Текст книги "Радиоэлектроника в нашей жизни"
Автор книги: Борис Фомин
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 5 страниц)
Радиовещание
Важным применением радио служит радиовещание. Оно играет большую роль в нашей жизни.
В нашей стране радиовещательные передачи стали проводиться раньше, чем в других странах. В первые дни Октябрьской социалистической революции Владимир Ильич Ленин по радио обращался к народу. Начало регулярных «широковещательных» передач положил концерт, передававшийся Москвой 17 сентября 1922 года. За прошедшие с того времени годы у нас были построены сотни мощных радиовещательных станций, большое количество радиоузлов, создана новая отрасль промышленности, выпускающая радиоприемники; сейчас их в нашей стране более 20 миллионов.
За тридцать пять лет развития радиовещания коренным образом изменилась радиоэлектронная аппаратура, с помощью которой оно осуществляется. Наряду с увеличением мощности существующих длинноволновых и средневолновых станций появилось большое количество коротковолновых и ультракоротковолновых станций. Имея сравнительно небольшой радиус действия, они позволяют осуществлять вещание при почти полном отсутствии радиопомех.
Большой прогресс наблюдается в радиоприемной аппаратуре. Советская промышленность наладила массовый выпуск не менее чем 30 типов радиовещательных приемников и радиол различных классов. Созданы образцы сверхминиатюрных приемников, в которых вместо ламп используются полупроводниковые элементы. Эти приемники размером с портсигар. Их питание осуществляется от миниатюрных сухих батарей. Некоторые образцы питаются от фотоэлементов[2]2
О фотоэлементах рассказывается в брошюре «Научно-популярной библиотеки» Гостехиздата: В. А. Мезенцев, Электрический глаз.
[Закрыть] под действием солнечного света или осветительной лампы мощностью 100 ватт. Такие конструкции стали возможными благодаря огромным достижениям в создании новых электро– и радиотехнических материалов и новых электронных устройств.
Партия и правительство проявляют постоянную заботу о развитии радиовещания. Благодаря этой заботе успешно выполняется задача сплошной радиофикации нашей страны. «Газета без бумаги и расстояний», как называл В. И. Ленин радио, стала теперь достоянием всех советских людей.
Передача фотографий на расстояние
Фототелеграфия – это передача фотографий, чертежей, документов и других изображений по проводам или с помощью радио. Осуществляется она следующим образом.
Известно, что различные предметы по-разному отражают свет. Направьте луч карманного фонаря на кусок белой жести – она заблестит. Если же вы перенесете луч на черную бумагу, то света отразится значительно меньше. Черная поверхность поглощает почти все лучи. Поэтому черные предметы нагреваются на солнце значительно сильнее, чем белые.
Способность предметов по-разному отражать световые лучи используется при передаче изображений по радио. При этом светлые и темные участки чертежа или рисунка передаются последовательно, один за другим.
На передающей станции вращается барабан с «фототекстом» – рисунком или чертежом, который нужно передать в другой город. На него от сильного источника падает тонкий пучок света. Барабан вращается и, кроме того, медленно перемещается вдоль своей оси, подставляя под луч света все новые и новые участки рисунка. От каждого участка передаваемого рисунка или чертежа часть светового пучка отражается и попадает на фотоэлемент. Здесь энергия света преобразуется в электрическую энергию.
Устройство фотоэлемента показано на рис. 3.
Рис. 3. Схема фотоэлемента.
Внутри стеклянного баллона находятся два электрода: катод, имеющий форму выгнутой металлической пластинки, прикрепленной к баллону изнутри, и кольцеобразный анод. Катод покрыт особым слоем, способным испускать электроны, если на него падает свет. При этом чем ярче падающий свет, тем больше электронов вылетает с поверхности катода. Под действием электрического поля, создаваемого электрической батареей, электроны устремляются к аноду, и в цепи начинает течь ток. Сила этого тока меняется в зависимости от количества света, отраженного от того или иного участка рисунка, так как меняется количество вылетевших с катода электронов.
Пульсирующий ток, полученный благодаря фотоэлементу, после усиления поступает в телеграфную линию или в передатчик радиостанции (рис. 4).
Рис. 4. Принцип передачи изображений по фототелеграфу.
В последнем случае он управляет силой радиосигналов, излучаемых антенной, так что они точно соответствуют чередованию светлых и темных участков на рисунке или чертеже.
