Р-109. ЧАСТОТНОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ КАНАЛОВ. Честно признавшись в невозможности в этой книге об электричестве достойно поговорить об электронике (Т-9), автор всё же пытается в самых общих чертах сказать о ней несколько слов. Сейчас речь о том, что радиовещательные станции в основном работают в двух диапазонах — на средних и ультракоротких волнах. В первом из этих диапазонов (1) частотная территория мала (от 530 до 1700 кГц, то есть всего 1170 кГц). Поэтому станции работают здесь с экономной амплитудной модуляцией (сокращенно AM, обычно средневолновый радиовещательный диапазон тоже так называют), и каждая занимает полосу частот 20 кГц. Вообще-то в АМ-диапазоне узаконенное расстояние между несущими частотами fн соседних станций примерно 10 кГц, но стараются, чтобы близкие по частоте станции находились подальше одна от другой и не очень мешали друг другу. Благодаря этому станции излучают несколько более широкую полосу и обеспечивают не очень высокое, но всё же приемлемое качество звучания. В диапазоне ультракоротких волн (2) частотная территория значительно больше (от 76 000 до 90 000 кГц, то есть всего 14 000 кГц, в 12 раз больше, чем в АМ-диапазоне). Поэтому станции могут работать здесь с менее экономной, но более совершенной частотной модуляцией (сокращённо ЧМ, обычно ультракоротковолновый радиовещательный диапазон тоже так называют) и занимать значительно более широкую полосу частот. Это позволяет использовать особые средства и схемы для подавления помех и значительно более высокого качества звучания. Приёмники для AM- и ЧМ-диапазонов (1,2) во многом похожи, но детекторы у них, конечно, разные. Один из них выделяет низкочастотный сигнал, работая с изменениями амплитуды (1). Другой детектор выделяет низкочастотный сигнал, работая с изменениями частоты (2). В приёмниках с диапазонами AM и ЧМ есть два переключаемых детектора.
В заключение хочется заметить, что распределение рабочих радиочастот и контроль их использования в наше время дело особо сложное и ответственное. Достаточно вспомнить о таких потребителях рабочих частот, как гражданская авиация и вооруженные силы.
Т-219. СВЧ — совсем другая радиотехника. Для сверхвысокочастотных диапазонов пришлось создавать принципиально новую технику. Вместо вакуумного триода применили мощный электромагнитный генератор магнетрон. Настроенный на определённую частоту колебательный LC-контур превратился в медный цилиндр строго определённых размеров. Кабель стал металлической трубой по имени волновод. Высоко поднятый провод антенны заменил маленький излучатель с рефлектором в виде тарелки, которую мы сегодня видим довольно часто.
Т-220. Наследники первой электрической профессии. Имея в виду единую природу электричества и магнетизма, можно сказать, что первым практическим применением электромагнетизма был компас. Его нынешние наследники — системы радионавигации, они позволяют экипажу самолёта, корабля или даже одинокому путешественнику с высокой точностью оценить своё направление и, более того, свои координаты. Сегодня без локаторов и радионавигационных приборов самолёты не летают и моряки не выходят в море, а для военных это вообще техника жизни — была бы в своё время у американцев радиолокация, не случился бы у них Пёрл-Харбор. В принципе локатор работает очень просто: он посылает в пространство короткие импульсы радиоволн и тут же переключается на приём. Если через какое-то небольшое время посланный сигнал возвращается, значит, он отразился от какого-то объекта, расстояние до него можно определить по запаздыванию отражённого сигнала.
И радионавигация в принципе тоже дело несложное. Антенна в виде вертикального провода одинаково хорошо принимает радиоволны со всех направлений, а есть антенны направленные, они как бы усиливают сигналы, которые приходят с главного для них направления. Вращая такую антенну в горизонтальной плоскости, можно по максимуму сигнала найти направление на радиомаяк — специальный радиопередатчик с точно известным местонахождением. А принимая поочерёдно два разных маяка, можно в точке пересечения двух направлений получить свои собственные координаты. Примерно так же по сигналам, принятым со спутника, электронный блок может точно вычислить ваши координаты и привязать их к одной из карт местности, которая хранится в памяти вашего небольшого навигационного аппарата.
В принципе, в общих чертах всё это действительно очень просто, но понадобилась сложная аппаратура и, конечно, годы напряженного труда учёных и инженеров, чтобы получить то, что сегодня умеют радионавигация и радиолокация.
Т-221. Сотовый телефон — важный шаг к всеобщей связи. Отметив, что в СВЧ-диапазоне могло бы работать 30 миллионов радиовещательных станций, мы очень сильно приуменьшили реальную цифру. Дело в том, что радиоволны короче нескольких десятков метров, в отличие от длинных волн, не огибают земной поверхности, не проходят за линию горизонта. Поэтому радиостанции, отдалённые на 100 километров, спокойно могут работать в сантиметровом диапазоне на одной и той же частоте, не мешая друг другу.
