§ 40. Найпростіший радіоприймач

Сучасні приймачі електромагнітних хвиль досить різ­номанітні. Найпростішим з них є детекторний, що складає­ться з демодулятора коливань (див. мал. 91) і паралельно увімкнутого коливального контуру (мал. 93) з конден-

сатора змінної ємності і котушки індуктивності. Електро­магнітні хвилі створюють в антені і контурі високочас­тотні модульовані коливання. Якщо конденсатором на­строїти контур в резонанс частоті коливань, які треба прийняти, то навіть дуже слабкі хвилі при надходженні створять помітні модульовані коливання в контурі. Ці коливання потрапляють на демодулятор і за допомогою телефоиа, зашунтованого конденсатором, розділяються на коливання низької і високої частоти. Коливання низької (звукової) частоти проходять в основному через телефон, мембрана якого коливатиметься аналогічно до мембрани мікрофона на передавальній станції і ми почуємо звук, виголошений перед мікрофоном.

Детекторний приймач дуже простий, надійний, не вима­гає джерела живлення. Однак він може приймати сигнали лише від близьких або дуже потужних радіостанцій. Досконаліші приймачі — лампові і транзисторні.

Одним з таких приймачів є приймач прямого підси­лення (мал. 94). Електромагнітні хвилі надходять в анте­ну приймача і викликають електромагнітні коливання в резонуючому контурі. Слабкі коливання високої частоти надходять у підсилювач, а потім в детектор. У детекторі відбувається процес демодуляції — виділення низько­частотної складової коливань із коливань з несучою часто­тою. 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 доби­тися збігу частот власних коливань контуру з частотою хвилі, випроміненою тією чи іншою радіостанцією. Інакше

кажучи, настроїти приймач на довл;ину хвилі радіостан­ції. Однак слід мати на увазі, що найчастіше радіомовні приймачі будують за дещо іншою схемою — так звані супергетеродинні приймачі.

§ 41. Радіолокація

Явище відбивання електромагнітних хвиль лягло в основу опрацьованого в кінці 30-х років методу виявлення і точного визначення місцезнаходження предметів (літака в повітрі, кораблів у морі тощо). Цей метод дістав назву радіолокації, Ідея радіолокації така.

Короткі електромагнітні хвилі довжиною в 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 сигнали). Електромагнітні хвилі, зустрічаючи на своєму шляху перешкоду,— літак, корабель тощо, частково розсіюються цими предметами і частково відбиваються. Відбиті хвилі приймаються тією самою радіолокаційною установкою і після підсилення по­даються на осцилограф. За інтервалом часу від моменту випромінювання імпульсу і до моменту повернення відби­тих об'єктом хвиль визначається відстань до нього.

Однак для розшукування невидимих об'єктів антена радіолокатора, подібно до прожектора, має випроміню­вати гостронапрямлений пучок електромагнітних хвиль — радіопромінь, напрям якого можна легко змінити, змі­нюючи нахил антени і повертаючи її навколо своєї осі. Щоб одержати гостронапрямлений вузький радіопромінь у випадку дециметрових і сантиметрових хвиль, викори­стовують антени у вигляді увігнутих (параболічної форми) металевих дзеркал, у фокусі яких розміщений випромі­нюючий вібратор. На великих аеродромах, ви, мабуть, бачили ці антени (параболічні сітки), що рівномірно обертаються. Для довших хвиль конструюють складніші антени з певним розміщенням вібраторів.

Розглянемо схему будови і принцип дії радіолокатора (мал. 95). Для випромінювання і приймання відбитих

хвиль у радіолокаторах використовується одна й та сама антена. Приймання відбитих радіохвиль здійснюється під час пауз в роботі передавача. Щоб виміряти відстань до обєкта в радіолокаторах, визначають час, протягом якого хвиля рухається до об'єкта й назад. Вимірюють цей час за допомогою електронно-променевої трубки. Для цього на горизонтальні пластини трубки подають пилко­подібну напругу, яка надає променю рівномірного руху в горизонтальному напрямі, причому швидкість руху променя по екрану беруть таку, щоб він під впливом цієї напруги проходив увесь екран за інтервал часу між від­правленнями імпульсів. У момент чергового відправлення імпульсу на вертикально відхиляючі пластини електрон­но-променевої трубки подають також імпульс напруги. Тоді на прямій лінії розгортки екрана трубки з'являє­ться вузький вертикальний пік, який фіксує момент від­правлення сигналу. Після цього антену радіолокатора переключають на приймання.

