Marea Enciclopedie Sovietică - emisia și recepția undelor radio. Semnificația radiației și recepția undelor radio în Marea Enciclopedie Sovietică, BSE

Dacă Maxwell nu ar fi prezis existența undelor radio, iar Hertz nu le-ar fi descoperit în practică, realitatea noastră ar fi fost cu totul alta. Nu am putut face schimb rapid de informații folosind radiouri și telefoane mobile, nu am putut explora planete și stele îndepărtate folosind radiotelescoape sau nu am putut observa avioane, nave și alte obiecte cu ajutorul radarelor.

Cum ne ajută undele radio în acest sens?

Surse de unde radio

Sursele undelor radio din natură sunt fulgerele - descărcări electrice gigantice în atmosferă, a căror putere de curent poate ajunge la 300 de mii de amperi, iar tensiunea poate ajunge la un miliard de volți. Vedem fulgere în timpul unei furtuni. Apropo, ele apar nu numai pe Pământ. S-au detectat fulgere pe Venus, Saturn, Jupiter, Uranus și alte planete.

Aproape toate corpurile cosmice (stele, planete, asteroizi, comete etc.) sunt, de asemenea, surse naturale de unde radio.

În radiodifuziune, radar, sateliți de comunicații, comunicații fixe și mobile și diverse sisteme de navigație se folosesc unde radio obținute artificial. Sursa unor astfel de unde sunt generatoarele de înaltă frecvență de vibrații electromagnetice, a căror energie este transmisă în spațiu folosind antene de transmisie.

Proprietățile undelor radio

Undele radio sunt unde electromagnetice a căror frecvență variază de la 3 kHz la 300 GHz și lungimea de la 100 km la 1 mm, respectiv. Când se răspândesc în mediu, se supun anumitor legi. La trecerea de la un mediu la altul, se observă reflexia și refracția. Fenomenele de difracție și interferență sunt și ele inerente.

Difracția sau îndoirea are loc dacă există obstacole în calea undelor radio care sunt mai mici decât lungimea de undă a undei radio. Dacă dimensiunile lor se dovedesc a fi mai mari, atunci undele radio sunt reflectate de ele. Obstacolele pot fi de origine artificială (structuri) sau naturală (copaci, nori).

Undele radio sunt, de asemenea, reflectate de pe suprafața pământului. Mai mult decât atât, suprafața oceanului le reflectă cu aproximativ 50% mai puternic decât pământul.

Dacă obstacolul este un conductor de curent electric, atunci undele radio îi oferă o parte din energia lor și se creează un curent electric în conductor. O parte din energie este cheltuită pe curenți electrici excitanți de pe suprafața Pământului. În plus, undele radio radiază de la antenă în cercuri în direcții diferite, ca undele de la o pietricică aruncată în apă. Din acest motiv, undele radio pierd energie și se atenuează în timp. Și cu cât receptorul de unde radio este mai departe de sursă, cu atât semnalul care ajunge la el este mai slab.

Interferența sau suprapunerea face ca undele radio să se întărească sau să se slăbească reciproc.

Undele radio se deplasează în spațiu cu o viteză egală cu viteza luminii (apropo, lumina este și o undă electromagnetică).

Ca orice unde electromagnetice, undele radio sunt caracterizate prin lungime de undă și frecvență. Frecvența este legată de lungimea de undă după cum urmează:

f = c/ λ ,

Unde f – frecvența undei;

λ - lungimea de unda;

c - viteza luminii.

După cum puteți vedea, cu cât lungimea de undă este mai mare, cu atât frecvența este mai mică.

Undele radio sunt împărțite în următoarele game: ultra-lungi, lungi, medii, scurte, ultra-scurte, milimetrice și decimilimetrice.

Propagarea radio

Undele radio de lungimi diferite nu călătoresc în mod egal în spațiu.

Valuri ultra lungi(lungimi de undă de 10 km sau mai mult) se îndoaie cu ușurință în jurul obstacolelor mari din apropierea suprafeței Pământului și sunt foarte slab absorbite de acesta, astfel încât pierd mai puțină energie decât alte unde radio. În consecință, ele se estompează mult mai încet. Prin urmare, în spațiu astfel de unde se propagă pe distanțe de până la câteva mii de kilometri. Adâncimea pătrunderii lor în mediul înconjurător este foarte mare și sunt folosite pentru comunicarea cu submarinele situate la adâncimi mari, precum și pentru diverse studii de geologie, arheologie și inginerie. Capacitatea undelor ultralungi de a înconjura cu ușurință Pământul face posibilă studierea atmosferei Pământului cu ajutorul lor.

Lung, sau kilometru, valuri(de la 1 km la 10 km, frecvența 300 kHz - 30 kHz) sunt, de asemenea, supuse difracției și, prin urmare, se pot propaga pe distanțe de până la 2.000 km.

In medie, sau hectometru, valuri(de la 100 m la 1 km, frecvența 3000 kHz - 300 kHz) se îndoaie mai rău în jurul obstacolelor de pe suprafața Pământului, sunt absorbite mai puternic și, prin urmare, se atenuează mult mai repede. Se extind pe distanțe de până la 1.000 km.

Unde scurte se comportă diferit. Dacă acordăm un radio auto dintr-un oraș la o undă radio scurtă și începem să ne mișcăm, atunci pe măsură ce ne îndepărtăm de oraș, recepția semnalului radio se va înrăutăți, iar la o distanță de aproximativ 250 km se va opri complet. Cu toate acestea, după ceva timp, transmisia radio va relua. De ce se întâmplă asta?

Chestia este că undele radio cu rază scurtă de acțiune (de la 10 m la 100 m, frecvență 30 MHz - 3 MHz) de la suprafața Pământului se atenuează foarte repede. Cu toate acestea, undele care pleacă la un unghi mare față de orizont sunt reflectate din stratul superior al atmosferei - ionosferă și se întorc înapoi, lăsând în urmă sute de kilometri dintr-o „zonă moartă”. Aceste unde sunt apoi reflectate de pe suprafața pământului și din nou direcționate către ionosferă. Reflectate în mod repetat, ei sunt capabili să încerce globul de mai multe ori. Cu cât unda este mai scurtă, cu atât unghiul de reflexie din ionosferă este mai mare. Dar noaptea ionosfera își pierde reflectivitatea, astfel încât comunicarea pe unde scurte este mai proastă în întuneric.

A unde ultrascurte(lungimi de undă metru, decimetru, centimetri mai scurte de 10 m) nu pot fi reflectate din ionosferă. Răspândindu-se în linie dreaptă, o pătrund și merg mai sus. Această proprietate este folosită pentru a determina coordonatele obiectelor aeriene: avioane, stoluri de păsări, nivelul și densitatea norilor etc. Dar, de asemenea, undele ultrascurte nu se pot îndoi în jurul suprafeței pământului. Datorită faptului că se propagă în linia vizuală, sunt utilizate pentru comunicații radio la o distanță de 150 - 300 km.

În proprietățile lor, undele ultrascurte sunt apropiate de undele luminoase. Dar undele luminoase pot fi colectate într-un fascicul și direcționate către locația dorită. Așa funcționează un reflector și o lanternă. Același lucru este valabil și pentru undele ultrascurte. Acestea sunt colectate cu oglinzi speciale de antenă și un fascicul îngust este trimis în direcția dorită, ceea ce este deosebit de important, de exemplu, în comunicațiile radar sau prin satelit.

Unde milimetrice(de la 1 cm la 1 mm), cele mai scurte unde din domeniul radio, asemănătoare undelor ultrascurte. De asemenea, se răspândesc în linie dreaptă. Dar un obstacol serios pentru ei sunt precipitațiile, ceața și norii. Pe lângă radioastronomie și comunicațiile cu relee radio de mare viteză, aceștia și-au găsit aplicații în tehnologia cu microunde utilizată în medicină și în viața de zi cu zi.

Submilimetru, sau undele decimilimetrice (de la 1 mm la 0,1 mm), conform clasificării internaționale, aparțin și ele undelor radio. În condiții naturale, aproape că nu există. Ele ocupă o parte neglijabil de mică din energia spectrului solar. Ele nu ajung la suprafața Pământului, deoarece sunt absorbite de vaporii de apă și moleculele de oxigen din atmosferă. Create din surse artificiale, sunt folosite în comunicațiile spațiale, pentru a studia atmosferele Pământului și a altor planete. Gradul ridicat de siguranță al acestor unde pentru corpul uman le permite să fie utilizate în medicină pentru scanarea organelor.