На приемной станции электрические сигналы вновь превращаются в световые. Делает это другой электронный прибор – газосветная лампа. Через нее протекает принятый по телеграфной линии или по радио пульсирующий ток. Лампа эта обладает важным свойством: сила ее свечения меняется соответственно изменению силы тока. Перед лампой вращается барабан, обернутый фотобумагой. Он, как и барабан на передающей станции, не только вращается, но и смещается вдоль оси. Поэтому луч света от газосветной лампы поочередно обегает один за другим участки фотобумаги. После окончания приема фотобумага проявляется и сушится. Фотодепешу можно направлять адресату.
Фототелеграф дает большой выигрыш во времени: передача фотоснимка размером 19х29 сантиметров занимает всего 15 минут. За это время фото депеша, отправленная из Москвы, может пересечь всю страну и быть принята в каком-либо дальневосточном городе, например в Хабаровске. Путешествие ее по железной дороге заняло бы девять суток, а авиапочтой – 25–30 часов.
Особенно большие преимущества дает радиофототелеграфия. При передаче изображений по радио фототелеграммы можно передавать не только из города в город, но и с корабля на сушу, с суши на самолет и т. д.
Телевидение
В русских сказках нередко рассказывается о том, как герой сказки смотрит в волшебное зеркальце и видит все, что творится на белом свете. Благодаря открытию радио эта сказка превратилась в быль. Волшебное зеркальце – это экран телевизора.
В отличие от фототелеграфа, который позволяет передавать только неподвижные изображения, в телевидении передаются любые изображения – подвижные и неподвижные. При этом отпадает необходимость в фотобумаге, изображение появляется на экране телевизионной трубки – кинескопа.
Как же видят на расстоянии?
В том месте, откуда передается изображение, – на сцене театра, на трибуне стадиона и т. д. – устанавливаются телекамеры. Это – сложные радиоэлектронные устройства. Они наводятся, подобно фотоаппарату, на те предметы, изображение которых нужно передать. Световые лучи, отраженные от предметов, людей и т. д., попадают в телекамеру и превращаются в ней в электрические сигналы. Последние, после многократного усиления, поступают в передатчик и воздействуют на радиоволны, излучаемые его антенной.
Если в фототелеграфии одно изображение передается за 15 и более минут, то в телевидении оно передается 25 раз в течение каждой секунды. При этом посылается свыше 10 тысяч радиоимпульсов.
В приемной телевизионной трубке, как и в обычной радиолампе, есть катод, испускающий электроны. Электроны при помощи специальных устройств собираются в тончайший луч, который, ударяясь об экран, заставляет его светиться (экран покрыт специальным веществом, светящимся под ударами электронов). Свечение возникает только в том месте экрана, куда попал электронный луч, причем это свечение все время изменяется, если меняется сила электронного пучка.
Электронный луч в кинескопе ни на мгновение не останавливается на месте, он 25 раз в секунду обегает все точки экрана и каждую из них заставляет светиться то ярче, то слабее. На экране возникает изображение[3]3
Подробно о телевидении см. брошюру «Научно-популярной библиотеки» Гостехиздата: К. А. Гладков, Дальновидение.
[Закрыть].
Человеческий глаз обладает способностью сохранять в течение некоторого времени зрительное впечатление. Это свойство давно используется в кино. На экране кинотеатра каждую секунду появляется 24 изображения, одно за другим. Каждая «фотография» лишь чуть-чуть отличается от предыдущей, в результате зритель видит на экране движущиеся фигуры. На экране телевизора принятые изображения сменяются, как мы уже говорили, 25 раз в секунду, поэтому эффект получается тот же самый, что и в кино; отличие состоит лишь в том, что киноэкран отражает световые лучи, посланные киноаппаратом, а экран телевизора сам испускает световые волны под действием ударяющихся о него электронов.
Для передачи телевизионных программ наиболее пригодны ультракороткие волны, распространяющиеся, как мы уже отмечали, прямолинейно, подобно солнечному лучу. В этом причина того, что дальность телепередач ограничивается кривизной Земли и обычно не превышает 100 километров. Вот почему телевизионные передачи смотрят пока вблизи крупных городов, имеющих телецентры.
В нашей стране передачи телевидения ведутся теперь в Москве, Ленинграде, Киеве, Свердловске, Харькове, Риге и во многих других городах. Принимаются меры к расширению радиуса действия основных телецентров. Из Москвы, например, телевизионные сигналы по кабелю передаются в г. Калинин. Для этих целей используются и радиорелейные линии, представляющие собой, как отмечалось выше, систему приемно-передающих радиостанций. Они как бы по эстафете принимают телевизионные сигналы, усиливают их и передают дальше.
