Телевидение?.. Это очень просто! - Айсберг Евгений Давыдович - Страница 56

Н. — В общем, волны, проходящие мимо твоего стержня, сообщают попеременно то положительный, то отрицательный потенциал одному из его концов, тогда как другой его конец становится соответственно то отрицательным, то положительным. Таким образом, за время одного полупериода электроны устремляются от одного конца к другому, затем во время следующего полупериода — в противоположном направлении.

Л. — И заметь, что время, затрачиваемое током, чтобы пройти от одного конца до другого этой полуволновой антенны, как раз равно полупериоду волны, потому что скорость распространения тока равна скорости радиоволн.

Н. — Если я правильно понял, колебания электронов вдоль стержня естественно совершаются в такт волнам, которые их вызывают. Именно поэтому, без сомнения, ты сказал, что мы используем настроенные антенны.

Л. — Я употребил этот термин как раз в этом смысле. Предоставленные самим себе, электроны стержня колебались бы с той же частотой, если бы какой-нибудь начальный импульс нарушил их распределение вдоль проводника… Правда, мое рассуждение имеет несколько отвлеченный характер, так как оно действительно для очень тонкого стержня, подвешенного в пустоте вдали от других проводников. В действительности же из-за соседства мачты, служащей опорой, крыши и почвы появляются емкости, которые увеличивают собственный период стержня. Чтобы правильно настроить его на принимаемые волны, нужно слегка укоротить ею. В среднем его длина должна быть на 6 % меньше половины длины волны.

Н. — Значит, если я хочу принять волну 6,03 м, соответствующую частоте 49,75 Мгц, то придется брать стержень длиной 3 м за вычетом 6 %, т. е. около 2,83 м.

Л. — Это не совсем верно, так как нужно, кроме того, принять на ту же антенну звук, передаваемый на частоте 56,25 Мгц, т. е. на волне 5,34 м. Поэтому ты должен выбрать длину стержня немного меньше, порядка 2,75 м.

Н. — Но нужно тогда иметь довольно широкую полосу пропускания. От чего она зависит?

Л. — От диаметра стержня или, точнее, от отношения его длины к диаметру. Для получения достаточной полосы пропускания диаметр стержня не должен быть слишком малым. Практически используют трубки диаметром порядка 1–2 см, так как применять сплошные стержни нецелесообразно.

Н. — Я припоминаю, что токи высокой частоты протекают по поверхности проводников. Ты это называешь поверхностным эффектом. Интересно, нельзя ли сделать антенну из нескольких параллельных проволок, образующих нечто вроде цилиндра?

Л. — Такие антенны успешно применяются. Натяни с десяток проволок на обручи диаметром 10 см, и у тебя получится превосходная полуволновая антенна, имеющая вполне достаточную полосу пропускания.

Н. — Другой вопрос. Эти антенны должны устанавливаться горизонтально или вертикально?

Л. — Это зависит от ориентации электромагнитного поля, или, как говорят, от направления его поляризации. Вертикальная передающая антенна излучает вертикально поляризованные волны. Их и принимать нужно на вертикальные антенны. На такие антенны работают в метровом диапазоне волн английские передатчики на 405 строк. Во всех же остальных странах, кроме некоторых старых французских передатчиков, используется горизонтальная поляризация.

Н. — Если я правильно понял, в этом случае антенны передатчиков, так же как и приемников, должны быть расположены горизонтально?

Л. — Конечно. Однако распространение волн — явление в достаточной степени капризное, и плоскость поляризации может в пути измениться. Поэтому иногда можно добиться лучшего приема, более или менее наклоняя приемную антенну.

Н. — Мне кажется, что снижение, подводящее к приемнику ток от антенны, должно быть подключено к одному из концов стержня.

Л. — Ты что, серьезно думаешь, что там имеется ток?

Н. — Очевидно! Ведь между концами наибольшая разность потенциалов.

Л. — Да, но обращал ли ты внимание на то, в каком месте больше всего истерт ковер на твоей лестнице?

Н. — К чему ты говоришь какой-то вздор?

Л. — Чтобы тебе наглядно показать распределение напряжений и токов в стержне. Вообрази себе дом, построенный в предвидении атомных войн и имеющий по восьми надземных и подземных этажей. Все 16 этажей заселены примерно равномерно. Полагаешь ли ты, что ковер на лестнице будет изношен совершенно одинаково на всем его протяжении?

Н. — Нет. На крайние этажи пройдут только те, кто там живет: любители быть ближе к небу и опасающиеся бомбежек. Но по той части ковра, которая находится на уровне земли и которая ведет к выходу, пройдут все жильцы, как пользующиеся дневным светом, так и троглодиты, обреченные на пользование электрическим светом. Износ ковра в этом месте будет гораздо более заметен.

Л. — А ты не замечаешь сходства между обитателями нашего атомного жилища и электронами стержня?

Н. — Понял! По концам стержня проходят только малочисленные электроны, населяющие концы. Но по мере приближения к центру стержня количество электронов, составляющих ток, увеличивается; к ним прибавляются все электроны промежуточных частей стержня. В центре ток наиболее интенсивен, это целая толпа электронов (рис. 127)!

Рис. 127. Ток I максимален в центре полуволнового вибратора, тогда как разность потенциалов U максимальна между его концами. Чтобы получить максимальный ток, стержень посредине разрезают и включают в этом месте двухпроводный кабель снижения.

Л. — Видишь, мой пример намного облегчил рассмотрение существенного вопроса. Теперь, когда ты знаешь, где ток интенсивнее всего, ты поймешь, что именно из середины стержня его нужно выводить, чтобы направить к приемнику.

Н. — Но, дорогой Любознайкин, как ты думаешь поступить? Чтобы воспользоваться этим током, нужно каким-то образом включить входную цепь приемника в центр колебательного стержня. А это невозможно!

Л. — Почему невозможно? Разрежь стержень посредине и подведи ток к входной цепи с помощью двух параллельных проводников. У тебя получится классическая и самая распространенная из телевизионных антенн: полуволновая антенна, или вибратор, образованный из двух четвертьволновых стержней. Правда, стержни в действительности короче на 6 %, чем четверть длины волны. Расстояние между внутренними концами стержней должно составлять несколько сантиметров, и они закрепляются при помощи изоляторов на мачте.

Н. — Такие антенны мне приходилось видеть. И я заметил, что снижение действительно идет из центра антенны.

Л. — Правильно. Роль снижения (фидера) чрезвычайно важна. Нужно, чтобы оно наилучшим образом обеспечивало передачу на приемник энергии из антенны. На столь высоких частотах, какие мы используем, задача эта непроста. Нужно, в частности, избегать отражения энергии в снижении.