Undele submilimetrice sunt numite „valuri ale viitorului”. Este foarte posibil ca acestea să le ofere oamenilor de știință oportunitatea de a studia structura moleculelor de substanțe într-un mod complet nou, iar în viitor, poate, le vor permite chiar să controleze procesele moleculare.

După cum puteți vedea, fiecare gamă de unde radio este utilizată acolo unde caracteristicile propagării sale sunt utilizate pentru a beneficia maxim.

Deținătorii brevetului RU 2598866:

Metoda de recepție a undelor radio implică transformarea radiațiilor electromagnetice în curent electric. Mai mult, pentru a crește puterea câmpului electric, la locul de recepție este plasată o antenă, în care elementele active sunt realizate dintr-o bandă metalică subțire, cu două margini, ascuțită pe ambele margini. Rezultatul tehnic este creșterea intensității câmpului electric. 4 bolnavi.

Invenţia se referă la domeniul comunicaţiilor radio şi recepţiei de televiziune.

Există o metodă cunoscută de recepție a undelor radio, în care conversia radiațiilor electromagnetice din domeniul de frecvență radio în curent electric se realizează folosind o antenă, care este un singur vibrator (vezi cartea: Miller G. Antennas. A Practical Guide). . - Sankt Petersburg: Știință și tehnologie, 2012, p. 24 -25).

Dezavantajul acestei metode de recepție a undelor radio este că o astfel de antenă nu concentrează câmpul electric în punctul de recepție a semnalului, adică nu crește intensitatea câmpului electric în imediata apropiere a vibratorului. Un alt dezavantaj al acestei metode de recepție a undelor radio este sensibilitatea scăzută reală a vibratoarelor individuale. Câștigul unor astfel de antene la recepționarea unui semnal în raport cu un emițător izotrop fluctuează în intervalul 1-3 dB.

Cea mai apropiată în esență tehnică de invenția propusă este o metodă de recepție a undelor radio, în care dispozitivul de recepție este o antenă cu două oglinzi (vezi cartea: Miller G. Antennas. Practical Guide. - St. Petersburg: Science and Technology, 2012, p. 272-276) . Antena Backfire a fost propusă în 1960 de Ehrenspeck. Există două versiuni ale acestei antene. O antenă scurtă cu două oglinzi este cea mai potrivită ca prototip. Antena are un element activ și două reflectoare plate. Antena oferă un câștig de 13 dB. Ambele reflectoare sunt realizate din plasă metalică cu ochiuri fine. Elementul activ (vibratorul) este situat la o distanță de 0,25λ de reflectoarele principale și auxiliare. Aici λ este lungimea de undă. Când antena funcționează, apare o undă staționară din cauza reflexiei de la reflectoarele principale și auxiliare. Vibratorul este instalat la antinodul unei unde staționare, unde amplitudinea semnalului este de două ori mai mare decât în ​​cazul undei electromagnetice de intrare. Astfel, prototipul asigură concentrarea câmpului electromagnetic la locul antenei datorită creării unei unde staţionare de către reflectoare. Cu toate acestea, elementul activ al antenei cu două oglinzi în sine nu crește puterea câmpului electric în zona în care se află vibratorul.

Dezavantajul prototipului este că vibratorul antenei nu concentrează câmpul electric în punctul de recepție, adică nu crește intensitatea câmpului electric în apropierea elementului activ.

Scopul metodei propuse de recepție a undelor radio este de a crește puterea câmpului electric la locul de recepție, ceea ce face posibilă creșterea gamei de recepție fiabilă a televiziunii și radioului.

Rezultatul tehnic al utilizării metodei propuse de recepție a undelor radio este creșterea gamei de recepție fiabilă a televiziunii și radioului. Acest lucru este asigurat de faptul că un câmp electric slab este amplificat prin concentrarea acestuia pe muchia ascuțită a lamei vibratorului la o valoare care să asigure funcționarea normală a antenei. Concentrația câmpului electric la locul de recepție crește puterea câmpului electric în apropierea antenei. Un receptor care implementează metoda propusă de recepție a undelor radio este capabil să primească cu încredere un semnal care nu va fi recepționat de alte receptoare situate în același punct, deoarece pentru ei semnalul la punctul de recepție nu crește și, prin urmare, va fi mai slab decât zgomotul intrinsec al antenei și prima etapă de amplificare chiar și după amplificare vor fi copleșite de zgomot mai puternic. Metoda inventiva de recepție a undelor radio a crescut sensibilitatea reală și poate fi utilizată pentru propagarea la distanță lungă a undelor radio. Odată cu propagarea pe distanțe lungi a undelor radio, multe condiții încep să influențeze nivelul semnalului: schimbările de vreme, prezența ploii sau zăpezii, furtuni magnetice, pete solare. Cerințele pentru o antenă de televiziune de interior sunt chiar mai stricte decât pentru o antenă externă. Dacă o antenă externă poate fi de orice dimensiune, atunci o antenă de interior ar trebui să fie compactă. Acest lucru nu permite utilizarea unor tipuri foarte eficiente de antene care au dimensiuni mari. La etajele inferioare ale clădirilor din zonele urbane cu mai multe etaje, semnalul este foarte slab, supus reflexiilor multiple și se modifică foarte mult (de zeci până la sute de ori) de-a lungul timpului, precum și atunci când mutați oameni, animale sau rearanjați mobilierul în camera. Intensitatea câmpului electric într-o cameră variază chiar și în zece centimetri. Atenuarea este cauzată de pereți și ferestre. Semnalul poate fi reflectat de la clădirile vecine, mașini și alte obiecte în mișcare și, prin urmare, vine la antenă nu de la centrul de televiziune, ci din altă direcție, care se schimbă constant. Semnalul va fi deosebit de slab în cazul propagării pe rază lungă a undelor radio, adică dincolo de linia vizuală. Se crede că distanța liniei de vedere nu depășește 25 km. O antenă interioară care implementează metoda propusă de recepție a undelor radio este făcută să funcționeze pe un canal de televiziune de 28 de decimetri pentru a asigura recepția televizată a semnalului digital al primului multiplex dintr-un oraș mare. Distanța de la antenă la centrul de televiziune este mai mare de 45 km. În același timp, recepția stabilă de televiziune de înaltă calitate a 10 canale TV digitale și a trei posturi de radio digitale este asigurată la etajul doi al unei clădiri din cărămidă cu nouă etaje, înconjurată de aceleași clădiri cu nouă etaje. Antena primește un semnal reflectat de peretele clădirii de vizavi. Utilizarea antenelor industriale de interior pentru a recepționa semnalul digital al primului multiplex nu a avut succes. Semnalul digital nu a fost recepționat, deoarece toate antenele de interior sunt proiectate să funcționeze într-o zonă de recepție fiabilă în raza vizuală la distanțe de până la 25 km. Utilizarea unei antene interioare pentru recepția televiziunii digitale are perspective economice bune, deoarece vă permite să refuzați serviciile unei antene colective, sisteme de televiziune prin satelit sau prin cablu. Sursele de semnal menționate sunt comerciale, iar serviciile lor devin din ce în ce mai scumpe. Prin urmare, utilizarea unei antene de interior pentru recepția la distanță lungă a televiziunii digitale oferă un efect economic bun și se amortizează rapid. Mai mult, difuzarea televiziunii digitale se dezvoltă în continuare, fiind pus în funcțiune un al doilea multiplex, care va dubla numărul de canale recepționate liber. Utilizarea metodei propuse de recepție a undelor radio face posibilă creșterea gamei de televiziune și recepție radio fiabile nu numai pentru antenele nou proiectate, ci și pentru cele aflate în funcțiune, prin înlocuirea elementelor active standard cu vibratoare tip panglică. Înlocuirea poate fi făcută pentru majoritatea tipurilor de antene: toate tipurile de emițători simple și de grup, antene cu canale de undă, antene buclă și active. O astfel de înlocuire este rentabilă, deoarece costul vibratorului este mult mai mic decât costul întregii antene. Este mai corect să înlocuiți un singur vibrator în antenă decât să înlocuiți complet antena veche cu o antenă nouă mai eficientă și, în consecință, mai complexă și mai scumpă. Toate tipurile cunoscute de vibratoare și elemente pasive ale antenelor de recepție pot fi realizate dintr-o bandă metalică subțire, cu două tăișuri, ascuțită pe ambele părți. Un alt rezultat al aplicării metodei propuse de recepție a undelor radio este posibilitatea reducerii puterii emițătorilor la același interval de recepție fiabilă.