В последнее время проводятся опыты по увеличению дальности телепередач до 1000–2000 километров без промежуточных приемо-передающих станций. Для этой цели создаются сложные приемные телевизионные антенны и увеличивается чувствительность телевизора, что весьма важно при приеме слабых радиосигналов.
Телевидение представляет собой сравнительно молодую отрасль радиотехники. Однако успехи, достигнутые в этой области, значительны. В наши дни обычным явлением стали телепередачи не только из специальных студий, но и из любого другого места – из театра, со стадиона и т. д. С каждым годом улучшается качество телепередач, совершенствуются телевизоры. Например, у нас уже созданы телевизоры, позволяющие получить изображение размером до одного квадратного метра; они предназначены для клубов и домов культуры. В клубах и кинотеатрах устанавливаются телевизионные экраны размером в несколько квадратных метров.
Интересно отметить появление телевизоров, управляемых ка расстоянии. Одна из иностранных фирм разработала телевизор, который управляется при помощи луча света от карманного фонарика. Телевизор имеет автоматическое устройство, состоящее из фотоэлементов, радиоламп и других деталей. Благодаря этому устройству можно лучом света от фонарика не только включать телевизор, но и переключать программы, регулировать громкость звука, яркость изображения и т. д. У нас тоже разрабатывается телевизор с дистанционным управлением, состоящим из выносного пульта и тонкого кабеля, соединяющего этот пульт с телевизором.
Достигнут известный прогресс в записи телевизионных изображений с целью повторения телепередач или обмена с другими телевизионными центрами. Один из способов записи заключается в фотографировании изображения на экране телевизора при помощи кинокамеры.
Другой способ состоит в записи изображения и звука на магнитную лепту. Для записи черно-белого изображения применяется лента шириной 3 мм. На нее наносятся две миллиметровые дорожки специального лака, способного намагничиваться под действием магнитных полей.
Электрические сигналы изображения, полученные в съемочной телекамере, усиливаются ламповыми усилителями и подаются на катушку электромагнита. Мимо катушки протягивается лента. Сигналы изображения записываются на одну из дорожек. На вторую дорожку аналогичным способом записывается звук.
В воспроизводящем устройстве, напоминающем обычный магнитофон, магнитная запись превращается в электрические сигналы. Эти сигналы усиливаются усилителем телевизора и создают на его экране изображение.
Такой способ применим и для записи цветного изображения. В этом случае применяется ферромагнитная пленка шириной 6 миллиметров с пятью дорожками: три дорожки служат для записи трех основных цветов, совокупность которых образует цветное изображение, четвертая – для записи звука и пятая – для записи специальных сигналов, необходимых для управления последовательностью смены цветов.
Радиолокация
Радиолокация – это определение местоположения различных объектов в воздухе, на воде и на суше с помощью радиоволн. Она смогла появиться только после того, как ученые создали ряд принципиально новых радиоэлектронных приборов, решили многие теоретические задачи, изучили поведение радиоволн самых различных длин.
Большинство современных радиолокационных установок работает по принципу радиоэхо. О том, что такое эхо, знает каждый. Оказалось, что радиоволны тоже могут отражаться. Это заметил еще А. С. Попов во время опытов на Балтийском море в 1897 году. Ученый предсказал, что, используя отражение радиоволн, можно определять местоположение кораблей.
Радиолокатор, или радар, работает прерывисто, подобно пулемету. Один за другим посылает он радиоимпульсы в каком-либо направлении. Встретив на своем пути цель, скажем, самолет, радиоволны отражаются от нее и частично возвращаются обратно. Антенна чувствительного радиоприемника воспринимает отраженный сигнал, что говорит о том, что в данном направлении находится какой-то объект.
Радиолокатор определяет не только направление, в котором находится цель, но и расстояние до нее. Ведь скорость распространения электромагнитной волны известна. Поэтому, чтобы определить расстояние до цели, достаточно знать время, необходимое для преодоления этого расстояния. Конечно, никакие механические часы не могут измерить время, составляющее миллионные доли секунды. Но это делают электронные часы. Основной деталью таких «часов» служит электронно-лучевая трубка, во многом похожая на ту, которая применяется в телевидении.
