Инж. М. А. Нюренберг.
В предыдущей статье было выяснено, что мощность в приемной антенне при резонансе зависит от трех величин: от напряженности электрического поля в месте приема, действующей высоты приемной антенны и силы тока в пучности антенны при резонансе. Напряженность поля от радиолюбителя не зависит; методы увеличения действующей высоты были разобраны в предыдущей статье. Остается рассмотреть третий фактор, влияющий на мощность, — силу тока в приемной антенне.
Сила тока в приемной антенне подчиняется общеизвестному закону Ома: она равна напряжению, развиваемому в антенне приходящей электромагнитной энергией, деленному на сопротивление антенны. Напряжение в приемной антенне, как уже было указано, зависит от напряженности электрического поля и геометрических размеров антенны (действующая высота). Поскольку эти величины для данных условий приема являются постоянными (антенну можно увеличивать в высоту в любительсках условиях только до определенного предела), то для получения возможно большего тока следует уменьшать сопротивление антенны.
Прежде чем разбирать вопрос о сопротивлении антенны, познакомимся с понятием «эквивалентного» сопротивления. Предположим, что какой-нибудь источник тока Е (рис. 1-а) замкнут за сопротивление R; сила тока в цепи и мощность, расходуемая в сопротивлении, полностью определяются напряжением источника тока и величиной сопротивления R. Предположим теперь, что источник тока (рис. 1-б) замкнут на электрический мотор М, совершающий определенную механическую работу. Пусть сила тока в цепи осталась такой же, как и при включенном сопротивлении R. Можем ли мы сказать, что сопротивление обмоток мотора равно сопротивлению R?
Оказывается, что нет. Сила тока, протекающего в цепи, зависит не от сопротивления обмоток мотора, а от того какую мощность он развивает — чем больше мощность, тем больше сила тока. Но мы любой мотор можем в цепи заменить простым омическим сопротивлением, причем в цепи ничего не изменится, если мощность, потребляемая сопротивлением, будет равна мощности, потребляемой мотором. Всякую потерю мощности в цепи электрического тока можно представить как потерю в каком-то сопротивлении, через которое проходит ток данной силы. Это воображаемое сопротивление называется сопротивлением, эквивалентным потерям или, просто, «эквивалентным» сопротивлением.
Развиваемая в антенне мощность расходуется в различных частях приемного устройства. Следует различать следующие потери мощности: 1) на нагревание проводов антенны и включенных в нее катушек, 2) на преодоление сопротивления контакта, заземления, 3) на обратное излучение энергии в окружающее пространство, 4) на утечку через плохую изоляцию антенны и приемника, 5) в диэлектрике включенных в антенну конденсаторов и 6) в детекторном контуре приемника. Указанные потери мощности можно заменять соответствующими «эквивалентными» сопротивлениями, сумма которых дает нам полное сопротивление антенны, определяющее собою и величину силы антенного тока. Итак, сопротивление антенны складывается из следующих «эквивалентных» сопротивлений: 1) проводов, 2) заземления, 3) излучения, 4) утечки, 5) диэлектрика конденсатора и 6) сопротивления, эквивалентного потерям в детекторном контуре.
Из всех указанных сопротивлений только последнее — сопротивление, эквивалентное потерям в детекторном контуре, — является для любителя полезным; все же остальные сопротивления вредны, и необходимо принимать меры к возможному их уменьшению2. Разбирая отдельные сопротивления, следует указать, что сопротивление излучения в приемных антеннах очень мало и с ним можно не считаться; также малы (при правильном устройстве антенн и применении хороших деталей) сопротивление утечки и сопротивление, эквивалентное потерям в диэлектрике конденсаторов. Остаются два сопротивления — сопротивление проводов и заземления. Особенно велико в любительских антеннах сопротивление заземления; его величина достигает 30—50 ом и является решающей для всего сопротивления антенны.
Для уменьшения сопротивления проводов применяют для антенны достаточно толстые (2—4 мм) медные или бронзовые провода, стараясь также применять и для катушек провода возможно большего диаметра (во всяком случае не меньше 0,5 мм). Наилучшие результаты детекторные приемники дают именно при толстых проводах; пример этому — широко распространенный приемник Шапошникова. Уменьшить сопротивление заземления можно только путем устройства нормального хорошего заземления, при котором осуществляется постоянный надежный контакт между заземляющим проводом и постоянно влажным слоем почвы. В задачу настоящей статьи описание устройства хорошего заземления не входит и потому мы на этом останавливаться не будем.