Rezultatul tehnic revendicat al metodei de recepție a undelor radio prin conversia radiației electromagnetice în curent electric este obținut prin plasarea unei antene în locul de recepție în care elementele active sunt realizate dintr-o bandă metalică subțire, cu două margini, ascuțită pe ambele margini, pentru a crește puterea câmpului electric.

Metoda propusă de recepție a undelor radio este ilustrată în desene:

smochin. 1 - concentrarea câmpului electric în zona muchiei ascuțite a lamei;

smochin. 2 - schema unui vibrator curea pe un cadru de sârmă;

smochin. 3 - desen schematic al antenei;

smochin. 4 - diagrama unui vibrator cu bandă într-o antenă experimentală.

Principiul fizic de funcționare al metodei de recepție a undelor radio

Pentru a crește puterea câmpului electric, la locul de recepție este plasată o antenă, în care elementul activ este realizat dintr-o bandă metalică cu două muchii foarte subțire (nu mai mult de 0,05 mm), ascuțită pe ambele margini. Banda trebuie ascuțită pe ambele părți, iar ascuțirea lamei după ascuțire nu trebuie să depășească 1-2 microni. Marginea ascuțită a vibratorului cu bandă este instalată perpendicular pe direcția de propagare a undei. La marginea ascuțită a vibratorului cu bandă, are loc o creștere bruscă a intensității câmpului electric, așa cum se arată în Fig. 1. O valoare mare a intensității câmpului electric la locul vibratorului duce la o creștere a tensiunii la ieșirea vibratorului. Tensiunea la ieșirea unei antene cu un vibrator din bandă metalică subțire cu două margini este semnificativ mai mare decât tensiunea la ieșirea unui vibrator similar din sârmă, tuburi sau alte materiale. Tensiunea la ieșirea unui vibrator format dintr-o bandă metalică cu două tăișuri, foarte subțire, ascuțită pe ambele margini, crește datorită unui efect fizic binecunoscut: o creștere bruscă a intensității câmpului electric în apropierea proeminențelor foarte ascuțite (vezi cartea: Frish S.E., Timoreva A.V. Fizică generală: În 3 vol. 2. Fenomene electrice şi electromagnetice - Editura Lan, 2007. Lama concentrează câmpul electric pe muchii ascuțite, crescând câmpul în apropierea antenei și tensiunea la ieșirea antenei. Acest efect este utilizat pe scară largă, de exemplu, în proiectarea sistemelor de protecție a instalațiilor industriale împotriva loviturilor de trăsnet, atunci când catargele înalte cu știfturi ascuțite la capăt, plasate în imediata apropiere a obiectelor protejate, îndoaie câmpul electric, crescând câmpul electric. puterea în zona în care se află. În acest caz, intensitatea câmpului electric deasupra obiectelor protejate este redusă la o valoare sigură. În Evul Mediu, efectul unei creșteri accentuate a intensității câmpului electric în vecinătatea obiectelor cu margini ascuțite a fost adesea observat în vârful catargelor navei sub forma unei străluciri, care a fost numită luminile Sfântului Elmo (vezi carte: Frish S.E., Curs de Fizică Generală : În 3 vol. 2. Fenomene electrice şi electromagnetice - Editura Lan, 2007. În prezent, pentru a reduce scânteile pe marginile ascuțite, ei încearcă, de asemenea, să realizeze elemente din dispozitive puternice de antenă de transmisie radio, fără proeminențe ascuțite. Cu toate acestea, toate aceste exemple și argumente au vizat câmpul electric static. Va exista un astfel de efect pentru câmpul electromagnetic? Răspunsul este dat de sistemul de ecuații al lui Maxwell, care descrie întreaga varietate de interacțiuni ale câmpului electromagnetic cu materia și condițiile de propagare a câmpului electromagnetic în materie. Relația dintre componenta electrică a câmpului electromagnetic și densitatea de sarcină volumetrică în mediul de propagare este descrisă de una dintre ecuațiile lui Maxwell, care se numește ecuația de divergență:

Adesea, ecuația (1) se scrie după cum urmează:

