Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
ГЛАВА ПЕРВАЯ
РАДИОЛОКАЦИЯ НА ВОЙНЕ
ТАИНСТВЕННЫЕ ПРИБОРЫ
В
о время второй мировой войны в газетах и журналах появились сообщения о том, что военные корабли в ряде случаев открывали артиллерийский огонь с дальних дистанций темной ночью и с первых же залпов наносили серьезнейшие повреждения судам противника.
Сообщалось также и о том, что миноносцам удавалось в ночной мгле или в густом тумане обнаруживать вражеские подводные лодки и топить их таранным ударом.
Рис. 1. Все эти быстротечные морские бои производились при отсутствии видимости — в тумане или ночью, когда возможности обычного наблюдения были исключены
Все эти быстротечные морские бои, происходившие в разное время и в разных местах, проходили при отсутствии видимости — в тумане или ночью, когда возможности обычного наблюдения были исключены.
Во всех случаях наше внимание привлекала загадочность способов обнаружения дальних целей. На предельных расстояниях снаряды безошибочно поражали цель, скрытую от наблюдения темнотой. -
Было очевидно, что в действие ввели какое-то новое средство дальнего обнаружения. Краткие газетные заметки, сообщавшие об исходе скоротечных боев на море, содержали недвусмысленные намеки на то, что флот вооружен какими-то «таинственными приборами».
Но не только морские и океанские просторы явились ареной, на которой с успехом действовало новое боевое оружие. Оно оказалось не менее эффективным и в воздушных боях.
Как и в морских сражениях, здесь применялись новые способы обнаружения невидимых далеких целей. Снаряды, поражавшие цели, были обычны. Ничего нового не представляли и зенитные орудия. Способы наводки орудий также не подверглись существенным изменениям. Но чем, какими средствами осу-
Рис. 2. Дальность действия прожекторов в туман или при низкой облачности невелика
Рис. 3. Истребители сближались с вражескими самолетами на короткие дистанции и открывали точный прицельный огонь
ществлялось обнаружение целей, — это для непосвященных оставалось загадкой.
О простом зрительном наблюдении можно было не говорить. Отпадала возможность наблюдения при помощи биноклей, стереотруб, дальномеров, которые ночью и в тумане становятся бесполезными. Помощь прожекторов исключалась, поскольку дальность их действия в тумане невелика. Звукоулавливатели с их максимальной дальностью 15—20 км также не могли принести большой пользы.
Можно было подумать, что цель выдавала себя тем, что производила радиопередачи, поддерживая связь с базой. Это позволило бы методом радиопеленгации засечь место нахожде
ния цели, определив направление при
хода излучаемых радиоволн. Но цель обнаруживалась и тогда, когда никаких радиопередач она не производила.
Еще большее удивление вызывала способность ночных истребителей обнаруживать вражеские самолеты при отсутствии видимости.
Истребители, не прибегавшие ни к каким осветительным средствам, сближались с вражескими самолетами на короткие
дистанции и открывали точный прицельный огонь.
Оставалось предположить, что появились какие-то новые при боры и в авиации.
Эти приборы развивались. В дальнейшем применялись все более совершенные конструкции, удовлетворявшие суровым требованиям войны и выдерживавшие самые тяжелые испытания. Все новые и новые заводы переключались на их изготовление. Быстро расширился круг ученых и специалистов, посвятивших себя служению новой отрасли техники.
Росли кадры военных специалистов, овладевших всеми тонкостями обращения с новым боевым оружием. Росла его слава, укрепляемая занесением на боевой счет все новых и новых блестящих побед на земле, над землей и на воде.
Этим оружием явилась радиолокация.
Подтвердились предположения и догадки о том, что этими победами морские и воздушные флоты обязаны радиотехнике. Той самой радиотехнике, которая была заложена выдающимся русским ученым, изобретателем радио А. С. Поповым, создавшей самую гибкую форму связи — радиосвязь, породившей радиовещание, звуковое кино, телевидение, новые методы геологической разведки, закалки инструмента, плавки металла, медицинского лечения и управления механизмами на расстоянии. На этот раз радиотехника преподнесла замечательный подарок военным силам.
ОБНАРУЖИТЬ И УВИДЕТЬ ЦЕЛЬ —НЕ ОДНО И ТО ЖЕ
Можно цели самой не видеть, но точно знать, где она. находится, в какой именно точке пространства. Именно о таком обнаружении и нужно говорить, имея в виду радиолокацию.
