"Радио Всем", №10, май 1927 год, стр. 238-240

ОТ РЕДАКЦИИ.

Короткие волны в настоящее время перестали быть сенсационной новинкой и получили уже большое практическое применение, как средство коммерческой связи. Можно даже ожидать, что в ближайшее время во многих случаях коротковолновая связь совершенно вытеснит длинноволновую вследствие своей дешевизны и большей надежности. Это особенно относится к далеким расстояниям. Коротковолновая техника сделала в самые последние годы весьма большие успехи. Ряд задач, касающихся возбуждения, передачи, направления и приема коротких волн, решен почти полностью.

Этого нельзя сказать, однако, относительно изучения распространения волн в пространстве. Здесь все еще чрезвычайно много неясного, противоречивого и неизвестного, несмотря на уже накопившийся громадный экспериментальный материал. Мы уже умеем, например, при помощи направляющих антенн посылать электрические лучи под любым желаемым углом к горизонту и концентрировать их в любом желаемом направлении. Однако остается совершенно неизвестным, какой именно угол с горизонтом является более выгодным и сохраняют ли волны во время своего пути то направление, в котором они первоначально были сконцентрированы.

Трудность решения подобных задач определяется, главным образом, тем, что для них недостаточно уже обычных лабораторных средств и требуются эксперименты с участием организованного массового наблюдения. Пространство нашего Союза представляет собою особенный интерес для этого рода опытов вследствие своей протяженности и разнообразия географических и климатических условий.

В настоящее время осуществление у нас подобного рода экспериментов невозможно т. к. число любителей-коротковолновиков очень невелико. Развитие коротковолнового любительства, является в настоящее время нашей насущной задачей.

Журнал "Радио Всем", открывая у себя специальный отдел по коротким волнам, ставит себе задачей в первую очередь помочь нарождающемуся у нас коротковолновому любительству. С этой целью в ближайших номерах журнала будут даны основные теоретические и практические сведения по коротковолновым передатчикам, приемникам и антеннам. Редактирование коротковолнового отдела согласился на себя принять профессор М. А. Бонч-Бруевич, приступивший к работе с настоящего номера. Руководящее участие Михаил Александровича Бонч-Бруевича, выдающегося в СССР знатока коротковолновой техники и одного из ее творцов, является залогом, что отныне журнал "Радио Всем" станет наилучшей школой для радиолюбителей-коротковолновиков, а приложение RA—QSO—RK их трибуной.

---

Б. Остроумов.

О РАСПРОСТРАНЕНИИ КОРОТКИХ ВОЛН

Законы распространения коротких волн, объясняющие их способность при ничтожной затрате энергии поддерживать связь на громадные расстояния, начинают ныне мало-помалу выясняться. Последние работы в этом направлении проливают новый свет на физические процессы, происходящие в пространстве между передающей и приемной станциями. Как это уже и раньше предполагали, излучаемая антенной энергия ультра-частых электрических колебаний, не распространяется равномерно во все стороны, как свет от светящейся точки или звук музыкального инструмента, а устремляется, главным образом, по некоторым определенным направлениям. Мы можем теперь утверждать, что не только специальные сложные антенны, но и любое антенное устройство по отношению к коротким волнам должно обнаруживать некоторое направляющее действие, иногда довольно сложное, которым при постройке станции даже и не предполагали пользоваться. Можно даже сказать, что приходится принимать специальные меры, специально конструировать антенну, чтобы добиться равномерного распространения коротких волн во все стороны. Обыкновенно же поток энергии в некоторых направлениях оказывается более мощным, а в других — более слабым.

Далее оказывается, что эти потоки энергии несутся не прямолинейно, а искривляют свой путь в верхних слоях атмосферы и вместо того, чтобы затеряться в беспредельном пространстве, возвращаются к поверхности земли, давая на приемной станции более яркий эффект, чем это следовало бы ожидать. Энергия затрачивается таким образом при коротких волнах гораздо экономнее, чем при волнах длинных и при более медленных колебаниях.

