РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ ЛИНИИ СВЯЗИ

КАК ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ МНОГОКАНАЛЬНАЯ ПЕРЕДАЧА ПЕРЕДАЧА ПО РАДИО РЕЧИ, МУЗЫКИ И ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ

Цто такое звук, который мы обычно слышим? Это рас -

* пространяющиеся во все стороны от источника зву­ка следующие друг за другом сгущения и разрежения воздуха. Источником звука являются какие-либо колеб­лющиеся тела, например, струна, диффузор громкого­ворителя, наши голосовые связки и т. п. Колеблясь, эти тела вызывают колебания воздуха, окружающего их. Достигая нашего уха, колебания воздуха воздействуют на барабанные перепонки, в результате чего мы слы­шим звук.

Если число колебаний, т. е. количество сжатий и раз­режений воздуха в единицу времени, мало, напри­мер 20—50 в секунду, то мы слышим низкий звук, если велико, например 12—15 тысяч в секунду, то слышим высокий, «тонкий» звук (вроде «комариного писка»). Количество сжатий и разрежений, т. е. количество полных колебаний в секунду, называется частотой звука.

Частота измеряется в герцах. Если мы говорим, что частота слышимого нами звука равна 500 герцам, то это значит, что нашего уха достигает в течение одной секунды 500 сжатий и разрежений воздуха.

Так как для любых частот скорость звука в данной среде неизменна (в воздухе она равна примерно 340 метрам в секунду), то очевидно, что чем больше частота колебаний, чем чаще друг за другом следуют колеба­ния, тем короче расстояние между ними, или, как при­нято говорить, тем короче длина волны. Действительно, чем больше частота, тем меньше времени приходится на одно полное колебание. Таким образом, расстояние между двумя сгустками или разрежениями, называемое длиной волны, будет меньше в случае, если звук имеет более высокую частоту.

Мы легко сможем определить длину волны (в мет­рах), если знаем скорость распространения и частоту

Колебания. Для этого нужно скорость (в метрах в се­кунду) разделить на частоту (в герцах).

Многочисленные исследования показали, что человек в зависимости от индивидуальных особенностей слуха может слышать звуки, имеющие частоту от 15—30 герц до 15—18 тысяч герц. В человеческой речи или испол­няемом музыкальном произведении могут быть звуки, имеющие такие же частоты. Естественно предположить, что звуки всех этих частот (от 15 до 18 000 герц) не­обходимо без искажений передавать по радио. Действи­тельно, если бы от микрофона передатчика до громко­говорителя приемника все эти частоты передавать совер­шенно одинаково, то ни один человек не мог бы разли­чить, говорит ли живой человек или радио. На прак­тике, однако, так не получается. Чем шире полоса частот, тем труднее осуществить ее неискаженную пере­дачу. Обычно в радиовещании используется более узкая полоса частот. При этом звучание высококачественного приемника мало отличается от естественного.

Уже сравнительно давно было установлено, что как самые низкие, так и самые высокие частоты слабо влия­ют на качество передачи. Оказалось, что для высоко­качественной передачи радиовещательной программы требуется полоса частот от 50 до примерно 10 000 герц.

Основным требованием в телефонии является прежде всего разборчивость телефонного разговора. Чтобы она сохранилась, вполне достаточно без искажений переда­вать звуковые колебания, имеющие частоту от 300 до 3000 герц. Правда, при этом тембр голоса может быть несколько искажен, однако всегда можно «узнать» голос говорящего по телефону.

Чтобы по радио передать речь или музыку, необхо­димо произвести несколько преобразований звуковых волн. Прежде всего необходимо превратить звуковые колебания в соответствующие колебания электрического тока. Этот процесс происходит в микрофоне.

Когда в помещении, где установлен микрофон, про­износятся звуки, то последние, достигая мембраны мик­рофона, приводят ее в движение, подобно тому, как зву­ковые колебания приводят в движение барабанную перепонку нашего уха. В результате в проводах микро­фона вместо постоянного тока (прямая А на рис. 2) будет течь переменный. Этот переменный ток имеет из­меняющуюся во времени частоту и амплитуду[28]) (лома­ная линия-на рис. 3), в точности соответствующие тем звукам, которые произносились перед микрофоном[29]).

Если теперь этот переменный ток, как бы несущий в себе звук, усилить с помощью радиоламп и направить

Вррмя

Рис. 2. Электрический ток через микрофон:

А — звук отсу,£ствует, Б—перед микрофоном произносятся звуки.

В антенну, то излучение радиоволн будет слабым. Лишь ничтожная часть энергии переменного электрического тока звуковых частот превратится в энергию радиоволн, излучаемых антенной.

Чтобы излучение радиоволн было сильным, т. е. чтобы в антенне радиопередатчика почти вся энергия переменного тока переходила в энергию излучаемых радиоволн, необходимо увеличить частоту его в сотни и тысячи раз по сравнению с самой высокой слышимой нами звуковой частотой. Очевидно, что низкочастотный переменный ток после микрофона необходимо превра­тить в высокочастотный, но так, чтобы сохранить содер­жащиеся в нем звуковые колебания.

Процесс изменения высокочастотного переменного тока в соответствии с колебаниями более низких, в дан­ном случае звуковых, частот в радиотехнике называется

Модуляцией, и происходит он в особом устройстве пере­датчика, называемом модулятором.

