"Радиолюбитель", №1, август, 1924 год

ШАГ ЗА ШАГОМ.

Н. Иснев.

Радио! Как много заманчивого, таинственного и непонятного заключается в этом слове для всякого, кто впервые с ним знакомится.

Передающая радиостанция посылает в пространство условные сигналы, имеющие определенный смысл (радиотелеграф), речь или музыку (радиотелефон), а где-то за сотни и тысячи километров неведомые люди на своих приемных радиостанциях принимают эту передачу, слушают речь и наслаждаются музыкой. А между тем, радиостанции ведь абсолютно ничем не связаны друг с другом. Вот это отсутствие видимой связи между станциями кажется наиболее непонятным.

Человечество овладело радио, предварительно изучив явления электричества и магнетизма, на которых основаны радиопроцессы. Будущий радиотехник или инженер, прежде чем приступить к изучению радио, основательно знакомится с электричеством и магнетизмом. Такой путь изучения верен, — но длинен. Мы минуем его на первых порах. Ваша станция или уже построена, или же вы желаете приступить к ее постройке немедленно. (Так и надо: слишком серьезные задачи стоят перед нашим радиолюбительством, — на целых 4 года мы отстали от западного любителя. Четыре года для радио, — при его головокружительном прогрессе, — целая вечность). Но вы хотите работать осмысленно, понимая, что и зачем вы делаете, без чего невозможно техническое творчество, которым богато западное радиолюбительство.

Помочь вам в этом направлении — вот задача настоящего цикла бесед: об'яснение (без залезания в дебри) того, что вам нужно для практической работы.

Не ищите здесь строгой систематичности учебника. Углубление знаний — в последующих беседах, поскольку это будет необходимо, или в других статьях нашего же журнала. Блажен, кто сможет взяться за учебник, — а мы шаг за шагом необходимый путь пройдем.

Одно условие — пишите о том, что вами сделано, что непонятно. Пусть эти беседы будут действительно беседами. Это облегчит путь вам и нам.

Цель этой первой беседы, — дать самое общее, неглубокое представление о том, каким образом осуществляется радиосвязь.

В настоящем номере "Радиолюбителя" дано описание самодельного радиоприемника. Начинающему любителю, конечно, желательно строить этот приемник не "вслепую", а сознательно. По крайней мере, желательно знать назначение отдельных частей приемника, хотя бы не понимая пока, чем об'ясняется действие этих частей. Это вторая цель настоящей беседы.

Итак, в дорогу.

Наш первый шаг — постараться понять, каким образом сигнал, переданный с передающей станции, доходит до приемной.

Делая этот первый шаг, обратим наше внимание на хорошо известное всем нам явление; оно многое уяснит нам: в спокойную воду пруда брошен камень. Его падение нарушило спокойное состояние воды: по воде пошли волны, — водяные круги, которые все ширясь, удаляются от места падения камня. И когда эти волны в своем движении дойдут до какой-нибудь веточки, неподвижно плававшей на поверхности воды, они нарушают ее покой: ветка начнет совершать колебательное движение, последовательно, то взбираясь на гребни проходящих волн, то опускаясь на впадины между ними. Невольно напрашивается мысль о том, что это явление может быть использовано для передачи сигнала: плавающая около вас веточка всякий раз своим движением может извещать вас о том что в воду брошен камень.

Или другой пример: зазвенел колокольчик; вы ничем видимым не связаны с колокольчиком и, тем не менее, вы знаете о том, что он звонит, ибо вы слышите его звон. Какие явления происходят при этом?

Колокольчик своим дрожанием приводит в волнение окружающий его воздух: воздушные волны (см. рис. 1), дойдя до вашего уха, приводят в дрожание барабанную перепонку. А дрожание барабанной перепонки воспринимается вами в виде звука. Этим явлением мы сплошь да рядом пользуемся для передачи "без проводов" наших мыслей или сигналов.