Din ecuația (2) rezultă că suma derivatelor parțiale ale câmpului electric de-a lungul axelor de coordonate este egală cu 4πρ. Când nu există sarcini externe sau induse, atunci ρ=0. Sarcinile induse apar din cauza influenței câmpului electromagnetic asupra vibratorului antenei. Curentul alternativ de înaltă frecvență trece prin antenă. Datorită efectului pielii, curenții cauzați de influența unui câmp electromagnetic asupra unui vibrator metalic curg de-a lungul suprafeței conductorului. Curentul care trece prin vibrator este cauzat de mișcarea sarcinilor. Aceste sarcini se numesc sarcini induse. Distribuția sarcinilor pe suprafața antenei este neuniformă și este determinată, în primul rând, de dimensiunea vibratorului. În plus, densitatea sarcinilor induse depinde de grosimea benzii vibratoare. Cu cât banda este mai subțire, cu atât densitatea sarcinilor induse este mai mare. Sarcina datorată influenței câmpului electromagnetic va fi distribuită într-un volum mai mic, ceea ce crește densitatea de sarcină volumetrică ρ. O creștere deosebit de semnificativă a densității de volum a sarcinii induse va fi observată la marginea ascuțită a unei benzi subțiri. Ecuația (2) arată că câmpul electric depinde de prezența sarcinilor externe induse sau introduse. Când apare o densitate de sarcină volumetrică (ρ>0), derivatele direcționale ale câmpului electric se vor modifica. Derivata parțială a intensității câmpului electric în raport cu direcția arată cum se modifică câmpul electric în acea direcție. Dacă derivata parțială într-o direcție dată este pozitivă, atunci intensitatea câmpului electric în această direcție crește, iar dacă este negativă, atunci câmpul electric în această direcție scade. Dacă partea dreaptă a ecuației (2) crește și devine mai mare decât zero, atunci ar trebui să crească și una sau mai multe derivate parțiale ale intensității câmpului electric. Cu alte cuvinte, pe măsură ce densitatea de încărcare a spațiului crește, intensitatea câmpului electric în unele direcții va crește și ea. Câmpul electric neperturbat departe de sarcina spațială va avea o intensitate mai mică decât în ​​vecinătatea sarcinii spațiale. Rezolvarea ecuației (1) este posibilă pentru cazuri specifice prin ecuația Poisson. Cu toate acestea, chiar și o examinare calitativă a ecuației (2) confirmă prezența efectului unei creșteri a intensității câmpului electric la marginea ascuțită a vibratorului cu bandă. Densitatea de sarcină spațială la marginea ascuțită a conductorului crește brusc. Densitatea de sarcină volumetrică va crește spre muchia ascuțită. În consecință, în direcția celui mai mare gradient al densității de sarcină în volum, se va observa cea mai accentuată creștere a intensității câmpului electric. Cea mai mare valoare a intensității câmpului electric va apărea în imediata apropiere a muchiei ascuțite. În Fig. 2. Pentru a crește rezistența mecanică, banda poate fi sudată la puncte pe un cadru de sârmă sau tubular. Să luăm în considerare mai detaliat la ce duce fenomenul de concentrare a câmpului electric pe muchia ascuțită a unui vibrator cu bandă. În teoria recepției televiziunii și radioului, există conceptul de sensibilitate reală a receptorului. Caracterizează capacitatea receptorului de a primi semnale slabe în condiții de zgomot și interferențe externe. Sensibilitatea reală a receptorului este egală cu emf-ul semnalului din antenă, la care tensiunea semnalului la ieșirea receptorului depășește tensiunea de interferență atât de mult încât este asigurată reproducerea de înaltă calitate a semnalului. Interferența externă și zgomotul intrinsec interferează cu semnalul primit și reduc sensibilitatea reală a receptorului. Prin urmare, sensibilitatea este de obicei caracterizată de cel mai scăzut nivel al semnalului de intrare care oferă un raport semnal-zgomot dat la ieșirea amplificatorului. În radiodifuziunea, se acceptă că nivelul semnalului de intrare trebuie să depășească nivelul de zgomot cu 20 dB (de 10 ori), iar în domeniul VHF cu 26 dB (de 20 de ori). Sensibilitatea reală a receptoarelor radio de top în benzile DV, SV și HF este de 50 µV, iar pentru clasele inferioare 200-300 µV. Dacă recepția este efectuată folosind o antenă magnetică internă, atunci sensibilitatea receptorului ar trebui să fie între 1-3 mV/m. Sensibilitatea receptoarelor de difuzare din clasa de mijloc din gama VHF este de 10-30 µV, iar pentru receptoarele de transmisie high-end este de 5 µV. Receptoarele moderne de televiziune au o sensibilitate reală de aproximativ 40 µV. Receptoarele moderne de comunicații mobile au sensibilitate la nivelul de zecimi de microvolt. Amestecul aditiv de „semnal plus zgomot” de la ieșirea antenei merge la prima etapă de amplificare a receptorului de televiziune. Datorită neliniarității amplificatorului, rezultatul amplificării va fi diferit în funcție de raportul dintre semnal și zgomot. Două cazuri sunt importante: S/N>1 și S/N<1. В СВЧ-диапазоне в качестве помехи выступают собственные шумы антенны и первого каскада усиления. Если эффективное значение входного сигнала больше эффективного значения напряжения собственных шумов антенны и первого каскада усиления, то после усилителя отношение сигнал/шум еще более возрастет. Сильный сигнал усиливается в большей степени, чем слабая помеха. Поэтому сильный сигнал подавляет слабую помеху. Качество изображения и звукового сопровождения не будет ухудшаться из-за шумов и помех. Если уровень сигнала настолько мал, что его эффективное значение меньше эффективного значения напряжения собственных шумов антенны и первого каскада усиления, то на выходе усилителя слабый сигнал будет еще более подавлен мощным шумом. Усилитель усиливает и сигнал, и шум. Но мощный шум из-за нелинейности усилителя возрастет в значительно большей степени, чем слабый входной сигнал и отношение сигнал/шум на выходе усилителя еще более упадет. В результате сигнал будет настолько искажен шумами, что телевизионный приемник не сможет воспроизвести изображение и звук телеканала, хотя уровень сигнала на выходе усилителя будет находиться в требуемых пределах. Неважно, каким коэффициентом усиления обладает антенна, но если эффективное значение входного сигнала будет меньше уровня собственных шумов антенны и первого каскада усиления, то сигнал будет настолько искажен усилителем, что приемник не сможет его воспроизвести. Повышать отношение сигнал/шум можно двумя способами. Чаше всего стараются уменьшить собственные шумы антенны и первого каскада. В первых каскадах усиления применяют высокочастотные малошумящие диоды, транзисторы и микросхемы. Для уменьшения тепловых шумов первого каскада усиления в системах космической и тропосферной связи усилитель охлаждают почти до абсолютного нуля в криостате с жидким гелием. Очевидно, что такой метод уменьшения собственных шумов можно применять не везде и не всегда. Второй способ увеличения отношения сигнал/шум на входе системы заключается в увеличении уровня входного сигнала в точке приема. Например, в прототипе для увеличения напряженности электрического поля в точке приема используют явление интерференции между прямой и отраженной (от экрана) электромагнитной волной. При интерференции прямой и отраженной волн образуется стоячая волна, амплитуда которой зависит не только от времени, но и от координаты точки наблюдения. Так в узлах уровень сигнала равен нулю, а в пучностях напряженность электрического поля в два раза превышает напряженность электрического поля в прямой и обратной волне. Если вибратор поместить в пучность стоячей волны, то напряжение на выходе антенны удвоится. Однако для увеличения напряженности электрического поля в точке приема можно использовать и другие физические законы. Так в заявляемом способе приема радиоволн задачу увеличения уровня сигнала на входе антенны решают за счет концентрации напряженности электрического поля на острой кромке антенного вибратора. При этом собственные шумы антенны и первого каскада усиления не возрастают, следовательно, отношение сигнал/помеха увеличивается. Это означает, что заявляемый способ приема радиоволн способен работать с более низкой напряженностью электрического поля, при которой другие антенны даже с более высоким коэффициентом усиления не будут нормально функционировать, поскольку в них собственные шумы и внешние помехи будет подавлять слабый полезный сигнал и принимаемая информация будет искажена. Применение заявляемого способа приема радиоволн позволяет также уменьшить мощность передающего устройства при заданной дальности связи. Замена вибраторов в существующих и уже установленных антеннах позволит резко улучшить качество приема и повысить дальность уверенного приема сигнала. Во многих случаях вместо внешних антенн можно применять малогабаритные комнатные антенны с ленточными вибраторами. Это особенно важно при переходе на цифровой формат вещания.

Un dispozitiv care implementează metoda propusă de recepție a undelor radio este prezentat în Fig. 3. Antena este un vibrator situat în spatele unui reflector plat. Reflectorul conține trei panouri din folie de fibră de sticlă. Panoul reflector principal este instalat paralel cu planul vibratorului, iar celelalte două sunt situate deasupra și dedesubt față de panoul reflector principal la un unghi față de acesta. Reflectorul și vibratorul sunt amplasate pe șasiu. Elementul activ al antenei este un vibrator buclă cu semi-undă de sârmă pe care sunt plasate plăci cu margini foarte ascuțite. Lamele de ras de siguranță cu două tăișuri sunt folosite ca astfel de plăci. Lamele sunt montate pe un cadru de sârmă pe toată lungimea vibratorului. Planul lamei este perpendicular pe planul vibratorului (Fig. 4). Un vibrator buclă cu jumătate de undă are o rezistență de 300 ohmi la frecvența de rezonanță, așa că a fost folosit un cot în U cu jumătate de undă pentru a-l potrivi cu un cablu coaxial cu o rezistență de 75 ohmi. Acest tip de potrivire este bun pentru că echilibrează și antena. Pentru a crește semnalul de intrare, vibratorul este instalat la antinodul unei unde electromagnetice staționare, la distanță de reflector. Aici λ este lungimea de undă la care este reglat vibratorul. La antinodul unei unde staţionare, amplitudinea semnalului se dublează. Două fenomene fizice sunt utilizate pentru a crește semnalul de intrare. În primul rând, se utilizează fenomenul de creștere a câmpului electromagnetic la marginea ascuțită a unui vibrator subțire de panglică, ascuțit pe ambele părți. Al doilea fenomen fizic care crește nivelul semnalului în antenă este utilizarea undelor staționare (vezi cartea O.S. Litvinov, B.S. Gorelik. Unde electromagnetice și optică. Manual. - M.: Editura Universității Tehnice de Stat din Moscova numită după N.E. Bauman , 2006, p. 155-156). Unda electromagnetică inversă care se întoarce de la reflector interferează cu unda directă. Ca urmare a interferenței, se formează o undă staționară, unde amplitudinea semnalului se modifică în funcție de coordonatele punctului de măsurare. În special, la antinodurile unei unde staţionare, amplitudinea semnalului se dublează. Dacă elementul activ al antenei, de exemplu un vibrator buclă cu jumătate de undă, este plasat la antinodul unei unde staționare, atunci intensitatea câmpului electromagnetic în acest punct va fi de 2 ori mai mare decât valoarea amplitudinii câmpului în direct. val (vezi cartea: Landsberg G.S. Optics. M.: Fizmatlit , 2003), care dublează semnalul la ieșirea antenei. Reflectoarele superioare și inferioare provoacă, de asemenea, fenomenul de interferență a undelor directe și reflectate, crescând și mai mult tensiunea semnalului în antenă. Într-o undă staționară, undele directe și reflectate trebuie să aibă aceleași valori de amplitudine. Pentru a face acest lucru, reflectanța ecranului trebuie să fie egală cu unitatea. Fibra de sticlă din folie de cupru utilizată pentru reflectorul din antena care implementează metoda inventiva de recepție a undelor radio are un coeficient de reflexie de 0,65. Pentru a crește coeficientul de reflexie, suprafața laminatului foliat din fibră de sticlă a fost argintită. Coeficientul de reflexie al argintului este de 0,95, ceea ce a crescut semnalul la ieșirea antenei cu 3 dB. Placarea cu argint este foarte des folosită la fabricarea ghidurilor de undă cu microunde și a rezonatoarelor cu microunde, deoarece reduce pierderile în calea ghidului de undă și crește factorul de calitate al rezonatoarelor. Ca urmare a măsurilor luate se produce: o creștere a amplitudinii semnalului în antenă datorită plasării vibratorului la antinodul undei staţionare; creșterea tensiunii semnalului util în antenă datorită concentrării intensității câmpului electric pe muchia ascuțită a lamei vibratorului cu semi-undă în buclă; o creștere a tensiunii din cauza fenomenelor de rezonanță în vibratorul reglat la o frecvență de 530 MHz; creşterea amplitudinii unei unde staţionare datorită argintării reflectorului. Rezultatele experimentului au arătat că semnalul la ieșirea unei antene cu un vibrator cu bandă, care implementează metoda propusă de recepție a undelor radio, este de trei ori (10 dB) mai mare decât semnalul la ieșirea unui fir cu jumătate de undă. vibrator, de asemenea, reglat la o frecvență de 530 MHz. Măsurătorile au fost efectuate folosind un milivoltmetru cu microunde de înaltă frecvență V3-36 și un generator de microunde G4-129. Rezultatul obținut ne permite să afirmăm avantajul incontestabil al unei antene cu vibrator realizat dintr-o bandă metalică subțire cu două tăișuri. O astfel de antenă are o sensibilitate reală de trei ori mai mare.