Существует довольно большое количество различных схем для настройки приемника. Все они основаны на том, что помощью включения катушек самоиндукции и конденсаторов изменяется собственная длина волны приемной антенны. На рис. 2 и 3 приведены основные схемы настройки помощью секционированных или сменных катушек L и конденсаторов переменной емкости С. Первая из них (рис. 2) в любительской практике применяется для приема волн короче 1000 метров и называется схемой «коротких волн»; вторая — для более длинных волн — схема «длинных волн». Кроме этих схем существует много схем с вариометрами, переключением постоянных конденсаторов и т. д. При применении доброкачественных деталей все схемы дают приблизительно одинаковые результаты, если только выполнено непременное условие — плавная, непрерывная настройка на всем заданном диапазоне волн. Попутно следует указать, что в то время, как в схеме «длинных волн» увеличение длины принимаемой волны может производиться без ограничения, — в схеме «короткие волны» наименьшая волна, на которую может быть настроен приемник, ограничена и зависит от собственной длины волны антенны. Наименьшая длина волны, на которую может быть настроена эта схема, равна приблизительно 0,7 собственной длины волны антенны. Это обстоятельство следует учесть при установке антенны и не делать последнюю слишком длинной, так как это лишит возможности принимать станции, работающие наименьшими волнами радиовещательного диапазона3.
Если построить графическую зависимость силы тока в приемной антенне от длины волны, на которую антенна настроена, то получим кривую, показанную на рис. 4; эта кривая носит название кривой резонанса. Она показывает, что наибольший ток получается при резонансе между приемником и передатчиком (волна λ0) и постепенно уменьшается по мере отхода от резонанса, пока, наконец, при волнах λ1 и λ2 он не достигнет той величины, при которой слышимость станции пропадает (этот предел называется «порогом слышимости»). Кривые резонанса могут иметь различную форму; они могут быть острыми и расплывчатыми. На рис. 5 показаны три кривые резонанса, имеющие различную крутизну.
Крутизна резонансной кривой имеет решающее значение для остроты настройки приемника. Сказанное наглядно иллюстрируется рис. 6. При одновременной работе двух станций (волны λ1 и λ2) прием первой (λ1) производится без помехи со стороны второй при приемнике, кривая резонанса которого имеет форму I. Если же резонансная кривая приемника имеет форму II, то при настройке приемника на волну λ1, все же будет слышна работа станции λ2. Чем острее кривая резонанса приемного контура, чем меньше допускаемая расстройка (λ2 — λ1) — тем больше избирательность приемника4.
Форма кривой резонанса зависит от постоянных антенного контура: от сопротивления, емкости и самоиндукции. Чем меньше сопротивление и емкость, чем больше самоиндукция, — тем круче кривая резонанса, тем больше избирательность приемника5.
Теперь мы можем сделать практические выводы о настройке приемника: антенный контур должен конструироваться с таким расчетом, чтобы его резонансная кривая имела возможно большую крутизну. Для достижения этого нужно стремиться к уменьшению сопротивления. Следует также по возможности уменьшать емкость антенны — не следует делать антенн с большой горизонтальной частью и, тем более, многолучевые антенны. Избирательность приемника увеличивается при приеме на схему «короткие волны» (благодаря последовательному включению конденсатора общая емкость антенного контура уменьшается, а самоиндукция, при той же волне, увеличивается).
В следующем номере журнала мы закончим разбор работы детекторного приемника рассмотрением действия детекторного контура и его влияния на антенный контур.
1См. № 22 «Радио всем».
2 Отношение сопротивления, эквивалентного потерям в детекторном контуре, к полному сопротивлению антенны показывает — какая часть всей антенной мощности переходит в детекторный контур (полезно используется).
Это отношение η = Rэд/Ra носит название коэффициента полезного действия приемной антенны.
3 Собственная длина волны λ0 антенны, как известно, зависит от размеров антенны. Для нормальных Г и Т-образных антенн собственная длина волны в 4,5—5 раз больше полной длины пути l тока в антенне: λ0 = 4,5 до 5,1 (метры).
Под полной длиной пути тока понимается: для Г-образных антенн — полная длина антенны, для Т-образных антенн — длина снижения + ½ горизонтальной части.
4 Математически избирательность может быть определена формулой:
(обозначения соответствуют обозначениям рис. 4).
5 Крутизна резонансной кривой колебательного контура характеризуется так называемым логарифмическим декрементом затухания. Чем больше декремент, тем меньше крутизна кривой, тем меньше избирательность приемника. Логарифмический декремеит «затухания» определяется формулой:
где R — сопротивление в омах.
С и L — емкость и самоиндукция в фарадах или генри.
