Проф. Р. В. Львовича.
Редакция журнала, предложила мне побеседовать с нашими читателями о том, каким образом устраивается станция для радио-вещания и какие условия необходимы для того, чтобы речь и музыка воспринимались слушателями без искажений.
Я вполне разделяю мнение редакции о своевременности и большом интересе этой темы. Все, слушающие передачу вещательной станции, более или менее знакомы с приемным устройством и, во всяком случае, имеют о нем представление. Даже двенадцатилетние мальчики уже успели настолько освоиться с примитивным устройством детекторного приемника, что подчас сами себе изготовляют его части. Иначе обстоит дело с механизмом передачи, гораздо более сложным и менее доступным для понимания широких слоев любителей. Поэтому эта часть носит более таинственный характер, и понятен тот интерес, с которым ждут многие друзья радио разоблачения этой «тайны».
Я постараюсь в возможно доступной форме изложить принцип устройства, задачей которого является посылать в пространство электромагнитные волны сложной формы, несущие в себе речь, пение и музыку и отдающие часть своей энергии на приемных станциях. Слушатели, спокойно сидящие у себя дома с телефонами на ушах или у рупора, не подозревают о том нервном напряжении внимания; которое подчас требуется от персонала передающей вещательной станции, следящего за чистотой и ясностью передачи. Ведь передача концертов по радио вещь, сравнительно, новая, и если на электрической станции освещения бывают перебои в работе, то на радио-вещательной станции, обладающей несравненно более тонким механизмом, тем более возможны всякие неожиданности. Сложное и деликатное ее устройство само по себе является источником многих дефектов. Трудно представить себе, до какой степени эта установка чувствительна к малейшим изменениям электрических или акустических свойств, происходящим хотя бы на значительном расстоянии от передающих аппаратов. Достаточно указать на то, что изменение положения в какой-нибудь проводнике, соединяющем различные части передатчика между собой, уже влечет за собой нарушение правильного его функционирования.
Последнее время радио-вещательные установки становятся все более и более сложными, в связи с повышающимися к ним требованиями. В самом же простом виде такое устройство состоит из центральной передающей станции, в помещении которой говорят, поют и играют, и из неопределенного числа приемных станций, тяготеющих к этой центральной станции. Рациональным является устройство, при котором помещение, где говорят и играют (студия), находится на более или менее большом расстоянии от передающей станции и соединено с ней тщательно проведенной линией. Такое отдаление студии вызывается, во-первых, тем, что шум машин и всякие иные вредные воздействия аппаратов на чувствительный микрофон устраняются, и, во-вторых, тем, что по условиям места удобнее читать лекции и давать концерты в центральных частях города, в то время как антенное устройство передающей станции удобнее располагать подальше от центра, где больше свободного пространства. Затем, для большего разнообразия программы, — и его одно из самых интересных, исключительных свойств радио-вещания, — можно устраивать так называемую трансляцию, т. е. автоматически передавать концерты, посылаемые электро-магнитными волнами какой-нибудь иногородней или даже отдаленной заграничной станции. Скажем, что наша местная радио-вещательная станция обслуживает абонентов, слушающих ее на детекторный приемник в том же городе. Любительские приемные установки, за редким исключением, не в состоянии принимать Московское радио-вещание, не говоря уже о более отдаленных. Возможность же услышать на своих простых приемниках концерты Москвы, Парижа, Лондона и др. в значительной степени повысила бы интерес среди абонентов и тем увеличила бы их число; а эту именно возможность дает трансляционное устройство. Трансляция состоит в том, что волны отдаленных радио-станций, напр., Парижа или Лондона, принимаются в виде электрических токов специальными, усовершенствованными приемными устройствами, расположенными вдали, скажем в 10 километрах, от местной передающей радио-станции и соединенными с ней телефонным проводом (подземным кабелем). Электрические токи, полученные на приемной станции, подводятся по этому проводу и действуют на соответствующие органы передающих аппаратов местной радио-вещательной станции, которая в точности воспроизводит, но, конечно, в очень усиленном виде, то, что получено из Лондона, Парижа и др. на местной приемной станции и посылает это воспроизведение всем своим абонентам, слушающим на детектор. Конечно, проще было бы абонентам, желающим слушать концерты Парижа, Лондона и др., самим установить у себя усилитель и хорошую антенну, но это сопряжено с большими затратами, а потому недоступно широким слоям радио-любителей.
