"Радиолюбитель", №17-18, октябрь, 1925 год, стр. 378-380
Задача, стоящая перед конструктором приемника на короткие волны, заключается в том, чтобы построенный приемник прежде всего удовлетворял в отношении основных требований электрического характера: избирательности, чувствительности и устойчивости приема.
Избирательность в приемниках на короткие волны выполняется автоматически и в этом отношении задача конструктора значительно проще, чем при конструктировании приемников на длинные волны. Об'ясняется это тем, что всякий настраивающийся колебательный контур проявляет свое избирательное свойство относительно частоты, а не длины волны, которая является часто условным понятием, относящимся к тому же приемнику, а не к контуру. Поэтому избирательность приема выражается всегда в цифровых данных относительно частоты приема. Между частотою и длиною волны существует, как известно, определенная зависимость, изображаемая кривой рис. 1, т.-е.
| частота n = | V | , |
| λ |
где V — скорость света. Таким образом, при коротких волнах при том же самом изменении настраивающейся емкости, а, следовательно, и длины волны, так как λ ∞ √С, изменение частот будет значительно больше чем при длинных волнах. Например, если увеличивать длину полны вдвое (одним и тем же конденсатором) на двух различных диапазонах волн, то произойдет следующее изменение: с 25 до 50 метров частота изменится с 12.000.000 периодов до 6.000.000 периодов, при изменении же волны, положим, с 1000 до 2000 метров, частота изменится с 300.000 периодов до 150.000 периодов. В первом случае диапазон принимаемых частот равен 6.000.000 периодов, во втором 150.000 периодов. Так как для радиотелефонного приема без искажений требуется частота в 10.000 периодов, то в первом случае приемник сможет одновременно принимать, если декремент его колебательных цепей мал, что легко достижимо при обратной связи, до 600 радиотелефонных станций, во втором случае — только 15. Если декремент, что обычно имеет место в приемниках на короткие волны, цепей приемника высок, то число возможных приемов значительно уменьшится и каждая принимаемая станция будет слышна на значительно большем диапазоне, но все же при самых неблагоприятных в этом отношении условиях прием на короткие волны останется все же весьма избирательным. Кроме того, так как чувствительность всякого приемника тем больше, чем больше его избирательность, то всякий конструктор приемника, желая иметь приемник чувствительным, вынужден итти всегда путем конструктирования контуров с низким декрементом, что всегда в свою очередь приводит к высокой избирательности приема.
Все сказанное заставит при конструировании приемников на короткие волны поступать следующим образом:
1) Использовать перемеиные конденсаторы малых емкостей, можно емкость порядка 100—120 см. Число пластин подвижных около 4 при диаметре 6 см., подобные конденсаторы имеют сравнительно малые начальные емкости. Так как удлинение волпы, даваемое конденсатором, зависит от отношения максимальной емкости к начальной, то подобные конденсаторы с успехом могут быть использованы и для приема более длинных волн, давая большие экономические выгоды (см. рис. 2).
2) Параллельно основному конденсатору для точной настройки присоединяется конденсатор с одной подвижной пластиной при расстоянии между пластинами около 3 мм.
3) Кроме того, весьма желательно для однообразности настройки по всему диапазону конденсатора пользоваться конденсаторами с квадратичной шкалой (обычные конденсаторы имеют линейную зависимость изменения емкости от градусной шкалы). Поэтому длина волны изменяется в зависимости от √С. В конденсаторах с квадратичным изменением емкости волна будет изменяться в линейной зависимости от С. Обычные конденсаторы для коротких волн представляют то неудобство, что они дают наибольшее изменение волны, именно в начале шкалы, т.-е. для наиболее коротких волн. При чем в приемниках — для коротких волн разиица в остроте настройки (определяемой частотой) относительно градусной шкалы, в начале и конце ее при той зависимости, которая существует между волной и частотой (см. рис. 2), чрезвычайно значительна, а потому настройка приемника в начале шкалы конденсатора сильно затрудняется.