Это бесспорное достоинство на протяжении многих лет больше огорчало, чем радовало: сверхкороткие радиоволны были диапазоном только близкого действия, их можно было принять лишь на расстоянии, как принято говорить, прямой видимости. Но и этот непоправимый, казалось бы, недостаток сумела преодолеть инженерная настойчивость. На сотни и тысячи километров протянулись радиорелейные линии связи, где СВЧ-радиосигнал, как эстафету, передают от одного ретранслятора к другому. Этот сигнал может переносить тысячи телефонных разговоров, каждый на своей поднесущей частоте. Такой же многоканальный сверхвысокочастотный сигнал научились передавать по специальному кабелю со встроенными усилителями. Появились спутники-ретрансляторы, вращаясь синхронно с Землей, они на высоте около 36 тысяч километров постоянно висят над каким-нибудь большим регионом и снабжают его телевизионными программами, которыми регионы делятся друг с другом без всяких проблем.
Наконец, ещё одно новшество, без которого непонятно, как мы обходились раньше. Несколько лет назад стал доступным и очень распространённым сотовый радиотелефон (Р-115). Размещённые в его корпусе миниатюрные радиоприёмник и радиопередатчик тоже работают на СВЧ и поддерживают связь с мощными приёмопередатчиками, которые благодаря высоко поднятым антеннам обслуживают довольно большой район. Через этот мало кому знакомый центр связи ваш сотовый аппарат попадает на главную телефонную станцию города, к другим владельцам сотовых телефонов, а если нужно, то и в какую-либо далёкую страну.
Ещё не так давно как об очень далёком будущем специалисты говорили о всеобщей связи, о возможности каждого человека немедленно связаться с любым другим человеком на Земле. Достижения радиоэлектроники последнего времени, в частности, сотовый телефон, быстро продвигают эту мечту к реальности, и цель уже не за горами.
Р-110. ВРЕМЕННОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ КАНАЛОВ. Рисунок поясняет совершенно иную систему разделения каналов — временную (ударение на «у»), то есть по времени появления передаваемого и принимаемого сигналов. Предполагается, что каждая из пяти программ передаётся быстро следующими друг за другом малыми порциями 1, 2, 3, 4, 5. Слушатель переключателем П1 выбирает нужную ему программу (в нашем примере это программа 2), подключившись к одному из пяти неподвижных контактов. В месте приёма автомат тут же запоминает нужное положение выключателя П2 (в нашем примере, напоминаем, это положение 2), и после этого электронные переключатели ЭП1 и ЭП2 будут включать всю линию связи только в те моменты (лучше бы сказать «мгновения»), когда по ней передаются импульсы второго канала. Таких линий в нашем примере можно сделать пять, они будут работать практически одновременно, дав слушателю возможность выбрать переключателем П1 любую из передающихся пяти программ. В реальных кабельных линиях цифровой связи с временным (ударение на «ы») разделением каналов и быстродействующими транзисторными переключателями практически одновременно работают многие тысячи линий связи, по которым передаются тексты, телефонные разговоры и телевизионные программы. Такие системы уже несколько лет как работают, вы пользуетесь ими, часто даже не зная, что с традиционного частотного разделения каналов перешли на временное (ударение на «о»).
Т-222. На очереди свет. А нельзя ли в помощь сантиметровым волнам использовать радиоволны ещё более короткие и тем самым открыть новые частотные территории для систем связи? Миллиметровые волны ещё в каких-то случаях для этого используют, но и они заметно теряют свою мощность в каплях дождя и в тумане, а более короткие волны для радиосвязи совсем непригодны. Зато всё больше в системах цифровой связи используется свет — электромагнитные волны длиной меньше микрона. Но путешествуют световые сигналы не в открытом пространстве, а по тонкой прозрачной кварцевой нити — по световоду. Источник света — специальные лазеры, обычно их сигнал проходит по световоду сотни километров, из света легко формируются нужные комбинации импульсов цифрового сигнала, а если в линии они заметно затухают, то их несложно восстановить, и дальше сигнал пойдёт как новенький. В месте приёма световой сигнал преобразуется в обычный электрический. В соревновании электрических и световых систем связи (надо бы сказать аккуратнее, свет тоже электромагнитный процесс) решающее слово за надёжностью и простотой техники, а в итоге за стоимостью системы. Сегодня свет уже заметно потеснил своего конкурента, но некоторые специалисты считают, что главные победы у него ещё впереди.
Т-223. Электроника — мир бессчётных превращений. Световоды широко используются для передачи не только разных видов цифровой информации, но и телевизионной картинки. При этом она проходит множество преобразований. Сначала с картинки снимают электрическую копию, её превращают в аналоговый сигнал, затем в электрический цифровой сигнал, он копируется в световой и проходит по световоду к месту приёма, где проводятся те же операции, но в обратном порядке. В итоге на большом экране воспроизводят картинку, с которой всё начиналось. Для электроники подобная цепочка превращений — дело обычное, преобразован