В приведенных примерах "передающие аппараты" (камень или колокольчик) и "приемные аппараты" (веточка и барабанная перепонка) как будто бы ничем не связаны друг с другом, но они погружены в одну и ту же среду (камень и веточка — в воду, колокольчик и ухо — в воздух). Движения камня или колокольчика возмущают покой среды, вызывают в ней волны, которые, дойдя до "приемников", приводят их в колебательное движение.

Нечто подобное происходит и в радио.

Но что тут является средой, в которую "погружены" приемная и передающая радиостанции?

Эта среда есть.

Современная наука представляет себе, что все пространство заполнено особым, невидимым и невесомым веществом, называемым мировым эфиром¹⁾. Эфир обладает в высшей степени странными свойствами. Все тела природы погружены в него, точно в какой-то тонкий газ. Эфир находится и внутри тел — в промежутках между частицами тела; в частности, он находится и между частицами воздуха. Эфир невесом, невидим и, вообще, его присутствие не может быть нами обнаружено. Нет в нашем мире а6солютной пустоты: даже межпланетное безвоздушное пространство заполнено эфиром. Эфир обладает упругостью: его частицы, выведенные из нормального своего состояния, стремятся вернуться в первоначальное положение. Если где-нибудь возмутить спокойное состояние эфира, то от места возмущения во все стороны разбегаются волны подобно тому, как от мест возмущения воды или воздуха во все стороны разбегались волны воздушные и водяные. Вывести эфир из состояния покоя можно только электрическими и магнитными силами. Очевидно, нам придется сделать первое знакомство с электричеством.

Внутри всякого тела имеются мельчайшие частицы электричества, называемые электронами. Внутри некоторых тел электроны могут свободно передвигаться; такие тела называются электрическими проводниками. Сюда относятся все металлы, уголь, кислоты и др. Другие тела не допускают такого движения электронов: такие тела называются изоляторами, напр., стекло, фарфор, мрамор, сухое дерево, шелк и др.

Современная электротехника имеет в своем распоряжении способы, при помощи которых можно в проводнике вызвать непрерывное движение электронов, которое можно сравнить с течением воды по трубе. Такое непрерывное течение электронов называется электрическим током. Если электрический ток течет по проводу в одном и том же направлении, и если при этом не меняется число электронов, участвующих в этом движении, то говорят, что по проводу течет постоянный ток.

Если же электроны непрерывно меняют направление своего течения, двигаясь вдоль провода попеременно, то в одном направлении, то возвращаясь обратно, то говорят, что по проводу течет переменный ток.

Промежуток времени, в течение которого электроны успевают совершить свое путешествие в одну сторону и вернуться обратно, называется периодом переменного тока, а число периодов за одну секунду называется частотой тока. Другими словами, частота — это число, показывающее, сколько раз в течение одной секунды ток претерпевал полное изменение своего движения или, иначе, число, показывающее, сколько раз в течение одной секунды электроны возобновляли свое движение в одном каком-нибудь направлении. Ясно,что чем чаще ток меняет направление или, как говорят, чем выше частота тока, тем короче каждый период.

Если электроны успевают за каждую секунду несколько десятков и сотен раз переменить направление своего движения, то говорят, что по проводу течет переменный ток низкой частоты. Ток такой частоты сплошь да рядом применается в электротехнике.

Если же частота тока достигает миллионов периодов за одну секунду, то говорят, что в проводе течет ток высокой частоты, или что в проводе происходят электрические колебания высокой частоты. Эти колебания высокой частоты играют крупную роль в радиотехнике.

Такие быстрые колебания электронов, при известных условиях, действуют на эфир так же, как колебания колокольчика действуют на воздух: колебания электронов возмущают покой эфира, вызывая в нем волнообразное движение его частиц. Эти волны эфира носят название "электромагнитных волн"; ими-то пользуются при радиопередаче. Передающая радиостанция вызывает злектромагнитные волны в окружающем эфире: волны, дойдя до приемной станции, воздействуют здесь на приемные аппараты.