Настройка на принимаемую волну коротковолного приемника затрудняется также еще и тем обстоятельством, что длина волны налаженного контура приемника меняется при изменении: 1) обратной связи и 2) изменении связи с антенной. При той величине коэффициента самонидукции катушки обратной связи, которой приходится пользоваться в приемниках на короткие волны, эти изменения волны в сторону удлинения ее достигают 1,5—2 метра; при приеме радиотелефона и радиостанций незатухающих колебаний, когда имеет место генерация собственных колебаний в приемнике до 6 метров, изменение связи с антенной приводит к еще большим изменениям длины волны, которые могут достигать 3 метров, так как в последнем случае при изменении связи мы имеем дело также с влиянием параметров антенны на контур 1). Для длинных волн эти изменения волны совершенно ничтожны и почти не имеют никакого значения, тем более, что декремент контуров приемника на длинные волны всегда меньше, поэтому связи цепей слабее. Для коротких же волн эти изменения весьма существенны. В самом деле, при приеме волны в 4 метра, изменение волны на 2 метра вызывает изменение частоты на 358.000 периодов, тогда как при приеме на волне, предположим в 1000 метров, это же изменение волны даст изменение частоты всего лишь в 600 периодов.
Таким образом, в приемниках на короткие волны малейшее перемещение катушки обратной связи или связи с антенной может вызывать значительное изменение слышимости сигнала или полное исчезновение приема. Это сильно усложняет настройку приемника и избавиться от этого в полной мере можно только лишь при приеме на схему с отдельным гетеродином и при использовании обратной связи только лишь для частичной компенсации сопротивления приемных контуров. В любительской практике, где нежелательно усложнение приборов, с этим явлением придется мириться и уменьшить его размеры можно только, пользуясь слабой связью между контуром и апериодической антенной, так как антенна, как было указано, при некоторых волнах приема попадает своим обертоном в резонанс приходящей волне и вносит сильное затухание на контур. Ослабление связи с антенной в свою очередь приводит к возможности уменьшения обратной связи.
Влиянием изменения связи между антенной и контуром на принимаемую волну можно пользоваться с успехом для точной настройки приемника. Эту точную настройку можно производить также и помощью конденсатора C емкостью 200 см., включеиного последовательно в антенну. Настройку коротковолнового приемника в соответствии со всем сказанным выше обычно необходимо вести следующим образом: 1) сначала, взявши сильную обратную связь, обнаружить, передвигая рукоятку конденсатора грубой настройки, корреспондирующую стапцнго, 2) затем, ослабляя обратную связь и манипулируя конденсатором точной настройки в сторону увеличения емкости, подстроиться на наиболее громкий прием.
Для обнаружения станции конденсатор грубой настройки необходимо передвигать очень медленно, тaк как при указанной выше емкости этого конденсатора — 120 см. — при приеме на волнах порядка 50 метров даже близкие радиостанции слышны, примерно, в пределах 1° шкалы конденсатора, настройка же отдельных радиостанций проходит в пределах ¼° шкалы.
Чувствительность коротковолнового приемника, как и приемника на длинные волны, в значительной степени определяется параметрами применяемой лампы. Кроме этого, коротковолный приемник пред‘являет и некоторые новые требования к лампе. Эти требования касаются емкости между электродами лампы, также вводами, которые к ним подходят. В обычной катодной лампе (например, Р5) емкость между электродами имеет следующие значения: анод—нить — 9 см., сетка—нить — 8 см. анод—сетка — 10 см. Патрон лампы с ножками и ламповая панель увеличивают эту емкость до следующих общих величин: анод—нить — 32 см., сетка—нить — 34 см. и анод—сетка — 31 см. Междуэлектродные емкости подобного порядка при приеме длинных волн особенного значения не имеют, при приеме же коротких волн существенным образом меняют все явления в лампе. При этом напряжение на сетку—нить лампы от сигнала емкостью между сеткой—нить и сеткой—анод значительно понижается, а емкость анод—нить приводит к уменьшению изменения тока в анодной цепи при данном напряжении на сетке 2), в результате чувствительность приемника, в котором такая лампа работает, значительно падает.