Радіосигнал, досягнувши цілі, розсіюється на ній і част­ково відбивається назад. Відбитий сигнал приймається, підсилюється і на екрані з'являється другий вузький вер­тикальний пік на певній відстані від першого. Вимірявши відстань між обома відмітками на екрані і знаючи швид­кість v горизонтального переміщення променя по екрану,

можна визначити часвитрачений хвилею для руху до цілі й назад, тобто3 другого боку, цей час до-

рівнює t = —, де d — відстань до об'єкта, ас — швидкість

поширення електромагнітних хвиль. Оскільки швидкість радіохвиль в атмосфері практично постійна,

тотобто вимірявши відстань між піками / 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, за допомогою радіолокатора можна визначити від­стань до об'єкта, напрям на нього, а коли об'єкт перебуває у повітрі,— навіть висоту його польоту. Якщо об'єкт пере­міщається, оператор, повертаючи антену, може невідступно спостерігати за ним і визначити зміну з часом коорди­нат об'єкта, що дає можливість обчислити швидкість і траєкторію його руху.

Ми розглянули принцип дії простого радіолокатора. Нині застосовуються складніші й досконаліші системи радіолокації, наприклад, так звані радіолокатори круго­вого огляду (іноді їх називають панорамними). На екрані такого радіолокатора відмічається як напрям, так і від­стань до об'єкта, а також видно взаємне розташування об'єктів.

Оскільки різні об'єкти розсіюють падаючі на них радіо­хвилі по-різному, то залежно від особливостей опромі­нюваної поверхні і розміщених на ній об'єктів, назад до радіолокатора приходитимуть різні за інтенсивністю відбиті сигнали. Залежно від цього вони будуть сильніше чи слабкіше діяти на електронний промінь, який створює зображення на екрані електронно-променевої трубки. Тому яскравість світлових відміток різних об'єктів буде різною. Але найцікавіше полягає в тому, що світлові від­мітки розташовуються на екрані відповідно до розміщення об'єктів на місцевості.

Коли радіолокаційна станція посилає радіоімпульс, кінчик електронного променя, створюваного в трубці, починає рівномірно переміщатися від центра до краю екра­на, і прокреслює майже непомітну світлу лінію-радіус. На ній розміщуються світлі плямки — відмітки опроміню­ваних об'єктів. Чим ближче об'єкт до станції, тим швидше повернеться до радіолокатора відбитий сигнал і, отже, тим ближче до центра розміститься на цій лінії відмітка. В результаті радіальна лінія на екрані є умовним зобра­женням опромінюваної в цей момент смужки місцевості.

Але антена обертається з швидкістю близько 20 обертів за хвилину, і одночасно з нею і точно з такою самою швид­кістю обертається світлий радіус на екрані трубки. При кожному новому положенні антени змінюється ділянка, яка оглядається, змінюється разом з цим і розміщення світлих відміток на кожній новій радіальній лінії. Всі лінії прилягають щільно одна до одної. Під час одного повного оберту антени весь екран трубки покривається мозаїкою світлих відміток. Завдяки тому, що екран покри­тий речовиною з тривалим післясвіченням, одне зображен­ня не встигає погаснути, як при наступному оберті антени виникає нове. Вони накладаються одне на одне і в резуль­таті виникає суцільна картина, на якій відмітки виявле­них об'єктів видно одночасно у всіх напрямах. Виникав «електронна карта» місцевості (мал. 96), що її оглядає

радіолокатор, яка нагадує контурну карту. Таку умовну карту радіолокатор створює при будь-яких умовах види­мості, в будь-яку погоду. Такі радіолокатори широко засто­совуються в кораблеводінні і в авіації.

Радіолокація застосовується дуже широко не лише на транспорті і 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 установлюють кілька радіолокаторів. В останні роки радіолокація устґіш-но використовується для точного вивчення руху планет, уточнення «деталей до них. У 1961—1966 pp. була здій­снена радіолокація Венеря, Меркурія, Марса і Юпітера.