за дещо іншою схемою — так звані супергетеродинні приймачі.

Радіолокація

Явище відбивання електромагнітних хвиль покладено в основу опрацьованого в кінці 30-х років методу виявлення і точного визначення положення предметів (літаків у повітрі, кораблів у морі, закутаних туманом або вночі тощо). Цей метод дістав назву радіолокації. Ідея радіолокації така.

Короткі електромагнітні хвилі, завдовжки кілька метрів, дециметрів і навіть сантиметрів, посилаються радіолокаційною установкою дуже короткими імпульсами один за одним через рівні, дуже малі інтервали часу, які значно перевищують тривалість імпульсу. Тривалість сигналу, який посилається (імпульсу електромагнітних хвиль), становить мільйонні частки секунди. Сигнали повторюються від кількох сот до тисяч разів за секунду (досить часто, але так, щоб одночасно «в дорозі», в межах радіуса огляду радіолокатора, не виявилися два сигнала). Електромагнітні хвилі, зустрічаючи на своєму шляху перешкоду, — літак, корабель тощо, частково розсіюються цими предметами і частково відбиваються. Відбиті хвилі приймаються тією ж радіолокаційною установкою і після підсилення подаються на осцилограф. За інтервалом часу, який пройшов від моменту випромінювання імпульсу і до моменту повернення відбитих об'єктом хвиль, визначається відстань до нього.

Для розшукування невидимих об'єктів антена радіолокатора, подібно до прожектора, має випромінювати гостро

Мал. 91

напрямлений пучок електромагнітних хвиль — радіопромінь, напрям якого можна легко змінити, змінюючи нахил антени і повертаючи її навколо своєї осі. Для одержання гостро напрямленого вузького радіопроменя у випадку дециметрових і сантиметрових хвиль використовують антени у вигляді увігнутих (параболічної форми) металевих дзеркал, у фокусі яких розміщений випромінюючий вібратор. Буваючи на великих аеродромах, ви, безперечно, бачили ці антени — параболічні сітки, які рівномірно обертаються. Для довших хвиль конструюють складніші антени з певним чином розміщеними вібраторами.

Розглянемо схему будови і принцип дії радіолокатора (мал. 91). Для випромінювання і приймання відбитих хвиль у радіолокаторах використовується одна й та сама антена. Приймання відбитих радіохвиль здійснюється під час пауз у роботі передавача. Для вимірювання відстані до об'єкта в радіолокаторах визначають час, затрачуваний хвилями для руху до об'єкта й назад. Вимірюють цей час за допомогою електронно-променевої трубки. Для цього на горизонтальні пластини трубки подають пилкоподібну напругу, яка надає променеві рівномірного руху в горизонтальному напрямі, причому швидкість переміщення променя по екрану береться такою, щоб він проходив увесь екран якраз за інтервал часу між відправленнями імпульсів. У момент чергового відправлення імпульсу подається й імпульс напруги на вертикально відхиляючі пластини електронно-променевої трубки. Тоді на екрані трубки на прямій лінії розгортки екрана трубки з'являється вузький вертикальний пік, який фіксує момент відправлення сигналу. Після цього антена радіолока­тора переключається на приймання.

Радіосигнал, досягнувши цілі, розсіюється на ній і част­ково відбивається назад. Відбитий сигнал приймається, підсилюється. На екрані з'являється другий вузький верти­кальний пік на певній відстані від першого. Вимірявши відстань l між обома відмітками на екрані і знаючи швидкість v горизонтального переміщення променя по екра­ну, можна визначити час t, затрачуваний хвилею на рух до цілі й назад, тобто t = l/v .З іншого боку, цей же час дорівнює: t =2d/c. Де d — відстань до об'єкта, а с — швидкість поширен­ня електромагнітних хвиль. Оскільки швидкість радіохвиль в атмосфері практично стала (с = 3·10⁸ м/с), то d = cl/2v, тобто, вимірявши відстань між піками l, можна визначити відстань до об'єкта d. Це дає можливість градуювати шкалу електронно-променевої трубки радіолокатора безпосередньо в кілометрах.

Для визначення напряму на шуканий об'єкт антену роблять рухомою. Вона повертається в усіх напрямах, і коли її випромінювання падає на об'єкт, виникають розсіяні радіохвилі, які повертаються назад до радіолокатора і реєструються приймачем. Знаючи орієнтацію антени в момент приймання відбитого сигналу (кут з певним напрямом на горизонтальній площині — азимут, кут з горизонтальною площиною — висота), визначають три координати, які описують положення об'єкта. Таким чином, радіолокатор- дає можливість визначити не тільки відстань до об'єкта, а й напрям на нього, а у випадку об'єктів у повітрі — навіть висоту їх польоту. Якщо об'єкт переміщається, оператор, повертаючи антену, може невідступно стежити за ним і визначити зміну з часом координат об'єкта, що дає можливість обчислити швидкість і траєкторію руху об'єкта.

Ми розглянули принцип дії одного з типів радіолокаторів, які працюють за імпульсним методом. Нині застосовуються більш складні й досконалі системи радіолокації.

Тепер радіолокація застосовується дуже широко не лише на транспорті й у військовій справі, а й у багатьох інших галузях народного господарства. За допомогою радіолокаторів спостерігають виникнення і рух хмар, політ метеоритів у верхніх шарах атмосфери. Радіолокатори широко використовуються в космічних дослідженнях. На борту кожного космічного корабля обов'язково встановлюється кілька радіолокаторів. Останнім часом радіолокація успішно використовується для точного вивчення руху планет, уточнення

відстаней до них. У 1961—1966 pp. було здійснено радіолокацію Венери, Меркурія, Марса і Юпітера.