Посредством радио можно видеть на расстоянии,— такая возможность называется телевидением.
Телевидение позволяет видеть все то, что появляется перед объективом съемочного телевизионного аппарата, т. е. почти то же, что видит объектив киносъемочного аппарата.
Радиолокация чаще всего не позволяет видеть самой цели, а лишь определяет место, где эта цель находится. Кстати, это подчеркнуто и самим названием: в переводе с латинского языка на русский слово «локус» означает «место».
Телевидение пытались применять для военных целей, в частности, для передачи в штаб того, что видел объектив фотоаппарата на передовой линии фронта. Осуществлялись удачные попытки установки телевизионных аппаратов на самолете. Все, что видно было сверху, с самолета, снималось специальным съемочным телевизионным аппаратом и сразу же передавалось по радио в штаб. Там на экране телевизора были видны танки, отряды пехоты, аэродромы, словом все, что только мог на лету схватить объектив аппарата, б
Рис. 4. При помощи радиолокационных станций удается обнаружить самолеты при любых условиях видимости
Рис. 5. Зенитные пушки при помощи радиолокационных станций могут прицельно стрелять по невидимым целям
Но телевизионный съемочный аппарат, так же как и съемочная кинокамера или самый совершенный фотоаппарат, не позволяет производить наблюдения за объектами, удаленными на десятки или сотни километров, тем более ночью или в густом тумане.
РАДИОЛОКАЦИЯ «ВИДИТ»ВПОТЬМАХ
Радиолокация не равноценна телевидению, она не позволяет точно судить об очертании предметов, их форме, не говоря уже о цвете окраски. Не всякий видимый глазом объект может стать предметом внимания радиолокационной станции. Она интересуется всеми телами, проводящими электрический ток, и, конечно, в первую очередь всем, что сделано из металла.
Радиолокация позволяет обнаруживать самолеты и морские суда на значительных расстояниях и в любых условиях видимости. Ее не смущает время суток, она равнодушна к туману и облачности. Объект ее наблюдения не нужно освещать прожекторами, светящимися бомбами или ракетами. Радиолокация «видит» впотьмах.
И не только «видит», но и дает настолько точный ответ о местонахождении цели, что артиллеристы могут не жалеть залпов по обнаруженной ею цели: снаряды попадут по назначению.
Возможно, что в недалеком будущем техника радиолокации найдет общий язык с техникой телевидения, но о результатах этого трудно судить без риска не начать фантазировать.
ГИГАНТСКИЕ УШИ
Радиолокация — не единственное средство обнаружения в условиях отсутствия видимости. Звукоулавливатель, напоминающий гигантские уши, тоже не нуждается в освещении цели и может работать в любое время суток.
Но все преимущества — на стороне радиолокационных станций.
Во-первых, звукоулавливатель действует на небольшом расстоянии, не более 15—20 км. Дальность обнаружения целей при помощи радиолокации в десяток раз превышает дальность обнаружения звукоулавливателем. Кроме того, его можно обмануть, приближаясь планирующим снижением с выключенными моторами — бесшумно.
Во-вторых, звукоулавливатель очень чувствителен к посторонним шумам, и как только открывается зенитная стрельба или любая перестрелка вообще, его работа значительно осложняется.
В-третьих, звукоулавливатель позволяет определить только направление на приближающийся самолет, только пеленг. Но 8
Рис. 6. Звукоулавливатель может работать также в любое время суток, но дальность действия его в десятки раз меньше дальности действия радиолокационной станции
Рис. 7. При определении местоположения современных скоростных самолетов звукоулавливатели дают чрезмерно большие ошибки
как далеко до самолета, — на это звукоулавливатель ответа не дает. Нужно применять несколько удаленных один от другого звукоулавливателей, чтобы засечками с разных направлений (пеленгацией) определить, в какой же именно точке пространства находится приближающийся самолет.
В-четвертых, звукоулавливатели очень громоздки. Об установке их на самолеты нельзя и думать.
В-пятых, «молчаливых» объектов звукоулавливатели вообще не обнаруживают, тогда как радиолокация способна обнаружить в темноте ничем не выдающий себя аэростат, планер и т. д.
