"Радио Всем", №8, март, 1930 год, стр. 199-201

С. Кин.

Атмосферные помехи и борьба с ними.

«Для радио нет границ», — так обычно оцениваются возможности радио как средства связи. И это было бы верно ¹), если бы не атмосферные помехи, которые очень и очень сильно ограничивают возможности радиосвязи, затрудняют радиоприем, а подчас делают его совершенно невозможным. И только в том случае, если бы нам удалось справиться с атмосферными помехами и вовсе закрыть им доступ в радиоприемник, мы имели бы право утверждать, что «для радио нет границ», но пока, к сожалению, это не так. Через всю историю радиотехники красной нитью проходят непрерывные и упорные попытки справиться с атмосферными помехами, устранить их вовсе или по крайней мере ограничить тот вред, который они приносят делу радиосвязи вообще и радиовещанию в частности. Однако радиотехника не может еще похвастаться крупными успехами в этом направлении. И даже те меры, которые до сих пор выработаны для борьбы с атмосферными помехами, в большинстве своем относятся к области коммерческой радиосвязи, и или непригодны для радиовещания или мало доступны для радиолюбителей.

Однако о положении дел на «фронте» борьбы с атмосферными помехами все радиолюбители должны быть осведомлены. Кроме того, некоторые из способов борьбы с помехами, применяемые в коммерческой радиосвязи, могут быть хотя бы частично использованы и в радиолюбительской практике, что хотя немного улучшит существующее положение вещей.

Характер атмосферных помех

Прежде чем излагать методы борьбы с атмосферными помехами, мы изложим вкратце те сведения, которыми мы сейчас располагаем относительно природы и характера атмосферных помех. В свое время в нашем журнале этот вопрос освещался довольно подробно, и мы сейчас только очень кратко напомним нашим читателям то, что необходимо знать, прежде чем приступать к рассмотрению вопроса о борьбе с атмосферными помехами.

Электрические заряды в земной атмосфере никогда не остаются неизменными. Они постоянно то появляются, то исчезают. Вместе с изменением и перераспределением зарядов изменяются и электрические поля в земной атмосфере. Вместе с тем, в атмосфере происходят перемещения электрических зарядов, т. е. появляются и исчезают электрические токи. В тех случаях, когда все эти процессы особенно интенсивны, мы наблюдаем грозовые явления. Когда заряды, скопившиеся в двух соседних облаках, или в двух частях одного и того же облака, или, наконец, в облаке, которое находится близко от земли, достигают большой величины, между этими точками происходит разряд электричества, мы видим молнию и слышим гром.

Попытаемся теперь выяснить, какие влияния эти атмосферные электрические явления оказывают на приемную установку. Прежде всего это, конечно, непосредственное воздействие явлений, происходящих в атмосфере, на электрическое состояние приемных антенн. Такие непосредственные воздействия на антенну могут происходить двумя путями — вследствие электростатической или магнитной индукции. Первое из этих воздействий, то есть электростатическое, заключается в том, что изменение электрического поля вблизи антенны вызывает появление и перемещение электрических зарядов в антенне. Если изменения электрических полей в атмосфере происходят достаточно резко, то и движения электрических зарядов в антенне могут быть довольно сильны.

Другое действие, которое атмосферное электричество производит на приемные антенны, это индукционное воздействие. Если где-либо в атмосфере происходит электрический разряд (молния), то он, как и всякий электрический ток, создает вокруг себя магнитное поле. Это быстро появляющееся и быстро исчезающее магнитное поле вследствие индукции вызывает появление электрического тока во всех окружающих проводах, в том числе и в приемных антеннах.

Но индукция, как электростатическая, так и магнитная — это явления, которые очень сильно ослабляются при увеличении расстояния. Поэтому атмосферные электрические явления могли бы быть причиной сильных помех вследствие индукции только для тех приемных установок, которые расположены недалеко от «очага» атмосферных явлений — недалеко от того места, где в данный момент происходят сильные электрические процессы в атмосфере. И в таком виде атмосферные помехи представляли бы гораздо меньшее зло, чем это в действительности имеет место.

Главное зло заключается в том, что всякий грозовой разряд создает вокруг себя мощные электромагнитные волны, которые распространяются от него во все стороны. Каждая молния, это хотя и «временная», но зато «сверхмощная» радиостанция, посылающая в пространство один единственный сигнал большой силы.

Волны, которые создаются грозовыми разрядами, имеют большое затухание и совершенно неправильную форму. Поэтому они мешают всем, забираются во все приемники и отравляют существование всем «попадающимся» по дороге радиолюбителям.

