Физика

Содержание раздела

Механика

Путешествие по диапазонам частот

Первые передачи Попова велись на длинах волн в несколько сотен метров. Развитие телевидения привело к широкому использованию ультракоротких волн (от 10 до 1 м). Радиолокация работает в рснов-ном на сантиметровых волнах. В последнее время в науке и технике все шире используются миллиметровые и даже субмиллиметровые (короче 1 мм) волны.

Радиоволны различных диапазонов по-разному генерируются и принимаются, по-разному распространяются в атмосфере, по-разному взаимодействуют с веществом. Каждый диапазон обладает своими особенностями. Чтобы лучше понять эти особенности, нужно вспомнить две формулы. Первая связывает длину радиоволны с ее частотой

Вторая вам тоже известна — это формула резонансной частоты колебательного контура:

Без колебательного контура, являющегося основой большинства радиотехнических устройств, обойтись нельзя. В своем обычном виде, т. е. в виде соединенных друг с другом конденсатора и катушки, этот контур вполне пригоден в диапазонах длинных, средних и коротких волн, т. е. от 10 км до 10м (от 30 кГц до 30 МГц).

Прикинем, каковы должны быть L и С, например, на волне 50 м (частота f = 6 МГц = 6 * 10⁶ Гц). По формуле резонансной частоты контура можно получить величины L = 7 * 10^-5Г = 70 мкГ и С = 10^-11*Ф = 10пФ. Конечно, можно было бы взять и другие L и С, например меньшую индуктивность и большую емкость. Но оказывается, что чем меньше L, тем шире резонансная кривая контура, тем ниже его добротность, а это плохо — такой контур, поставленный в радиоприемник, будет ловить сразу несколько станций. Если же попытаться увеличить L и уменьшить С, это помешают сделать паразитные емкости соединительных проводов и витков катушки, которые входят в общую емкость контура.

Одной из важнейших характеристик в радиофизике является соотношение между геометрическими размерами контура и длиной волны колебаний в нем. Например, размеры контура, емкость и индуктивность которого мы только что рассчитали, составляют несколько сантиметров при длине волны 50 м, т. е. во много раз меньше длины волны. Это очень важно — оказывается, что в этом случае колебания происходят внутри контура и не излучаются наружу.

Если в воздухе колеблется с достаточной частотой какая-либо пластинка, то от нее расходятся во все стороны звуковые волны. А в нашем контуре электрические колебания происходят, но электромагнитные волны от него не расходятся. И все это благодаря его маленьким по сравнению с длиной волны размерам.

А как же «извлечь» волну из контура? Присоединим к нему два проводника (рис. 8, а). Электрические заряды из контура частично перейдут в проводники, так что между проводниками будут происходить колебания электрического поля той же частоты, что и в контуре. Но из проводников волны почти не будут излучаться, так как расстояние между ними много меньше длины волны. Отогнем концы проводников в стороны. Вот теперь расстояние между их концами уже соизмеримо с длиной волны — получилась антенна, излучающая радиоволны (рис. 8, б).

Вот почему в линиях электропередач применяется ток низкой частоты — 50 Гц. Длина волны такого тока

а расстояние между проводами всего несколько дециметров. Если же электростанции вырабатывали бы ток, скажем, частотой 1 000 000 000 Гц, или 1 ГГц (длина волны 30 см), то передача электроэнергии по проводам была бы невозможной — по пути от станции к городам и заводам почти вся электроэнергия «улетучилась» бы, излучилась бы из проводов в окружающее пространство.

Мы подчеркнули слова «по проводам», потому что есть, оказывается, другие способы передачи, которые позволяют передавать на значительные расстояния энергию сантиметровых (частота больше 3 ГГц) и даже миллиметровых (частота больше 30 ГГц) волн.

перейти к началу страницы