За границей имеются такие трансляционные устройства вещания, при которых целый ряд передающих радио-станций обслуживаются одной и той же студией, находящейся в центре области и соединенной с ними специальными проводами или же посредством существующих уже телефонных и телеграфных линий. Такое устройство имеется в Англии: Лондонская студия передает концерты по проводам сразу ряду городов, имеющих собственные радио-станции, которые, в свою очередь, воспроизводят эти концерты на разных длинах волн для своих местных абонентов. Таким образом, радио-вещание имеет тенденцию принимать все более сложную форму и являть собой обширный комплекс технических, и общественных вопросов.
Теперь перейдем к подробностям и начнем с устройства главной части — передатчика радио-вещательной станции. Здесъ, конечно, возможно большое разнообразие в выборе системы. Подробное описание хотя бы одного из существующих устройств потребовало бы слишком много места и не соответствовало бы целям настоящего журнала, а потому я ограничусь лишь изложением принципа для того, чтобы дать возможность понять суть дела, причем замечу, что в последнее время для целей передачи концертов применяются почти исключительно катодные (ламповые) генераторы.
Читатели этого журнала уже имели случай ознакомиться с устройством катодных ламп и знают, что катодная лампа может служить источником колебаний высокой частоты. Самая простая схема ктодного генератора представлена на фиг. 1: к аноду А лампы подводится провод, идущий от положительного зажима источника постоянного тока более или менее высокого напряжения; отрицательный провод того же источника соединяется через часть катушки самоиндукции L с катодом К (нитью накала лампы, питаемой аккумуляторной баттареей). Сетка G через обыкновенный угольный микрофон М присоединяется к концу катушки L, которая обыкновенно заземляется. Другой конец катушки соединяется с антенной. Это самая простая схема лампового генератора высокой частоты, могущего служить простым радио-телефонным передатчиком. Благодаря особым свойствам катодной лампы, включенной по указанной здесь схеме, в антенне возбуждаются токи высокой частоты, при чем волна, излучаемая антенной, обусловливается ее емкостью, самоиндукцией и самоиндукцией катушки L.
Если графически изобразитъ колебания силы тока в антенне, то они представятся, приблиз., синусоидальной линией (фиг. 2). Такие колебания высокой частоты не могут быть восприняты простым детекторным приемником, так как хотя детектор выпрямит полученные в приемнике колебания, но приемный телефон останстся беззвучным. Стоит только, однако, каким-нибудь путем менять амплитуду (силу) колебаний в передающей антенне с быстротой порядка звувовых колебаний, как телефон начнет реагировать на эти изменения. Положим, что на токи высокой частоты в передающей антенне накладывается ток звуковой частоты, в результате мы имели бы ритмические изменения амплитуды тока высокой частоты в антенне, и эти изменения в точности воспроизводились бы в детекторе и заставляли телефонную мембрану колебаться в такт с изменениями амплитуды тока в передающей антенне, — телефон звучал бы. Каким же образом накладывать звуковую частоту на колебания в передающей антенне? Проще всего это сделать по вышеуказанной схеме, путем включения обыкновенного угольного микрофона в цепь сетки лампового генератора и при помощи звуков, воспроизводимых вблизи него, изменять его сопротивление.
Для простоты представим себе, что перед телефоном находится камертон; пока этот последний не звучит, в передающей антенне поддерживаются колебания высокой частоты с постоянной амплитудой, так как введенное в цепь сетки сопротивление микрофона М не меняется. Но стоит только заставить камертон звучать, как сопротивление угольного порошка микрофона начнет меняться, сообразно с силой колебания воздуха, вызванного дрожанием камертона. Изменение сопротивления микрофона будет менять напряжение между сеткой и нитью накала лампы, а это, в свою очередь, будет менять величину наибольшего анодного тока лампы, а следовательно и величину максимального тока в антенне, в ритм с дрожанием ножек камертона. Таким же путем можно менять амплитуду тока в антенне не камертоном, а каким-либо музыкальным инструментом или голосом.
Звуковое воздействие на микрофон, вследствие которого меняется амплитуда (наибольшая величина) не затухающих колебаний высокой частоты в антенне, принято называть модуляцией или телефонной модуляцией. Это воздействие может быть разным по силе, поэтому говорят о более или менее глубокой модуляции. Если действие микрофона на амплитуду колебаний высокой частоты настолько велико, что она в известные моменты падает до нуля, то говорят, что модуляция составляет 100%; однако, такая глубокая модуляция достигается лишь в редких случаях и вовсе не рекомендуется для целей передачи концертов.
До чего такое устройство чувствительно, видно из того, что разговор и даже тембр голоса чисто передаются. Однако, описанное устройство очень примитивно и применимо лишь для передачи на весьма небольшия расстояния.