Как и всякие радиоволны, они постепенно ослабляются при удалении от «передающей станции», то есть от молнии, которая их создала. И чем дальше находится приемник от того места, где произошел разряд, там слабее будут помехи.

Можно считать установленным, что помехи электромагнитного характера, приходящие издалека, играют не меньшую, а пожалуй даже большую роль, и приносят больше вреда, чем непосредственные индуктивные воздействия на антенну. При этом нужно еще иметь в виду, что хотя в каждом данном пункте земного шара, особенно в наших широтах, грозы бывают сравнительно редко, но на всем земном шаре в целом грозовые явления не прекращаются ни на одну секунду. По подсчетам английского физика Уильсона в каждый данный момент во всей оболочке земного шара происходит в среднем около 2 000 гроз. При этом каждую секунду на земном шаре происходит в среднем около 100 электрических разрядов (молний).

Поэтому-то так капризна и неустойчива «погода» в эфире. Слишком много электрических явлений и близких и далеких, влияют на приемную установку, чтобы можно было за ними уследить и подметить какие-либо закономерности в изменении силы атмосферных помех, конечно, за исключением тех случаев, когда эти помехи обусловливаются местными грозовыми явлениями, за которыми мы можем непосредственно наблюдать.

Всякий радиолюбитель прекрасно знает, что слышимые в телефоне приемника атмосферные помехи можно по их характеру разделить на несколько различных типов: «шипящие», «трещащие» и т. д. Но такая классификация, помимо того что она страдает неточностью, не может дать ничего существенного для решения вопроса о борьбе с помехами. Все эти помехи одинаково мешают приему, и все их в одинаковой мере необходимо устранить.

Более точную, объективную классификацию атмосферных помех удалось составить только недавно, после того как были налажены систематические наблюдения за атмосферными помехами и запись этих помех фотографическим способом (при помощи различных осциллографов). Запись атмосферных помех позволила установить с несомненностью (раньше это была только догадка, а не твердо установленный факт), что основной причиной атмосферных помех при радиоприеме являются именно грозовые явления, а не какие-либо другие атмосферные электрические явления. При сопоставлении образцов записей атмосферных помех, полученных для того случая, когда вблизи приемной установки грозы и прямых грозовых разрядов нет, было установлено, что записи эти почти совершенно совпадают с теми, которые получаются при непосредственных разрядах, т. е. что эти помехи вызваны грозой, но происходящей где-то вдали от приемной установки, и значит что это помехи не индуктивного, а электромагнитного характера.

Борьба с атмосферными помехами

Как видит читатель, мы располагаем уже не малым количеством сведений о характере атмосферных помех. Но могут ли эти сведения принести какую-либо существенную пользу при разработке методов борьбы с атмосферными помехами? К сожалению, нет. Все, что мы достоверно знаем об атмосферных помехах, можно вкратце резюмировать так: помехи как по своей природе, так и по характеру звуков, производимых ими в телефоне приемника, отличаются большим разнообразием. В подавляющем большинстве случаев атмосферные помехи представляют собой электрические толчки очень неправильной формы, повторяющиеся совершенно нерегулярно. Этим в сущности и исчерпывается все то, что мы можем сказать об атмосферных помехах в целом. И значит задача борьбы с атмосферными помехами заключается в том, чтобы устранить или по возможности уменьшить воздействие всех неправильных и случайных электрических толчков на приемные антенны. Именно так ставится эта задача в современной радиотехнике.

Попытаемся выяснить, какие обстоятельства определяют силу воздействия случайных электрических толчков на приемные антенны. Для этого нужно прежде всего условиться, что́ мы будем называть силой воздействия толчков. Определять ее слышимостью тех звуков, которые производят эти толчки в телефоне приемника, было бы неудобно, так как величина слышимости связана с силой тока в антенне довольно сложными зависимостями, которые затруднили бы наши рассуждения. Поэтому мы будем определять силу воздействия помех по тому количеству энергии, которое во время электрического толчка выделяется в приемном контуре вследствие воздействия этого толчка на приемную антенну. С другой стороны, мы можем подсчитать и ту энергию, которая за это время выделяется и приемном контуре принимаемыми колебаниями, т. е. энергию, выделенную в приемном контуре благодаря работе той передающей станции, на которую он настроен. Если мы возьмем отношение энергии выделенной сигналом (Е_сигн.) к энергии, выделенной атмосферным толчком (Е_атм.), то это отношение и будет характеризовать нам степень влияния помех на данный приемный контур. Так как нас интересует вопрос о том, как зависит сила воздействия помех от свойств приемного контура, то мы будем считать, что амплитуды сигнала и помех одна и та же, и тогда значит отношение Е_сигн. к Е_атм. будет характеризовать степень чувствительности данного приемника к атмосферным толчкам. Если мы обозначим это отношение через S, т. е. будем считать, что

Есигн.	= S,
Еатм.