Из приведенных выше цифровых данных относительно величины емкости между электродами прежде всего явствует о необходимости применения в приемниках на короткие волны без'емкостных ламповых панелей. В случае же конструирования приемников на ультра короткие волны (порядка 20 метров) лучше всего баллон лампы спять с цоколя и присоединение лампы к схеме выполнить непосредственно помощью проводников от вводов. Еще лучшие результаты в смысле чувствительности могут быть получены при использовании ламп специальной конструкции с пониженной емкостью между электродами.
Междуэлектродные емкости в лампе не позволяют, между прочим, использовать при приеме коротких волн усиление на высокой частоте. Эффект усиления, который может дать лампа при высоких частотах, совершенно ничтожен, поэтому использование таких схем было бы не рационально. При современных лампах с предельной волной, позволяющей иметь с пользой для дела усиления на высокой частоте, надо считать волну порядка 60—80 метров, в зависимости от конструкции лампы. Для волн более низких необходимо в первом же каскаде покончить с высокой частотой. Поэтому для этих волн речь может идти только о детектировании, которое также поставлено в очень неблагоприятные условия.
Кроме лампы чувствительность коротковолного приемника определяется также и устройством приемных контуров. Особенности приемника настроенных контуров на очень высокие частоты заключаются в следующем:
1. Конденсаторы переменной емкости при этих частотах имеют довольно высокое сопротивление потерь. Так, например, если при волне 1000 метров конденсатор имеет сопротивление (эквивалентное) порядка 0,5 ома, то при длине волны около 50 метров, сопротивление повышается до 20 ом, а при малейших недочетах в конструкции может приобрести еще гораздо большие значения. Французский профессор Мени экспериментальным путем установил, что сопротивление, эквивалентное потерям конденсатора при последовательном включении его в цепь, имеет следующую зависимость от длины волны:
| Rc = А | L2 | , |
| λх |
где А — постоянная, имеющая для воздушного конденсатора значения между 0,2 и 4 (приблизительно), L — самоиндукция контура и х = 2,8 — 3. Потери в переменных конденсаторах при очень высоких частотах определяются, главным образом: 1) утечкой поля, 2) потерями на вихревые токи в пластинах, поэтому рациональным типом конденсатора будет тот, который при данной емкости имеет наименьшее число пластин, расположенных на очень малых расстояниях.
2. Катушки самоиндукции при очень высоких частотах также получают очень значительное сопротивление. Действующее сопротивление катушек самоиндукции, как известно, определяется следующим выражением 3):
| RL = | R | , |
| 1 — (ω2CL)2 |
где R — сопротивление катушки постоянному току, С — емкость катушки, ω = 6,28n, где n частота.
Из этого выражения мы делаем следующие заключения:
1. Сопротивление быстро растет с увеличением частоты.
2. Емкость катушки приводит к повышению эквивалентного сопротивления катушки, при чем эта емкость играет наибольшее значение в определении сопротивления при коротких волнах.
Кроме того, действующее сопротивление катушки определяется также диэлектрическими потерями, благодаря несовершенству диэлектрика ее внутренней емкости. Эти потери при длинных волнах малы и ими можно пренебречь (в приведенном выше выражении они не приняты во внимание), при очень высоких частотах они становятся очень значительными и могут превалировать над всеми другими видами потерь в катушке. Закономерную зависимость этих потерь от частот пока еще не удалось установить, но для большинства катушек и диэлектриков, которые могут найти место при конструировании катушек, эти потери растут пропорц. n3. Формула для действующего сопротивления принимает вид:
| RL = | R + ω2L2CP | , |
| 1 — (ω2CL)2 |
где P коэффициент сдвига фазы, благодаря потерям диэлектрика (P = 0,025).
