Радиосвязь

Основные параметры распространения радиоволн укв. Ультракороткие волны (УКВ) в радио

Для того чтобы понять, какие требования предъявляются к антеннам ультракоротких волн, необходимо знать особенности распространения их. Приведенное ниже рассмотрение особенностей распространения в основном относится к радиолюбительскому диапазону от 144 до 146 Мгц (длина волны 2 м ), но основные характеристики распространения имеют приблизительно такой же характер, как и во всех других диапазонах УКВ.

Как известно, распространение коротких волн в основном определяется их отражением от ионосферы, т. е. зависит от отражающих свойств ионосферы. Только благодаря этому становится возможным распространение коротких волн на большие расстояния. Электромагнитные волны, имеющие длину волны 2 м (ультракороткие волны), уже не испытывают отражения от слоев ионосферы; они проходят через всю толщу атмосферы и распространяются в космическом пространстве. Это свойство ультракоротких волн не является благоприятным для связи между двумя точками, расположенными достаточно далеко на земной поверхности (например, между двумя радиолюбительскими станциями), но в то же время позволяет использовать ультракороткие волны (в особенности дециметрового диапазона) для связи с космическими объектами.

Распространение ультракоротких волн происходит квазиоптически, т. е. они распространяются почти таким же образом, как лучи света, - по прямым и могут отражаться, преломляться и рассеиваться различными объектами. Поэтому волны длиной 2 м наиболее пригодны для связи в пределах прямой видимости; они не испытывают значительного ослабления, и, таким образом, в любое время обеспечивается надежная радиосвязь при небольших мощностях передатчиков. Кроме того, можно надеяться на увеличение дальности радиосвязи на 35% по отношению к расстоянию прямой видимости, рассчитывая дальность радиосвязи по формуле $$d=4,13(\sqrt{h_1}+\sqrt{h_2}),$$ где d - дальность, км ;

h 1 , - высота подвеса антенны передающей станции, м ;

h 2 - высота подвеса антенны приемной станции, м .

Эта формула учитывает увеличение дальности радиосвязи, которое имеет место на практике, при условии, что между приемной и передающей станцией нет высоких естественных препятствий, экранирующих одну станцию от другой. При определенных условиях дальность радиосвязи в диапазоне 2 м может достигать 1 000 км и больше. Это явление связано с так называемой рефракцией, когда наблюдается искривление траектории распространения волн вследствие постепенного изменения коэффициента преломления воздуха с высотой. Путь распространения электромагнитных волн искривляется в сторону поверхности земли, за счет чего и достигается увеличение дальности радиосвязи. Следует отметить, что коэффициент преломления в тропосфере зависит от таких метеорологических факторов, как давление воздуха, его относительная влажность и температура.

Из рис. 10-1 видно, что в случае прямолинейного распространения ультракоротких волн только те волны достигают приемной станции, которые излучаются под очень небольшими углами возвышения, почти касательно к поверхности земли. Если состояние тропосферы таково, что ультракороткие волны испытывают заметное искривление при распространении в ней, то становится возможной связь на больших расстояниях (приемник II). Углы возвышения основного излучения передающей антенны опять должны быть очень небольшими. Инверсионные слои тропосферы обычно находятся на небольшой высоте от поверхности земли - от нескольких сотен метров (небольшие дальности радиосвязи) до нескольких тысяч метров (большие дальности связи), и поэтому общая дальность радиосвязи в диапазоне ультракоротких волн незначительна. Как видно из рис. 10-1, максимальная дальность радиосвязи возможна в том случае, когда излучение имеет возможно меньшие углы возвышения.

При рассмотрении коротковолновых антенн уже упоминалось, что отражение от поверхности земли в непосредственной близости от места расположения антенны, вызванные небольшой высотой подвеса антенны, приводят к тому, что вертикальный угол возвышения основного излучения антенны увеличивается. Поэтому антенну следует подвешивать по возможности выше над поверхностью земли. Требование подвешивать антенну «по возможности выше» довольно легко выполнимо в диапазоне ультракоротких волн, так как высота подвеса антенны всегда измеряется в долях рабочей волны, а в УКВ диапазоне расстояние 10 м от поверхности земли при λ = 2 м равняется 5 λ. В диапазоне коротких волн это же расстояние для диапазона 20 м (5 λ) равнялось бы 100 м, что, конечно, абсолютно нереально.

Антенны УКВ следует располагать выше окружающих ее предметов на 2-3 λ, но не следует стремиться к чрезмерному увеличению высоты расположения антенны, так как в этом случае усложняется конструкция антенны, а практического выигрыша в дальности радиосвязи почти не достигается.

Поляризация поля ультракоротковолновых антенн

В диапазоне коротких волн поляризация поля антенны имеет второстепенное значение. Сигнал, излученный вертикально поляризованным излучателем (например, антенной «граундплэйн»), может быть без особого ослабления принят с помощью антенны с горизонтальной поляризацией, причем не хуже, чем антенной с вертикальной поляризацией. Совершенно по-другому обстоит дело в диапазоне УКВ. В диапазоне УКВ совершенно обязательно, чтобы поляризации передающей и приемной антенн были одинаковыми. Наиболее часто используются антенны, имеющие горизонтальную поляризацию (горизонтальные излучатели). Однако в случае использования УКВ радиосвязи с помощью подвижных станций наиболее часто применяются антенны с вертикальной поляризацией. Ниже приводится описание ультракоротковолновых антенн с горизонтальной поляризацией излучаемых ими электромагнитных волн, т. е. с горизонтально расположенными элементами. Эти же антенны могут использоваться и как антенны с вертикальной поляризацией, если их элементы повернуть таким образом, чтобы они заняли вертикальное положение. В этом случае всегда нарушается в некоторой степени правильность формы диаграммы направленности антенны. Это обстоятельство связано с тем, что обычно мешающие металлические предметы, расположенные поблизости от антенны, также расположены вертикально, и, кроме того, в этом случае сказывается различное удаление отдельных элементов антенны от поверхности земли.

