инж. Г. Гартман.
Радиоприем заключается в увеличении и использовании приемником возможно большего количества энергии электромагнитных волн, но не волн вообще (в эфире всегда имеется большое число различных электромагнитных волн), а волн вполне определенной длины.
Для этой цели приемную антенну 1 необходимо настроить в резонанс с частотой колебаний той станции, которую желают принять. Настройка антенны возможна путем приключения к ней емкости и самоиндукции. Выбирая различные величины емкости и самоиндукции, мы можем приемную антенну настроить на любую частоту колебаний — на любую волну, конечно, в пределах диапазона приемника.
 |
|
| Рис. 1 | Рис. 2 |
Каждая приемная антенна представляет собой открытый колебательный контур, имеющий собственную частоту колебаний. Но обычно на практике собственная частота колебаний приемной антенны значительно выше частоты принимаемых колебаний. Другими словами — собственная длина волны антенны обычно меньше длины принимаемой волны. Поэтому на практике в антенну включают катушку самоиндукции. Эта катушка носит название удлинительной катушки (рис. 1) и служит одновременно также и для связи антенного контура c детекторным (в случае простой схемы). Но так как в задачу приемной антенны обычно входит прием не одной какой-либо волны, а возможность приема любой волны в целом диапазоне волн (у нас диапазон радиовещательных волн лежит в пределах от 200 до 2 000 метров), то в дополнение к удлинительной катушке приключают еще конденсатор С. Приключая этот конденсатор параллельно катушке L (рис. 2) или последовательно с ней (рис. 3), мы с данными элементами настройки L и С получаем возможность охватить значительный диапазон волн. Если при этом один из элементов взять переменным (например переменный конденсатор — рис. 2 и 3) и соответственно ему подобрать величину другого элемента, мы будем иметь возможность в данном диапазоне волн настроиться на любую длину волны.
Но одной возможностью настройки на принимаемую станцию не ограничиваются все требования, предъявляемые к антенным контурам. Антенный контур должен обладать еще отстройкой или, иначе говоря, избирательностью.
Селективность S колебательного контура определяется отношением длины принимаемой волны λпр, на которую настроен антенный контур, к разности между λпр и длиной λа некоторой ближайшей другой волны, на которую антенный контур надо настроить, чтобы работа принимаемой станции была еще еле слышна. Следовательно
| S = | λпр |
| λпр — λа |
Но селективность контура, т. е. острота настройки его, зависит от величины емкости, самоиндукции и сопротивления контура. Селективность настройки будет тем меньше, другими словами, кривая резонанса антенного контура будет тем тупее, чем больше будет R по сравнению с L. Поэтому надо при постройке антенны и заземления принять все меры к уменьшению омического сопротивления антенного контура.
Элемент настройки — катушка самоиндукции — обладает тоже некоторым сопротивлением, зависящим от материала и сечения проволоки катушки. Достоинство всякой катушки самоиндукции характеризуется отношением ее омического сопротивления R к самоиндукции L. Чем меньше величина R/L, то есть чем больше L при данном R, тем лучше катушка самоиндукции и тем селективнее контур, в который такая катушка входит.
Из этого следует, что применять антенну с большой емкостью (двухлучевую или очень длинную однолучевую) менее выгодно для приема, чем антенну с небольшой емкостью, требующую для настройки на ту же волну бо́льшую самоиндукцию, чем первая.
 |
|
| Рис. 3 | Рис. 4 |
В радиолюбительской практике, конечно, не придется встретиться с расчетом отношения R/L для катушек и антенн, но зная их влияние на качества приемного контура, радиолюбитель сознательно сумеет выбрать именно ту схему или те детали, которые дадут наилучший эффект приема.
Не вдаваясь подробно в вопросы отстройки, так как об этом достаточно полно сказано в статье «Отстройка» в № 20 «Р. В.», мы здесь рассмотрим, какие комбинации включения в антенну емкости и самоиндукции возможны для получения
настройки приемного (антенного) контура. Другими словами, рассмотрим какие схемы приемного контура применяются на практике.
