РОЗДІЛ VIII.

ПОШИРЕННЯ РАДІОХВИЛЬ. АНТЕНИ.

Радіозв’язок здійснюється з допомогою електромагнітного поля, що поширюється в просторі між передавачем і приймачем.

Електромагнітне поле є сукупністю електричного і магнітного полів. Як відомо, електричне поле виникає навколо тіл з електрич­ним зарядом, а навколо рухомих зарядів виникає ще й магнітне поле. Але електромагнітне поле виникає лише тоді, коли електричне або магнітне поле змінюється з часом. В цьому разі змінне елек­тричне поле породжує в просторі змінне магнітне поле, яке в свою чергу викликає появу змінного електричного поля.

Отже, якщо змінний струм високої частоти йде по провіднику, то в навколишньому просторі виникає електромагнітне поле.

Щоб значна частина електромагнітного поля, яке існує навколо провідника, втратила з ним зв’язок і поширювалась у просторі (випромінювалась), треба, щоб випромінююча система проводів — антена передавача — була відкритим коливальним контуром.

Звичайний закритий коливальний контур не здатний випромі­нювати електромагнітну енергію, тому що майже все електричне поле зосереджене в невеликому просторі між обкладками конденса­тора, а магнітне поле — навколо котушки.

Схема поступового переходу від закритого контуру до відкритого (антени) зображена на рис. 208.

Разом з електромагнітним полем антена втрачає і енергію, що була зосереджена в полі. Інакше кажучи, виникає випромінювання електромагнітної енергії.

Для кількісної оцінки енергії поля користуються визначенням напруженості електричного поля Е або магнітного поля Н. .

На практиці частіше користуються величиною Е, що вимірюєть­ся в мв/м або в мкв/м.

Наприклад, для високоякісного приймання радіомовної станції в межах міста біля приймальної антени повинна бути напруженість поля порядку сотень мкв/м.

§ 75. Радіохвилі.

Поширення електромагнітної енергії в просторі в певній мірі схоже на поширення хвиль, що виникають на поверхні води навколо кинутого у воду каменя.

Хвилі, які виникають на поверхні води, мають гребені та запа­дини, що розходяться в усі боки з певною швидкістю. Відстань між двома сусідніми гребенями називається довжиною хвилі і позна­чається грецькою буквою λ.

Зрозуміло, що в змінному електромагнітному полі нема гребенів та западин, але густина і напрямок силових ліній чергуються в ньому так само, як і гребені і западини на воді (рис. 209).

Подібно до того, як визначають довжину хвилі на воді, довжиною електромагнітної хвилі називають відстань між двома найближчими точками електромагнітного поля з однаковою фазою наприклад, між точками, в яких силові лінії найгустіші і спрямовані в один і той же бік (рис. 210).

Відомо, що електромагнітне поле поширюється в просторі з ве­личезною швидкістю c = 300 000 000 м/сек, отже, з такою ж швид­кістю поширюються і електромагнітні хвилі. Щоб обійти навколо Землі по екватору, електромагнітній хвилі потрібна лише частка секунди.

Більш як 60 років тому великий російський вчений О. С. Попов вперше в історії людства використав електромагнітні хвилі для бездротового зв’язку — радіозв’язку. Слово «радіо» означає в перекладі «промінь».

Оскільки передавач випромінює в простір електромагнітні хви­лі нову галузь техніки назвали радіотехнікою, а електромагнітні хвилі, що використовуються для радіозв’язку,— радіохвилями.

§ 76. Довжина радіохвиль.

Коли по провіднику антени проходить змінний струм, в навколишньому просторі виникають радіохвилі, що поширюються в усі боки з швидкістю с = 3·10⁸ м/сек.

Кожне повне коливання струму в антені — один період — створює в просторі одну хвилю (рис. 211).

Знаючи швидкість рівномірного поширення радіохвиль С і період Т, за час якого енергія поширюється на одну довжину хвилі, можна обчислити довжину радіохвилі в просторі: λ = с · Т

Як відомо, між періодом і частотою коливань існує просте спів­відношення: Т = .

Таким чином, зв’язок між довжиною радіохвилі і частотою ко­ливань визначається формулами:

λ = .

де f частота (в гц), λ — довжина хвилі (в м), c — швидкість поширення радіохвиль.

Діапазон частот, що використовується сучасною радіотехнікою, дуже великий — від десятків тисяч до мільярдів герц, що відпові­дає довжинам хвиль від десятків кілометрів до кількох міліметрів.

Умовно весь діапазон радіохвиль поділяють на чотири вужчих діапазони: довгі хвилі — від 30 000 до 1000 м ;

середні — від 1000 до 100 м ;

короткі— від 100 до 10 м ;

ультракороткі— менше 10 м.

§ 77. Поширення поверхневих радіохвиль.

Щоб тисячі різних передавальних радіостанцій могли працювати одночасно, не перешкоджаючи одна одній, за кожною з них закріплюється певна хвиля.

Радіостанції пильно стежать за сталістю частоти передавача, забезпечуючи цим необхідну довжину випромінюваної хвилі. Довжина хвилі, закріплена за радіостанцією, визначається не випадково, а з урахуванням призначення станції, її потужності, географічного положення та інших факторів. Це обумовлено насамперед тим, що електромагнітні хвилі з різною довжиною поширюються по-різному, нерідко навіть різними шляхами.

Хвилі кожного діапазону мають свої особливості поширення. ;

Щоб зрозуміти ці особливості, уявімо собі спершу в найпростішому вигляді картину того простору над Землею, в якому: поширюються радіохвилі.

Наша земна куля радіусом близько 6400 км за своїми електричними властивостями є провідником, тимчасом як атмосфера до висоти — 60—80 км є ізолятором.

Хвилі, що йдуть від антени передавача під певним кутом до Землі, не втрачають своєї енергії при поширенні у повітряному просторі. Ці хвилі, незалежно від їх довжини, називають просторовими. Радіохвилі, що поширюються вздовж поверхні Землі, иазивають земними, або поверхневими (рис. 212). Вони досягають прий­мальної антени найкоротшим шляхом, але значна частина їх енергії пропадає без користі, поглинаючись земною поверхнею.

Чим коротша довжина поверхневої хвилі, тим більше енергії вона втрачає при поширенні.

Довгі хвилі найкраще огинають кривизну Землі і при цьому найменше поглинаються. Тому перші радіостанції для далеких зв’язків працювали на довгих хвилях. Але й ці хвилі, проходячи довгий шлях вздовж Землі, втрачають так багато енергії, що для підтри­мування далеких зв’язків треба будувати потужні передавачі з високими антенами. Великою перевагою довгих хвиль є мала залежність їх поширення від пори року і доби, тому станції центрального радіомовлення СРСР працюють на довгих хвилях.