Вот почему конструктору коротковолнового приемника необходимо всячески стараться уменьшить емкость применяемой катушки. Для этого необходимо:
1) вовсе отказаться от смазывания катушек каким-либо скрепляющим составом (шеллак, клей и т. д.), а прибегать к связыванию катушек шелковыми витками; 2) по возможности к минимуму свести все поддерживающие катушку диэлектрики; 3) отказаться от проводника с отдельными изолированными жилками, в противоположность конструирования катушек для длинных волн; 4) лучше всего пользоваться голым проводником.
Наилучшими катушками для приемников коротких волн в соответствии с выдвинутыми пожеланиями будут: 1) катушка с так называемой цилиндрической корзинчатой намоткой; при применении проводника диаметром 0,5 мм. с шелковой изоляцией. Эта катушка при указанной толщине провода после связывания ее шелковой ниткой приобретает такую прочность, что оказывается возможным до минимума свести все прочие поддерживающие ее приспособления; 2) цилиндрическая катушка из голого проводника, указанная на рис. 3.
Приведенные выше соображения показывают, что при конструировании коротковолновых приемников необходимо итти путем проработки деталей, не встречавших применения в практике при длинных волнах. В этом соответственно заключается одна из основных трудностей, лежащих перед конструктором такого приемника. В любительской практике это конструирование деталей, требующее довольно точной механической работы, может встретить большие затруднения, почему за это дело можно советовать браться только тем, кто чувствует в себе в этом отношении достаточную уверенность, на основании своих предыдущих работ по конструированию приемников на длинные волны. Для любителей, привыкших к конструированию, эта задача представляет большой интерес.
Другое основное затруднение, встречающееся при конструировании приемников на короткие волны — это добиться устойчивости приема при этих волнах.
При приеме длинных волн добиться устойчивости приема довольно просто. При приеме коротких волн эта задача становится очень трудной. Об'ясняется это опять тем, что малейшие изменения длины волны, которых, вообще говоря, без значительных усложнений аппаратуры избежать всегда очень трудно, сопровождаются при приеме коротких волн значительными изменениями частоты, определяющей, как было указано, избирательные свойства приемных колебательных цепей. Поэтому целый ряд тех явлений, которые определяют эту устойчивость работы приемных контуров, был оставлен нами без внимания при приеме длинных волн, так как эти явления практического интереса не представляли и, если их изучали, то это делалось в научных целях. При приеме коротких волн, особенно при так называемом гетеродинном приеме, основанном на интерференции двух колебаний с различными частотами — эти явления приобретают первейшее значение. Только столкнувшись на практике с явлением неустойчивого приема, можно себе представить все значение и размеры этого трудно избегаемого явления.
Изменение настройки может происходить по следующим причинам:
1. Изменением расположения окружающих предметов относительно приемных контуров. В этом отношении наибольшую неустойчивость вызывает само лицо, оперирующее с приемником. Избавиться от влияния тела человека, оперирующего приемником, на настройку последнего, можно электростатическим экранированием всего приемника, включая и лампу. Экранированный приемник приобретает схему, изображенную на рис. 4. В условиях любительской практики экран лучше всего осуществлять оклейкой всех внутренних стен ящика, в котором помещен приемник, станиолевыми или медными листами. Для волн ниже 40 метров (приблизительно) для устойчивости приема экранирование оказывается недостаточным; об'ясняется это тем, что в земляном проводе при этих волнах имеет место распределение потенциала в виду его соизмеримости с длиною волны. При этом экран оказывается не нулевым потенциалом. В этом случае при сохранении экранирования приходится прибегать еще к длинным ручкам из изоляционного материала на переменных органах настройки, при чем для того, чтобы эта мера была действительна, необходимо, чтобы длина ручек была не меньше 15 сантиметров.