Простейшей схемой антенного контура является схема, приведенная на рис. 4. На такой приемник можно принять мощную станцию на расстоянии в несколько десятков километров от нее.
Но в этой схеме детектор включен в приемный контур, то есть в цепь антенна-земля. Благодаря такому включению, в антенный контур, имеющий собственную частоту колебаний, вводится большое омическое сопротивление (сопротивление детектора). Это сопротивление превращает антенну из колебательного контура в апериодический, так что контур в одинаковой степени отзывается на колебания любой частоты радиовещательного диапазона. Поэтому на такую простейшую схему можно принять любую станцию. Но в то же время, благодаря большому сопротивлению контура и отсутствию резонанса, все эти станции будут приниматься одинаково плохо. Кроме того, так как этот приемник не имеет настройки, то он не имеет и отстройки, — если вблизи от него работает несколько станций, то все они будут слышны одновременно. По этим причинам на практике эта простейшая схема не применяется.
На этой схеме не стоило бы даже останавливать внимания читателей, если бы она не обладала одной особенностью: почти каждый начинающий радиолюбитель, еще мало знакомый с радиотехникой, в поисках наиболее упрощенной схемы радиоприемника обязательно в конце концов «изобретает» эту схему. Не найдя ее ни в одном из наших радиожурналов, изобретатель спешит поведать о своем «изобретении» радиопечати, а иногда даже и Комитету по делам изобретений. К сведению таких изобретателей мы эту схему и привели.
Простейшей практической схемой антенного контура является схема (см. рис. 5), состоящая из антенны и включенной в нее катушки самоиндукции. Для возможности настройки катушка должна допускать изменение величины самоиндукции. Практически изменение самоиндукции катушки осуществляется различным образом: с помощью ползунка, передвигающегося вдоль витков катушки или с помощью переключателя, соединяющего отводы от катушки с антенной и заземлением (см. рис. 5—А, Б, и В).
Все эти схемы применимы в тех случаях, когда принимаемая станция находится не очень далеко и поэтому не требуется очень острой настройки (в простейших детекторных приемниках). Особенностью всех этих схем является то, что они не позволяют осуществить совершенно плавную настройку, настройка осуществляется скачками, так как в лучшем случае можно добиться изменения самоиндукции на один виток.
Так, схема рис. 5—А позволяет с помощью движка, двигающегося вдоль витков катушки, добиться изменения самоиндукции на один виток, схема рис. 5—Б позволяет получить изменение самоиндукции более или менее крупными скачками, в зависимости от числа витков отвода.
Настройку о точностью до одного витка катушки позволяет также осуществить схема рис. 5—В. К десяти контактам переключателя П1 взяты 10 отводов от каждого витка катушки, начиная с ее начала, а к контактам переключателя П2 — отводы от каждых десяти витков катушки.
Наилучшие результаты из этих трех схем дают допускающие более точную настройку схемы рис. 5—А и 5—В. Что касается конструкции катушек, то в первой из этих схем применимы только цилиндрические однослойные катушки. Для схем рис. 5—Б и 5—В применимы любые типы катушек, сама же схема применима только в том случае, если желают приемный контур настроить на 2—3 вполне определенные (фиксированные) волны, то есть для приема определенных станций. Точное число витков для отводов в этом случае определяется опытным путем. Для растройки на фиксированную волну можно вместо катушки с отводами применить сменные катушки — для каждой станции определенная катушка.
Но строить приемные контура на фиксированные волны не рекомендуется, так как возможности приема при этом сильно ограничиваются, а подбор числа витков для приема той или другой станции дело довольно кропотливое. Кроме того, сплошь да рядом, станции меняют длину волны и поэтому приходится переделывать приемник.