При работе в диапазоне УКВ в случае, если работа ведется в лесистой местности, следует избегать применения антенн с вертикальной поляризацией, так как в противном случае электромагнитные волны испытывают сильное ослабление, обусловленное стволами деревьев.

Радио (лат. radio - излучаю, испускаю лучи radius - луч) - разновидность беспроводной связи, при которой в качестве носителя сигнала используются радиоволны, свободно распространяемые в пространстве.

Принцип работы

Передача происходит следующим образом: на передающей стороне формируется сигнал с требуемыми характеристиками (частота и амплитуда сигнала). Далее передаваемый сигнал модулирует более высокочастотное колебание (несущее). Полученный модулированный сигнал излучается антенной в пространство. На приёмной стороне радиоволны наводят модулированный сигнал в антенне, после чего он демодулируется (детектируется) и фильтруется ФНЧ (избавляясь тем самым от высокочастотной составляющей- несущей). Полученный модулированный сигнал излучается антенной в пространство.
На приёмной стороне радиоволны наводят модулированный сигнал в антенне, после чего он демодулируется (детектируется) и фильтруется ФНЧ (избавляясь тем самым от высокочастотной составляющей- несущей).). Таким образом, происходит извлечение полезного сигнала. Получаемый сигнал может несколько отличаться от передаваемого передатчиком (искажения вследствие помех и наводок).

Частотные диапазоны

Частотная сетка, используемая в радиосвязи, условно разбита на диапазоны:

Длинные волны(ДВ)- f = 150-450 кГц (л = 2000-670 м)
Средние волны(СВ)- f = 500-1600 кГц (л = 600-190 м)
Короткие волны(КВ)- f = 3-30 МГц (л = 100-10 м)
Ультракороткие волны(УКВ)- f = 30 МГц- 300 МГц (л = 10-1 м)
Высокие частоты (ВЧ- сантиметровый диапазон)- f = 300 МГц- 3 ГГц (л = 1-0,1 м)
Крайне высокие частоты (КВЧ- миллиметровый диапазон)- f = 3 ГГц- 30 ГГц (л = 0,1-0,01 м)
Гипервысокие частоты (ГВЧ- микрометровый диапазон)- f = 30 ГГц- 300 ГГц (л = 0,01-0,001 м)

В зависимости от диапазона радиоволны имеют свои особенности и законы распространения:

ДВ сильно поглощаются ионосферой, основное значение имеют приземные волны, которые распространяются, огибая землю. Их интенсивность по мере удаления от передатчика уменьшается сравнительно быстро.
СВ сильно поглощаются ионосферой днём, и район действия определяется приземной волной, вечером хорошо отражаются от ионосферы и район действия определяется отражённой волной.
КВ распространяются исключительно посредством отражения ионосферой, поэтому вокруг передатчика существует т.н.зона радиомолчания. Днём лучше распространяются более короткие волны (30 МГц), ночью- более длинные (3 МГц). Короткие волны могут распространяться на больши м е расстояния при малой мощности передатчика.
УКВ распространяются прямолинейно и, как правило, не отражаются ионосферой. Легко огибают препятствия и имеют высокую проникающую способность.
ВЧ не огибают препятствия, распространяются в пределах прямой видимости. Используются в WiFi, сотовой связи ит.д.
КВЧ не огибают препятствия, отражаются большинством препятствий, распространяются в пределах прямой видимости. Используются для спутниковой связи.
Гипервысокие частоты не огибают препятствия, отражаются подобно свету, распространяются в пределах прямой видимости. Использование ограничено.

Распространение радиоволн

Радиоволны распространяются в пустоте и в атмосфере; земная твердь и вода для них непрозрачны. Однако, благодаря эффектам дифракции и отражения, возможна связь между точками земной поверхности, не имеющими прямой видимости (в частности, находящимися на большом расстоянии).
Распространение радиоволн от источника к приёмнику может происходить несколькими путями одновременно. Такое распространение называется многолучёвостью . Вследствие многолучёвости и изменений параметров среды, возникают замирания (англ. fading )- изменение уровня принимаемого сигнала во времени. При многолучёвости изменение уровня сигнала происходит вследствие интерференции, то есть в точке приёма электромагнитное поле представляет собой сумму смещённых во времени радиоволн диапазона.

Особые эффекты

эффект антиподов- радиосигнал может хорошо приниматься в точке земной поверхности, приблизительно противоположной передатчику.
Описанные примеры:

радиосвязьЭ.Кренкеля(RPX), находившегося наЗемле Франца-Иосифа12 января 1930г. сАнтарктикой(WFA).
радиосвязь плотаКон-Тики(приблизительно 6° ю.ш. 60° з.д.) сОсло, передатчик 6 Ватт.
эхо от волны, обошедшей Землю (фиксированная задержка)
редко наблюдаемый и малоизученный эффект LDE (Мировое эхо, эхо с большой задержкой).
эффект Доплераизменение частоты (длины волны) в зависимости от скорости приближения (или удаления) передатчика сигнала относительно приёмника. При их сближении частота увеличивается, при взаимном удалении уменьшается.

Радиосвязь можно разделить на радиосвязь без применения ретрансляторов по длинам волн:

СДВ-связь
ДВ-связь
СВ-связь
КВ-связь
КВ-связь земной (поверхностной) волной
КВ-связь ионосферной (пространственной волной)волной
УКВ-связь
УКВ связь прямой видимости
тропосферная связь
С применением ретрансляторов:
Спутниковая связь,
Радиорелейная связь,
Сотовая связь.

