Ось вже чим зараз нікого не здивуєш, так це радіозв'язком! Будь-який школяр жваво розповість, що за допомогою радіохвиль люди розмовляють, перебуваючи за тисячі кілометрів один від одного, дивляться в Москві або Іркутську прямі телевізійні репортажі з Америки, бачать, що відбувається на Місяці, промацують поверхню Венери і Марса.
Людина навчилася створювати електромагнітні коливання (радіохвилі), зашифровувати інформацію (звук або зображення) таким чином, що вона просто стає особливістю самих радіохвиль, змушувати радіохвилі переносити цю інформацію в бажаному напрямку і на необхідну відстань. У потрібному місці спеціальний прилад вловлює радіохвилі і витягує зашифровану в них корисну інформацію. Так, в принципі, працює будь-яка радіолінія. Вона завжди складається з трьох головних елементів - радіопередавача, радіоприймача і знаходиться між ними середовища поширення хвиль.
Роль радіопередавача зрозуміла - в ньому, власне кажучи, і народжується радіохвиля. Серцем будь-якого передавача є «коливальний контур» - радіотехнічне пристрій, який створює швидке періодична зміна в часі сили електричного струму, що протікає в елементах контуру. Оскільки електричний струм має магнітне поле, настільки ж швидко змінюється і саме магнітне поле. Можна сказати, що радіопередавач переробляє підводиться до нього електричну енергію постійного або змінного струму в енергію незатухаючих електромагнітних коливань.
Пристрій для випромінювання радіохвиль в простір називається передавальною антеною. Якщо антена випромінює рівномірно на всі боки, вона називається ненаправленої. Але найчастіше в практиці радіозв'язку застосовуються такі антени, які майже всю енергію випромінюють всередині вузького конуса, вісь якого має певну спрямованість.
Незатухаючі електромагнітні коливання, що виробляються радіопередавачем, природно, мають певну частоту (число коливань в секунду) і жорстко пов'язану з частотою довжину хвилі. Це означає, чим вище частота, тим менше довжина хвилі, тим хвиля «коротше». Швидкість радіохвиль в порожнечі дорівнює 300 тис. Км / с. Частота радіохвиль вимірюється в особливих одиницях - герцах (в честь фізика Генріха Герца). Одне коливання в секунду дорівнює 1 Гц.
Електромагнітні коливання можуть мати дуже високу частоту, наприклад світло - це теж високочастотні електромагнітні коливання. Радіохвилями називають тільки такі електромагнітні хвилі, частота яких менше ніж 3 • 105 млн. Гц, а отже, Довжина хвилі більше 1 мм.
Радисти розділили радіохвилі на окремі ділянки або діапазони. Згодом з'ясувалося, що Умови подорожі радіохвиль в просторі дуже різні для хвиль різної довжини. Перший діапазон - то наддовгі хвилі, хвилі-гіганти, довжиною понад 10 000 м.
Наступний діапазон - просто довгі хвилі, від 10 000 до 1000 м. Довгі хвилі - справжні ветерани радіозв'язку. Саме вони застосовувалися на зорі радіотехніки. Та й зараз на довгих хвилях передають радіомовні програми, метеорологічні зведення, сигнали для орієнтування судів. Частота таких хвиль від 30 до 300 кГц.
Третій діапазон утворюють середні хвилі. Їх довжина становить від 1000 до 100 м, а частота - від 300 кГц до 3 МГц.
Четвертий діапазон отримав назву коротких хвиль. У ньому згруповані хвилі довжиною від 100 до «10 м.
Останній діапазон - ультракороткі хвилі, або скорочено УКВ. Сюди входять хвилі довжиною менше 10 м - метрові, дециметрові, сантиметрові, міліметрові. Ясно, що частота цих хвиль перевищує 30 млн. Коливань в секунду, тобто 30 МГц, тому їх часто називають ще коливаннями СВЧ - надвисокочастотні. Саме УКХ широко застосовуються для передач телевізійних програм, в радіолокації, радіоастрономії, космічної радіозв'язку.
Незатухаюче хвиля, яка народжується в генераторі радіопередавача, виконує роль «візника», вона повинна переносити інформацію. Таке у неї і назва в радіотехніці - «несуча». Вся інформація «вантажиться» на несучу хвилю в особливому блоці передавача - модуляторе. Модулятор перетворює звук або зображення в електромагнітні коливання (як правило, низької частоти) і накладає їх на несучу частоту. Саме така «промодулірованной» хвиля випромінюється антеною в простір.
Однак існує така ланка, яке технічних удосконалень не піддається і живе своїм власним, майже не підвладної нам життям. У той же час саме воно багато в чому визначає якість радіозв'язку. І це ланка - середовище поширення, тобто грунт, вода, атмосфера або космічний простір. Спеціальна галузь науки - поширення радіохвиль - вивчає вплив характеристик зовнішнього середовища на умови радиоприема.
