Путешествие по диапазонам частот
Первые передачи Попова велись на длинах волн в несколько сотен метров.
Развитие телевидения привело к широкому использованию ультракоротких волн
(от 10 до 1 м). Радиолокация работает в рснов-ном на сантиметровых волнах.
В последнее время в науке и технике все шире используются миллиметровые
и даже субмиллиметровые (короче 1 мм) волны.
Радиоволны различных диапазонов по-разному генерируются и принимаются,
по-разному распространяются в атмосфере, по-разному взаимодействуют с веществом.
Каждый диапазон обладает своими особенностями. Чтобы лучше понять эти особенности,
нужно вспомнить две формулы. Первая связывает длину радиоволны с ее частотой
Вторая вам тоже известна — это формула резонансной частоты колебательного
контура:
Без колебательного контура, являющегося основой большинства радиотехнических
устройств, обойтись нельзя. В своем обычном виде, т. е. в виде соединенных
друг с другом конденсатора и катушки, этот контур вполне пригоден в диапазонах
длинных, средних и коротких волн, т. е. от 10 км до 10м (от 30 кГц до 30
МГц).
Прикинем, каковы должны быть L и С, например, на волне 50 м (частота
f = 6 МГц = 6 * 106 Гц). По формуле резонансной частоты контура
можно получить величины L = 7 * 10-5Г = 70 мкГ и С
= 10-11*Ф = 10пФ. Конечно, можно было бы взять и другие
L и С, например меньшую индуктивность и большую емкость. Но оказывается,
что чем меньше L, тем шире резонансная кривая контура, тем ниже
его добротность, а это плохо — такой контур, поставленный в радиоприемник,
будет ловить сразу несколько станций. Если же попытаться увеличить L
и уменьшить С, это помешают сделать паразитные емкости соединительных
проводов и витков катушки, которые входят в общую емкость контура.
Одной из важнейших характеристик в радиофизике является соотношение
между геометрическими размерами контура и длиной волны колебаний в нем.
Например, размеры контура, емкость и индуктивность которого мы только что
рассчитали, составляют несколько сантиметров при длине волны 50 м, т. е.
во много раз меньше длины волны. Это очень важно — оказывается, что в этом
случае колебания происходят внутри контура и не излучаются наружу.
Если в воздухе колеблется с достаточной частотой какая-либо пластинка,
то от нее расходятся во все стороны звуковые волны. А в нашем контуре электрические
колебания происходят, но электромагнитные волны от него не расходятся.
И все это благодаря его маленьким по сравнению с длиной волны размерам.
А как же «извлечь» волну из контура? Присоединим к нему два проводника
(рис. 8, а). Электрические заряды из контура частично перейдут в проводники,
так что между проводниками будут происходить колебания электрического поля
той же частоты, что и в контуре. Но из проводников волны почти не будут
излучаться, так как расстояние между ними много меньше длины волны. Отогнем
концы проводников в стороны. Вот теперь расстояние между их концами уже
соизмеримо с длиной волны — получилась антенна, излучающая радиоволны
(рис. 8, б).
Рис. 8. Принцип работы антенны: а - электрические заряды из колебательного
контура частично переходят в проводники 1 и 2; б - расстояние между концами
проводников стало соизмеримо с длиной волны - получилась антенна, излучающая
радиоволны.
Вот почему в линиях электропередач применяется ток низкой частоты —
50 Гц. Длина волны такого тока
а расстояние между проводами всего несколько дециметров. Если же электростанции
вырабатывали бы ток, скажем, частотой 1 000 000 000 Гц, или 1 ГГц (длина
волны 30 см), то передача электроэнергии по проводам была бы невозможной
— по пути от станции к городам и заводам почти вся электроэнергия «улетучилась»
бы, излучилась бы из проводов в окружающее пространство.
Мы подчеркнули слова «по проводам», потому что есть, оказывается, другие
способы передачи, которые позволяют передавать на значительные расстояния
энергию сантиметровых (частота больше 3 ГГц) и даже миллиметровых (частота
больше 30 ГГц) волн.
|