М. Л. Волин
Короткие волны по своей природе ничем не отличаются от длинных. Вся разница в том, что здесь нам приходится оперировать с большей частотой тока. В то время, как длине волны в 1000 метров соответствует частота тока в 300.000 периодов в секунду, волне в 30 метров соответствует частота в 10.000.000 периодов в секунду. Это положение необходимо себе твердо уяснить, т. к. без него становятся совершенно непонятными все явления, связанные с работой на коротких волнах.
Посмотрим теперь, как изменяются основные элементы приемника и передатчика с изменением частоты.
a) Главной частью всякого приемного и передающего устройства является замкнутый контур из самоиндукции L и емкости С (черт. 1), настроенный на рабочую волну устройства. Длина волны такого контура зависит от произведения емкости и самоиндукции1). Очевидно, что чем короче волна, тем меньшие емкости и самоиндукции нам приходится употреблять. В то время, как на длинных волнах самоиндукции контура состоят из многих десятков и сотен витков, при короткой волне катушки контура имеют всего от 1 до 15 витков. Точно так же, конденсаторы для коротких волн обыкновенно состоят из 1—3 пластин и имеют емкость от 50 до 200 сантиметров.
b) С увеличением частоты сильно возрастает потеря энергии как в проводниках, так и в непроводниках (диэлектриках). Кроме того, с увеличением частоты сильно возрастает индукция, т.-е. возбуждение токов во всех посторонних металлических частях, что, с одной стороны, приводит к еще большему увеличению потерь, а с другой — может давать различные шумы и трески, вследствие несовершенных контуров (различные ручки, трущиеся части и т. д.).
с) Самоиндукция и емкость представляют некоторое сопротивление переменному току. Чем самоиндукция больше и чем емкость меньше, тем это сопротивление больше. С увеличением частоты сопротивление самоиндукции увеличивается, а емкости — уменьшается2).
Пусть, например, мы хотим поставить в анод лампы, на пути быстро-переменного тока, большое сопротивление (черт. 2). Для этого, при длинных волнах включают в анод самоиндукцию. Как известно, всякая самоиндукция имеет еще некоторую собственную емкость С1, кроме того, некоторую емкость имеет и сама лампа С2. Простой расчет показывает, что при волне в 30 метров емкость в 10 сантиметров дает сопротивление немного меньше 1500 ом. Как бы мы ни увеличивали самоиндукцию L, сопротивление емкости в 1500 ом, включенное параллельно L, не даст увеличить анодное сопротивление выше 1500 ом. Емкости же катушек и ламп обыкновенно бывают даже больше 10 сантиметров.
Вообще влияние паразитных емкостей при коротких волнах огромное. Можно привести десятки примеров, в которых действительное прохождение тока сильно отличается от показанного на схеме соединений.
d) Все провода и металлические части приемника и передатчика имеют некоторую распределенную емкость и самоиндукцию и, следовательно, представляют собой контура, имеющие какие-то определенные собственные волны. Может случиться, что одна из этих волн будет близка или равна рабочей волне передатчика или приемника. Всякий контур, находящийся вблизи коротковолного устройства, отбирает из него некоторую часть энергии, особенно, если этот контур настроен в резонанс с рабочей волной. При этом могут произойти различные "казусы", как-то: обрыв генерации в приемнике, резкое уменьшение мощности передатчика и др.
е) Малейшее изменение емкости и самоиндукции приемника и передатчика приводит к довольно значительному изменению рабочей волны. Подобные изменения волны происходят от колебаний антенны при ветре, от перемещения каких-либо предметов или людей, от приближения ручек при управлении приемником и т. д. Это один из самых больных вопросов при работе короткими волнами. Даже очень малые изменения волны приводят к довольно большому изменению частоты. При волне в 30 метров изменение волны на 1 сантиметр дает изменение частоты на 3300 периодов в секунду. Такие большие колебания частоты при регенеративном или гетеродинном приеме на биения приводят к резкому изменению тока в приемнике, а иногда к полному пропаданию приема вследствие выпадания из полосы слышимых частот. Для уменьшения колебаний волны необходимо тщательно экранировать все аппараты, жестко закреплять антенну, по возможности, удалять все постороннее из комнат, в которых происходит передача или прием и т. д. Большие коммерческие станции применяют даже специальные приспособления для стабилизации волны, сводящиеся к автоматической регулировке волны, если она по какой-либо причине удлиняется или укорачивается.
Все ламповые приемники состоят из отдельных элементов, которые можно разбить на 3 группы:
Какова бы ни была схема приемника, ее всегда можно свести к комбинации перечисленных элементов. Приемники на длинные волны собираются обычно в такой последовательности (черт. 3): сначала усиление высокой частоты, затем детектирование и усиление низкой частоты.