Практично перед інженером, який проектує радиолинию, завжди стоїть питання, як забезпечити якісну передачу заданого обсягу інформації між кореспондентами (один з них може перебувати в підземній шахті, а інший - в районі Венери або Марса) із заданою швидкістю і надійністю. Перш за все треба зрозуміти, в якому середовищі будуть поширюватися радіохвилі, щоб правильно вибрати діапазон робочих хвиль. А для цього треба знати закони поширення хвиль.
У перші роки виникнення радіозв'язку перевагу віддавали довгим хвилям. Вважалося, що радіохвилі поширюються, так само як і світло, тобто за законами оптики. А світло поширюється прямолінійно, і якщо світловий промінь здатний обігнути який-небудь предмет, розташований на його шляху, то тільки в тому випадку, коли розміри предмета можна порівняти з довжиною хвилі.
Бажаючи здійснити далеку радіозв'язок уздовж криволінійної поверхні Землі, радисти прагнули до того, щоб хвилі було легше огинати цю поверхню, і застосовували довгі хвилі. Але коштував і коштує такий вид зв'язку дуже дорого - доводилося будувати величезні громіздкі антенні системи (закони радіотехніки такі, що розміри антени теж визначаються довжиною хвилі) і потужні передавачі, що займають цілі будинки й ті значна кількість електроенергії. І, звичайно, немає нічого дивного, що довгохвильових радіостанцій спочатку було дуже мало.
Крім того, дуже скоро було виявлено, що радіозв'язок на довгих хвилях не завжди можлива. Адже шлях радіохвиль від передавача до приймача часто буває і довгим, і складним. Хвиля йде над морем і над степом, над засніженій тундрою і розпеченій пустелею, над горами і тайгою. Всі ці ділянки підстильної земної поверхні мають різні електричними властивостями і кожен по-своєму впливає на поширення радіохвилі.
Головну роль тут відіграє поглинання енергії радіохвиль за рахунок виникаючих в підстильної поверхні електричних струмів. Біжучий над Землею уздовж її поверхні хвилю так і називають - земний, поверхневої. При великій відстані від передавача сила електромагнітного поля може ослабнути настільки, що хвиля загасає, і тоді приймальня антена не зможе нічого прийняти. Чим менше довжина хвилі, тим швидше затухає поверхнева хвиля зі збільшенням дальності. Тому на короткі хвилі «серйозні» зв'язківці спочатку і уваги не звертали. Цей діапазон залишили для розваги радіоаматорів, які самі будували малопотужні радіостанції з невеликими антенами (хвилі-то короткі!) І встановлювали радіозв'язок один з одним.
Рік 1901. Початок нашого століття. Людство ще не прийшло до тями від подиву - тільки в 1895 р винайдений спосіб передавати сигнали на відстань без проводів. Це зробили російський фізик Олександр Степанович Попов і молодий італійський інженер-винахідник Гульєльмо Марконі. У побут входять нові, незвичні для слуху слова - «радіо», «бездротовий телеграф». І ось Марконі задумує сміливий досвід - намагається здійснити радіозв'язок не на який-небудь десяток кілометрів, а на гігантські відстані між континентами. Передавач встановлений в Англії, на півострові Корнуолл. Приймальний пристрій - за тисячі кілометрів, в Північній Америці, на півострові Ньюфаундленд (гарне, до речі, назва - в перекладі з англійської воно звучить як «Знову знайдена земля»).
З точки зору теоретиків це був експеримент, приречений на невдачу. Чи не могли радіохвилі через тисячі кілометрів Атлантичного океану обігнути опуклість земної кулі, хвиля неодмінно повинна була згаснути. Такий був вирок суворої фізичної теорії. Але, як це часто буває, експеримент з цією обставиною не зважив. Радіозв'язок на довгій радиотрасс через простори Атлантики була здійснена. І сила сигналу у багато разів перевищувала розрахункову! Довелося вченим. терміново шукати пояснення цьому «чуду». Але пояснення могло бути тільки одне - поширюючись не тільки в сторони, але і вгору, радіохвилі зустріли на своєму шляху якусь перешкоду, екран, відбилися від нього і потрапили знову на Землю на величезній відстані від радіопередавача. Що ж це за екран, що це за дзеркало навколо нашої планети, від якого радіохвилі відбиваються, як сонячний зайчик Від дзеркальця? Де воно знаходиться? Як утворюється? Чи завжди існує? На ці та ще тисячі питань належало отримати відповідь.
Отже, перш за все де? Ясно було, що на досить великій висоті - понад 100 км над поверхнею Землі. Але що там? Атмосфера, повітря або щось інше? Може бути, якесь особливе речовина, здатне відображати радіохвилі?
Казимирову Е. С.