Та часть передающей станции, в которой происходят электрические колебания, возмущающие покой окружающего эфира, назыв. антенной. Антенна представляет собой той или иной формы систему проводников, подвешенных на высоких мачтах. Самый простой вид антенны — длинный вертикальный провод.

Для возбуждения в антенне быстрых электрических колебаний служит т. н. радиопередатчик; он попеременно с громадной частотой заставляет электроны двигаться, то вверх, то вниз вдоль вертикального провода антенны. Эти быстрые колебания электронов возмущают покой окружающего эфира. Таким образом, антенна является той частью станции, которая вызывает или, как говорят, излучает электромагнитн. волны в окружающее пространство (рис. 2).

Передатчик присоединяется одним своим зажимом к антенне, другим к земле (к заземлению) или к системе проводов, протянутых низко над землей (к так наз. противовесу).

Обыкновенно антенна помимо вертикального провода имеет еще один или несколько горизонтальных проводов. На рис. 3 изображена Г-образная антенна, напоминающая своим видом букву Г (вертикальный провод присоединен к концу горизонтального). На рис. 4 изображена Т-образная антенна (вертикальный провод присоединен к середине горизонтальной части антенны). Излучает только вертикальная часть антенны; горизонтальная же часть служит для того, чтобы в антенне можно было возбудить более сильные электрические колебания. Антенны бывают и более сложной формы.

Волны, вызванные антенной, распространяясь во все стороны, удаляются от антенны с громадной скоростью: в секунду они проходят расстояние в 300.000 клм. Они движутся во все стороны по прямым линиям, радиусам, подобно тому как распространяются лучи от горящей свечи. Отсюда и происхождение "радио" (radius — по латыни — прямая линия, луч).

При каждом одном колебании (за каждый период) электронов в антенне, последняя излучает в пространство 1 волну. Поэтому если частота колебаний в антенне очень велика, то не успеет одна волна удалиться на большое расстояние, как за ней последует новая волна, вызванная следующим колебанием электронов. В этом случае волны будут двигаться в пространстве, на близком расстоянии одна от другой; с уменьшением частоты колебаний, волны не будут так тесно следовать друг за другом. Длиной водяной волны мы называем расстояние между гребнями 2-х соседних волн. Длина электромагнитной волны зависит от частоты электр. колебаний в антенне: чем больше частота колебаний антенны, тем короче получается длина волны.

Электромагнитные волны обладают способностью огибать встречающиеся препятствия, в частности они огибают выпуклости земного шара, без чего невозможна была бы радиосвязь между очень далекими пунктами, напр., такими, которые расположены в разных полушариях.

Электромагнитные волны проходят сквозь большинство земных тел; эти тела для них прозрачны. Но в проводниках (напр., в горах, богатых металлами) они поглощаются и частью отражаются.

Электромагнитные волны, встретив где-нибудь на своем пути другую антенну, вызывают в ней колебания электронов, как раз той же частоты, какой обладали колебания передающей антенны, вызвавшие эти волны. (Вспомните, что барабанная перепонка в ухе дрожит под влиянием проходящих звуковых волн как раз с той же частотой, с какой дрожал колокольчик). Таким образом, в антенне приемной станции возникает, под влиянием приходящих волн, ток высокой частоты. Этот ток проходит через приемник²⁾ и присоединенный к нему телефон (часть телефонной трубки, которая прикладывается к уху). Телефон — прибор, который звучит при прохождении через него изменяющегося электр. тока. Однако, слишком быстро меняющийся ток не в состоянии вызвать звучание телефона. А так как под влиянием приходящих волн в приемнике возникает очень быстро меняющийся ток, то телефон приемника при таком токе не будет звучать. Чтобы все-таки заставить телефон зазвучать применяется специальный прибор детектор, через который и пропускают ток прежде чем он поступит в телефон.

