Проф. М. А. Бонч-Бруевич
Обширные работы, которые были произведены с короткими волнами в области направленных антенн, позволяют приложить те же методы и к длинным волнам и, таким образом, получить передачу на длинных волнах, ограниченную узким пучком, ширина которого может быть произвольно мала.
Однако, недостаточно направить электрические волны в желаемую сторону, — надо быть еще уверенным, что при распространении они не отклонятся от заданного направления или не рассеятся в стороны.
В отношении коротких волн мы до сих пор еще не знаем, насколько эффективны в этом смысле наши направленные передачи.
В отношении длинных волн уже были предприняты опыты как за границей, так и у нас. Однако, все они производились или на очень небольших расстояниях, порядка 200—300 километров, или же в морских условиях. Вследствие этого осенью прошлого года Нижегородской радиолабораторией, по заданию Треста слабого тока, были предприняты опыты, целью которых являлось установить — сохранят ли волны, длиною около тысячи метров, заданное им направление на расстоянии, по крайней мере, до двух тысяч километров.
Эти опыты, которые мы здесь опишем, должны рассматриваться пока как предварительные, так как технические обстоятельства позволили произвести необходимые измерения лишь в одно время года и, главным образом, на одной линии, которая соединяет Ленинград, Нижний и Ташкент.
Как известно, направленное действие может быть получено в том случае, когда ряд антенн приведен в одновременное действие, причем длина этого ряда должна быть тем больше, чем уже хотят получить пучок. С помощью этой системы можно также излучать не один луч, а ряд отдельных узких лучей, направленных под различными углами к меридиану. Излучение получает такую форму в том случае, когда две антенны, колеблющиеся синхронно, находятся на расстоянии одна от другой на несколько длин волн; при этом чем больше расстояние, тем больше число отдельных лучей и тем уже каждый луч.
Применение такой системы позволяет вести наблюдения одновременно с разных пунктов, окружающих станцию. В каждый момент в ряде пунктов получается максимум действия радиостанции, в то время как в ряде других пунктов получается полное отсутствие какого бы то ни было приема.
Весьма несложным способом оказывается возможным поворачивать, по желанию, всю совокупность лучей; причем новое расположение на территории должно дать соответственно измененный эффект. В нашем случае излучающие антенны находились на расстоянии 4180 метров, в то время как длина волны была 1190 метров. Эти соотношения обусловливают появление в пространстве 15-ти отдельных лучей различной ширины. В зависимости от угла сдвига фазы токов в обеих антеннах, распределение лучей в окружающем пространстве в плоскости, перпендикулярной антенне, может быть выражено диаграммами, приведенными на рис. 1—4.
Чтобы при помощи такой диаграммы узнать силу излучения в определенном направлении, надо провести из центра линию в желаемом направлении вплоть до пересечения ее с кривой диаграммы. Длина отрезка от центра до кривой и будет пропорциональна силе электрического поля в данном направлении.
Так, например, из диаграммы рис. 1 легко видеть, что в направлении Самары излучение имеет свой максимум, в то время как в направлении Городца никакого излучения нет; в этот же момент нет никакого излучения в направлении Актюбинска.
Диаграмма рис. 2 показывает распределение лучей в том случае, когда угол сдвига фаз между токами в двух антеннах достигает 45°, т. е. когда в одной из антенн ток отстает по фазе на одну восьмую периода.
Диаграмма рис. 3 относится к углу сдвига фаз в 90°, а диаграмма рис. 4 — к углу сдвига 180°, т. е. когда токи в антеннах находятся в противоположных фазах.
Как видно, в этом случае, в противоположность первому положению (рис. 1), Городец и Актюбинск получают максимум энергии, в то время как Самара — минимум.
Для возбуждения обеих антенн, очевидно, должен бы был служить какой-то один общий генератор, так как иначе было бы трудно привести их в синхронное колебание с необходимым, заранее выбранным сдвигом фаз.
Первоначально предполагалось, что обе антенны будут иметь один общий возбудитель и два независимых генератора, каждый из которых явится мощным усилителем колебаний, пришедших от независимого генератора по питающим проводам. Однако происшедший на Радиополе пожар помешал такому осуществлению опытов, и, взамен этого, пришлось воспользоваться одним мощным генератором, расположенным в радиолаборатории, где находилась первая антенна, и возбуждать вторую антенну от этого же генератора по проводам, подвешенным на телеграфных столбах и образующим неизлучающую Лехерову систему. Таким образом вторая антенна связывалась с генератором через 7 километров бронзового провода, диаметром в 2 мм.
Опыт показал, что передача энергии происходила вполне успешно; во второй антенне возможно было бы свободно получить три с лишним киловатта колебателъной энергии. Однако, при малейшем инее, покрывавшем провода, успешность передачи нарушалась, и бывали случаи, когда ток во второй антенне падал с 2 ампер на 1 ампер. Эти обстоятельства причиняли большие затруднения во время производившихся опытов.
Опыты происходили следующим образом: в 30 километрах от Нижнего, в Городце, связанном проволочным телефоном с радиолабораторией, находился контрольный пункт, при помощи которого можно было всегда убедиться в правильности расположения излучения. Нас, главным образом, интересовало два положения лучей: первое — когда на Городец попадал максимум излучения, и второе — когда на Городец не попадало никакого излучения. Как уже было сказано выше, разница между двумя этими положениями заключается в том, что в одном случае антенны колеблются в фазах, а в другом случае — фазы их обратны. Такая перестановка фаз легко производилась при помощи перемены направления тока в проводах, идущих ко второй антенне.