Использование широковещательной потоковой передачи

Содержимое, передаваемое потоком с широковещательной передачей, больше всего подходит для сценариев, напоминающих просмотр телевизионной программы, при этом управление и потоковая передача содержимого выполняется из пункта источника или сервера. Этот тип пункта публикации наиболее часто используется для передачи прямых потоковых данных от кодировщиков, удалённых серверов или других широковещательных пунктов публикации. Если клиент подключается к широковещательному пункту публикации, то он получает широковещательные данные, трансляция которых уже началась. Например, если в 10:00 начинается трансляция совещания в компании, то клиенты, подключившиеся в 10:18, пропустят только первые 18 минут совещания. Клиенты могут запускать и останавливать поток, однако они не могут приостановить его, перемотать вперёд, назад или пропустить.
Кроме того, на широковещательном пункте публикации можно выполнять потоковую передачу файлов и списков воспроизведения файлов. Если источником файлов служит широковещательный пункт публикации, то сервер передаёт файл или список воспроизведения как широковещательный поток. При этом в проигрывателе нельзя управлять воспроизведением, как в случае с потоком по запросу. Пользователи получают широковещательные данные прямого закодированного потока. Клиенты начинают воспроизводить уже передаваемый поток.
Обычно широковещательный пункт публикации начинает потоковую передачу сразу после запуска и продолжает её до тех пор, пока он не будет остановлен или пока не закончится содержимое.
Содержимое с широковещательного пункта публикации можно предоставлять как одноадресный или многоадресный поток. Поток с широковещательного пункта публикации можно сохранить как файл архива, а затем предложить его конечным пользователям в качестве повтора исходных широковещательных данных по запросу.

Гражданская радиосвязь

Решениями ГКРЧ России (Государственной комиссии по радиочастотам) для гражданской связи физическими и юридическими лицами на территории Российской Федерации выделены 3 группы частот:

27МГц (Си-Би, «Citizens’ Band», гражданский диапазон), с разрешённой выходной мощностью передатчика до 10Вт. Автомобильные рации диапазона 27 МГц широко используются для организации радиосвязи в службах такси, для связи водителей-дальнобойщиков;
433МГц (LPD, «Low Power Device»), выделено 69 каналов для раций с выходной мощностью передатчика не более 0,01Вт;
446МГц (PMR, «Personal Mobile Radio»), выделено 8 каналов для раций с выходной мощностью передатчика не более 0,5Вт.

Радио используется в компьютерных сетях AMPRNet, в которых соединение обеспечивается любительскими радиостанциями.

Радиолюбительская связь

Радиолюбительская связь- многогранное техническое хобби, выражающееся в проведении радиосвязей в отведённых для этой цели диапазонах радиочастот. Данное хобби может иметь направленность в сторону той или иной составляющей, например:

конструирование и постройка любительской приёмно-передающей аппаратуры и антенн;
участие в различных соревнованиях по радиосвязи (радиоспорт);
коллекционирование карточек-квитанций, высылаемых в подтверждение проведённых радиосвязей и/илидипломов, выдаваемых за проведение тех или иных связей;
поиск и проведение радиосвязей с радиолюбительскими станциями, работающими из отдалённых мест или из мест, с которых крайне редко работают любительские радиостанции (DXing );
работа какими-то определёнными видами излучения (телеграфия, телефония с однополосной или частотной модуляцией, цифровые виды связи);
связь на УКВ с использованием отражения радиоволн от Луны (EME), от зонполярного сияния(«Аврора»), отметеорных потоков, с ретрансляцией через радиолюбительские ИСЗ;
работа малой мощностью передатчика (QRP), на простейшей аппаратуре;
участие в радиоэкспедициях- выход в эфир из отдалённых и труднодоступных мест и территорий планеты, где нет активных радиолюбителей.

Ультракоротковолновый диапазон в свою очередь подразделяется следующим образом: волны длиной от 10 м до 1 м называют метровыми, длиной от 1 м до 10 см - дециметровыми, длиной от 10 см до 1 см - сантиметровыми и, наконец, короче 1 см - миллиметровыми. Электромагнитное поле определенной длины волны колеблется с соответствующей этой длине волны частотой. Частоту выражают в герцах (т. е. числом колебаний в секунду). Волне длиной 10 м соответствует частота в 30 млн. герц (мегагерц), а волне 1 м - 300 млн. герц.

Во всем диапазоне ультракоротких волн радиолюбителям выделены для проведения связи и различных опытов небольшие участки. В метровом диапазоне выделен диапазон волн от 7,89 до 7,436 м (38-40 Мгц) и от 2,08 до 2,05 м (144-146 Мгц); в дециметровом диапазоне отведен диапазон волн от 71,39 до 70,55 см (420-425 Мгц) и от 20,4 до 19,7 см (1470-1520 Мгц) и, наконец, в сантиметровом диапазоне радиолюбителям выделен диапазон волн от 5,3 до 5,1 см (5650-5850 Мгц).

Радиолюбителями наиболее освоен в настоящее время диапазон 38-40 Мгц . Произошло это потому, что, во- первых, телевизионные станции в нашей стране работают на волнах, близких к этому любительскому диапазону, а во-вторых, потому, что аппаратуру для работы на указанных волнах можно изготовить из обычных широко распространенных радиодеталей.

Освоение радиолюбителями ультракоротковолнового диапазона началось давно, но первые уверенные шаги в этом направлении удалось сделать лишь в последнее время. Как уже упоминалось выше, в настоящее время удается устанавливать дальние связи на УКВ на расстояниях в несколько тысяч километров.

