"CQ-SKW", №19, октябрь, 1930 год, стр. 161-162

В. Сифоров

СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ БОРЬБЫ С ЯВЛЕНИЕМ ЗАМИРАНИЯ

Явление замирания при приеме коротких волн хорошо известно каждому радиолюбителю-коротковолновику. Заключается это явление в том, что при приеме коротких волн все время изменяется сила приема и иногда она настолько ослабевает, что прием становится невозможным. В последнее время за границей и у нас в СССР появился ряд способов борьбы с этим явлением. Мы хотим дать сравнительную оценку полезности некоторых наиболее употребительных и интересных способов борьбы с явлением замирания. Однако, прежде чем сравнить полезность различных способов, нужно условиться, что принять за меру полезности того или иного способа. За такую меру мы примем величину, которую назовем «процентом неписания». Процент неписания — это та часть от общего времени приема, в течение которой нет уверенного приема. Допустим, что мы производили прием какой-либо станции в течение часа. Если из этого часа мы могли из-за замирания принять станцию в течение 10 минут, то процент неписания будет

При пишущем приеме процент неписания представляет собой процент не записанных знаков от общего числа знаков; для этого случая и предложен термин «процент неписания». Тот из способов борьбы с замиранием будет лучше, при котором процент неписания наименьший.

Рис. 1.

Самым простым способом борьбы с замиранием, который долгое время употреблялся, а также употребляется в настоящее время, является способ избыточного усиления с последующим ограничением. Этот способ заключается в том, что приемное устройство делается с очень большим усилением (усиление достигает приблизитеяьно 10 миллионов раз), с той целью, чтобы можно было принять самые слабые сигналы. А так как сила приема все время меняется, то при сильных сигналах и при большом усилении в последнем каскаде приемного устройства получаются очень большие напряжения от сигнала. Если, поэтому, за последним каскадом усиления поставить (детекторную выпрямительную) лампу, то выпрямленный ток при сильных сигналах будет очень велик. Если при этом прибор, записывающий сигналы, отрегулирован так, что при слабых сигналах работает в нормальных условиях, то при сильных сигналах через него будет проходить очень большой ток, и он будет перегружаться, и правильной записи знаков не получится. Для того чтобы этого не было, нужно за последним каскадом усиления поставить прибор, который ограничивал бы силу тока, т. е. прибор, который давал бы одну и ту же силу тока при различных подаваемых на него напряжениях. Одна из таких схем ограничителей показана на рис. 1. Здесь I — выпрямительная лампа, II — ограничительная лампа. Когда сигнала нет, то нет и переменного напряжения на трансформаторе Т и анодный ток I лампы (благодаря соответствующему смещению) отсутствует. На сопротивлении R поэтому нет никакого напряжения. В анодной цепи II лампы течет некоторый ток. Якорь пишущего прибора Р отклоняется в одну сторону. Когда появляется сигнал, то появляется переменное напряжение на трансформаторе Т и в анодной цепи лампы I появляется ток, который, проходя по сопротивлению R, создает на этом сопротивлении падение напряжения. На сетке лампы II получается некоторое отрицательное напряжение и анодный ток лампы II исчезает. Якорь пишущего прибора отклоняется в другую сторону. Если сигнал очень сильный, то будет велико напряжение на трансформаторе Т и в анодной цепи лампы I пойдет большой ток. Поэтому на сетке лампы II получится большое отрицательное смещение и ток и пишущем приборе опять будет отсутствовать. Очевидно, что при такой схеме правильная запись знаков обеспечена как при сильном, так и при слабом приеме, так как в том и в другом случае сигнал вызывает исчезновение тока в приборе.

Однако, увеличивать усиление приемного устройства можно только до некоторого предела. Действительно приемное устройство кроме сигналов принимает еще и различные помехи. Эти помехи складываются из атмосферных помех, которые на коротких волнах гораздо слабее, чем на длинных, но все-таки при большом усилении чувствуются, и внутренних помех (шум ламп, моторы и т. д.). Поэтому, если сила поля принимаемой станции падает ниже уровня помех, то записать станцию невозможно, сколько бы мы не увеличивали усиление.

Как показывает теория, процент неписания при способе избыточного усиления с последующим ограничением выражается формулой:

где q — процент неписания, Е_помех — сила электрического поля помех и E_сигнал — сила электрического поля принимаемой станции, которая чаще всего встречается, или, как говорят, наивероятнейшая сила приема. Приблизительно эта наивероятнейшая сила приема соответствует средней силе приема станции. Из формулы (1) видим, что процент неписания тем больше, чем сильнее помехи, и тем меньше, чем больше средняя сила поля станции. Если процент неписания получается большой, т. е. выпадает большой процент знаков станции, то с первого взгляда может показаться, что улучшить положение невозможно, так как уменьшить помехи мы не можем, не можем также увеличить и среднюю силу поля станции и, как было сказано раньше, увеличение усиления, даваемого приемным устройством, тоже не помогает. Однако существуют способы, которые позволяют, не увеличивая силу поля станции, не уменьшая помех и не увеличивая усиления приемного устройства, сильно уменьшить процент неписания.

Рис. 2.

Эти способы основаны на двух очень ценных для практики свойствах явления замирания вытекающих из основных причин явления замирания. Одной из основных причин замирания является так называемая интерференция волн. Дело в том, что электромагнитные волны, излучаемые передатчиком, идут не одним путем, а часть идет по одному пути, а другая же часть — по несколько иному пути. Разница между длинами этих путей может иногда достигать очень больших расстояний, так что волна, идущая одним путем, приходит к месту приема гораздо раньше, чем волна, идущая другим путем, благодаря чему на ленте пишущего аппарата появляются повторные знаки. Если разность путей волн не столь велика, чтобы образовать повторные знаки, то тогда образуются в месте приема полосы интерференции, т. е. в одном месте волны, идущие различными путями, скажем, складываются, а в другом месте, расположенном от первого на некотором расстоянии, вычитаются. Благодаря этому в одном месте образуется сильное поле, а в другом в это же время слабое. Следовательно, если поставить две или три антенны, удаленные друг от друга на некотором расстоянии (300 метров и более) и тем или иным способом сложить результаты, полученные с каждой антенны, то процент неписания должен уменьшиться, так как редко случается, чтобы сила приема во всех антеннах упала одновременно.

