Фізіка
Выдавец: Народная асвета
Памер: 286с.
Мінск 1991
Найпрасцейшы радыёпрыёмнік. Ен складаецца з вагальнага контуру, звязанага з антэнай, і далучанага да контуру ланцуга, які складаецца з дэтэктара, кандэнсатара і тэлефона (рыс. 80).
У вагальным контуры радыёхваляй узбуджаюцца мадуляваныя ваганні. Шпулі тэлефонаў адыгрываюць ролю нагрузкі. Праз іх ідзе ток гукавой частаты. Невялікія пульсацыі высокай частаты не ўплываюць прыметна на ваганні мембраны і не ўспрымаюцца на слых.
94
Мадуляваць можна амплітуду або частату ваганняў. Прасцей за ўсё ажыццяўляецца амплітудная мадуляцыя.
Пры дэтэкціраванні пераменны ток выпрамляецца і высокачастотныя пульсацыі згладжваюцца фільтрам.
1. Ад чаго залежыць амплітуда аўтаваганняў у генератары на транзістары?
2. Якая будова найпрасцейшага дэтэктарнага прыёмніка?
§ 35. УЛАСЦІВАСЦІ ЭЛЕКТРАМАГНІТНЫХ ХВАЛЬ
Электрамагнітныя хвалі паглынаюцца, адбіваюцца, праламляюцца, падобна да ўсіх іншых відаў хваль. Назіраць гэтыя з'явы няцяжка.
Сучасныя радыётэхнічныя прыстасаванні дазваляюць правесці вельмі наглядныя доследы па назіранню ўласцівасцей электрамагнітных хваль. Пры гэтым лепш за ўсё карыстацца хвалямі сантыметровага дыяпазону. Гэтыя хвалі выпраменьваюцца спецыяльным генератарам звышвысокай частаты (ЗВЧ). Электрычныя ваганні генератара мадулююць гукавой частатой. Прыняты сігнал пасля дэтэкціравання падаецца на гучнагаварыцель.
Электрамагнітныя хвалі выпраменьваюцца рупарнай антэнай у напрамку восі рупара. Прыёмная антэна ў выглядзе такога ж рупара ўлаўлівае хвалі, якія распаўсюджваюцца ўздоўж яго восі. Агульны выгляд устаноўкі паказаны на рысунку 81.
Рыс. 81
95
Рыс. 82
Рыс. 83
Паглынанне электрамагнітных хваль. Размяшчаюць рупары адзін супраць аднаго і, дабіўшыся добрай чутнасці гуку ў гучнагаварыцелі, змяшчаюць паміж рупарамі розныя дыэлектрычныя целы. Пры гэтым заўважаюць памяншэнне гучнасці.
Адбіццё электрамагнітных хваль. Калі дыэлектрык замяніць металічнай пласцінкай, то гук перастане быць чутным. Хвалі не дасягаюць прыёмніка з прычыны адбіцця. Адбіццё адбываецца пад вуглом, роўным вуглу падзення, як і ў выпадку механічных хваль. Каб пераканацца ў гэтым, рупары размяшчаюць пад аднолькавымі вугламі да вялікага металічнага ліста (рыс. 82). Гук знікае, калі прыняць ліст або павярнуць яго.
Праламленне электрамагнітных хваль. Электрамагнітныя хвалі змяняюць свой напрамак (праламляюцца) на мяжы дыэлектрыка. Гэта можна выявіць з дапамогай вялікай трохвугольнай прызмы з парафіну. Рупары размяшчаюць пад вуглом адзін да аднаго, як і пры дэманстрацыі адбіцця. Металічны ліст замяняюць прызмай (рыс. 83). Прымаючы прызму або паварочваючы яе, назіраюць знікненне гуку.
Папярочнасць электрамагнітных хваль. Электрамагнітныя хвалі з’яўляюцца папярочнымі хвалямі. Гэта азначае, што вектары Е і В электрамагнітнага поля хвалі перпендыкулярныя да напрамку яе распаўсюджвання. Ваганні напружанасці электрамагнітнага поля хвалі, якая выходзіць з рупара, адбываюцца ў пэўнай плоскасці, а ваганні вектара магнітнай індукцыі ў плоскасці, ёй перпендыкулярнай. Хвалі з пэўным напрамкам ваганняў называюцца палярызаванымі.
На рысунку 65 паказана іменна палярызаваная хваля. Прыёмны рупар з дэтэктарам прымае толькі палярызаваную ў пэўным напрамку хвалю.
Гэта можна выявіць, павярнуўшы перадаючы або прыёмны рупар на 90°. Гук пры гэтым знікае.