На экране радиолокатора видна светящаяся черта. Когда направленные радиоволны встречают на своем пути какой-либо объект, на светящейся линии возникает «всплеск» (рис. 5).
Рис. 5. «Радиовсплеск».
Чем дальше цель, тем он правее от начала линии. Под линией нанесена километровая масштабная шкала. По ней оператор быстро определяет расстояние до объекта[4]4
Подробнее об этом читайте в брошюре «Научно-популярной библиотеки» Гостехиздата: Ф. И. Честнов, Радиолокация.
[Закрыть].
Современные радиолокационные станции – это сложнейшие радиоэлектронные устройства, включающие в себя тысячи радиодеталей.
Радиолокация сыграла очень большую роль во второй мировой войне. С помощью радаров определялось местонахождение и количество самолетов, участвующих в нападении на тот или иной объект, обнаруживались всплывающие для атаки подводные лодки, осуществлялось руководство морскими сражениями и воздушными боями.
В ходе войны были созданы специальные «панорамные» радиолокаторы, служащие для бомбометания через облака. Экран такой станции воспроизводит, подобно карте, местность, над которой пролетает самолет. На экране отчетливо видны берега рек, города, мосты.
Были сконструированы миниатюрные радиолокационные станции для зенитных снарядов. Когда снаряд вылетал из орудийного ствола, станция начинала излучать импульсы радиоволн. Приемная часть станции, тоже расположенная в снаряде, принимала отраженные от обстреливаемого самолета волны. В тот момент, когда сила отраженных импульсов достигала максимальной величины (это значило, что снаряд находится на самом близком расстоянии от самолета), снаряд взрывался и поражал цель осколками.
Несмотря на то, что первое свое практическое применение радиолокация нашла на войне, роль ее в мирной жизни не менее велика. Радиолокационные методы исследования имеют большое значение для развития таких наук, как астрономия, метеорология, спектроскопия, геодезия и др.
Возьмем в качестве примера геодезию. Сейчас геодезисты успешно пользуются радиолокационными установками при изучении размеров и формы земной поверхности. Для получения точных данных о рельефе местности до последнего времени пользовались аэрофотосъемкой. Работа нередко затягивалась из-за плохой погоды. Применение радиолокатора позволяет проводить работы при любой погоде. Радиолокатор, работающий на волне около одного сантиметра, устанавливается на самолете и узким лучом «прощупывает» кольцевой участок местности под самолетом. На экране отчетливо виден рельеф местности. Скорость такой «съемки» достигает 750 квадратных километров в час.
Не менее велика помощь радиолокации метеорологам, предсказывающим погоду. Для предсказания погоды и всех ее изменений очень важно знать температуру и давление воздуха, а также силу и направление ветра в верхних слоях атмосферы. Чтобы получить эти данные, в воздух поднимаются аэростаты, самолеты, шары и даже артиллерийские снаряды, снабженные необходимыми приборами. Особенно интересуют метеорологов воздушные течения.
Для изучения ветра в воздух запускают резиновый шар, наполненный самым легким газом – водородом. Раньше за шаром следили с помощью специальных зрительных труб. Дальность наблюдения при этом, естественно, получалась небольшой. Сейчас для наблюдения нередко используют радиолокатор, который гораздо дольше «не выпускает» шар из виду.
С помощью радиолокаторов удается обнаружить приближение дождевого фронта. На экране в этом случае появляются яркие пятна, движущиеся в определенном направлении. Очень короткие радиоволны позволяют нащупать и облака, находящиеся на огромном расстоянии от станции; удается точно определить место образования урагана и т. д. Все эти данные имеют большое практическое значение.
О других применениях радиолокации мы еще будем рассказывать дальше.
РАДИО И ТРАНСПОРТ
Радиомаяки и пеленгаторы
В течение столетий моряки, находясь в открытом море, определяли местоположение своего корабля по небесным светилам и компасам. Но плохая погода, облачность, туман нередко были причиной того, что корабль сбивался с курса, терял ориентировку. Требовалось надежное средство, с помощью которого можно было бы определять местоположение корабля независимо от времени суток и состояния погоды. Необходимость в таком средстве особенно возросла после того, как появился воздушный транспорт. Таким надежным средством ориентировки кораблей и самолетов явилась радионавигация. В настоящее время на каждом достаточно крупном самолете или на большом морском судне имеется не один, а несколько радиоприборов, позволяющих быстро и очень точно определять, где находится движущийся корабль.