Освоение радиолюбителями ультракоротковолновых диапазонов позволяет с каждым днем открывать все новые замечательные свойства этих волн.

ВЫБОР СХЕМЫ РАДИОСТАНЦИИ

Любая приемо-передающая радиостанция состоит из приемника, передатчика, антенны и блока питания. В рассматриваемой в данной брошюре конструкции питание осуществляется от батарей, поэтому подробно останавливаться на источниках питания нет необходимости.

Приемник переносной радиостанции должен удовлетворять многим, иногда противоречивым требованиям.

Прежде всего он должен быть достаточно чувствительным, так как переносная радиостанция, как правило, маломощная и на другом конце линии связи не обеспечивает достаточно сильной напряженности поля. Напряженность поля при расстоянии от радиостанции описываемой конструкции больше километра измеряется в лучшем случае десятками микровольт на метр.

Приемник переносной радиостанции должен иметь достаточно широкую полосу пропускания, так как частота передатчика нестабильна и прием будет- затруднен, если у приемника будет острая настройка.

Так как приемник предназначается для переносной радиостанции, то он должен потреблять мало энергии, т. е. быть достаточно экономичным. Кроме того, он должен быть прост в изготовлении и иметь мало деталей, чтобы его изготовление было доступно начинающему радиолюбителю. Наиболее подходящим, исходя из перечисленных требований, является так называемый сверхрегенеративный приемник. Последний позволяет вести прием радиотелефонных и модулированных радиотелеграфных сигналов. Прием на такой приемник получается устойчивым. Если на сетку лампы сверхрегенератора не поступает никакого сигнала (или очень слабый сигнал), то в телефоне слышится шум, похожий на шипение примуса. Это так называемый шум сверхрегенерации. При подаче сигнала на сетку лампы сверхрегенератора характерное шипение заметно уменьшается или пропадает вовсе и в телефоне слышится только полезный сигнал, если он промодулирован. В случае, если на сетку сверхрегенератора поступает только несущая принимаемой радиостанции, то наблюдается пропадание шума. Это обстоятельство помогает настраиваться на принимаемую станцию.

Приемник, работающий в режиме сверхрегенерации, позволяет получить с одной лампы очень большое усиление.

Необходимо, однако, помнить, что сверхрегенератор обладает неприятным свойством излучать собственные колебания в антенну, являясь как бы небольшим передатчиком импульсных радиосигналов, в связи с чем сверхрегенеративный приемник создает значительные помехи находящимся близко приемникам УКВ и телевизорам.

Большое значение для правильной работы сверхрегенеративного приемника имеет выбор связи с антенной. При большой связи генерация прекратится и приемник работать не будет.

Широкая полоса пропускания приемника, позволяющая уверенно производить прием нужной радиостанции, может быть причиной того, что одновременно будет прослушиваться и какая-либо другая близко отстоящая по частоте станция. В настоящее время этим можно пренебречь, так как на УКВ диапазоне работает еще относительно мало радиостанций.

Передатчик для переносной радиостанции должен быть также экономичным и в то же время давать необходимую мощность для проведения связи. Передатчик описываемой радиостанции отдает мощность, измеряемую несколькими десятыми долями ватта.

Радиостанция предназначается для работы телефоном, следовательно нужно предусмотреть модулятор. Модулятор необходим для того, чтобы усиливать колебания напряжения звуковой частоты, получаемые с микрофона, до величины, достаточной для воздействия на генератор высокой частоты. В качестве микрофона удобнее всего взять угольный микрофон, так как при использовании последнего напряжение звуковой частоты получается больше, чем при любом другом микрофоне.

Радиосвязь с применением подобных радиостанций предполагается симплексной, т. е. такой, когда радиостанция в одно и то же время работает либо только на прием, либо только на передачу. Следовательно, приемная часть радиостанции во время передачи не работает и, наоборот, передатчик радиостанции не используется во время приема.

Переносная радиостанция должна иметь как можно меньше деталей, поэтому ее схему необходимо составить так, чтобы путем несложных переключений можно было детали передатчика использовать при приеме, а детали приемника - в передатчике.

У радиостанции должно быть минимальное количество ламп. Наименьшее возможное число их две. Одна из них при передаче выполняет функции генератора, создающего колебания высокой частоты, вторая работает в модуляторе, усиливая колебания напряжения звуковой частоты после микрофона. Подавать без модулятора напряжение звуковой частоты с микрофона сразу на генераторную лампу нельзя, так как для обеспечения достаточной глубины модуляции напряжение, полученное после микрофона, мало.

В переносной радиостанции наиболее выгодно применить автоанодную модуляцию. Такая модуляция обеспечивает наименьший расход питания и требует меньшего

модулирующего напряжения. Однако схема и налаживание передатчика в этом случае усложняются.

Приемник-сверхрегенератор также имеет две лампы, одна из которых - сверхрегенеративный^детектор, а вторая- усилитель низкой частоты, так как напряжение, получаемое после сверхрегенератора, недостаточно для хорошей работы телефонов. Это особенно заметно, когда передающая радиостанция удалена на значительное расстояние от приемной и напряженность поля в месте приема поэтому невелика.

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ УКВ РАДИОСТАНЦИЙ’

К конструированию УКВ аппаратуры необходимо подходить осторожно, учитывая все ее особенности. К деталям и изоляционным материалам, работающим на улыравысоких частотах, предъявляются повышенные требования. Многие радиолампы, обычно хорошо работающие на длинных и коротких волнах, оказываются непригодными или малоэффективными на УКВ. В конструкциях, о которых речь будет идти ниже, использованы обычные лампы, однако необходимо учитывать, что некоторые экземпляры ламп могут плохо работать на УКВ и в этом случае требуется их соответствующим образом подобрать.