Cred că toată lumea a întors selectorul radioului, comutând între „VHF”, „LW”, „SV” și au auzit șuierate din difuzoare.
Dar în afară de descifrarea abrevierilor, nu toată lumea înțelege ce se ascunde în spatele acestor litere.
Să aruncăm o privire mai atentă asupra teoriei undelor radio.

Unda radio

Lungimea de undă (λ) este distanța dintre crestele undelor adiacente.
Amplitudine(e) - abatere maximă de la valoarea medie în timpul mișcării oscilatorii.
Perioada(T) - timpul unei mișcări oscilatorii complete
Frecvența (v) - numărul de cicluri complete pe secundă

Există o formulă care vă permite să determinați lungimea de undă după frecvență:

Unde: lungimea de undă (m) este egală cu raportul dintre viteza luminii (km/h) și frecvența (kHz)

„VHF”, „DV”, „SV”

Valuri ultra lungi- v = 3-30 kHz (λ = 10-100 km).
Au capacitatea de a pătrunde adânc în coloana de apă până la 20 m și, prin urmare, sunt utilizate pentru comunicarea cu submarinele, iar barca nu trebuie să plutească la această adâncime, este suficient să arunce geamandura radio la acest nivel; .
Aceste unde se pot răspândi în jurul pământului, distanța dintre suprafața pământului și ionosferă reprezintă pentru ele un „ghid de undă” de-a lungul căruia se propagă nestingherite.

Valuri lungi(LW) v = 150-450 kHz (λ = 2000-670 m).


Acest tip de undă radio are capacitatea de a se îndoi în jurul obstacolelor și este folosit pentru comunicare pe distanțe lungi. De asemenea, are o putere de penetrare slabă, așa că, dacă nu aveți o antenă de la distanță, este puțin probabil să puteți prelua orice post de radio.

Valuri medii(SV) v = 500-1600 kHz (λ = 600-190 m).


Aceste unde radio sunt bine reflectate din ionosferă, situată la o distanță de 100-450 km deasupra suprafeței pământului. Particularitatea acestor unde este că în timpul zilei sunt absorbite de ionosferă și nu are loc efectul de reflexie. Acest efect este folosit practic pentru comunicare, de obicei peste câteva sute de kilometri noaptea.

Unde scurte(HF) v= 3-30 MHz (λ = 100-10 m).

La fel ca undele medii, ele sunt bine reflectate din ionosferă, dar spre deosebire de acestea, indiferent de ora din zi. Ele se pot propaga pe distanțe lungi (câteva mii de km) datorită reflecțiilor din ionosferă și o astfel de propagare se numește hop; Pentru aceasta nu sunt necesare transmițătoare de mare putere.

Unde ultrascurte(VHF) v = 30 MHz - 300 MHz (λ = 10-1 m).


Aceste valuri se pot îndoi în jurul obstacolelor de câțiva metri și au, de asemenea, o putere de penetrare bună. Datorită acestor proprietăți, această gamă este utilizată pe scară largă pentru emisiunile radio. Dezavantajul este atenuarea relativ rapidă a acestora la întâlnirea cu obstacole.
Există o formulă care vă permite să calculați raza de comunicare în domeniul VHF:

Deci, de exemplu, atunci când difuzați de la turnul de televiziune Ostankino de 500 m înălțime la o antenă de recepție de 10 m înălțime, raza de comunicare, supusă vizibilității directe, va fi de aproximativ 100 km.

Frecvențe înalte (gama HF-cm) v = 300 MHz - 3 GHz (λ = 1-0,1 m).
Nu se îndoaie în jurul obstacolelor și au o bună capacitate de penetrare. Folosit în rețelele celulare și rețelele wi-fi.
O altă caracteristică interesantă a valurilor din acest interval este că moleculele de apă sunt capabile să absoarbă energia lor cât mai mult posibil și să o transforme în căldură. Acest efect este utilizat în cuptoarele cu microunde.
După cum puteți vedea, echipamentele wi-fi și cuptoarele cu microunde funcționează în aceeași gamă și pot afecta apa, așa că nu merită să dormi mult timp cu un router wi-fi.

Frecvențe extrem de înalte (undă milimetrică EHF) v = 3 GHz - 30 GHz (λ = 0,1-0,01 m).
Ele sunt reflectate de aproape toate obstacolele și pătrund liber în ionosferă. Datorită proprietăților lor sunt utilizate în comunicațiile spațiale.

AM - FM

Adesea, dispozitivele de recepție au poziții ale comutatorului am-fm, ce este aceasta:

A.M.- modulație de amplitudine

Aceasta este o modificare a amplitudinii frecvenței purtătoare sub influența unei vibrații de codare, de exemplu, o voce de la un microfon.
AM este primul tip de modulație inventat de om. Printre dezavantaje, ca orice tip analog de modulație, are imunitate scăzută la zgomot.

FM- modulația de frecvență


Aceasta este o modificare a frecvenței purtătoarei sub influența unei oscilații de codare.
Deși acesta este, de asemenea, un tip de modulație analogică, are imunitate la zgomot mai mare decât AM și, prin urmare, este utilizat pe scară largă în sunetul transmisiunilor TV și al transmisiilor VHF.

De fapt, tipurile de modulație descrise au subspecii, dar descrierea lor nu este inclusă în materialul acestui articol.

Mai mulți termeni

Interferență- ca urmare a reflexiilor undelor de la diverse obstacole, undele se adună. În cazul adunării în faze identice, amplitudinea undei inițiale poate crește în cazul adunării în faze opuse, amplitudinea poate scădea până la zero;
Acest fenomen este cel mai evident la recepționarea semnalelor VHF FM și TV.


Prin urmare, de exemplu, în interior, calitatea recepției pe o antenă TV interioară variază foarte mult.

Difracţie- un fenomen care apare atunci când o undă radio întâlnește obstacole, în urma cărora unda poate schimba amplitudinea, faza și direcția.
Acest fenomen explică conexiunea pe HF și SW prin ionosferă, când unda este reflectată de diverse neomogenități și particule încărcate și, prin urmare, schimbă direcția de propagare.
Același fenomen explică capacitatea undelor radio de a se propaga fără vizibilitate directă, îndoindu-se în jurul suprafeței pământului. Pentru a face acest lucru, lungimea de undă trebuie să fie proporțională cu obstacolul.

PS:

Sper că informațiile pe care le-am descris vor fi utile și vor aduce o oarecare înțelegere asupra acestui subiect.