ГІалярызацыю назіраюць, змяшчаючы паміж генератарам і прыёмнікам рашотку з паралельных металічных стрыжняў (рыс. 84). Рашотку размяшчаюць так, каб стрыжні былі гарызантальнымі або вертыкальнымі. Пры адным з гэтых становішчаў, калі электрычны вектар паралельны стрыжням, у іх узбуджаюцца токі, у выніку чаго рашотка адбівае хвалі падобна да суцэльнай металічнай пласціны.
96
Рыс. 84
Калі ж вектар Е перпендыкулярны да стрыжняў, токі ў іх не ўзбуджаюцца і электрамагнітная хваля праходзіць.
Мы пакуль што пазнаёміліся не з усімі асноўнымі ўласцівасцямі электрамагнітных хваль. Поўнае знаёмства адкладзём да вывучэння оптыкі.
1. Пералічыце вядомыя Вам уласцівасці электрамагнітных хваль. 2. Якая хваля называецца палярызаванай?
§ 36. РАСПАЎСЮДЖВАНHE РАДЫЕХВАЛЬ
Пры выкарыстанні электрамагнітных хваль для радыёсувязі як крыніца, так і прыёмнік радыёхваль часцей за ўсё размяшчаюцца паблізу зямной паверхні. Форма і фізічныя ўласцівасці зямной паверхні, а таксама стан атмасферы моцна ўплываюць на распаўсюджванне радыёхваль.
Асабліва істотны ўплыў на распаўсюджванне радыёхваль робяць слаі іанізаванага газу ў верхніх частках атмасферы на вышыні 100—300 км над паверхняй Зямлі. Гэтыя слаі называюць іанасферай. Іанізацыя паветра верхніх слаёў атмасферы выклікаецца электрамагнітным выпраменьваннем Сонца і патокам зараджаных часціц, якія выпраменьваюцца Сонцам.
Праводзячая электрычны ток іанасфера адбівае радыёхвалі з даўжынёй хвалі Х>10 м як звычайная металічная пласціна. Але здольнасць іанасферы адбіваць і паглынаць радыёхвалі істотна мяняецца ў залежнасці ад часу сутак і пораў года'.
Устойлівая радыёсувязь паміж аддаленымі пунктамі на зямной паверхні паза прамой бачнасцю аказваецца магчымай дзякуючы адбіццю хваль ад іанасферы і здольнасці радыёхваль агібаць выпуклую зямную паверхню.
Гэта агібанне выражана тым мацней, чым большая даўжыня хвалі. Таму радыёсувязь на вялікіх адлегласцях за кошт агібання хвалямі Зямлі аказваецца магчымай толькі пры даўжынях хваль, якія значна перавышаюць 100 м (сярэднія і доўгія хвалі).
1 Менавіта таму радыёсувязь, асабліва ў дыяпазоне сярэдніх даўжынь хваль (100—1000 м), больш надзейная ўначы і ў зімовы час.
4 Фізіка, 11
97
Рыс. 85
Кароткія хвалі (дыяпазон даўжынь хваль ад 10 да 100 м) распаўсюджваюцца на вялікія адлегласці толькі за кошт шматразовых адбіццяў ад іанасферы і паверхні Зямлі (рыс. 85). Менавіта з дапамогай кароткіх хваль можна ажыццявіць радыёсувязь на любых адлегласцях паміж радыёстанцыямі на Зямлі.
Доўгія радыёхвалі для гэтай мэты менш прыгодныя з прычыны значнага паглынання паверхневымі слаямі Зямлі і іанасферай. Усё ж найбольш надзейная радыёсувязь на абмежаваных адлегласцях пры дастатковай магутнасці перадаючай радыёстанцыі забяспечваецца на доўгіх хвалях.
Ультракароткія радыёхвалі (Z<10 м ) пранікаюць скрозь іанасферу і амаль не агібаюць паверхню Зямлі. Таму яны выкарыстоўваюцца для радыёсувязі паміж пунктамі ў межах прамой бачнасці, а таксама для сувязі з касмічнымі караблямі.
Распаўсюджванне радыёхваль істотна залежыць ад іх даўжыні хвалі. Кароткія хвалі (X ~ 10—100 м) шматразова адбіваюцца ад іанасферы і паверхні Зямлі. Доўгія хвалі (X > 100 м) «слізгацяць» уздоўж паверхні Зямлі. Ультракароткія радыёхвалі (Х< 10 м ) пранікаюць праз іанасферу.