При настройке экранированного приемника нужно помнить, что металлические места экрана, находясь в непосредственной близости от катушек приемника, приводят к значительному увеличению потерь в колебательных контурах, отчего чувствительность приемника понижается. Избежать этого вредного влияния экрана на прием можно путем увеличения размеров ящика, при чем в выборе размеров ящика нужно руководствоваться следующим соображением: токи Фуко, индуктируемые приемными контурами в экране, вызывают укорочение длины волны контура. Экран практически не вызывает вредного влияния на прием, если при помещении приемника в экранирующий ящик последний не вызывает укорочения длины волны.
2. Изменением напряжения батареи накала и анодного напряжения, т.-е. изменением рабочего режима лампы. Степень влияния изменяющегося режима лампы на настройку колебательного контура, а, следовательно, генерируемую последним частоту при гетеродинном приеме, зависит от схемы приемника (генератора). Наибольшее влияние на настройку контура оказывает режим лампы при наличии колебательного контура в цепи анода, при наличии контура в цепи сетки эти влияния значительно меньше 4), но могут достигать при самых неблагоприятных условиях сравнительно больших размеров. Так, при пользовании лампой Р5 в гетеродинном приеме коротких волн при изменении накала с 0,65 до 0,5 ампер может привести при критической связи к изменению частоты до ½%, т.-е. при волне порядка 30 метров может иметь место полное выпадение слышимости. Избежать этого явления можно только путем поддержания постоянства напряжения батареи.
3. При плохом монтаже приемника.
Монтаж приемника на короткие волны, для того, чтобы прием был действительно устойчивым, должен быть весьма тщательным. В этом вопросе нужно руководствоваться следующими положениями:
1) Все детали приемника должны быть прочно эакреплены на месте.
2) Расположение деталей должно быть строго продумано, для того, чтобы соединяющие детали провода шли кратчайшим путем.
3) Для монтажа должен быть применен провод из твердого металла (латунь хорошей закалки).
4) Антенна должна быть по возможности жестко подвешена, провеса по возможности не должно быть вовсе. Для приема очень коротких волн в этом отношении весьма выгодно иметь однолучевые короткие антенны.
В приемниках коротких волн, предназначенных для серьезного приема, все вышеотмеченные требования приводят к сильному усложнению всего устройства, которое тем сложнее, чем короче длина волны. В подобных устройствах приходится прибегать к многократному экранированию (3-кратному) с промежуточными длинными изоляторными ручками и сильному усложнению всей схемы приемника. В любительской практике эти усложнения не оправдываются жизнью, а потому они излишни. Прием коротких волн пред‘являет повышенные требования и к тем, кто с ним оперирует. Для приема весьма отдаленных станций требуется большой навык. В этом отношении прием коротких волн для любителей может стать своего рода школой умелого и сознательного обращения с приборами.
В своих последующих статьях на ту же тему автор подробнее остановится на некоторых явлениях, связанных с приемом коротких волн, и более детально остановится на конструировании приемников для коротких волн.
1) В одной из последующих статей в этом журнале автор настоящей статьи даст аналитическое обоснование этих явлений.
(стр. 378)
2) Динамические характеристики ламп становятся совершенно пологими.
(стр. 379)
3) Данная формула вызывает некоторые (возможно и необоснованные) сомнения. Вообще некоторые положения статьи требуют пояснений для современного читателя. Например:
"Избирательность в приемниках на короткие волны выполняется автоматически и в этом отношении задача конструктора значительно проще, чем при конструктировании приемников на длинные волны."
Из дальнейшего, конечно, становится более-менее понятно, что в 1925 году заполнение коротковолнового диапазона передатчиками было настолько мало, что требования к избирательности приемника, как к его техническому параметру, были просто существенно ниже, чем к длинноволновым. (прим. составителя)
(стр. 379)
4) Об'ясняется это сравнительно большими значениями сопротивления сетка—нить, шунтирующего колеб. контур.
(стр. 380)