Recepția se realizează folosind antene de transmisie și recepție. Emisia de unde radio. Sursa oscilațiilor electrice primare pot fi curenții alternativi care circulă prin conductori, câmpuri alternative etc. Curenții alternativi de frecvență relativ joasă (de exemplu, frecvența industrială 50 Hz) sunt nepotriviți pentru radiație: la aceste frecvențe este imposibil să se creeze o emițător eficient. Într-adevăr, dacă apar oscilații electrice, de exemplu, într-o bobină de inductanță, ale cărei dimensiuni sunt mici în comparație cu lungimea de undă l corespunzătoare frecvenței de oscilație a curentului care curge în bobină, pentru fiecare secțiune cu o direcție a curentului, pt. exemplu A (Fig. 1), mai există o secțiune îndepărtată din A la o distanță mai mică de l/2, în care în același moment de timp sensul curentului este opus. La distanțe mari de bobină, undele emise de elementele A și B se slăbesc reciproc. Deoarece bobina constă din astfel de perechi de elemente antifază, aceasta și, prin urmare, întreaga bobină, radiază slab. Un circuit oscilator care conține un inductor și un condensator, de asemenea, radiază slab. În fiecare moment de timp, sarcinile de pe plăcile condensatorului sunt egale ca mărime, semn opus și sunt separate una de cealaltă la o distanță semnificativ mai mică de l/2. Din cele de mai sus rezultă că pentru radiația eficientă a undelor radio este necesar un circuit deschis (deschis), în care fie nu există secțiuni cu oscilații antifază de curent sau de sarcină, fie distanța dintre ele nu este mică în comparație cu l/2 . Dacă dimensiunile circuitului sunt astfel încât timpul de propagare a modificărilor câmpului electromagnetic în acesta este comparabil cu perioada de oscilații a curentului sau a sarcinii (viteza de propagare a perturbațiilor este finită), atunci condițiile de cvasi- starea staționară nu sunt satisfăcute (vezi Procesul cvasistaționar) și o parte din sursa de energie se pierde sub formă de unde electromagnetice. În scopuri practice, se folosesc de obicei unde electromagnetice cu undă l (Fig. 2). În segmentele A și B, sub influența câmpului electric al undei, are loc o mișcare a sarcinilor, adică. curent alternativ. În fiecare moment de timp, sarcinile din punctele O și O" sunt egale ca mărime și opuse ca semn, adică segmentele A și B formează un dipol electric, care determină configurația câmpului electric creat de acesta. Pe de altă parte, curenţii din segmentele A şi B coincid în direcţie, prin urmare, liniile de câmp magnetic, ca şi în cazul unui curent în linie dreaptă, sunt cercuri (Fig. 3 Astfel, în spaţiul care înconjoară dipolul, apare un câmp electromagnetic). în care câmpurile E şi H sunt perpendiculare între ele. Câmpul electromagnetic se propagă în spațiu, îndepărtându-se de dipol (Fig. 4). Undele emise de dipol au o anumită polarizare. Vectorul de intensitate a câmpului electric E al undei în punctul de observație O (Fig. 3) se află în planul care trece prin dipol și vectorul rază r trasat de la centrul dipolului la punctul de observație. Vectorul câmp magnetic H este perpendicular pe acest plan. Un câmp electromagnetic alternativ apare în întreg spațiul din jurul dipolului și se răspândește din dipol în toate direcțiile. Dipolul emite o undă sferică, care la o distanță mare de dipol poate fi considerată plată (local plată). Cu toate acestea, amplitudinile intensităților câmpului electric și magnetic creat de dipol și, prin urmare, energia emisă, sunt diferite în direcții diferite. Ele sunt maxime în direcții perpendiculare pe dipol și scad treptat până la zero de-a lungul axei dipolului. În această direcție, dipolul practic nu radiază. Distribuția puterii radiate în diferite direcții este caracterizată de un model de radiație. Modelul de radiație spațială al dipolului are forma unui toroid (Fig. 5). Puterea totală emisă de un dipol depinde de puterea furnizată și de relația dintre lungimea lui l și lungimea de undă l. Pentru ca un dipol să radieze o fracțiune semnificativă din puterea furnizată acestuia, lungimea sa nu ar trebui să fie mică în comparație cu l/2. Legat de aceasta este dificultatea de a emite unde foarte lungi. Dacă l este selectat corect și pierderile de energie pentru încălzirea conductoarelor dipol și a liniei sunt mici, atunci ponderea predominantă a sursei de putere este cheltuită pe radiație. Astfel, dipolul este un consumator de energie sursă,

similar cu o rezistență activă conectată la capătul liniei care consumă puterea furnizată. În acest sens, dipolul are o rezistență la radiații Ri egală cu rezistența activă în care s-ar consuma aceeași putere. Dipolul descris mai sus este cea mai simplă antenă de transmisie și se numește vibrator simetric. Este prima dată când folosesc un astfel de vibrator. Hertz (1888) în experimente care au descoperit existența undelor radio. Oscilațiile electrice într-un dipol Hertz (vezi vibratorul Hertz) au fost excitate folosind o descărcare de scânteie - singura sursă de oscilații electrice cunoscută la acel moment. Alături de un vibrator simetric, se folosește un vibrator asimetric (Fig. 6) (pentru unde mai lungi), excitat la bază și emitând uniform în plan orizontal. Alături de antenele de sârmă (vibratoare de sârmă), există și alte tipuri de emițători de unde radio. Antenele magnetice sunt utilizate pe scară largă. Este o tijă din material magnetic cu permeabilitate magnetică mare m, pe care este înfășurată o bobină de sârmă subțire. Liniile de câmp magnetic ale antenei magnetice repetă modelul liniilor de câmp electric ale dipolului de sârmă (Fig. 7, b), care se datorează principiului dualității. Dacă o fantă este tăiată în pereții unui ghid de undă radio sau ai rezonatorului cu cavitate, unde curg curenți de suprafață alternanți de frecvențe ultraînalte, astfel încât să intersecteze direcția curentului, atunci distribuția curenților este brusc distorsionată, ecranarea este întreruptă și energia electromagnetică este radiată spre exterior. Distribuția câmpului unui emițător slot este similară cu distribuția câmpului unei antene magnetice. Prin urmare, emițătorul slot se numește dipol magnetic (Fig. 7, c, d; vezi și Antena slot). Modelul de radiație al emițătorilor magnetici și slot, precum și al dipolului electric, este un toroid. Mai multă radiație direcțională este creată de antene formate din mai multe emițători de sârmă sau slot. Acesta este rezultatul interferenței undelor radio emise de emițători individuali. Dacă curenții care le alimentează au aceeași amplitudine și fază (excitație uniformă în fază), atunci la o distanță suficient de mare pe direcția perpendiculară pe suprafața radiantă, undele de la emițători individuali au aceleași faze și dau radiație maximă. Câmpul creat în alte direcții este mult mai slab. O oarecare creștere a intensității câmpului are loc în acele direcții în care diferența de fază a undelor care provin de la emițătorii cei mai exteriori este egală cu (n + 1) p/2, unde n este un număr întreg. În acest caz, secțiunea transversală plană a modelului de radiație conține un număr de lobi (Fig. 8), dintre care cel mai mare se numește lob principal și corespunde radiației maxime, restul se numește lobi laterali. Tehnologia modernă a antenei utilizează rețele de antene care conțin până la 1000 de emițători. Suprafața pe care sunt amplasate se numește deschidere (deschidere) antenei și poate avea orice formă. Prin setarea diferitelor distribuții de amplitudini și faze ale curenților pe deschidere, se poate obține orice formă a modelului de radiație. Excitarea în modul comun a emițătorilor care formează o matrice plată face posibilă obținerea unei directivitati foarte ridicate a radiației, iar modificarea distribuției curentului de-a lungul deschiderii face posibilă schimbarea formei modelului de directivitate. Pentru a crește directivitatea radiației, care se caracterizează prin lățimea lobului principal, este necesară creșterea dimensiunii antenei. Relația dintre lățimea lobului principal q, cea mai mare dimensiune a deschiderii L și lungimea de undă emisă l este determinată de formulele: pentru excitația în fază și dacă emițătorii sunt localizați de-a lungul unei anumite axe, iar defazarea lor este selectat astfel încât radiația maximă să fie direcționată de-a lungul acestei axe (Fig. 9) . C sunt constante, în funcție de distribuția amplitudinii curentului pe deschidere. Dacă ghidul de undă radio se extinde treptat spre capătul deschis sub formă de pâlnie sau corn (Fig. 10), atunci unda din ghidul de undă este convertită treptat într-o undă caracteristică spațiului liber. O astfel de antenă cu corn produce radiații direcționale. Directivitatea foarte mare a radiației (până la fracții de grad la decimetru și unde mai scurte) se realizează folosind antene de oglindă și lentile. În ele, datorită proceselor de reflexie și refracție, frontul de undă sferic emis de un dipol electric sau magnetic sau de un emițător de corn este transformat într-unul plat. Cu toate acestea, din cauza difracției undelor, în acest caz modelul are, de asemenea, un lobi principal și lateral. Antena reflector este o oglindă metalică 1, adesea sub forma unei părți a unui paraboloid de rotație sau a unui cilindru parabolic, în centrul căruia se află emițătorul primar (Fig. 11). Lentilele pentru unde radio sunt grile tridimensionale de bile metalice, tije etc. (dielectrici artificiali) sau un set de ghiduri de undă dreptunghiulare. Recepția undelor radio. Fiecare antenă de transmisie poate servi ca antenă de recepție. Dacă un dipol electric este afectat de o undă care se propagă în spațiu, atunci câmpul său electric excită oscilații de curent în dipol, care sunt apoi amplificate, convertite în frecvență și afectează dispozitivele de ieșire. Se poate demonstra că modelele de radiație ale dipolului în modurile de recepție și de transmisie sunt aceleași, adică că dipolul primește mai bine în acele direcții în care radiază mai bine. Aceasta este o proprietate comună a tuturor antenelor, care rezultă din principiul reciprocității: dacă plasați două antene - care transmit A și recepționează B - la începutul și la sfârșitul liniei de comunicație radio, atunci antena de alimentare a generatorului A, a trecut la antena de recepție. B, creează în dispozitivul de recepție, comutat în antena A, același curent pe care, fiind inclus în antena A, îl creează în receptorul inclus în antena B. Principiul reciprocității face posibilă determinarea caracteristicilor sale de antenă de recepție pe bază de asupra proprietăților antenei de transmisie. Energia pe care o extrage un dipol dintr-o undă electromagnetică depinde de relația dintre lungimea sa l, lungimea de undă l și unghiul y dintre direcția v de sosire a undei și dipol. Unghiul j dintre direcția vectorului undei electrice și dipol este de asemenea semnificativ (Fig. 12). Cele mai bune condiții de recepție sunt la j = 0. La j = p/2, curentul electric din dipol nu este excitat, adică nu există recepție. Dacă este 0, această energie este asociată cu polarizarea undei de intrare. Din cele de mai sus rezultă că în cazul dipolilor emițător și receptor, pentru cele mai bune condiții de recepție este necesar ca ambii dipoli să se afle în același plan și ca dipolul receptor să fie perpendicular pe direcția de propagare a undei. În acest caz, dipolul receptor extrage din unda de intrare atâta energie cât această undă poartă cu ea, trecând printr-o secțiune transversală în formă de pătrat cu latura egală cu zgomotul antenei. Antena de recepție este întotdeauna în condiții în care, pe lângă semnalul util, este afectată de zgomot. Aerul și suprafața Pământului de lângă antenă, absorbind energie, în conformitate cu legea Rayleigh-Jeans a radiației, creează radiații electromagnetice. Zgomotul apare și din cauza pierderilor Joule în conductorii și dielectricii dispozitivelor de alimentare. Tot zgomotul de origine externă este descris de așa-numitul zgomot, sau antenă, temperatură TA. Puterea Psh a zgomotului extern la intrarea antenei în banda de frecvență Dn a receptorului este egală cu: Psh =k TA Dn (k - constanta Boltzmann). La frecvențe sub 30 MHz, zgomotul atmosferic joacă un rol predominant. În regiunea undelor centimetrice, contribuția decisivă o are radiația de la suprafața Pământului, care pătrunde în antenă de obicei datorită lobilor laterali ai modelului său de radiație. Prin urmare, pentru antenele slab direcționale, temperatura antenei datorată Pământului este ridicată; poate ajunge la 140-250; pentru antenele foarte direcționale este de obicei 50-80 K, iar cu măsuri speciale poate fi redus la 15-20 K. Pentru tipuri specifice de antene, caracteristicile și aplicațiile acestora, a se vedea art. Antenă. Lit.: Khaikin. E., Unde electromagnetice, ed. a II-a, . - L., 1964; Goldstein. D., Zernov. V., Câmpuri și unde electromagnetice, M., 1956; Ramo S., Winnery J., Câmpuri și valuri în ingineria radio modernă, trad. din engleză, ed. a II-a, M. - L., 1950. Editat de L. Bahrazha.