Для получения плавной настройки при помощи переменной самоиндукции применяют вариометры — две катушки самоиндукции, соединенные последовательно и устроенные так, что расстояние между ними и направление их витков можно изменять, благодаря чему изменяется общая самоиндукция системы. Схема антенного контура с настройкой вариометром приведена на рис. 6, где Вр. обозначает вариометр. Но так как вариометр не позволяет перекрыть весь диапазон волн, то применяют вместе с вариометром еще удлинительную катушку самоиндукции (см. рис. 7) или конденсаторы постоянной емкости (рис. 8). И та и другая схема дают плавную настройку, но первая схема (применена в приемнике Шапошникова) лучше второй, так как потери в ней меньше (конденсаторы постоянной емкости с твердым диэлектриком вносят заметные потери).
 |
|
| Рис. 6 | Рис. 7 |
Этим исчерпываются схемы антенного контура, в которых элементом изменения настройки является переменная самоиндукция. Тех же результатов можно добиться, если применять для изменения настройки конденсатор переменном емкости, включаемый по схемам рис. 2 и 3.
По своим электрическим качествам схемы антенного контура с настройкой вариометром примерно равноценны схемам с настройкой конденсатором переменной емкости. Но применение конденсатора позволяет получить более удобную кривую настройки, конденсатор более прочен механически, чем вариометр и кроме того при применении конденсатора, катушку можно применять меньшую по размерам, следовательно, приемник выйдет менее громоздким.
Однако, схемы с вариометром получили большее распространение в нашей радиолюбительской практике. Объясняется это дороговизной конденсаторов переменной емкости по сравнению с вариометрами, и тем, что хороший вариометр может быть легко изготовлен самим любителем, хороший же конденсатор переменной емкости сделать самому очень нелегко.
Наиболее распространены схемы рис. 2 и 3, причем обе схемы обычно получаются из тех же элементов — путем переключения конденсатора из параллельного соединения с катушкой в последовательное.
Схема рис. 2 носит название схемы «длинных волн», а схема рис. 3 — «коротких волн». Названия эти даны схемам потому, что при параллельном включении С, параллельно катушке самоиндукции L приключены емкость антенны Са и емкость конденсатора С, — общая же их емкость будет равна их сумме и, следовательно, будет всегда больше емкости антенны, в результате чего антенный контур будет настроен на сравнительно длинные волны.
При схеме «короткие волны» емкость антенны Са и емкость конденсатора включены последовательно и общая их емкость будет, следовательно, всегда меньше емкости антенны 2, вследствие чего антенный контур будет настроен на более короткие волны.
Переключая L и С из схемы «д. в.» в схему «к. в.» можно небольшими L и С перекрыть значительный диапазон волн.
Переключение производится специальными переключателями. Имеется очень много различных конструкций антенных переключателей, дающих в результате переключение, которое получается с помощью двухполюсного переключателя, изображенного схематически на рис. 9. При положении движков переключателя, изображенном на рис. 9 — L и С включены последовательно, мы будем иметь схему «коротких волн». При передвижении переключателя влево С и L будут соединены параллельно — у нас будет схема «длинных волн».
При небольшой емкости конденсатора С для перекрытия всего требуемого диапазона волн одной катушки будет недостаточно, поэтому берут либо сменные катушки, либо берут L секционированной — с отводами, как и показано на схеме рис. 9.
Но так как применение конденсатора переменной емкости, как мы уже говорили, значительно удорожает приемное устройство, то очень большой популярностью пользуются схемы с настройкой вариометром, где с помощью переключателя к этому вариометру могут быть присоединены параллельно или последовательно конденсаторы постоянной емкости.
Следовательно, приемные контуры с постоянными конденсаторами будут иметь всегда более тупую настройку, чем контуры с переменными конденсаторами.
Поэтому при применении конденсаторов постоянной емкости надо выбирать конденсаторы возможно лучшего качества, с диэлектриком — хорошей слюдой, а не парафинированной бумагой. Пример такой схемы приведен на рис. 10. При положении ползунка переключателя на контакте 1 в антенну включены последовательно конденсатор С1 и вариометр Вр. При положении на контакте 2 — также последовательно конденсатор большой емкости С2 и Вр, при контакте 3 — в антенну включен только один вариометр и, наконец, при контакте 4 (двойном) конденсатор С3 и Вр включены параллельно. Комбинируя вариометр с постоянными конденсаторами, легко перекрыть весь радиовещательный диапазон.