то чем больше эта величина, тем меньше влияние помех по сравнению с влиянием сигнала. Поэтому величину S мы будем называть нечувствительностью к помехам, и попытаемся выяснить, как эта величина зависит от свойств приемного контура и можно ли так подобрать эти свойства, чтобы величина S была достаточно велика, то есть чтобы приемник был малочувствителен к помехам.

Мы хотим подчеркнуть, что введенная нами величина S ни в какой мере не дает ответа на вопрос: «что слышно громче — принимаемая станция или помехи»? и значит не определяет непосредственно качеств приема, так как энергия, выделяемая в контуре, связана с слышимостью весьма сложными соотношениями, к которым примешиваются и субъективные факторы (свойства человеческого уха). Но во всяком случае мы можем утверждать, что чем больше S, тем меньше влияние атмосферных помех, так как в конечном счете всякое влияние определяется количеством энергии; чем больше энергия приема сравнительно с энергией помех, тем лучше должен быть прием. Для того чтобы определить, от каких свойств приемного контура зависит величина S, мы должны прежде всего ясно нарисовать себе ту картину, которая происходит в приемном контуре, подвергающемся воздействию атмосферных помех. Всякий электрический толчок (атмосферный разряд) нарушает равновесие в приемной антенне, а вместе с тем и в приемном контуре. Так как приемный контур — это контур колебательный, то вследствие нарушения равновесия в нем возникают собственные колебания, которые происходят с затуханием, свойственным этому контуру. Энергия, которая выделяется этими свободными затухающими колебаниями в приемом контуре, это и есть та энергия помех, которую мы обозначили через Е_атм..

Для того, чтобы определить величину этой энергии, мы должны все же сделать некоторые предположения относительно характера толчков. Но эти предположения, как увидит читатель, вполне естественны и хорошо согласуются со всем тем, что мы знаем о природе атмосферных разрядов. Мы не будем определять формы толчка и предположим только, что всякий атмосферный разряд — это процесс быстро затухающий и что затухание его гораздо больше, чем затухание приемного контура. Другими словами, мы будем считать, что всякий атмосферный толчок, какова бы ни была его форма и характер, будет ли он колебательный или апериодический, закончится и перестанет действовать на приемник гораздо раньше, чем затухнут свободные колебания, возбужденные этим толчком в приемном контуре. Это предположение вполне естественно, так как все атмосферные электрические процессы происходят, конечно, с гораздо большим затуханием, чем свободные колебания в современном хорошем приемнике. Вместе с тем это предположение вполне согласуется и со всем тем, что мы знаем об атмосферных помехах, которые в подавляющем большинстве случаев представляют собой резкие и быстро прекращающиеся толчки.

Сделав предположение о быстро затухающем характере атмосферных помех, мы можем подсчитать, какое количество энергии выделится в приемном контуре под действием толчка о определенной амплитудой и определенной скоростью затухания. И вот оказывается, что эта энергия (Е_атм.) зависит от формы и характера толчка, но не зависит от величины затухания приемного контура. (Повторяем, что это верно только в том случае, когда затухание толчка гораздо больше затухания контура.)

Между тем, если мы подсчитаем то количество энергии, которое выделяется в приемном контуре за какое-либо определенное время, благодаря воздействию принимаемых сигналов, т. е. правильной синусоидальной электродвижущей силы, то окажется иное. Эта энергия (Е_сигн.) будет зависеть от затухания контура — и чем меньше будет затухание приемного контура, тем больше будет энергия, выделенная в нем благодаря воздействию сигнала. Кроме того, само собой разумеется, что эта энергия будет тем больше, чем точнее будет настроен приемный контур на приходящие колебания. Следовательно, энергия помех Е_атм. будет оставаться прежней, а энергия сигналов Е_сигн. будет возрастать при уменьшении затухания контура и при увеличении точности настройки. Значит, при этом будет увеличиваться и

S =	Есигн.	,
	Еатм.

т. е. нечувствительность приемника к помехам. Но наша задача ведь в том и заключается, чтобы по возможности увеличить S. Таким образом, мы приходим к первым практическим выводам по вопросу о борьбе с атмосферными помехами. Чтобы уменьшить влияние атмосферных помех на приемный контур, нужно по возможности уменьшить затухание этого контура и возможно точнее настроиться на волну принимаемой станции. Эти два средства всегда находятся в распоряжении радиолюбителя, и ими в первую очередь необходимо воспользоваться, чтобы уменьшить влияние атмосферных помех.

(Продолжение следует)