Возможна еще другая комбинация этих трех элементов (сверх-гетеродинный прием, черт. 4): сначала детектирование и гетеродинирование, в результате чего получается некоторая пониженная, но все еще высокая частота, затем эта пониженная "промежуточная" частота усиливается, детектируется, после чего получается уже низкая частота, которая опять усиливается.
Для короткой волны усиление высокой частоты на рабочей волне совершенно отпадает. Причины этого уже были частично изложены выше в пункте "с".
Действительно, для того, чтобы лампа давала достаточное усиление, необходимо в анод ее включить большое сопротивление (индуктивное или омическое). Чем больше это сопротивление, тем лучше, но, во всяком случае, оно должно быть не меньше внутреннего сопротивления лампы, т.-е. 30000 ом. Как мы уже видели, влияние паразитных емкостей исключает возможность получения в аноде лампы большого сопротивления. Таким образом, при выборе схемы приемника мы ограничены тем, что начинать нужно сразу с детектирования так, чтобы только первая лампа работала на короткой волне, а все остальные работали или на низкой, или на пониженной частоте. С другой стороны, увеличение потерь при коротких волнах требует какого-либо их возмещения, что достигается обратной связью.
Отсюда очевиден переход или к регенеративному, или к супер-гетеродинному приему. Обойдя пока вопрос о супер-гетеродине за его сложностью и незнакомством читателя нашего журнала с гетеродинным и супер-гетеродинным приемом на длинных волнах, остановимся на регенеративных приемниках на короткие волны.
Наибольшее применение находит самая простая схема регенеративного приемника с индуктивной обратной связью (черт. 5). Эта схема уже неоднократно описывалась и действие ее ничем не отличается от такой же схемы на длинные волны. Особенностью здесь является только присоединение земли и накала к экрану и присоединение утечки к отрицательному полюсу накала батареи. По проверенным нами сведениям английского журнала такое присоединение (обычно утечка присоединяется к плюсу накала) уничтожает свист, который обычно наблюдается на пределе генерации приемника, хотя и приносит некоторый ущерб силе приема. Причины этого явления остаются невыясненными. Эта схема работает до волн порядка 15—20 метров, а при хорошей конструкции и ниже.
Для более коротких волн (часто и для всего диапазона коротких волн, хотя это и не дает заметного улучшения) применяют схему Рейнарца (черт. 6). Здесь обратная связь также индуктивная, но ее регулировка достигается не перемещением катушки обратной связи, как в первом случае, а изменением емкости конденсатора С, что, меняя сопротивление цепи abc, увеличивает или уменьшает ток в этой цепи. Особенно хорошо такой приемник генерирует, когда волна цепи abca (через емкость лампы) близка к рабочей волне, на которую настроен контур A в цепи сетки. Дроссель Др поставлен для того, чтобы большая часть токов высокой частоты проходила через цепь abc, не ответвляясь в правую часть схемы. Все остальные детали схемы Рейнарца ничем не отличаются от простого регенеративного приемника.
Самым простым передатчиком является тот же регенеративный приемник. Весь вопрос в увеличении мощности и отдачи энергии в пространство. Сделав некоторые преобразования в схеме приемника Рейнарца, изображенной на черт. 6, можно получить схему трехточечного передатчика с параллельным питанием анода (черт. 7). Для этого достаточно, поменяв местами конденсатор C и катушку обратной связи b и отбросив "гридлик" и вторую лампу, заменить трансформаторную связь сетки с анодом автотрансформаторной, т.-е. считать, что катушки b и A слились в одну. Действие такого передатчика ничем не отличается от действия приемника, за исключением того, что здесь мы обратную связь можем менять не плавно, при помощи конденсатора C, а скачками.
Присоединив к этой схеме симметрично еще одну лампу так, чтобы эта вторая лампа работала тогда, когда первая не работает, мы получим двухтактную, симметричную схему передатчика (черт. 8). Схема эта работает на подобие двухцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, вращающего один общий вал. Колебания образуются в замкнутом контуре, составленном самоиндукцией L и емкостью C1. Связь с сеткой достигается посредством передвижных контактов 1 и 2. Роль конденсаторов C2 и C3 и дросселей Др. уже была выявлена при разборе приемника Рейнарца. Изменение волны достигается грубо перемещением контактов 3 и 4, а более точно конденсатором C2. Необходимо, конечно, учитывая все изложенное в первой части настоящей статьи, оставлять как можно меньше "хвостов" на концах самоиндукции.
1) λ = 2π√LC, где λ — длина волны контура, π = 3,14, L — самоиндукция, С — емкость. Все величины в сантиметрах.
2) R = 2πnL, где R — сопротивление самоиндукции в омах, n — частота, π = 3,14, L — самоиндукция в генри.
R = 1/(2πnС), где R — сопротивление емкости в омах π = 3,14, n — частота, С — емкость в фарадах.