И, наконец, в-шестых, сигналы запаздывают: пока звук дойдет до прибора, источник звука переместится на большое расстояние. Если до цели 10 км, то звук дойдет до звукоулавливателя только через 30 секунд, а за это время современный самолет может улететь в сторону на 5 км\
РАДИОЛОКАЦИЯ И РАДИОПЕЛЕНГАЦИЯ
Еще в войне 1914—1918 гг. применялся способ обнаружения радиопередающих станций. Называется этот способ радиопеленгацией. Сущность его сводится к следующему.
Передачу станции принимает одновременно два или большее количество радиоприемников, расположенных в разных местах. В каждой точке приема определяют направление (пеленг), по которому к приемнику приходят радиоволны от обнаруживаемой станции. Все эти пеленги затем наносят на карту. Точка пересечения пеленгов укажет место нахождения обнаруживаемой станции.
Рис. 8. Радиопеленгация широко применяется и в настоящее время
Радиопеленгация широко применяется и в настоящее время. Она позволяет определять местонахождение не только неподвижных наземных станций, но и радиостанций в танках, автомобилях, на морских судах и даже на самолетах. Следя за перемещениями самолетной или корабельной радиостанции, можно определять путь самолета или корабля. Так осуществляется радиоразведка подвижных объектов.
Обезопасить себя от обнаружения радиопеленгацией весьма просто: нужно прекратить работу на передачу. И этим приемом практически пользуются все военные радиостанции. Радистам предписывают работать очень быстро и как можно меньше «оставаться в эфире», чтобы неприятельская радиоразведка не успела произвести засечку, запеленговать. Вылетающие на операцию бомбардировщики включают радиопередатчики лишь на несколько секунд, чтобы только передать короткий сигнал на заранее условленной волне. Запеленговать передатчик за столь короткое время практически очень трудно.
Радиолокация обнаруживает самолеты или корабли, если они оказываются в зоне обнаружения, даже в том случае, когда ни один из радиопередатчиков на них не включен.
КОГДА РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯНЕЗАМЕНИМА
Радиолокация имеет много преимуществ в сравнении с другими средствами обнаружения. Но это не значит, что радиолокационные приборы должны совершенно вытеснить звукоулавливатели, прожекторы, оптические и иные аппараты. Все средства хороши, если их правильно используют.
Не пытайтесь нацеливать радиолокационную наземную станцию на опушку леса в поисках притаившегося снайпера — это вряд ли удастся.
Вы, однако, не должны думать так, что для радиолокации важны и бывают возможны только дальние цели. Самолетный радиолокационный прибор позволяет «видеть» и на очень близком расстоянии, например, при выходе истребителя в атаку на сближенной дистанции. Все зависит от типа прибора.
Незаменимой оказывается радиолокационная станция при нацеливании ее под некоторым углом возвышения к горизонту для поисков самолетов врага. Не встречая никаких мешающих объектов, вроде наземных сооружений, гор и прочего, станция станет очень «зоркой» и за 100—150 км наверняка обнаружит столь крохотную точку, какой кажется самолет, летящий на высоте 5—8 км над землей.
Радиолокационная станция проследит путь цели, что позволит измерить скорость ее полета и определить курс.
Радиолокационная станция может даже приближенно пересчитать количество самолетов в большой группе. Когда зенитная артиллерия затрудняется определить принадлежность самолета и не знает, открывать ей огонь или воздержаться, радиолокация во-время подскажет, чей именно самолет летит — свой или вражеский. Она разгадает и хитрость врага, если он попытается прикинуться «своим».
Радиолокация позволяет осуществлять наведение истребителей на самолеты или корабли врага в условиях полного от-
сутствия видимости, когда летчик-истребитель не видит даже концов крыльев своего самолета. Она же позволяет ему «увидеть» самолет врага перед выходом в атаку.
Артиллеристы близки к удовлетворению своих сокровенных желаний: автоматические зенитные пушки при помощи радиолокационных станций могут прицельно стрелять по невидимым целям.
Радиолокация — сочетание современной передовой радиотехники с боевым опытом ведения войны. Техника и маневр, холодный расчет и боевая стремительность, точные вычисления и молниеносные действия — такова основа боевого использования этого нового мощного средства в войне.