Таким образом, если при 2 противоположных положениях переключателя, соединявшего эти провода с генератором, сила приема в Городце менялась от 0 до максимума, то это указывало, что лучи расположены правильно. В качестве контроля можно было бы дать излучение поочереди одной, либо другой антенной, и в этом случае сила приема в Городце должна была быть в два раза меньшей, чем при одновременном действии обеих антенн.
Для наблюдения силы приема на различных расстояниях была организована специальная экспедиция, которая производила наблюдения в Самаре, затем в Эмбе, Кзыл-Орде и Актюбинске. Измерения силы приема производились при помощи так называемого «накопителя», изобретенного инженером Яковлевым, описание которого мы дадим в одном из следующих №№ журнала. Важно было то, чтобы эти наблюдения были бы по возможности однообразны как в Городце, так и в других пунктах.
Независимо от экспедиции измерения силы приема (другими методами) производились в Ленинграде в лаборатории Наркомпочтеля и в других пунктах, где имелись оборудованные приборами приемные станции Наркомпочтеля. С целью привлечь по возможности более широкие круги наблюдателей, радиолаборатория оповестила через Центральный совет ОДР все местные организации, и таким образом, в наблюдении передачи приняло участие значительное количество радиолюбителей.
Последние опыты были таковы.
Ежедневно, в течение почти всего января, с 7 часов вечера по Московскому времени, производилась передача в течение 4 часов в такой последовательности: первые четверть часа — антенна радиолаборатории; вторые четверть часа — обе антенны в фазе; третью четверть часа — обе антенны в противоположных фазах и последние четверть часа — молчание. Передача следующего часа отличалась только тем, что в течение первой четверти часа работала не антенна радиолаборатории, а антенна, находившаяся на Радиополе. Четверть часа, посвященные молчанию, должны были бы позволить на местах определить силу помех и, таким образом, дать возможность учесть влияние помех на силу сигнала.
Первые наблюдения, которые были произведены в Самаре, дали результаты, превосходившие ожидания в смысле точности, с какой луч доходил до Самары. Как и следовало ожидать, максимальный прием в Городце совпадал с отсутствием приема в Самаре, а отсутствие приема в Городце (при работе антенны в фазе) совпадало с максимальной силой приема в Самаре. В то же время, работа каждой из антенн порознь давала силу приема в два раза меньшую, чем соответствующая работа обеих антенн одновременно.
В Эмбе, которая в обоих случаях попадает на середину лучей и в которой поэтому не должно быть ни максимума, ни минимума, а сила приема практически должна оставаться постоянной, результаты получились довольно сбивчивыми, а именно — сила приема испытывала очень большие колебания, обусловленные значительными местными помехами. Эта часть опытов не дала никаких отчетливых результатов, но вместе с тем она ни в какой мере не дискредитировала сохранение направленности луча на этом расстоянии. Короче говоря, из этих опытов нельзя было сделать никакого вывода, так как сила помех часто во много раз превышала силу наблюдаемой передачи.
Результаты, полученные в Кзыл-Орде (около 2 тысяч километров от Нижнего в направлении Актюбинска) снова дают возможность заключить, что в условиях производившихся опытов луч все еще полностью сохранял свое направление, давая отчетливые максимум и минимум, совпадающие с наблюденными в Городце.
Наблюдения в Актюбинске полностью подтвердили наблюдения в Самаре, равным образом, как и наблюдения, производившиеся в Ленинграде в течение всего времени опытов.
Многочисленные письма и телеграммы, полученные как с радиостанций Наркомпочтеля, так и от радиолюбителей, в общем, подтверждают ту же картину, или, вернее, нигде не констатируют какого-либо отступления от нее.
В большинстве случаев невозможность производить точные измерения сильно затрудняет использование радиолюбительского и станционного материала. Впрочем, можно отметить, что очень точное совпадение с соответственным результатом дали наблюдатели из Глухова, Свердловска и Ленинграда. Что касается близлежащих пунктов, то среди них встречается значительное число хороших наблюдений. Однако, они не имеют уже такого большого практического интереса.
Таким образом, можно сказать, что в условиях произведенных опытов не было наблюдено отклонения лучей больше чем на 2°, так как это видно из диаграммы — уже при 2° отклонени луча, минимум должен был бы резко сместиться.
Невольно возникает вопрос: каким образом примирить результаты этих опытов с постоянно наблюдаемым на практике отклонением проходящих волн при их пеленгировании на приемную станцию. Однако, здесь следует, прежде всего, сказать, что местное искривление луча еще не означает, что луч в целом отходит от данного направления. Возможно предполагать, например, что такие искривления зависят просто от местных условий, в то время как общее направление луча, в верхних слоях атмосферы, остается неизменным. С другой стороны, как это уже было отмечено с самого начала, произведенные опыты еще нельзя считать исчерпывающими, их необходимо повторить как в различное время года и суток, так и в различных направлениях. Можно лишь сказать, что направленная передача на длинных волнах будет, во всяком случае, осуществлена на очень большие расстояния, а передача очень узкими пучками имеет очень много шансов на то, чтобы также оказаться действительностью.
Применение направленных длинных волн открывает некоторые новые перспективы для радиовещания в том случае, если передающая станция расположена не в центре обслуживаемой местности. В этом случае полезно направить излучение преимущественно в сторону наиболее отдаленных пунктов.
В коммерческой телеграфии применение направленных передач должно привести к уменьшению взаимных помех и к уменьшению требуемой мощности. Однако, этот вопрос требует еще серьезной технической проработки, так как питание антенн, расположенных на большом протяжении, может быть связано с большими потерями энергии.