Телевидение?.. Это очень просто! - Евгений Айсберг

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.

Н. — Что ты таким образом называешь?

Л. — Если снижение плохо согласовано с одной стороны с антенной, а с другой с входной цепью приемника, то поступающая туда энергия высокой частоты может лопасть во входную цепь только частично. Остальная часть отразится по направлению к антенне, которая в свою очередь частично отразит ее к приемнику, и т. д.

Н. — В общем, плохая передача, выполненная в несколько приемов, вместо одновременной передачи. А каковы будут практические последствия этого?

Л. — На экране появятся многократные изображения. Кроме основного изображения, воспроизведенного первым и наиболее значительным потоком энергии, возникнут другие изображения, обусловленные последовательными отражениями энергии, более слабые и слегка смещенные по отношению к первому. Смещение происходит оттого, что за время этого короткого интервала электронное пятно успеет слегка переместиться. Обычно такие смещенные изображения называют повторными изображениями или просто повторами.

Н. — Сам того не желая, я получал такие отражения, занимаясь фотографией. Стоит в процессе печати чуть-чуть сдвинуть негатив по отношению к бумаге, как получается аналогичный результат.

Л. — Хотя это и любопытное явление, но избегать его нужно любой ценой. Для этого характеристическое (волновое) сопротивление снижения, с одной стороны, должно быть равно полному сопротивлению антенны в центре, а с другой — входному полному сопротивлению приемника.

Н. — Клянусь электродом! Что еще такое, все эти полные сопротивления?

Л. — Я мог бы ответить тебе весьма изящным пируэтом, сказав, что в соответствии с высшим законом — законом Ома — речь идет в обоих случаях об отношении напряжения к величине тока. Это тебе немного объяснило бы. Поэтому лучше сказать, что всякая антенна обладает сопротивлением, емкостью и индуктивностью и в соответствии с этим некоторым кажущимся сопротивлением, называемым также полным сопротивлением. Полное сопротивление полуволнового вибратора в центре равно приблизительно 72 ом. Снижение также имеет сопротивление, емкость и индуктивность, распределенные по всей длине. Результирующее полное сопротивление называется волновым сопротивлением. И, наконец, входная цепь приемника также обладает некоторым полным сопротивлением.

Н. — Если я тебя правильно понял, чтобы все шло хорошо и энергия антенны была без отражений передана приемнику, достаточно, чтобы волновое сопротивление снижения и входное полное сопротивление приемника были равны по 72 ом.

Л. — Ты не ошибаешься. Бывают разные типы кабелей с таким волновым сопротивлением, применяемые для снижения (рис. 128): двухпроводные линии, состоящие из двух параллельных проводов, заключенных в полиэтилен; двухпроводные линии, окруженные защитной металлической оболочкой (экраном); витые провода, подобные применяемым для осветительной проводки; наконец, коаксиальные кабели, состоящие из внутреннего провода или центральной жилы и второго провода в виде наружного металлического экрана, покрытого защитной оболочкой.

Рис. 128. Различные типы кабелей для снижения антенны.

а — симметричный двухпроводной кабель, заключенный в полиэтиленовую ленту; б — витые провода; в — коаксиальный кобель (1 — центральная жила; 2 — диэлектрик; 3 — металлическая оболочка; 4 — защитная изолирующая оболочка).