Для уверенной связи поэтому необходимо подробнее проследить тот путь, который пробегает электрическая энергия от передатчика к приемнику, и выяснить, что же именно может повлиять на его изменение.

Черт. 1.

Пока поток энергии, устремившийся по какому-нибудь определенному направлению, находится еще в нижних, более плотных, более сжатых слоях атмосферы, представляющих собой хороший изолятор, он распространяется прямолинейно, но дело резко меняется, когда короткая электрическая волна попадает в верхние более разреженные слои атмосферы. Дело в том, что под влиянием лучей солнца и других причин космического характера молекулы воздуха могут ионизироваться, т.-е. распадаться на положительно заряженный ион и свободный электрон. Воздух в этом состоянии начинает проводить электричество. В нижних, более плотных слоях атмосферы, где воздух сжат, эти разъединившиеся было ионы и электроны, сближаясь друг с другом в своем беспорядочном молекулярном движении, вследствие взаимного притяжения тотчас же вновь соединяются, и обнаружить ионизирующее действие солнечных лучей нельзя. Чем выше мы будем подниматься над поверхностью земли, тем реже становится воздух, тем дольше ионы и электроны могут оставаться в разделенном состоянии, тем резче проявляется ионизация, тем больший процент молекул оказывается ионизированными. Это можно видеть в схематическом изображении на черт. 1. С другой стороны, с высотою убывает и плотность воздуха. Таким образом, если обратить внимание на количество свободных ионов и электронов 1 куб. см, то очевидно, что оно должно достигнуть максимального значения на определенной высоте. Ниже оно будет меньше, благодаря уменьшению степени ионизации, выше — вследствие разреженности воздуха. Кривая на черт. 2 дает наглядную картину распределения количества электронов и ионов на разной высоте. На нем легко видеть, на какой высоте находится слой воздуха, обладающий наибольшей электропроводностью.

Черт. 2.

В то время, как ионы, сохраняя свою материальную массу, оказываются почти столь же инертными, как и породившие их молекулы газов атмосферы (ее состав на разной высоте приведен в таблице), и не поддаются воздействию на них электромагнитных волн, а потому и не влияют сами на их распространение, — электроны, будучи более подвижными, захватываются переменным электромагнитным полем приходящей волны, характер их собственного движения меняются, и они начинают принимать живое участие в процессе ее распространения. В результате меняется ее скорость и направление — иначе говоря, электромагнитная волна преломляется подобно тому, как преломляется луч света, переходя из одной среды в другую. Путь ее искривляется, и распространение потока энергии получает характер, схематически изображенный на черт. 3.

Черт. 3.

Не все электромагнитные волны преломляются одинаково в ионизированных слоях атмосферы. Волны длинные с медленными колебаниями вызывают слишком медленное движение электронов, и явление преломления их выражается слабо. Волны световых лучей, напротив, оказываются настолько короткими по сравнению с расстояниями между молекулами газа в верхних слоях атмосферы, что пучок световых лучей проходит сквозь них, почти не меняя своего направления. Только на распространение коротких волн длиною от 1 до 160 м ионизированный газ оказывает заметное действие, но и они, конечно, не все преломляются одинаково, и с изменением длины волны в этом диапазоне путь ее сильно меняется.

Однако этого мало; выясняется, что преломление коротких волн не может быть простым — таким, какое испытывают световые лучи в обыкновенной стеклянной призме или чечевице. Оно напоминает скорее явление двойного лучепреломления, наблюдаемого в некоторых кристаллах: в исландском шпате, в горном хрустале и др. Попадая в такие кристаллы, луч света не только испытывает отклонения от своего первоначального пути, но при этом еще расщепляется на два отдельных луча, все более и более расходящихся друг от друга. Такое явление объясняется тем, что кристаллы эти в силу своего строения оказываются разнородными в разных направлениях. Все свойства их — теплопроводность, твердость, коэффициент преломления оказываются различными в зависимости от того, по какому направлению в кристалле мы будем их определять. Такие физические тела называются анизотропными.

