Остроумов Б. А.
Ультра-короткие волны, т. е. волны длиной в несколько метров, не употребляются в настоящее время для связи на большие расстояния. Причиной этого является чрезвычайно сильное затухание их уже на сравнительно небольших расстояниях от передатчика. Затухание это обусловливается поглощением энергии различными проводниками, находящимися по соседству с передатчиком и по пути распространения волн. Дело в том, что вследствие громадной частоты таких электромагнитных колебаний индуктивное действие их чрезвычайно сильно, т. е. они возбуждают в проводниках весьма большие электродвижущие силы индукции, а следовательно и значительные индуктивные токи. Если сопротивление этих случайно попавших в сферу излучения проводников значительно, то они просто поглощают энергию на свое нагревание, если же мало, то, помимо поглощения энергии, индуктивные токи достигают такой силы, что сами проводники делаются источниками излучения и подобно антеннам начинают влиять на направление излучений передатчика. Особенно ярко обнаруживается это тогда, когда такие проводники оказываются настроенными в резонанс с падающими на них электромагнитными волнами.
Таким образом с переходом к ультракоротким волнам в работе передатчика начинают принимать участие все окружающие его предметы самым причудливым образом, поглощая, отражая и искривляя направление излучения.
Весьма поучительными являются поэтому опыты, произведенные японским профессором Уда в Токио, доложенные впервые на международном тихоокеанском радиоконгрессе. Он получал при помощи обычного лампового генератора волны, длиною примерно — от 4 до 2 метров и исследовал направленное излучение, пользуясь обычными рефлекторами, состоящими из настроенных проводников, помещенных за антенной. В качестве индикатора в приемнике у него служил термоэлемент, позволявший довольно точно учитывать величину принимаемой энергии.
Прежде всего результаты измерения тока в приемнике ярко обнаружили влияние поглощения излучения в земле. Чем ближе к поверхности земли находились передатчик и приемник, тем сила приема оказывалась слабее. Земля в этом случае действовала как проводник с большим сопротивлением, поглощающий значительную долю излучаемой энергии. Результаты измерений представлены на рис. 1, который соответствует вертикальной антенне. Для антенны горизонтальной получается аналогичная картина.
Влияние настроенных проводников особенно ярко обнаружилось в опытах проф. Уда с устройством так называемого «канала для излучения» из ряда прямолинейных медных стержней, настроенных почти на ту же частоту, как сам передатчик в размещенных перед ним в ряд на расстоянии близком к ½ волны, по тому направлению, куда желательно направить излучение.
Индуктивное действие передающей антенны возбуждает весьма интенсивные электрические колебания в ближайших к ней стержнях, эти последние вызывают колебания в следующих и так далее. Энергия бежит от передатчика вдоль ряда стержней, не рассеиваясь в стороны, потому что такая система проводников представляет собой не что иное, как сложную антенну с переменными фазами, которая не раз была описана в «Радио Всем» и которая обладает свойством направлять излучение весьма узким пучком только вдоль своей плоскости. От обычных переменнофазных антенн эта группа проводников, называемых проф. Уда «директорами», отличается только тем, что вся она со всеми своими элементами возбуждается только через индукцию от передатчика, а не питается специальными устройствами (напр., системами Лехера), подводящими энергию к каждому настроенному ее элементу отдельно. Поэтому (а это можно доказать математически) отдельные стержни ее должны быть для наилучшего действия настроены на волну немного более короткую, чем волна самого передатчика, и расположены на определенном расстоянии друг от друга. Настройку произвести нетрудно, укорачивая стержни и подбирая их длину для получения максимального эффекта. Насколько получаемая таким образом концентрация энергии по линии «директоров» увеличивает эффект в приемнике и в сколь узком пучке она концентрируется, показывает сравнение рисунка 1 с рисунком 2. На последнем видно, что поднимание приемника над землей, выдвигающее его из средней части пучка, ослабляет прием.
Рисунок 3 наглядно показывает влияние числа «директоров» и их настройки на концентрацию энергии в пучке. Возрастание силы приема с числом «директоров» наводит на мысли о возможности направленной передачи энергии ультракоротких волн — не путем свободного излучения ее, а путем перебрасывания от одного изолированного проводника к другому, вдоль сколь угодно длинного ряда их. Это должно довести до минимума потери энергии, вследствие поглощения в воздухе и требует только применения в качестве «директора» проводников с весьма малым сопротивлением, чтобы в них и ваттные потери (на джоулево тепло) были минимальные.
Интересно проследить влияние земли на такое своеобразно направленное излучение. Проф. Уда проделал ряд следующих опытов в этом направлении. Он взял горизонтальную антенну и ряд горизонтальных «директоров», укрепленных на длинном деревянном шесте, перпендикулярно к нему. Шест можно было направлять под любым углом к поверхности земли и обследовать распределение излучения по разным направлениям от передатчика. Только для этой цели пришлось взять еще более короткие волны, длиной всего в 2,6 метра, чтобы сделать все сооружение менее громоздким. Результаты опытов изображены на рис. 4.
На нем ясно видно, что направление главного потока энергии не совпадает с направлением линии «директоров», но направлено круче к поверхности земли. Это явление всецело объясняется влиянием на направление излучения тех токов, которые возникают в земле под влиянием электрических колебаний в системе проводников. Оно до известной степени может служить даже мерой проводимости почвы для таких ультра-частых колебаний. Ведь если бы земля была идеальным проводником, то можно было бы вычислить, насколько она должна была бы отклонить главный поток энергии от направления сложной антенны. Тогда, сравнивая направление потока энергии, полученное на опыте, с направлением, вычисленным для идеально проводящей земли, можно было бы судить об электрических свойствах почвы.
Конечно, даже при уменьшении длины волны до 2 метров, устройство длинных рядов «директоров» остается чрезвычайно громоздким, и проф. Уда и его сотрудники предприняли ряд дальнейших опытов, направленных к уменьшению длины волны. Так как устройство ламповых генераторов обычного типа встречает при этом неизбежно громадные трудности, то им был предложен новый способ генерации ультра-коротких волн с помощью магнетронов Гулла, позволявший получить интенсивные устойчивые волны сначала всего в несколько десятков сантиметров, а потом довести их даже до нескольких сантиметров. С волнами в 41 см он обследовал возможность связи при помощи направленной системы «директоров» на таком расстоянии, на котором обычно рассеянное излучение целиком поглощалось в воздухе. При этом удалось установить связь на расстоянии 1 километра с модуляцией в 1 000 периодов, пользуясь в качестве приемника ламповым детектором по простейшей схеме Баркгаузена.