Рис. 3.

Соединить различно расставленные антенны вместе и подвести их к общему приемнику, однако, нельзя по следующим причинам. Токи, текущие в отдельных антеннах, есть переменные токи высокой частоты, и если они одинаковы по силе и противоположны по фазе, то они уничтожают друг друга, и станция не будет слышна. Может быть и такой случай, что они будут в одинаковой фазе, тогда прием усилится. Может также случится, что токи обеих антенн будут сильно отличаться друг от друга, тогда общий ток будет приблизительно равен току той антенны, в которой он наибольший. Таким образом, может существовать самое разнообразное соотношение между токами различных антенн и их сдвигом фаз и для того, чтобы оценить ухудшения или улучшения приема по сравнению с приемом на одну антенну, необходимо учесть, насколько часто может встретиться тот или иной случай, т. е. насколько часто может встретиться то или иное соотношение между силами токов различных антенн и соотношение между их сдвигом фаз. Решением таких вопросов занимается особая отрасль математики — «теория вероятностей». Эта теория показывает, что прием в рассматриваемом случае в среднем несколько улучшится, но очень немного. Если даже принять, что помехи не возрастают по сравнению с приемом на одну антенну, то и тогда процент неписания уменьшится лишь вдвое от применения второй антенны. Поэтому, чтобы уменьшить значительно процент неписания, нужно складывать не на высокой частоте, а предварительно выпрямить токи отдельных антенн и производить сложение уже постоянных токов, т. е. нужно на каждую антенну поставить отдельный приемник и к пишущему прибору подвести сумму всех постоянных токов от отдельных приемников. Здесь уже фазы тока высокой частоты в антеннах не будут иметь значения, так как постоянные токи всегда будут складываться. Следовательно, процент неписания обязательно должен уменьшиться. Теория показывает, что при применении двух расставленных антенн процент неписания будет:

Здесь q₂ — процент неписания при использовании двух антенн, а q — процент неписания при использовании одной антенны и выражается формулой (1). Формула (2) выведена в предположении, что антенны расставлены настолько, что явления в них протекают независимо друг от друга.

Рис. 4.

Этот способ приема на несколько антенн и сложения выпрямленных токов употребляется в Америке и дает очень хорошие результаты. Однако этот способ требует отдельного приемного устройства на каждую антенну. Можно значительно упростить этот способ, если производить сложение не на постоянном выпрямленном токе, а на переменном токе промежуточной частоты.

Рис. 5.

Предположим, что мы принимаем станцию на волне 30 метров, что соответствует 10 000 килоциклов в секунду. В приемнике, соединенном с I антенной посредством местного гетеродина с частотой 10 100 килоциклов в секунду, можно понизить частоту принимаемой станции до 100 килоциклов в секунду (волна в 3 000 метров). В приемнике же, соединенном со II антенной посредством местного гетеродина, с частотой 10 101 килоциклов в секунду, перейдем на частоту 101 килоцикл в секунду. Получившиеся токи с частотой 100 и 101 килоциклов в секунду подведем к общему усилителю (рис. 2) и с последним каскадом этого усилителя соединим выпрямительную лампу (рис. 3). Допустим, что замирание таково, что ток во II антенне совершенно исчез. Тогда на сетке выпрямительной лампы будет только переменное напряжение с частотой 100 килоциклов в секунду и в анодной цепи будет некоторый выпрямленный ток i₀ (рис. 4). Если во II антенне начнет появляться небольшой ток, то к имеющемуся напряжению на сетке выпрямительной лампы добавится еще напряжение с частотой 101 килоцикл в секунду. На сетке выпрямительной лампы получатся поэтому биения с частотой в 101 — 100 = 1 килоцикл в секунду, т. е. 1 000 периодов в секунду. В анодной цепи выпрямительной лампы на постоянный ток i₀ наложится ток с частотой в 1 000 периодов в секунду. Если в эту цепь включить пишущий прибор, который не отзывается на ток с частотой в 1 000 периодов, то присутствие тока во II антенне совершенно не отразится на записи сигналов, так как среднее значение тока останется тем же самым (i₀). Что ток i₀ не изменится от появления тока во II антенне видно из рис. 5. Выпрямленный ток благодаря биениям то увеличивается, то уменьшается, но в среднем (постоянная составляющая) остается тем же самым. Если сила приема от II антенны будет больше, чем от I, то тогда постоянный ток выпрямительной лампы будет определяться силой приема от II антенны и не будет зависеть от силы приема, даваемого I антенной. Короче говоря, ток выпрямительной лампы приблизительно определяется силой приема, даваемого той антенной, где эта сила приема, наибольшая и не зависит от силы приема, даваемого другой антенной. Поэтому замирание при этом способе почувствуется только тогда, когда сила приема упадет в обеих антеннах одновременно. Однако такие случаи будут встречаться гораздо реже, чем падение силы приема на одной антенне. Теория показывает, что процент неписания при применении этого способа выражается формулой

Здесь q₂ — процент неписания при использовании двух антенн по этому способу, а q — процент неписания при использовании одной антенны. Например, если при применении одной антенны мы не могли записывать знаки 10% всего времени, то при использовании двух антенн мы не сможем вести запись только

всего времени.