Во избежание потерь изоляция деталей в цепях ультравысокой частоты должна быть высококачественной, т.. е. изоляторы крепления деталей (конденсаторов, дросселей высокой частоты, катушек, выводов антенны) и панельки ламп должны быть из хороших диэлектриков, например из радиофарфора, полистирола или специальной керамики. На частотах 38-40 Мгц могут быть применены также несколько худшие по своим свойствам эбонит или органическое стекло. Не следует применять гетинакс, текстолит и карболит, так как в этих материалах потери значительно выше.

Особенно высокое требование предъявляется к контуру. Он должен иметь большую добротность, поэтому в качестве конденсатора настройки применяется только воздушный или керамический конденсатор. Катушка контура изготавливается из толстого медного посеребренного провода. Прочность катушки должна быть такой, чтобы при сотрясениях не изменялась ее индуктивность, иначе частота контура будет неустойчивой. Лучше всего применять катушки на керамическом каркасе с винтовой канавкой, на которую нанесен слой серебра. В любительских условиях можно изготовить катушку, намотав с некоторым натяжением на керамический каркас медный провод (рис. 4).

Серебрение провода можно легко произвести в домашних условиях. Для этой цели необходим отработанный гипосульфит (закрепитель), применяемый в фотографии. Тщательно очищенные и отполированные детали контуров из меди промывают раствором щелочи, затем прополаскивают в чистой воде и погружают на несколько часов в гипосульфит. Медные детали покрываются равномерным слоем серебра, находящегося в растворе гипосульфита. После вторичной промывки в воде посеребренные детали имеют не совсем чистую поверхность - местами они покрыты коричнево-черным налетом. Налет легко удаляется с помощью зубного порошка и чистой тряпочки или простым шлифованием мягкой чистой тряпочкой или кожей.

Диаметр катушек не следует делать очень большим или, наоборот, очень малым. При очень большом диаметре увеличиваются потери на излучение и на создание токов в окружающих катушку металлических деталях, а при малом-уменьшается ее добротность. Обычно диаметр катушек бывает от 10 до 50 мм. Металлические детали желательно располагать от катушки на расстоянии не менее 5-7 мм.

При переделке катушек контуров со старого любительского диапазона 85-87 Мгц на новый 38-40 Мгц при одних и тех же геометрических размерах катушек число витков необходимо увеличить в 2,2 раза, т. е. пропорционально изменению частоты.

При намотке на каркас диаметром 4 мм такой дроссель будет иметь

Дроссели высокой частоты выполняются в виде однослойной катушки. Наматываются они обычно на керамическом стержне и содержат несколько десятков витков изолированного провода. Намотку высокочастотных дросселей можно производить либо виток к витку, либо с принудительным шагом (с некоторым расстоянием между витками), либо с переменным шагом (прогрессивная намотка). Лучше всего применять дроссель с прогрессивной намоткой. Конец такого дросселя с наибольшим расстоянием между витками подсоединяют к управляющей сетке или к аноду лампы. Длину провода дросселя (в метрах) рекомендуется определять по формуле

где / М акс -максимальная рабочая частота в Мгц.

Таким образом, для любительского диапазона 38- 40 Мгц дроссель следует наматывать отрезком провода длиною

Для дросселей высокой частоты лучше всего применять провод ПЭШО или ПШД диаметром 0,1-0,15 мм.

Ультра - слово латинское, означающее: более, сверх, а в сложных словах - находящийся за пределами, крайний. Таким образом, ультракороткие волны- сверхкороткие волны. Под короткими волнами принято понимать диапазон электромагнитных волн от 50 до 10 м (от 6 до 30 Мгц).

Волны длиной 10 м являются границей, за которой начинается область УКВ.

УКВ подразделяются на:

метровые волны от 10 до 1 м, или по частоте от 30 до 300 Мгц;
дециметровые волны от 100 до 10 см, или по частоте от 300 до 3 000 Мгц;
сантиметровые волны от 10 до 1 см, или по частоте от 3 000 до 30 000 Мгц;
миллиметровые волны от 10 до 1 мм.

УКВ — своеобразные и далеко еще не полностью изученные электромагнитные волны. Однако то, что мы уже знаем о них, позволяет говорить о больших возможностях, которые открывают УКВ для дальнейшего прогресса радиосвязи и радиовещания. А современное телевидение вообще немыслимо без ультракоротких волн.

Этот диапазон манит своими просторами. Радиовещательный диапазон от 200 до 2 000 м охватывает полосу частот всего 1 350 кгц (1 500— 150=1 350 кгц), а один лишь метровый диапазон УКВ, т. е. волны от 1 до 10 м включительно, занимает полосу частот 270 000 кгц. Ведь по мере укорочения волн частотные пределы становятся все более широкими. А чем шире частотные пределы, тем больше станций можно разместить без опасности создания взаимных помех.

Если условиться, что для каждой радиостанции нужен канал 10 кгц (а на деле он даже меньше), то в метровом диапазоне УКВ можно разместить 27 000 передатчиков, а в диапазоне от 2 000 до 200 м — всего лишь 135. «Теснота в эфире» давно уже стала помехой в развитии радиосвязи и радиовещания.

Частотный простор в области УКВ позволяет не только увеличить число радиостанции, но и совершенно по-новому вести радиовещание. Поэтому, например, радиотелефонирование по методу частотной модуляции, требующее широкой полосы частот, и передача телевидения, требующая, как мы узнаем в дальнейшем, линии связи, пропускающей очень широкую полосу частот, возможны только на волнах короче 10 м.