§ 37. РАДЫЕЛАКАЦЫЯ
У сучаснай тэхніцы з’ява адбіцця радыёхваль рознымі перашкодамі знаходзіць шырокае прымяненне. Высокаадчувальныя прыёмнікі ўлоўліваюць і ўзмацняюць адбіты сігнал з мэтай атрымаць інфармацыю аб тым, дзе знаходзіцца той прадмет, ад якога адбілася хваля.
Выяўленне і дакладнае вызначэнне месцазнаходжання аб’ектаў з дапамогай радыёхваль называюць радыёлакацыяй. Радыёлакацыйная ўстаноўка — радыёлакатар (або радар) —складаецца з перадаючай і прыёмнай частак. У радыёлакацыі выкарыстоўваюць электрычныя ваганні звышвысокай частаты (108— 10" Гц). Магутны генератар ЗВЧ звязаны з антэнай, якая выпраменьвае востранакіраваную хвалю. У радыёлакатарах, якія працуюць на даўжынях хваль парадку 10 см і менш, такая хваля ствараецца антэнамі ў выглядзе парабалічных люстраў. Для хваль метровага дыяпазону антэны маюць выгляд складаных сістэм вібратараў. Пры гэтым вострая накіраванасць выпраменьвання атрымліваецца ў выніку складання хваль. Антэна зроблена так, што хвалі, пасланыя кожным з вібратараў, пры скла
98
Рыс. 86
Рыс. 87
данні ўзаемна ўзмацняюць адна адну толькі ў зададзеным напрамку. У астатніх напрамках пры складанні хваль адбываецца поўнае або частковае іх узаемнае гашэнне.
Адбітая хваля ўлоўліваецца той жа выпраменьваючай антэнай або другой, таксама востранакіраванай прыёмнай антэнай. Ярка выражаная накіраванасць выпраменьвання дазваляе гаварыць аб «прамені» радыёлакатара. Напрамак на аб’ект і вызначаецца як напрамак праменя ў момант прыёму адбітага сігналу.
Для вызначэння адлегласці да цэлі прымяняюць імпульсны рэжым выпраменьвання. Перадатчык выпраменьвае хвалі кароткачасовымі імпульсамі. Працягласць кожнага імпульсу складае мільённыя долі секунды, а прамежак паміж імпульсамі прыкладна ў 1000 разоў большы. У час паўз прымаюцца адбітыя хвалі.
Вызначэнне адлегласці R праводзіцца шляхам вымярэння агульнага часу t праходжання радыёхваль да цэлі і назад. Паколькі скорасць радыёхваль с = 3108 м/с у атмасферы практычна пастаянная, то
У выніку рассейвання радыёхваль да прыёмніка даходзіць толькі мізэрная частка той энергіі, якую выпраменьвае перадатчык. Таму прыёмнікі радыёлакатараў узмацняюць прыняты сігнал у мільёны мільёнаў (10u) разоў. Такі адчувальны прыёмнік, зразумела, павінен быць адключаны на час пасылкі імпульсу перадатчыкам.
Для фіксацыі пасланага і адбітага сігналаў выкарыстоўваюць электроннапрамянёвую трубку. У момант пасылкі імпульсу светлы пункт, які раўнамерна рухаецца па экране электроннапрамянёвай трубкі, адхіляецца. На экране з’яўляецца ўсплёск каля нулявой адзнакі шкалы далёкасці (рыс. 86). Плямка, што свеціцца, на экране працягвае раўнамерна рухацца ўз’доўж шкалы і ў момант прыёму слабага адбітага сігналу зноў адхіляецца. Адлегласць паміж усплёскамі на экране прапарцыянальная часу t праходжання сігналу і, значыць, прапарцыянальная адлегласці /? да цэлі. Гэта дазваляе праградуіраваць шкалу непасрэдна ў кіламетрах.
Радыёлакацыйныя ўстаноўкі выяўляюць караблі і самалёты
99
на адлегласцях да некалькіх соцень кіламетраў. На іх работу слаба ўплываюць умовы надвор’я і час сутак. У вялікіх аэрапортах лакатары сочаць за самалётамі, якія ўзлятаюць і ідуць на пасадку. Наземная служба перадае па радыё пілотам неабходныя парады і такім чынам забяспечвае бяспеку палётаў. Знешні выгляд аэрадромнага лакатара паказаны на рысунку 87. Караблі і самалёты таксама забяспечаны радыёлакатарамі, якія служаць для навігацыйных мэт. Такія лакатары ствараюць на экране карціну размяшчэння аб’ектаў, якія рассейваюць радыёхвалі. Аператар мае перад вачамі радыёлакацыйную карту мясцовасці.
КНІГІ ОНЛАЙН