Модулятор имеет две входные электрические цепи и одну выходную. По одной из входных цепей на моду­лятор поступает переменный ток от микрофона, а по другой — высокочастотный переменный ток постоянной амплитуды и частоты, называемой несущей частотой, от специального, так называемого задающего генератора. На выходе модулятора получается высокочастотный переменный ток, амплитуда которого изменяется в соот­ветствии с изменениями звука (рис. 3). Такая модуля­ция называется амплитудной. Если же в соответствии с изменениями звука меняется в некоторых пределах частота высокочастотного тока, то такая модуляция на­зывается частотной (рис. 4).

После модуляции высокочастотный переменный ток усиливается, а затем поступает в антенну радиопередат­чика, где его энергия почти полностью превращается в энергию излучаемых радиоволн.

Пройдя сотни и тысячи километров, радиоволны до­стигают приемной антенны, которая в простейшем слу­чае представляет собой подвешенный на изоляторах металлический провод, присоединенный к приемнику.

Радиоволны обладают той замечательной способно­стью, что, достигнув любого металлического предмета или проводника, они возбуждают в нем точно такие же высокочастотные токи, но по амплитуде, «размаху», эти токи в миллионы раз слабее, чем они были в антенне передатчика. Одновременно работает много источников радиоволн. Поэтому в приемной антенне имеются вы­сокочастотные токи от многих и многих радиостанций. Выделить из них и усилить нужный нам сигнал можно только с помощью резонансных устройств, имеющихся в каждом, даже самом простом радиоприемнике. Вра­щая ручку настройки, мы настраиваем входное устрой­ство приемника в резонанс со слабыми электрическими колебаниями несущей частоты выбранной нами радио­станции. Слабый высокочастотный ток от этой станции «раскачивает» электрическую резонансную систему при­емника в такт с ее собственными колебаниями подобно тому, как ребенок постепенно раскачивает тяжелые ка­чели, если толкает их в такт с колебаниями. В резуль­тате резонансное устройство «отзовется» на приня­тый сигнал, в нем возникнут в десятки раз более силь­ные токи выбранной нами несущей частоты. Высоко­частотные токи других радиостанций, т, е. колебания других несущих частот останутся практически без из­менений.

Все радиостанции, во всяком случае близко распо­ложенные, должны иметь различные несущие частоты. Если, допустим, две радиостанции излучают радиоволны одинаковой длины, то разделить их в приемнике невоз­можно, и мы будем слышать сразу две передачи. Чтобы этого не случилось, несущие частоты радиостанций строго устанавливаются обязательными для всех стран международными соглашениями.

После входного устройства выделенный сигнал уси­ливается и подается на демодулятор, часто называемый детектором. В детекторе происходит процесс, обрат­ный модуляции: на выходе детектора получаются токи звуковых частот такие же, какие были ь микрофоне на передающей стороне.

Если эти токи звуковых частот пропустить через катушку электромагнита громкоговорителя, то диффу­зор [30]) его будет колебаться так же, как колебалась мем­брана микрофона. Колебания диффузора передадутся воздуху, в результате чего в помещении, где работает приемник, возникнут такие же звуки, какие были перед микрофоном. Так за сотни и тысячи километров по радио передается речь и музыка.

Теперь коротко остановимся на передаче по радио телевизионных изображений. Принципиально этот про­цесс аналогичен процессу передачи звука. Наиболее су­щественным его отличием является то, что вместо мик­рофона для превращения света, отраженного от пере­даваемого объекта, используется передающая телеви­зионная камера, при помощи которой свет превращается в быстропеременный электрический ток; в телевизоре же используется приемная телевизионная трубка — кинескоп, на экране которого принятый по радио сигнал вновь превращается в изображение. Звуковое сопровож­дение передается отдельно при помощи другого пере­датчика.

В каждое мгновение времени по радио передается яркость только одной из 500 тысяч точек, на которые можно разделить светящийся экран. А за одну два­дцать пятую долю секунды электронные устройства успевают передать весь кадр, т. е. одно неподвижное изображение. Быстрая смена кадров (25 раз в секунду), несколько отличающихся друг от друга, воспринимается нами как движущееся изображение. Другими словами, за одну двадцать пятую долю секунды передается не­сколько сотен тысяч различных сигналов яркости (при четкости советского телевидения 625 строк). Если при передаче телефонного разговора достаточна полоса ча­стот от 300 до 3000 герц, то в телевидении для передачи изображения необходима полоса, простирающаяся от нескольких герц до шести миллионов герц. Если эту полосу сузить со стороны высокой частоты, то четкость изображения на экране телевизора резко ухудшится.

Таким образом сигнал яркости включают в себя и самые низкие (звуковые) и весьма высокие (радио) частоты. Ими-то и надо модулировать несущую частоту телеви­зионного передатчика. Опыт показал, что несущая ча­стота должна быть по крайней мере в 10 раз больше самой высокой модулирующей частоты. Следовательно, для передачи телевизионного сигнала несущая частота должна равняться примерно 60 мегагерцам (60 миллио­нам герц). Эта частота соответствует длине волны в

5 метров. А радиоволны короче 10 метров называются ультракороткими.

Таким образом, быстрота смены отдельных элемен­тов изображения требует применения для телевидения ультракоротких волн. Достоинства и недостатки этого диапазона радиоволн мы рассмотрим позднее.