Ценность радиолокации не ограничивается ее применением на войне. Использование радиолокационных средств, действующих при любых условиях погоды и обладающих большой степенью точности, очень ценно для кораблевождения и самолетовождения в мирное время.
Огромное значение приобретает радиолокация как новое средство исследования в науке. Так, при помощи радиолокационной станции удалось установить первый «радиоконтакт» с луной: 10 января 1946 г. было зарегистрировано отражение радиолокационного сигнала от луны.
Советские астрономы и инженеры применяют радиолокационные станции для наблюдения за «падающими звездами» — метеорами.
ГЛАВА ВТОРАЯ
ПРИНЦИПЫ РАДИОЛОКАЦИИ
ОПЫТ ГЕРЦА
В
школьных учебниках физики вы можете найти описание опыта, который произвел в 1888 г. знаменитый физик Герц. Своим опытом ученый доказал, что полученные им радиоволны, которые он назвал электромагнитными, могут отражаться от металлических тел, подобно тому, как лучи света отражаются от зеркал. На рисунке вы видите три основные детали. Слева расположен прибор, излучающий радиоволны, направленные пучком к большому металлическому листу. Эта вторая деталь рисунка представляет собой зеркало для радиоволн. Отразившись от металлического листа, радиоволны попадают к приемному аппарату.
Стоит убрать металлический лист, и приемный аппарат перестанет сигнализировать о получении им отраженных волн. Не встречая отражающей поверхности, радиоволны, распространяясь прямолинейно, уйдут в окружающее пространство, минуя приемный аппарат. Дальше вы убедитесь, что этот опыт имеет прямое отношение к основам радиолокации.
терколу
Рис. 9. Радиоволны отражаются от металлических тел, подобно тому, как лучи света отражаются от зеркала
Напомним, что в то время, когда производился этот опыт, о радио еще ничего не было известно. То, что мною названо радиоволнами, в то время имело другое название: электромагнит- 13
ные волны, или лучи Герца. Радиоволнами они стали называться значительно позднее, после того, как в 1895 г. русский ученый Попов впервые применил эти лучи для связи на расстоянии без проводов.
ПЕРВЫЙ ПРИНЦИП
Отражение радиоволн — первая основа, первый принцип радиолокации. Не будь отражения радиоволн, не было бы и радиолокации.
Обнаруживаемая посредством радиолокации цель выдает себя тем, что отражает направленные на нее радиоволны. Пока никаких объектов в воздухе или на водной поверхности нет, радиоволны не встречают отражающих поверхностей, и специальные приемные аппараты не получают никаких сигналов. Стоит появиться цели, как она сейчас же отразит от себя волны, и приемные аппараты воспримут отражение.
Потребовалось немало времени, чтобы усовершенствовать способы и технику радиообнаружения целей. Приборы радио- обнаружения получили массовое применение только во второй мировой войне.
Самолеты и корабли, облучаемые радиоволнами, уподобляются зеркалам. Конечно, они мало напоминают ровную, полированную поверхность обычного зеркала, и поэтому отражение от них получается беспорядочным, рассеянным во все стороны. Но часть отраженных радиоволн непременно попадет к тому месту, где установлен чувствительный радиоприемник. Сейчас же получается сигнал: радиоволны что-то «нащупали», они наткнулись на какое-то препятствие — обнаружили цель!
Свойством отражать радиоволны обладают не только металлы, но и вообще все тела, способные проводить электрический ток. Земля, например, тоже отражает радиоволны; отражают радиоволны и горы, холмы, а также массивные сооружения — здания, железнодорожные мосты, металлические башни, ангары и т. п.
ВТОРОЙ ПРИНЦИП
Если радиоволны излучаются во все стороны равномерно, ненаправленно, то и отражения могут быть получены со всех направлений. Целью может стать ближайшая водонапорная башня в южном направлении и одновременно с ней — элеватор на севере, самолет на западе и фабричная труба где-либо на востоке. Чтобы определить, где находится интересующая нас цель, нужно знать направление на нее или азимут (пеленг).
На рисунке 9, заимствованном из учебника физики, показано, что радиоволны направляются на отражающий металлический лист узким пучком. При направленном излучении отпадают 14
всякие сомнения в отношении пеленга цели. Если радиолокационная станция излучает радиоволны направленно и при этом она же получает отражение, то цель, очевидно, находится именно в том направлении, куда излучаются волны.
