Покоренный электрон
Шрифт:
В Советском Союзе подобные опыты по организации связи на коротких волнах были выполнены профессором М. А. Бонч-Бруевичем и В. В. Татариновым. Они установили круглосуточную связь Москвы с Ташкентом и Владивостоком передатчиками мощностью в несколько десятков ватт (на волнах 15–30 метров).
Ученые, инженеры, радиолюбители занялись исследованием свойств радиоволн короче 50 метров.
Эти волны распространяются очень своеобразно. Известен такой курьезный случай. Однажды в окрестностях Рима возник большой пожар. Телефон бездействовал. Вызвать пожарную команду было невозможно. Один из местных радиолюбителей-коротковолновиков стал посылать в эфир сигналы бедствия. В это время какой-то
Чтобы выяснить дальность действия радиопередатчиков, сделали опыт. Возле длинноволновой радиостанции поместили коротковолновую. Оба передатчика работали несколько суток подряд.
На автомобиль погрузили два радиоприемника. Один из них принимал передачу длинноволновой станции, другой — коротковолновой. Силу сигналов, принимаемых каждым из приемников, отмечал на телеграфной ленте записывающий автомат.
Автомобиль-лабораторию отправили в путь. По мере удаления автомобиля слышимость коротковолнового передатчика быстро падала. На расстоянии около 50 километров она исчезла совершенно. Передача длинноволновой станции была слышна хорошо, хотя сила принимаемых сигналов и ослабела, но совсем не в такой мере, как у коротковолнового передатчика.
На пятисотом километре слышимость длинноволновой станции пропала, но зато появились сигналы коротковолнового передатчика. Вскоре они достигли полной силы и были слышны так, как будто автомобиль находился возле самой станции. И сколько бы лаборатория ни удалялась от радиостанции, сила сигналов уменьшалась очень медленно.
Существование «мертвого» пространства вокруг коротковолнового передатчика и малая зависимость силы приема от расстояния на большом удалении от передатчика навели на мысль, что короткие волны распространяются не вдоль земной поверхности, как предполагали раньше, а иным путем, и что на расстоянии в несколько тысяч километров радиоприемник улавливает не прямые сигналы радиостанции, а отражение этих сигналов. Нужно было найти то зеркало, от которого отражаются радиосигналы.
Еще в 1920 году М. В. Шулейкин указывал, что следует изучить верхние слои атмосферы. Воздух на высоте в 90 километров над землей сильно ионизирован ультрафиолетовым излучением солнца. Ионизированные газы, как и все проводники, отражают короткие радиоволны.
Следовательно, те сигналы коротковолновой станции, которые распространяются вдоль земной поверхности, быстро слабеют и гаснут. Сигналы же, посланные вверх, достигают ионизированных слоев воздуха — ионосферы — и отражаются от нее, как от зеркала, обратно к земле. Попав на влажную землю или на морскую поверхность, они вновь отражаются к ионосфере, чтобы потом опять вернуться к земной поверхности (рис. 87).
Рис. 87. Длинные волны по мере удаления от радиостанции слабеют, а короткие волны, многократно отражаясь от поверхности земли и ионосферы, облетают вокруг земного шара.
Радиосигналы гигантскими прыжками летят между ионосферой и землей на десятки тысяч километров. Они могут таким образом совершить даже кругосветное путешествие.
Эти соображения скоро подтвердились на опыте. Приемник, расположенный возле передатчика, иногда принимает вслед за сигналами передающей станции эхо этих же сигналов, облетевшее вокруг
Контур надо уменьшить
Ученые, изобретатели, радиолюбители отчетливо поняли преимущества коротких волн перед длинными — радиопередача на коротких волнах звучит чище, отчетливее, «атмосферики», то есть трески и шумы, создаваемые грозовыми разрядами в атмосфере, меньше мешают приему; короткие волны позволяют поддерживать дальнюю связь с минимальной затратой мощности и даже вести направленную передачу. Впоследствии они оказались незаменимыми для локационных станций, радиодальномеров и других навигационных приборов, а также для телевидения.
И всем скоро стало совершенно ясно, что чем короче волны, тем надежнее и устойчивее работают на них многие радиоаппараты.
Надо осваивать более короткие волны, говорили конструкторы и, чтобы добиться этого, стали уменьшать размеры катушек самоиндукций и конденсаторов колебательных контуров. Ведь чем меньше самоиндукция и чем меньше емкость, тем короче получаются волны.
Изобретатели дошли в конце концов до того, что в катушке самоиндукции остался всего лишь один единственный виток, а в конденсаторе — две совсем маленькие пластины. Казалось, что дальше сокращать контур уже некуда.
Развитие радиотехники в этой области несколько затормозилось: надо было как-то преодолеть возникшие затруднения. Изобретатели попытались соединить в одно целое катушку самоиндукции и конденсатор и изготовили колебательный контур из двух прямых и параллельных друг другу медных проволок, соединенных перемычкой, наподобие буквы П. Параллельные проволоки служили одновременно и емкостью и самоиндукцией.
Однако самое существенное препятствие, мешавшее освоению ультракоротких волн, заключалось не в форме и размерах колебательного контура. Дело в том, что любой, пусть даже самый маленький, контур надо подключать к лампе с помощью соединительных проводов, а соединительные провода, да и сама лампа, тоже обладают собственными самоиндукциями и емкостями. И все эти самоиндукции и емкости — контура, соединительных проводов и лампы — складываются, и укоротить длину волны ниже определенного предела не удается.
Следовательно, прежде всего надо изгнать из схемы все соединительные провода — они только мешают, а из контура и лампы составить одно целое, один прибор.
Наиболее удобным для этой цели оказался контур, изготовленный наподобие покрышки автомобильного колеса, то есть в виде пустотелого кольца с разрезом вдоль его внутренней окружности.
Контур подобной формы получил название полого или объемного резонатора. Для присоединения такого резонатора к лампе никаких соединительных проводов не требуется: его, как бублик, надевают прямо на баллон лампы.
Электрон недостаточно быстр
Но и этого усовершенствования оказалось недостаточно. Обнаружилось новое, еще более серьезное препятствие, которое зависит от свойств самого электрона.
При длине волны в 1 метр частота колебаний на сетке лампы составит почти 300 миллионов в секунду. Если же укоротить длину волны до 10 сантиметров, а именно этого и добивались ученые, то частота достигнет 3 миллиардов колебаний в секунду!
Как ни велика скорость электрона в электронной лампе, все же он летит недостаточно быстро. Он не успевает пролететь расстояние от сетки до анода, как напряжение на сетке уже изменяется; анодный ток перестает следовать за командами сетки.