В нашей стране в 1917–1918 годах инженерами Петроградского политехнического института был разработан принцип действия радиомаяков. С конца двадцатых годов радиомаяки стали уже широко применяться как на морских, так и на воздушных трассах страны.
Радиомаяки – это наземные радиопередающие станции, снабженные специальными антеннами, излучающими радиоволны в определенных направлениях.
Посмотрим, как работают радиомаяки, которые позволяют летчику держать определенное направление (курс) полета. Такие маяки называют курсовыми.
Принцип работы курсового радиомаяка можно понять из рис. 6.
Рис. 6. Принцип работы курсового маяка.
Предположим, самолету дано задание доставить пассажиров из пункта А в пункт Б. Радиомаяк находится в пункте Б и на определенной волне излучает радиосигналы в направлении трассы. Чаще всего такими сигналами служат буквы А (по азбуке Морзе – точка – тире) и Н (тире – точка), передаваемые поочередно. Штурман самолета, включив приемник, настраивается на волну маяка. В случае, если самолет летит по трассе и находится, например, в пункте 1, оба сигнала слышны одинаково громко. Если же самолет сбился с курса и оказался в стороне от трассы, например, в пункте 2, то штурман более отчетливо услышит сигналы, соответствующие букве А. Оказавшись по другую сторону от трассы, например в пункте 3, штурман услышит отчетливее другие сигналы, соответствующие букве Н. Значит, по сигналам радиомаяка нетрудно поддерживать нужное направление полета.
Мы рассказали о самом простом и распространенном типе радиомаяков. Есть и другие, более сложные радионавигационные устройства. Они позволяют более точно определять направление полета и находить свой аэродром. Созданы приборы, позволяющие совершать «слепую» посадку самолета в условиях тумана или снегопада.
Для рыболовных судов очень важно по окончании лова найти наиболее короткий путь в порт. Для них в портах устанавливаются особые «приводные» радиомаяки. Маяки такого типа ценны тем, что для приема их сигналов и ориентировки достаточно иметь на судне небольшой радиоприемник.
Широко применяются в навигации радиопеленгаторы.
Радиопеленгатор – это приемное устройство, антенна которого может принимать радиосигналы только с какого-либо одного направления. По форме антенна пеленгатора напоминает прямоугольную рамку, поэтому такую антенну называют рамочной.
Действие рамочной антенны показано на рис. 7.
Рис. 7. Действие приемной рамки радиопеленгатора.
Стрелками дано направление, откуда приходит радиоволна передатчика, который нужно запеленговать.
Если плоскость рамки находится под прямым углом к направлению приходящей радиоволны, то в вертикальных участках рамочной антенны будут возникать электрические токи. Как видно из рисунка, эти токи, изображенные стрелками, равны по величине и направлены друг другу навстречу. Поэтому они взаимно уничтожаются, и радиосигнал не будет услышан.
Но повернем рамку так, чтобы она встала ребром в приходящей волне. Теперь радиоволна подойдет к левой стороне рамки чуть-чуть раньше, чем к правой, поэтому токи, возникшие в обеих половинках рамки, окажутся уже не одинаковы по величине и не уничтожат друг друга. В результате сигнал будет принят приемником.
Оператор, работающий на радиопеленгаторе, устанавливает рамочную антенну так, чтобы громкость принятого сигнала была наименьшей, и этим определяет направление, в котором находится передатчик пеленгатора.
Радиопеленгаторы располагаются в разных местах побережья. На запросы с кораблей их операторы сообщают по радио необходимые данные. Штурман корабля, пользуясь этими данными, проводит на карте несколько прямых линий, пересечение которых дает местоположение корабля.
На больших кораблях устанавливаются свои радиопеленгаторы. С их помощью определяется направление на береговые передатчики, расположенные в заранее известных пунктах. Это также позволяет установить место, где находится корабль.
Радиомаяки и радиопеленгаторы сыграли большую роль в налаживании бесперебойной работы морского и воздушного транспорта. Героические перелеты Чкалова, Громова, Коккинаки и других отважных летчиков были бы невозможны без четкой радионавигационной службы.
Дальние рейсы морских кораблей обслуживаются теперь целой системой радиомаяков и пеленгаторов. При этом точность, с которой определяется местоположение корабля, исключительно велика. При расстоянии в 2000 километров от берега ошибка в определении места не превышает сотни метров!