Наша ионизированная атмосфера оказывается тоже анизотропной по отношению к лучам электрическим. Оказывается, что короткие волны, попадая в верхние, преломляющие их слои атмосферы, могут подобно световому лучу в кристалле там расщепляться и даже не на два только, а на четыре отдельных луча, пути которых все более расходятся, искривляясь в различной степени (черт. 4). Сначала это почти незаметно, но в конце вблизи приемной станции должно сделаться ощутительным.

Атмосфера является как бы анизотропным кристаллом, но причины такой анизотропии, конечно, совершенно иные. Ее обусловливает магнитное поле земли, сильно влияющее на свободные электроны. Их движение под влиянием магнитного поля в разных направлениях носит различный характер.

Черт. 4.

Но ведь магнитная сила земного шара не одинаково распределяется по его поверхности: на полюсах она направлена вертикально, в области экватора — горизонтально. Я не говорю уже о магнитных аномалиях и о временных изменениях магнетизма, так называемых магнитных бурях. Поэтому ясно, что магнитная сила должна различно влиять на связь между станциями, расположенными в разных местах земного шара, в зависимости от направления линии связи. Это обстоятельство делает изучение связи особенно трудным, оно именно и объясняет то расхождение в результатах опытов, которые мы наблюдаем на различных станциях и у разных исследователей.

С этой точки зрения даже, если поставить высокую вертикальную антенну на средине гладкой поверхности океана и окружить ее широким кольцом приемников, все на одном и том же расстоянии от нее, — то даже и в этих совершенно идеальных условиях, в один и тот же момент мы не должны ожидать на всех приемниках одинаковой слышимости, потому что по разным направлениям преломление электрических волн должно быть различным.

Мы должны, конечно, помнить, что самая ионизация атмосферы меняется в зависимости от освещения в различные часы дня и в различное время года. Ионизированный слой меняется, как по своей плотности, так и по своей высоте над уровнем земли, а с ним вместе меняется преломляющая способность его для волн той или иной длины.

Неровности же почвы и связанная с ними неравномерность в строениях и движении атмосферы, несомненно, еще более должны замаскировать дело.

Необходимы поэтому длительные индивидуальные обследования каждой линии связи между двумя определенными точками на земной поверхности. Обследование это позволит точно выяснить, в какие часы дня, в какое время года, какую следует выбрать волну и как следует ее направить, чтобы преломление ее в верхних слоях атмосферы обеспечивало бы надежную, связь при минимальной мощности. Ведь только волны определенной длины в каждый данный момент между двумя определенными станциями могут давать максимальную слышимость. Выяснение этих вопросов является предметом текущей работы радиотехников и любителей всех стран. Немецкое общество «имени Генриха Герца» ассигновало на работы этого рода даже специальные средства.

Пока можно считать, повидимому, установленным, что наиболее пригодными для постоянной работы с малою мощностью оказываются волны от 15 до 80 м длиною. В Америке, правда, интенсивно продолжаются опыты связи на волнах в 5 м, в Германии пытаются применить 6-м волны, но они, вероятно, получат применение лишь для специального назначения. Некоторые теоретические соображения заставляют предполагать, что волны этой длины должны или уходить за пределы атмосферы, или же поглощаться в средних ее слоях. Зато для лабораторных работ они являются совершенно незаменимыми. В указанном мною диапазоне, для связи днем чаще всего оказываются пригодными волны не свыше 30 м, так как преломляющий слой атмосферы под действием солнечного света обладает максимальной преломляющей способностью и располагается всего ближе к земной поверхности, более же длинные волны оказываются пригоднее для ночных сообщений, когда ионизация уменьшается.