Изменение сопротивления микрофона не может вызвать значительного изменения напряжения между сеткой и нитью лампы. Для большей эффективности заставляют микрофон действовать на цепь сетки при помощи микрофонного трансформатора и баттареи (фиг. 3). Нужно заметить, что до введения в радиотехнику катодных ламп, как генераторов высокой частоты, многие конструкторы занимались проблемой создания мощного микрофона, применяя для этого разные остроумные приспособления, позволяющие пропускать через микрофон значительные токи без вреда для него (охлаждение водой, применение струи ртути и т. д.). Такой мощный микрофон был необходим, пока единственным источником не затухающих колебаний были машины высокой частоты и дуговой генератор Паульсена. Но появление катодных ламп сразу просто решило вопрос о микрофоне, сведя на нет упорную работу конструкторов мощных микрофонов, так как дало возможность пользоваться самым обыкновенным угольным микрофоном, применяемым для простых телефонных линий, и не только для малых мощностей, но и для больших мощностей, как это мы увидим впоследствии.
Выше я привел самую простую схему телефонного передатчика, которая, однако, очень несовершенна. Изменение сопротивления микрофона, включенного прямо в цепь сетки, под влиянием разговора невелико, а потому напряжение между нитью накала и сеткой лампы будет меняться очень мало, модуляция будет крайне слабой, т. е. использование генератора будет ничтожное. Правда, путем введения микрофонного трансформатора и баттареи для питания микрофона, как показано на фиг. 3, можно усилить действие устройства, но все же такой способ модуляции пригоден для весьма небольших мощностей. При небольших мощностях можно употреблять и другие схемы. Так, напр., вводить микрофон прямо в антенну, непосредственно или через трансформатор высокой частоты (фиг. 4 и 5).
При повышении мощности устройство усложняется.
Некоторые германские общества применяют схему, показанную на фиг. 6.
В цепь сетки генератора вводится небольшая катодная лампочка, на цепь сетки которой, в свою очередь, действует микрофон при помощи трансформатора. Подобная же схема разработана для некоторых передатчиков Центральной Лабораторией Треста Слаб. Тока и дала довольно хорошие результаты.
Способ модуляции, при котором вообще главное воздействие производится на сетку генерирующих ламп, называется сеточной модуляцией. В отличие от этого рода модуляции существует так назыв. анодная модуляция, где воздействие производится на анодную цепь катодного генератора. Такой способ распространен в Америке, Англии и отчасти в Германии.
Я приведу здесь один из простейших способов анодной модуляции (фиг. 7). Она состоит в том, что параллельно генераторной лампе приключается такая же катодная лампа модуляторная, на цепь сетки которой воздействует, через трансформатор, микрофон. Действие этого способа заключается в том, что приключенная балластная (модуляторная) лампа во время разговора меняет свое сопротивление и этим изменяет ток, проходящий через генераторную лампу, в такт с разговором. Для осуществления изменения тока в цепь, питающую обе лампы, включается так назыв. дроссель-стабилизатор. Опять-таки такая система годна для сравнительно небольших мощностей при пользовании небольшой модуляторной лампой. Для большой модуляторной лампы микрофон окажется недостаточно сильным, и поэтому приходится микрофонные токи предварительно усиливать катодными усилителями. Такое усиление может достигать нескольких этажей, в результате чего схема передатчика оказывается довольно сложной, тем более, что приходится вводить целый ряд вспомогательных приборов для достижения чистой передачи. Существует большое число схем анодной модуляции, которые требуют значительного количества катодных ламп, коль скоро дело идет о больших мощностях. В этом отношении сеточная модуляция проще и экономнее в смысле затраты ламп и энергии. Однако, повидимому для целей концертной передачи предпочтение следует отдать анодной модуляции, во всяком случае лучшая английская станция работает модуляцией на анод.
Впрочем, дальнейшая практика передачи концертов окончательно выяснит преимущества той или другой системы. Нужно заметить, что сеточная модуляция гораздо деликатней и чувствительней модуляции анодной и потому требует большего внимания и осторожности при устройстве и при обслуживании.
Для больших мощностей применяют еще комбинированный способ модуляции, основанный как на свойствах катодных ламп, так и на свойствах железа. Известно, что катушка с железным сердечником изменяет свою самоиндукцию под влиянием изменения степени магнитного состояния сердечника. Этим свойством железа пользуются для магнитной модуляции.
Выбором системы модуляции вовсе не исчерпывается задача хорошего устройства концертной передачи. Целый ряд обстоятельств играют чрезвычайно важную роль, в особенности в тех случая, когда требуется художественное воспроизведение. В этом отношении следует остановиться на вопросах питания ламп, фильтра, свойствах микрофона, устройстве студии, контроля передачи, антенного устройства и выборе волны.
