Прием электромагнитных волн

Звонок будет звонить все время, пока поступают электромагнитные волны. В отличие от схемы Лоджа, в которой когерер встряхивался непрерывно, в схеме Попова встряхивание производится только во время прихода электромагнитной волны, и что самое главное, начало встряхивания привязано к моменту прихода электромагнитной волны.

2. Начальный этап развития беспроволочного телеграфа

Успех первых опытов беспроволочной телеграфии привлек к работе в этой области многих специалистов. Приемные устройства стали очень быстро усовершенствоваться.

На начальном этапе развития беспроволочного телеграфа главной задачей было увеличение дальности приема. Так как от передающей станции к месту приема доходило лишь ничтожно малое количество электромагнитной энергии, то для надежного телеграфирования на большие расстояния необходимо было, чтобы способность каждого приемника к улавливанию этой энергии, или, как теперь говорят, чувствительность приемного устройства, была по возможности большой.

Сначала добивались этого увеличением размеров антенны. Напомним, что первым антенну использовал А.С.Попов, прикрепивший в 1895 г. к своему приемнику кусок наружного провода. Первые же экспериментальные наблюдения показали, что дальность приема заметно возрастала при подъеме антенны над землей. Поэтому для увеличения дальности беспроволочного телеграфирования стали строить высокие антенные мачты и в отдельных случаях даже поднимать антенные провода на воздушных змеях и аэростатах.

Следующий путь повышения чувствительности был в обеспечении лучшей связи между антенной и когерером. Для повышения напряжения, прикладываемого к когереру, Маркони предложил передавать сигнал от антенны к когереру через трансформатор. Так, в 1898 г. появился широко известный в свое время радистам “джиггер” – высокочастотный трансформатор, первичная обмотка с которого включалась в антенную цепь, а вторичная d подсоединялась к когереру.

Схема приемника усложнилась, так как потребовалось разделить цепь высокочастотного сигнала и цепь постоянного тока.

В приведенной схеме проводники а и b обозначают антенну и заземление, между которыми включается первичная обмотка с джиггера. Колебания высокой частоты с вторичной обмотки d джиггера попадают на когерер j. Если вторичную обмотку подсоединить к когереру непосредственно (заменив конденсатор е проводником), то постоянный ток от батареи в’ будет протекать через параллельное соединение когерера и обмотки джиггера. А так как сопротивление обмотки (десятки витков провода) много меньше сопротивления когерера, то постоянный ток в основном будет проходить через обмотку джиггера, и изменение сопротивления когерера практически не скажется на токе, проходящем через пишущий аппарат К. Поэтому обмотка d подсоединяется к когереру через конденсатор е. Для постоянного тока сопротивление конденсатора равно бесконечности (модуль сопротивления конденсатора равен 1/ωС, где ω – частота сигнала, С – емкость конденсатора) и постоянный ток через обмотку проходить не будет. В то же время сопротивление конденсатора для высокочастотного сигнала близко к нулю, и для высокочастотного сигнала включение конденсатора никак не скажется.

С другой стороны, высокочастотный сигнал с обмотки d подается не на один только когерер, а на параллельное соединение когерера и цепи питания от батареи b´. Для высокочастотного сигнала батарея представляет собой конденсатор большой емкости. И чтобы из-за этого конденсатора не уменьшилась амплитуда высокочастотного сигнала, цепь питания подсоединяется к когереру через катушки индуктивности (дроссели) f. Дроссели имеют высокое сопротивление для высокочастотного сигнала (модуль их сопротивления равен wL, где w - частота сигнала и L – индуктивность дросселя) и предотвращают попадание высокочастотного напряжения в цепь питания.

Такой принцип разделения цепей постоянного и переменного тока с использованием разделительных конденсатора и дросселя используется в электрических схемах и до сих пор.

Применение джиггера позволило увеличить дальность приема примерно в 2,5 раза.

Другой практически чрезвычайно важный шаг в направлении увеличения чувствительности приемника и повышения дальности телеграфирования был сделан в результате чисто экспериментального наблюдения. Во время практической работы с приемником 10 июня 1899 г. помощники А.С.Попова П.Н.Рыбкин и Д.С.Троицкий совершенно случайно обнаружили возможность приема радиотелеграфных сигналов с помощью телефонной трубки непосредственно на слух, если телефонную трубку использовать вместо электромагнитного реле. Этот приемник был запатентован А.С.Поповым.

Понять, как этот приемник преобразовывает электромагнитные волны в звук, в то время было непросто. Очевидно, когерер обладал детекторным эффектом. Эффект детектирования проявляется, если сопротивление элемента (в данном случае когерера) для положительных и отрицательных полуволн высокочастотного колебания различно.

Для идеального детекторного элемента, вольт-амперная характеристика которого, т.е. зависимость протекающего через него тока от приложенного к нему напряжения I(U), показана на рисунке, сопротивление R = U/I для отрицательной полуволны напряжения равно ¥, а для положительной полуволны конечное и небольшое. Поэтому ток через детектор будет проходить только от положительных полуволн.

В то время использовались искровые передатчики, которые излучали последовательность коротких высокочастотных импульсов. Длительность этих импульсов равна времени существования искры (десятки микросекунд). Элементы азбуки Морзе – точка и тире – передавались соответственно короткой или длинной последовательностью этих импульсов. На рисунке ниже показано несколько импульсов этой последовательности

При знакопеременном входном напряжении U ток через диод течет только от положительных полуволн, и среднее значение его (жирная линия на рисунке) будет пульсирующим. Если частота повторения высокочастотных импульсов попадает в звуковой диапазон, то колебание будет прослушиваться телефоном.

Увеличение дальности объяснялось тем, что ухо оказалось более чувствительным устройством, чем реле. Кроме того, повышалась помехоустойчивость приема, так как прием на слух при известном навыке телеграфиста давал большие возможности для выделения правильно чередующихся телеграфных знаков на фоне хаотического треска помех.

Открытие Рыбкиным и Троицким в 1899 г. явления прямого детектирования принимаемых радиосигналов, с возможностью их регистрации на слух при помощи телефонной трубки, радикально изменило технику радиоприема и позволило резко увеличить дальность радиосвязи. Однако утратилась возможность автоматической записи принимаемых сигналов. Наступила эра искровых передатчиков и “телефонных” приемников. Создание больших антенных сооружений, применение мощных искровых передатчиков и “телефонных” приемников позволили в первые годы ХХ века осуществить телеграфную радиосвязь на расстояниях в тысячи километров.

 Скачать реферат