В диапазоне УКВ стройно развиваются такие свойства и возможности, которые на других диапазонах осуществляются только частично. Например, здесь имеется полная возможность излучать радиоволны в нужном направлении. Этим прежде всего можно колоссально экономить мощность и работать на таких линиях столь малыми мощностями, которые показались бы на других диапазонах смехотворными. Но главное, что эти свойства УКВ как бы специально предназначены для радионавигационных целей.

Неслучайно и то, что на первых искусственных спутниках Земли как советских, так и американских установлены передатчики, работающие на УКВ. Вызвано это тем, что волны УКВ не отражаются от ионизированных слоев атмосферы Земли и свободно проходят в мировом пространстве. Это подтверждается приемом радиосигналов советских спутников Земли и первых космических ракет. И первая в истории человечества рекордная двусторонняя радиосвязь Космос — Земля, осуществлявшаяся Ю. А. Гагариным с корабля-спутника «Восток», велась на коротких и ультракоротких волнах.

Большое значение имеет УКВ диапазон и для радиосвязи на небольшие расстояния. В диспетчерской связи сельского хозяйства, службе скорой помощи, маневровой связи на железнодорожном транспорте, связи в пределах аэродромов и морских портов, в пожарной охране и на крупных стройках широко используются ультракороткие волны.

Но в первую очередь ультракороткие волны вносят новые, лучшие качественные показатели в радиовещание.

Техника радиовещания еще далека от совершенства: радиоприем часто сопровождается сильными шумами, треском и другими помехами. Эти помехи в значительной степени устраняются при переходе на УКВ. Диапазон УКВ оказывается чистым от атмосферных помех. Конечно, нельзя утверждать, что на УКВ совсем нет помех. Они прежде всего появляются в самом приемнике. Возникновение их объясняется ничтожными электрическими токами, самопроизвольно протекающими во входных цепях приемника. Кроме того, источником помех на УКВ оказались автомобильные двигатели, лишенные защитных электрических фильтров, некоторые системы электрических звонков.

Однако все-таки число помех, их уровень значительно меньше на УКВ, чем на других диапазонах, и эти помехи можно тоже ослабить. Это достигается применением частотной модуляции (ЧМ).

Частотная модуляция

«Бесшумное радио», «радио без помех»—так называли первые передачи по методу частотной модуляции, которые производились в Ленинграде в 1940 г.

В чем же заключается метод частотной модуляции, почему он гарантирует от помех? Атмосферные и промышленные помехи являются электрическими сигналами с хаотически изменяющейся амплитудой, т. е., к величайшему сожалению, амплитудно-модулированными сигналами. Метод же частотной модуляции предусматривает строгое постоянство амплитуды. Применяются специальные устройства, которые «следят» за тем, чтобы в процессе работы амплитуда высокочастотных колебаний как на выходе передатчика, так и на входе приемника не изменялась.

Графическое пояснение частотной модуляции.

Электрические приборы и установки создают определенный уровень шумов.

Если к приемнику частотно-модулированных колебаний поступают сигналы, модулированные по амплитуде, то такой приемник должен ответить на них (и действительно отвечает) полным молчанием. Поэтому то атмосферные и промышленные помехи не воспроизводятся таким приемником.

Но как же передавать сообщения, могут нас спросить. К приемнику поступают сигналы совершенно одинаковой силы, одинаковой амплитуды. Что же приведет в действие громкоговоритель?

Безусловно, если излучаемый сигнал постоянен по частоте (неизменная длина волны) и амплитуде, то никаких сообщений он с собой не принесет. А если в такт со звуковыми колебаниями (тока микрофона) менять частоту излучаемых колебаний, тогда как?

Удастся ли таким способом осуществить передачу?

Оказывается, вполне удастся. Именно это и составляет принцип частотной модуляции: колебания звуковой частоты модулируют не амплитуду, а частоту. В процессе такой передачи длина волны станции все время меняется, но мощность излучаемой волны остается неизменной.

Приемник частотно-модулированных сигналов имеет особое устройство, реагирующее лишь на изменение частоты принимаемых колебаний. Называется он частотным детектором. Это устройство превращает изменения частоты в соответствующие изменения величины электрического тока. Ток на выходе частотного детектора тем больше, чем в больших пределах изменяется частота принимаемого сигнала, чем глубже частотная модуляция. Сколько раз з секунду изменяется частота сигнала, столько же раз за это время изменяется ток на выходе детектора. Иначе говоря, после детектора получаются электрические колебания такой же формы, которые посылались из студии на радиопередающую станцию. К громкоговорителю (как и в обычном радиоприемнике) подводится ток звуковой частоты. Диффузор приводится в колебательное состояние, и мы слышим звуки.

Но в каких пределах изменять длину волны передатчика, на сколько метров (или на сколько герц, если говорить о частоте)?

Теория, в особенности практика, показывает. ч в то для осуществления высококачественного вещания изменения несущей частоты передатчика должны быть сравнительно большими: 50—75 кгц в каждую сторону от номинала несущей частоты.

По существующим нормам при амплитудной модуляции для радиовещательных станций отводится канал шириной 9 кгц. Для осуществления передачи частотно-модулирован-ными колебаниями ширина канала увеличивается в 16—17 раз.

Во всем радиовещательном диапазоне (от 200 до 2000 м) не хватило бы места и для десятка таких радиостанций, но в диапазоне метровых волн места для них сколько угодно. Поэтому то ЧМ и применяется в УКВ диапазоне. Во всех радиовещательных передатчиках в диапазонах длиннее УКВ применяется амплитудная модуляция, так как она более «экономно» загружает диапазон волн, чем модуляция частотная.

Но ЧМ не только снижает уровень помех, но и увеличивает дальность высококачественной передачи.