При передаче радиотелеграмм передатчик снабжается телеграфным ключом при помощи которого можно в любой момент прекратить (отжатием ключа) или возобновить (нажатием ключа) излучение антенны. Телеграфист при передаче радиотелеграммы последовательно нажимает ключ то на одно мгновение, то на более продолжительное время, антенна же излучает только в те промежутки времени, пока нажат ключ. Таким образом телеграфист при помощи своего ключа посылает то длинные (т. н. тире —), то короткие (т. н. точка .) сигналы которые воспринимаются в телефоне приемной станции соответственно как продолжительные и короткие звуки, несколько напоминающие звуки рожка. Существует специальный алфавит — азбука Морзе, в котором каждая буква, обозначается определенным сочетанием длинных и коротких сигналов. Напр. буква "а" обозначается одной точкой и одним тире (. — ), буква "о" тремя тире (— — — ) и т. д. Этой азбукой и пользуются при передаче радиотелеграмм.

В случае радиотелефона передатчик снабжается микрофоном — прибором, который изменяет (усиливает и ослабляет) излучаемые волны в такт с теми звуковыми колебаниями, которые производит звучащий перед микрофоном предмет. В приемнике эти волны вызывают ток, который изменяется в такт с теми изменениями, которые вызваны микрофоном в излучаемых волнах.

Под влиянием такого тока телефон приемника воспроизводит те же звуки, какие производились перед микрофоном.

При одновременной работе нескольких передающих станций в телефоне приемника как будто бы должны раздаваться сигналы, речь и музыка от всех этих станций. В такой путанице звуков, конечно, ничего нельзя было бы разобрать. Однако, имеются способы для избежания этого неудобства. Дело в том, что каждая передающая станция пользуется при своей работе током, частота которого отличается от частот, которыми пользуются другие станции. Таким образом, каждая станция излучает волны определенной длины, отличающиеся от длины волн, которые излучают другие станции.

Приемник же можно настроить по выбору на какую-нибудь одну определенную волну; другими словами, можно добиться того, чтобы в приемнике возникали электрические колебания только в том случае, если до него доходят волны как раз той длины, которую мы выбрали. Волны другой длины не вызовут в приемнике никакого тока. Таким образом, из целого ряда одновременно работающих передающих радиостанций мы можем принять одну желательную нам, настроив для этого соответствующим образом наш приемник, — к остальным станциям приемник остается глухим. Настройка производится изменением числа или взаимного расположения витков у проволочных катушек, имеющихся в приемнике, или же изменением расстояния между пластинками конденсатора — прибора, который тоже имеется в приемнике.

Чем больше расстояние между приемной и передающей радиостанциями, тем слабей получаются звуки в телефоне приемника. Чем мощнее передающая станция (т. е. чем больше энергии она потребляет), чем совершеннее ее передатчик, чем выше подвешена ее антенна, тем на большем расстоянии слышна передача этой станции. Точно так же, чем выше подвешена антенна приемной станции, тем громче будет прием и тем более далекие станции будут на ней слышны. Кроме того, слышимость на приемной станции зависит также от качества приемника, детектора и телефона. Ночью передающие станции слышны на большем расстоянии, чем днем. Зимой — на большем расстоянии, чем летом. Над морем дальность действия станции больше, чем над сушей. Звуки раздающиеся в телефоне приемника, могут быть усилены при помощи усилителей, главной частью которых является катодная лампа. Благодаря усилителям же в приемнике могут быть услышаны очень далекие станции, передача которых, при отсутствии усилителя не может быть принята.

В этой беседе для читателя многое, конечно, осталось неясным. Но после этой беседы читатель с большей сознательностью сможет приступить к постройке своего приемника, который описан в этом номере .

2) Приемник присоединяется одним своим зажимом к антенне, другим — к заземлению.