X

X

Emisia de unde radio este procesul de excitare a undelor electromagnetice care se deplasează din domeniul radio în spațiul din jurul sursei de curent sau oscilații de sarcină. În acest caz, energia sursei este convertită în energia undelor electromagnetice care se propagă în spațiu. Recepția undelor radio este procesul invers al radiației. Constă în transformarea energiei undelor electromagnetice în energie de curent alternativ. I. și p.r. efectuate folosind antene de transmisie și recepție (vezi).

Emisia de unde radio. Sursa oscilațiilor electrice primare pot fi curenții alternativi care circulă prin conductori, câmpuri alternative etc. Cu toate acestea, curenții alternativi de frecvență relativ joasă (de exemplu, frecvența industrială 50). Hz) sunt improprii pentru radiații: la aceste frecvențe este imposibil să se creeze un emițător eficient. Într-adevăr, dacă apar oscilații electrice, de exemplu, într-o bobină de inductanță, ale cărei dimensiuni sunt mici în comparație cu lungimea de undă λ corespunzătoare frecvenței de oscilație a curentului care curge în bobină, pentru fiecare secțiune cu o direcție a curentului, pt. exemplu A (orez. 1 ), există o altă secțiune ÎN, departe de A la o distanta mai mica decat λ/2, in care in acelasi moment sensul curentului este opus. La distanțe mari de bobină, unde emise de elemente AȘi ÎN, slăbiți unul pe altul. Deoarece bobina constă din astfel de perechi de elemente antifază, aceasta și, prin urmare, întreaga bobină, radiază slab. De asemenea, emite slab dacă conține un inductor și un condensator. În fiecare moment de timp, sarcinile de pe plăcile condensatorului sunt egale ca mărime, semn opus și sunt separate una de cealaltă la o distanță semnificativ mai mică de λ/2.

Din cele de mai sus rezultă că pentru radiația eficientă a undelor radio este necesar un circuit deschis (deschis), în care fie nu există secțiuni cu oscilații antifază de curent sau de sarcină, fie distanța dintre ele nu este mică în comparație cu λ/2 . Dacă dimensiunile circuitului sunt de așa natură încât timpul de propagare a modificărilor câmpului electromagnetic în acesta este comparabil cu perioada oscilațiilor curentului sau a sarcinii (viteza de propagare a perturbațiilor este finită), atunci condițiile de cvasi-staționaritate nu sunt satisfăcut (vezi) și o parte din sursa de energie se pierde sub formă de unde electromagnetice. În scopuri practice, unde electromagnetice cu λ< 10 km.

Emițători. Cel mai simplu emițător de unde radio este format din două segmente AȘi ÎN conductor drept legat de capete OO" linie cu două fire de-a lungul căreia se propagă o undă electromagnetică ( orez. 2 ). Pe segmente AȘi ÎN Sub influența câmpului electric al undei, are loc mișcarea sarcinilor, adică curent alternativ. În fiecare moment, se încarcă în puncte DESPREȘi DESPRE" egal în mărime și opus în semn, adică segmente AȘi ÎN formează un dipol electric, care determină configurația câmpului electric pe care îl creează. Pe de altă parte, curenții în segmente AȘi ÎN coincid în direcție, prin urmare liniile câmpului magnetic, ca și în cazul curentului în linie dreaptă, sunt cercuri ( orez. 3 ). Astfel, în spațiul din jurul dipolului, apare un câmp electromagnetic în care câmpurile EȘi N perpendiculare unele pe altele. Câmpul electromagnetic se propagă în spațiu, îndepărtându-se de dipol ( orez. 4 ).

Undele emise de dipol au o anumită polarizare. Vector de intensitate a câmpului electric E unde la punctul de observare DESPRE (orez. 3 ) se află în planul care trece prin dipol și vectorul rază r, trasat din centrul dipolului la punctul de observare. Vector câmp magnetic N perpendicular pe acest plan.