станция
Рис. 10. Самолет, облучаемый радиоволнами, отражает их; часть отраженных волн попадает к месту, где установлен чувствительный приемник
Направленность составляет вторую основу радиолокации, второй ее принцип.
Как видите, поучительный рисунок из учебника физики содержит почти готовую идею радиолокации. Роль цели в ней играет металлический лист.
Итак, чтобы определить азимут, или пеленг цели, радиолокационная станция должна осуществлять излучение радиоволн направленно, узким пучком, наподобие луча прожектора. Этот метод имеет свои преимущества и недостатки.
Преимущества очевидны. Во-первых, достигается основное — сразу же определяется пеленг цели. Во-вторых, экономится
энергия: энергия радиоволн излучается только в направлении на цель и не тратится на побочное, бесполезное излучение.
Недостатком радиолокационной станции с антенной резко направленного действия будет малый угол зрения в пределах
узкого «коридора». Пока такая станция обшаривает в поисках цели небосклон на юго-западе, цель может приблизиться незамеченной с северо-запада.
Рис. 11. Радиолокационная станция с антенной резко направленного действия будет иметь малый угол зрения. Если не принять специальных мер, то самолет может незаметно приблизиться с ненаблюдаемого направленияРис. 11. Радиолокационная станция с антенной резко направленного действия будет иметь малый угол зрения. Если не принять специальных мер, то самолет может незаметно приблизиться с ненаблюдаемого направленияЧрезмерно узким радиоволновым лучом легко «промахнуться», направляя излучение на цель. Попробуйте уследить за порхающей бабочкой, глядя на нее через узкую длинную трубку, и вы поймете, что это значит. Но, с другой стороны, если луч будет чрезмерно широким, то нужно повернуть его на очень большой угол, чтобы цель пере-
Рис. 11. Радиолокационная станция с антенной резко направленного действия будет иметь малый угол зрения. Если не принять специальных мер, то самолет может незаметно приблизиться с ненаблюдаемого направления
Рис. 11. Радиолокационная станция с антенной резко направленного действия будет иметь малый угол зрения. Если не принять специальных мер, то самолет может незаметно приблизиться с ненаблюдаемого направления
стала облучаться. Оператор, работающий на такой радиолокационной станции, затруднится ответить, каково точное направление на цель.
Нужна золотая середина. Для всех радиолокационных станций она не может быть одинаковой. Есть станции ближнего действия, дальнего действия, самолетные, наземные, морские и всякие иные. Для каждого типа станций нужно выбирать определенную ширину луча.
Для повышения точности пеленгации цели обычно применяют направленное излучение и направленный же прием. Большинство радиолокационных станций работает именно по такому способу.
ТРЕТИЙ ПРИНЦИП
Но одно лишь направление (пеленг, азимут) не определяет положения цели в пространстве, так как при этом вы не знаете дальности. Вы не покажете мне на карте, где находится цель, если я вам укажу только направление на северо-запад. Цель может быть рядом, но может быть и очень далеко, продолжая оставаться на том же самом пеленге.
Радиолокация позволяет вам уверенно сказать: «Цель здесь, в этой точке!»
Рис. 12. Расстояние до препятствия можно измерить, определяя время распространения звуковых волнРис. 12. Расстояние до препятствия можно измерить, определяя время распространения звуковых волн
Рис. 12. Расстояние до препятствия можно измерить, определяя время распространения звуковых волн
Рис. 12. Расстояние до препятствия можно измерить, определяя время распространения звуковых волн
Дело в том, что, кроме пеленга, радиолокация определяет еще и расстояние до цели, отсчитанное вдоль по пеленгу. Это расстояние называется дальностью.
Об определении пеленга вы уже имеете представление. Ознакомление со способом определения дальности подводит нас к тому, что составляет третью основу, третий принцип радиолокации.
1717Вообразите себя в горной лощине. Впереди высится отвесная скала. Как далеко она от вас? Крикните отрывисто и как можно
17
17
Что такое радиолокация
громче. Теперь слушайте внимательно: пройдет немного времени, и вы услышите эхо. Скала отразит к вам обратно звуковые волны. Измерьте время, которое прошло от момента выкрика до возвращения эхо. Пусть оно равно 8 секундам. Так как звук распространяется во все стороны с одинаковой скоростью, то, очевидно, 4 секунды звук шел до скалы и столько же — обратно. Скорость звука в воздухе равна 330 м/сек.