Наконец к схемам с плавной настройкой относится также схема с настройкой металлом, изображенная на рис. 11. Схема эта ввиду ее простоты и наличия плавной настройки довольно широко распространена среди наших радиолюбителей.
Основана работа схемы на том, что самоиндукция любой катушки уменьшается при приближении к ней металлического (из немагнитного металла, то есть металла не притягиваемого магнитом, например меди, алюминия, цинка) диска.
Происходит это потому, что электрические токи, протекающие по виткам катушки, индуктируют такие же электрические токи в металлическом диске. Эти индуктированные токи в свою очередь создают магнитное поле, имеющее направление, противоположное направлению поля катушки. Это поле токов, возникающих в диске, ослабляет поле катушки и таким образом уменьшает ее самоиндукцию. Чем ближе к катушке будет расположена пластинка, тем сильнее будет ее обратное действие, тем меньше будет, следовательно, самоиндукция катушки.
Если металлический диск (диск ни с чем в схеме не соединяется) приближать к катушке плавно, то плавно будет изменяться и самоиндукция катушки. Катушка выбирается с таким количеством витков и с таким числом секций, чтобы с помощью переключателя и диска получить плавную и без провалов настройку на весь радиовещательный диапазон.
Недостатком схемы с настройкой металлом является то, что металлический диск вносит некоторые лишние потери в контур, другими словами, вносит в контур лишнее затухание. Вследствие этого контур будет иметь более тупую кривую резонанса и, следовательно, более тупую настройку, нежели контур, составленный из самоиндукции и воздушного конденсатора переменной емкости. Но дешевизна и простота устройства послужили причиной значительного распространения приемников с настройкой металлом.
Приведенными схемами ограничиваются пожалуй все возможности использования самоиндукции и емкости для настройки антенного контура.
Все рассмотренные нами схемы антенного контура относились к тому случаю, когда антенну настривают на принимаемую волну. Однако часто при наличии ламповых приемников применяют для получения большей селективности приема и освобождения от атмосферных помех — антенны ненастроенные и антенны апериодические.
Схемы ненастроенных антенн приведены на рис. 12 и 13. Антенна либо индуктивно (рис. 12), либо автотрансформаторно (рис. 13) связывается с настраивающимся приемным контуром.
Катушка L (рис. 12) выбирается такой величины, чтобы антенный контур был при этом настроен на волну, близкую к принимаемой, и связь между антенным и приемным контурами регулируется изменением расстояния между катушками L и L1. На рис. 13 эта связь регулируется изменением числа витков, входящих в антенный контур. В обоих случаях антенный контур, конечно, настроен на собственную частоту колебаний, которая, однако, не совпадает с принимаемой частотой. Поэтому антенны и называют ненастроенными.
Схема апериодической антенны показана на рис. 14. Она применяется исключительно для приема на многоламповые приемники. Такой антенный контур не имеет собственной частоты, так как включенное в него сопротивление R, в несколько десятков тысяч ом, превращает контур из колебательного в апериодический.
Ненастроенные и апериодические антенные контура дают, конечно, сильно ослабленный прием, и поэтому применимы только при ламповом приеме, когда необходимо уменьшить атмосферные помехи и увеличить селективность приема (за счет применения, конечно, многих ступеней усиления с настроенными контурами).
1 Об устройстве приемной антенны см. «Р. В.» № 20.
(стр. 686)
2 Математически это выражается формулой Томсона. Для схемы «длинные волны» длина волны в метрах λ примерно (если не считать самоиндукции антенны, которая всегда бывает мала по сравнению с самоиндукцией катушки) выразится следующей формулой:
Для схемы же «короткие волны» длина волны в метрах:
где С и Са — емкость конденсатора и антенны в см, a L — самоиндукция катушки в см.
(стр. 688)
λ =
6,28
√L(С + Са).
100
λ =
6,28
√
L
С · Са
100
С + Са