Частотная модуляция широко применяется, кроме радиовещания, и для военной радиосвязи. Подавляя многочисленные помехи от систем зажигания автомашин, танков и самолетов, она тем самым увеличивает надежность радиоприема. Ультракоротковолновые передатчики становятся в этом случае еще более компактными, так как от них требуется незначительная мощность.

В пределах видимости

Ультракороткие волны преимущественно распространяются лишь в пределах прямой видимости наподобие лучей света и ограничены расстоянием от 70 до 120 км. Поэтому-то антенны УКВ передатчиков стараются поднять как можно выше? да и повыше стараются ставить свои антенны владельцы телевизоров, живущие за пределами городов, где расположены телецентры.

Дальность действия УКВ передатчиков мала в сравнении с обычными радиовещательными станциями. Это плохо. Но это и хорошо: на одних и тех же волнах может работать значительно большее количество радиостанций. Одна волна может быть у Москвы и Киева, у Горького и Харькова, не говоря уже о более отдаленных друг от друга городах, и мешать друг другу они не будут. УКВ радиостанции с небольшим радиусом действия могут быть значительно менее мощными, чем радиостанции длинноволновые или средневолновые.

Дальность действия УКВ передатчика может быть расширена, если увеличить его мощность и высоту антенны. Обычно зона обслуживания такого передатчика мощностью 5—10 кВт ограничена 100 км.

При благоприятном профиле местности и достаточно высокой антенне приемника дальность может быть увеличена до 200—300 км. Но при наших пространствах этого, конечно, недостаточно. Поэтому возникла необходимость в создании ретрансляционных пунктов, расположенных на расстоянии 100—150 км друг от друга. Областные и районные центры, принимая, например, программу столичного передатчика, будут транслировать через местный передатчик принятую передачу для областного города или своего района.

Ретрансляционные пункты построены уже в ряде мест для приема телевидения. Они принимают программы ближайшей центральной станции и транслируют их в радиусе до 6— 15 км. Если, например, для приема телевидения за 200 км от Киева (в Гомеле) нужны были дополнительные усилители и сложные антенны, то с постройкой ретрансляционной станции можно принимать киевские передачи на обычные телевизоры с простыми антеннами.

Радиорелейные линии. Однако создание ретрансляционных станций не решает полностью проблемы передачи на значительные расстояния. Эта проблема решается с помощью радиорелейных линий связи. Здесь играет роль еще одна особенность ультракоротких волн — направленность излучения. На дециметровых и сантиметровых волнах получается остронаправленный прием с легкими, компактными антеннами или посредством одного вибратора с металлическим зеркалом.

Вообще по мере укорочения волн излучающие устройства все более и более напоминают оптические рефлекторы.

Преимущество направленной передачи можно иллюстрировать таким примером. На дециметровых волнах радиостанция мощностью 2 вт при несложной передающей антенне с остронаправленным излучением может создать в приемной антенне сигнал такой же силы, что и станция мощностью 2 кВт с круговым излучением.

Простое разрешение проблемы направленности на УКВ послужило одной из причин применения этих волн для радиолокации, нуждающейся в приборах резко направленного действия.

Но вернемся к радиорелейным линиям связи. Значение радиорелейной связи уже неоднократно подчеркивалось в решениях партии и правительства.

Что же представляет собой радиорелейная линия связи? Это цепочка приемно-передающих радиостанций, работающих на дециметровых волнах. В данной цепи две оконечные радиостанции непосредственно обслуживают корреспондентов, а промежуточные предназначаются для приема сигналов от предыдущей станции и автоматической передачи (ретрансляции) их на следующую станцию подобно эстафете.

Промежуточные ретрансляционные станции управляются посредством сигналов, посылаемых с одного или другого конца линии. Так как антенны соседних станций должны находиться в пределах видимости, радиостанции устанавливаются через каждые 50— 60 км и имеют мачты высотой 50—70 м.

Каждая оконечная установка имеет радиопередатчик и радиоприемник, необходимые для одновременной передачи и приема сигналов.

Передача и прием производятся на разных волнах, и передатчик поэтому не мешает работе приемника.

Каждая промежуточная установка имеет два передатчика и два приемника, служащих для ретрансляции сигналов в прямом и обратном направлениях.

Большинство станций линии — автоматические. Обслуживающий персонал имеется примерно на каждой десятой станции цепочки.

По одной такой радиорелейной линии можно одновременно вести телеграфные и фото телеграфные передачи, несколько сотен телефонных переговоров, передачу радиовещательных и телевизионных программ. Радиорелейные линии позволят в дальнейшем соединить телефонные сети крупных городов в единую телефонную сеть.

Одной из первых была построена радиорелейная линия связи Москва — Рязань, обслуживающая нужды транспорта. Параболическая антенна Московской станции установлена на 25-м этаже высотного здания у Красных ворот, а на станциях Пески, Бронницы и Рязань поднялись металлические мачты высотой 50—70 м. Большое строительство радиорелейных линий развернулось теперь по всей стране.

Занимая промежуточное положение между радиосвязью и связью по проводам, радиорелейные линии связи значительно экономичнее проводной связи. Они не требуют большого количества металла, идущего на провода, и обеспечивают значительно большую скорость постройки линии при меньшей затрате сил и средств, чем у проводной кабельной линии.

Следует отметить, что все последние достижения радиоэлектроники связаны с применением ультракоротких волн: телевидение, радиолокация, радиоуправление космическими ракетами, радиоастрономия. Но в последнее время кое-что новое открылось и в самих ультракоротких волнах.

Выяснилось, что УКВ могут распространяться не только в пределах прямой видимости.