Un câmp electromagnetic alternativ apare în întreg spațiul din jurul dipolului și se răspândește din dipol în toate direcțiile. Dipolul emite o undă sferică, care la o distanță mare de dipol poate fi considerată plată (local plată). Cu toate acestea, amplitudinile intensităților câmpului electric și magnetic creat de dipol și, prin urmare, energia emisă, sunt diferite în direcții diferite. Ele sunt maxime în direcții perpendiculare pe dipol și scad treptat până la zero de-a lungul axei dipolului. În această direcție, dipolul practic nu radiază. Distribuția puterii radiate în diferite direcții este caracterizată de un model de radiație. Modelul de radiație spațială al dipolului are forma unui toroid ( orez. 5 ).

Puterea totală emisă de un dipol depinde de puterea de intrare și de raportul dintre lungimea acestuia lși lungimea de undă λ. Pentru ca un dipol să radieze o fracțiune semnificativă din puterea furnizată acestuia, lungimea sa nu ar trebui să fie mică în comparație cu λ/2. Legat de aceasta este dificultatea de a emite unde foarte lungi. Dacă l Dacă este ales corect și pierderile de energie pentru încălzirea conductoarelor dipol și a liniei sunt mici, atunci ponderea predominantă a sursei de putere este cheltuită pe radiații. Astfel, dipolul este un consumator de putere sursă, asemănător unei rezistențe active conectate la capătul liniei care consumă puterea furnizată. În acest sens, dipolul are rezistență la radiații Rși egală cu rezistența activă în care ar fi consumată aceeași putere.

Dipolul descris mai sus este cea mai simplă antenă de transmisie și se numește vibrator simetric. Pentru prima dată un astfel de vibrator a fost folosit de G. (1888) în experimente care au descoperit existența undelor radio. Oscilațiile electrice din dipolul Hertz (vezi) au fost excitate folosind o descărcare de scânteie - singura sursă de oscilații electrice cunoscută la acel moment. Împreună cu un vibrator simetric, un vibrator asimetric ( orez. 6 ), excitat la bază și radiand uniform în plan orizontal.

Alături de antenele de sârmă (vibratoare de sârmă), există și alte tipuri de emițători de unde radio. Antenele magnetice sunt utilizate pe scară largă. Este o tijă din material magnetic cu permeabilitate magnetică mare μ , pe care se înfășoară o bobină de sârmă subțire. Liniile de câmp magnetic ale unei antene magnetice repetă modelul liniilor de câmp electric ale unui dipol de sârmă ( orez. 7 , a, b), care se datorează principiului dualității.

Dacă se află în pereții unui rezonator volumetric (vezi) , unde curg curenți alternativi de suprafață de frecvențe ultraînalte, tăiați o fantă astfel încât să traverseze direcția curentului, apoi distribuția curenților este brusc distorsionată, ecranarea este ruptă și energia electromagnetică este radiată spre exterior. Distribuția câmpului unui emițător slot este similară cu distribuția câmpului unei antene magnetice. Prin urmare, un emițător cu slot se numește dipol magnetic ( orez. 7 , c, d ; Vezi si ). Modelul de radiație al emițătorilor magnetici și slot, precum și al dipolului electric, este un toroid.

Mai multă radiație direcțională este creată de antene formate din mai multe emițători de sârmă sau slot. Acesta este rezultatul interferenței undelor radio (vezi) emise de emițători individuali. Dacă curenții care le alimentează au aceeași amplitudine și fază (excitație uniformă în fază), atunci la o distanță suficient de mare pe direcția perpendiculară pe suprafața radiantă, undele de la emițători individuali au aceleași faze și dau radiație maximă. Câmpul creat în alte direcții este mult mai slab. O ușoară creștere a intensității câmpului are loc în acele direcții în care diferența de fază a undelor care provin de la emițătorii cei mai îndepărtați este egală cu ( n+ 1) π/2, unde n-întreg. În acest caz, secțiunea modelului de radiație după plan conține un număr de lobi ( orez. 8 ), dintre care cea mai mare se numește cea principală și corespunde radiației maxime, restul se numesc laterale.

Tehnologia modernă a antenei utilizează rețele de antene care conțin până la 1000 de emițători. Suprafața pe care sunt amplasate se numește deschidere (deschidere) antenei și poate avea orice formă. Prin setarea diferitelor distribuții de amplitudini și faze ale curenților pe deschidere, se poate obține orice formă a modelului de radiație. Excitarea în modul comun a emițătorilor care formează o matrice plată face posibilă obținerea unei directivitati foarte ridicate a radiației, iar modificarea distribuției curentului de-a lungul deschiderii face posibilă schimbarea formei modelului de directivitate.

Pentru a crește directivitatea radiației, care se caracterizează prin lățimea lobului principal, este necesară creșterea dimensiunii antenei. Relația dintre lățimea lobului principal θ , dimensiunea cea mai mare a deschiderii L iar lungimea de undă emisă λ este determinată de formulele:

pentru excitaţia în mod comun şi

dacă emițătorii sunt localizați de-a lungul unei anumite axe, iar schimbarea de fază în ei este selectată astfel încât radiația maximă să fie direcționată de-a lungul acestei axe ( orez. 9 ). CU- constante, în funcție de distribuția amplitudinii curentului pe deschidere.

Dacă un ghid de undă radio se extinde treptat spre capătul deschis sub forma unei pâlnii sau corn ( orez. 10 ), apoi unda din ghidul de undă se transformă treptat într-o undă caracteristică spațiului liber. O astfel de antenă cu corn produce radiații direcționale.

Directivitatea foarte mare a radiației (până la fracții de grad la decimetru și unde mai scurte) se realizează folosind antene de oglindă și lentile. În ele, datorită proceselor de reflexie și refracție, frontul de undă sferic emis de un dipol electric sau magnetic sau de un emițător de corn este transformat într-unul plat. Cu toate acestea, din cauza difracției (vezi) undelor, în acest caz modelul are, de asemenea, un lobi principal și lateral. Antena reflector (vezi) este o oglindă metalică 1 , mai des sub forma unei părți a unui paraboloid de rotație sau a unui cilindru parabolic, în centrul căruia se află emițătorul primar ( orez. unsprezece ). Lentilele pentru unde radio sunt grile tridimensionale de bile metalice, tije etc. (dielectrici artificiali) sau un set de ghiduri de undă dreptunghiulare.

Recepția undelor radio. Fiecare antenă de transmisie poate servi ca antenă de recepție. Dacă un dipol electric este afectat de o undă care se propagă în spațiu, atunci câmpul său electric excită oscilații de curent în dipol, care sunt apoi amplificate, convertite în frecvență și afectează dispozitivele de ieșire. Se poate demonstra că modelele de radiație ale dipolului în modurile de recepție și de transmisie sunt aceleași, adică că dipolul primește mai bine în acele direcții în care radiază mai bine. Aceasta este o proprietate comună tuturor antenelor, rezultată din principiul reciprocității: dacă plasați două antene - cea de transmisie A si receptie ÎN- la inceputul si sfarsitul liniei de comunicatie radio, generatorul alimentand antena A, a trecut la antena de recepție ÎN, creează în dispozitivul de recepție comutat pe antenă A, același curent ca atunci când este conectat la antenă A, se creează în receptorul inclus în antenă ÎN. Principiul reciprocității ne permite să determinăm caracteristicile sale ca antenă de recepție după proprietățile antenei de transmisie.

Energia pe care o extrage un dipol dintr-o undă electromagnetică depinde de raportul dintre lungimea acesteia l, lungimea de undă λ și unghiul ψ dintre direcție v sosirea valului și dipolul. Unghiul φ dintre direcția vectorului undei electrice și dipol ( orez. 12 ). Cele mai bune condiții de recepție sunt la φ = 0. La φ = π/2, curentul electric din dipol nu este excitat, adică nu există recepție. Daca 0< φ < π/2, то очевидно, что энергия, извлекаемая приёмной антенной из поля Излуче ние и приём радиово лн (Ecosφ) 2 . Cu alte cuvinte, această energie este asociată cu polarizarea undei de intrare. Din cele de mai sus rezultă că în cazul dipolilor emițător și receptor, pentru cele mai bune condiții de recepție este necesar ca ambii dipoli să se afle în același plan și ca dipolul receptor să fie perpendicular pe direcția de propagare a undei. În acest caz, dipolul receptor extrage din unda de intrare atâta energie cât această undă poartă cu ea, trecând printr-o secțiune transversală în formă de pătrat cu latura egală cu