Радиолюбители, занимающиеся телевидением, зарегистрировали много случаев сверхдальнего приема телевизионных передач. Сейчас уже можно назвать ряд экспериментаторов, принимающих на территории СССР передачи иностранных телевизионных центров. Достаточно указать на москвича С. К. Сотникова, принимающего эпизодически телевизионные передачи из Праги, Берлина, Рима, Брюсселя, Лондона, Берна и других городов Европы. Передачи Московского и Ленинградского телецентров нередко смотрят в Западной Европе. Прием этот пока нерегулярен. Это объясняется состоянием ионосферы.

Пока еще не все изучено и ясно в этом вопросе, но налицо новые явления в области распространения УКВ.

Укависты. В семье советских коротковолновиков наиболее многочисленным и молодежным в своей массе становится отряд ультракоротковолновиков или, как их сокращенно называют, «укавистов». Это объясняется тем, что работа на ультракоротких волнах вполне доступна для начинающих радиолюбителей.

На любительской радиостанции супругов Карела я Майны Фехтел (Львов).

Для любительской связи на УКВ необязательно знание телеграфной азбуки (связи ведутся микрофоном). Разрешение на собственный передатчик можно получить, начиная с 16 лет, а быть оператором школьной УКВ радиостанции можно с 14 лет.

Для работы на УКВ любителям выделены три диапазона: 28—29,7 Мгц (десятиметровый), 144—146 Мгц (2,0—2,1 м) и 420— 435 Мгц (сантиметровый).

Из этих диапазонов наиболее любопытен десятиметровый. На нем можно вести дальние и местные связи. Любительские УКВ передатчики и приемники обладают небольшим весом, малыми размерами, портативностью. На УКВ можно применять совсем миниатюрные радиостанции.

Представьте себе небольшую коробочку весом 100 г — такая радиостанция может обеспечить связь в пределах километра.

Возможности, открываемые для любительской работы на УКВ, многообразны и увлекательны. Здесь и интересная конструкторская работа и заманчивые перспективы дальних связей, а наряду с этим возможности использования своей радиостанции как своеобразного телефона для связи с соседями на одной и той же улице и с друзьями на другом конце города.

Конечно, самое интересное — это участие з соревнованиях, возможности получения спортивных разрядов вплоть до мастера спорта. Большой популярностью пользуются теперь соревнования «Полевой день». Этот день укависты проводят в поле, на горах и в лесах, совмещая отдых на лоне природы с любимым спортом. Устанавливая свои маломощные станции в горах и в местностях, где почти нет помех, радиоспортсмены добиваются в этот день интересных результатов, особенно по дальним связям.

Известный Охотник за лисами. Экс-чемпион СССР Игорь Шалимов.

В последние годы у нас в СССР и в европейских странах получили широкое распространение соревнования «Охота на лис». Это соревнование, в которых «лисами» являются передатчики (КВ и УКВ), а «охотниками»— пеленгирующие их радиоспортсмены, оснащенные приемниками со специальными антеннами направленного действия.

«Лисы» (их обычно бывает три) располагаются в лесу на расстоянии 3 — 4 км друг от друга, а в 3 км от первой лисы устанавливается линия старта. Лисы поочередно дают в течение- минуты сигналы «Я лиса первая (вторая или третья)» с интервалом тоже в 1 мин.

«Охотников» выпускают каждые 5 мин, и выигрывает тот, кто обнаружит последовательно всех лис, начиная с первой, и в наиболее короткий срок.

В этих соревнованиях большое значение имеют умелая «оснастка» охотника, компактность и удобство аппаратуры для быстрого передвижения, физическая выносливость радиоспортсмена и, конечно, хорошая аппаратура и умелое с ней обращение.

С каждым годом ширится у нас сеть радиокружков в школах и УКВ радиостанций при них.

Московские «укависты» хорошо знают позывной радиостанции УАЗКЦЦ. Это позывной любительской УКВ станции радиокружка школы № 59 имени Н. В. Гоголя — пионера УКВ спорта в школах столицы.

Замечательная работа УКВ радиокружка, руководимого С. М. Алексеевым, подробно описана в книгах С, М. Алексеева «Радио в школе» и «Школьная УКВ радиостанция».

Работа кружка УКВ в школе № 59 идет по следующим направлениям:

Работа операторов по установлению связей с другими станциями. Это — спортивная работа. В задачу операторов входят установление наибольшего количества двусторонних связей и на возможно больших расстояниях, ведение аппаратного журнала. Эта работа позволяет готовить радиолюбителей-разрядников, так как за достижения в области связи на УКВ присваиваются спортивные разряды.
Работа остальных членов УКВ кружка по изучению свойств УКВ, дальности действия радиостанции и зависимости прохождения метровых волн от состояния атмосферы, наблюдение за слышимостью школьной радиостанции в разных направлениях. Это — учебная и исследовательская работа.
Конструкторская работа. Изготовление походных радиостанций, помощь отдельным членам кружка в постройке собственных радиостанций, разработка и постройка новых радиостанций кружка для работы в дргих диапазонах УКВ.
Массовая работа. Проведение экскурсий учащихся школы на радиостанцию. Обслуживание радиосвязью- школьных экскурсий и пионерских походов. Пропаганда УКВ кружка через школьный радиоузел и в стенной газете. Организация школьного радиовечера с демонстрацией аппаратуры и радиосвязи.

Хотелось бы, чтобы такие кружки УКВ, как в школе № 59 имени Н. В. Гоголя (Москва, Старо-Конюшенный пер., 18) были организованы во многих школах. Чтобы к многотысячному коллективу радиолюбителей нашей страны прибавился новый большой отряд энтузиастов УКВ работы, в эфире зазвучали новые сотни позывных коллективных школьных УКВ радиостанций и тысячи укавистов стали двигать вперед технику ультракоротких волн.