следовательно, от скалы вас отделяет расстояние 1 320 м. Задача определения дальности решена.
Определение дальности при помощи звуковых волн применяется, в частности, в морском флоте — для измерения глубин. Есть такие приборы — эхолоты. В днище корпуса судна укрепляется два прибора: излучатель мощных звуковых волн и приемный аппарат. Звуковые волны пронизывают водную толщу, отражаются от дна, возвращаются обратно и попадают в приемный аппарат. Глубина определяется по интервалу времени между моментами излучения и
Рис. 13. Определение глубины при помощи приема звуковых СИГНа- эхолоталов. Так как скорость
звука в воде почти в пять раз больше скорости его в воздухе, то интервал времени сократится в пять раз.
Этот же принцип применим и для радиоволн, он и составляет третью основу радиолокации. Дальность цели определяется по интервалу времени между излученным в направлении цели радиоволновым сигналом и его отражением («эхо»).
СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН
Скорость распространения радиоволн почти в миллион раз больше скорости звука в воздухе. За одну секунду радиоволны успевают пройти путь 300 000 км, приближенно равный среднему расстоянию, отделяющему нашу планету от ее вечной спутницы — Луны (380 000 км\ Почти 8 кругосветных путешест- 18
вий по экватору в секунду! О том, с какими величинами расстояний связана столь высокая скорость, скажет приводимая здесь таблица.
300 000
км радиоволны пройдут
в 1 сек.
30 000
км„„
в 0,1 сек.
3 000
КМ„„
в 0,01 сек.
300
КМ„„
в 0,001 сек.
30
км„„
в 0,0001 сек.
3
км„„
в 0,00001 сек.
0,3
КМ„„
в 0,000001 сек.
В левом столбике таблицы военных специалистов в первую очередь интересуют последние четыре строчки. Обнаруживать посредством радиолокации, нс летит ли над территорией противника в нашу сторону самолет на расстоянии 1 000 км от нас, — занятие зачастую беспредметное. Не долетев 600— 800 км до линии фронта, он может сделать посадку на аэродроме, куда и направлялся.
Иное дело, когда самолеты врага находятся на расстоянии 100—200 км за линией фронта и направляются в нашу сторону. Через 20—30 минут они могут оказаться над нашей территорией. Такие самолеты представляют определенный интерес для радиолокации. Следовательно, расстояние 300—500 км можно считать желаемым пределом дальности обнаружения в радиолокации.
Переведите взгляд на правый столбец таблицы, и вы увидите, что счет времени для этих расстояний идет на тысячные, десятитысячные, стотысячные и даже миллионные доли секунды!
РАДИОЛОКАЦИЯ НА СЛУЖБЕ НАУКИ
Задолго до того, как самое слово «радиолокация» получило права гражданства, люди науки применяли радиоволны для изучения верхних слоев атмосферы.
Верхние слои атмосферы — это сильно разреженные слои. Они содержат большое количество электрических зарядов, скопляющихся в пространстве благодаря воздействию солнечного освещения. Эти слои, именуемые ионосферой, отражают от себя радиоволны. Для некоторой части диапазона этих радиоволн ионосфера является как бы гигантским зеркалом, окружающим земной шар, главным образом с той его стороны, которая в данное время освещена солнцем.
Расположение верхних разреженных слоев — ионосферы — непрерывно меняется в зависимости от интенсивности солнечного освещения; поэтому наука о строении атмосферы нуждается в постоянном наблюдении за ионосферой.
Поднять в эти высокие области самолет или стратостат невозможно: речь идет о высотах в сотни километров.
Вот здесь и пригодились радиоволны. Ученые сконструировали особые радиопередатчики, «стреляющие» узкими пучками радиоволн кверху, в зенит. Для приема отраженных от ионосферы сигналов стали применять приемники, снабженные остроумным приспособлением для измерения коротких интервалов времени. И хотя требовалось измерять тысячные доли секунды, это не представило затруднений.
Рис. 14. Определение высоты ионизированных слоев атмосферы
Еще до войны во всех странах были организованы ионосферные станции, кропотливо собирающие нужный науке материал наблюдений.
Также задолго до массового применения радиолокации было известно о радиоальтиметрах — приборах, позволяющих самолетам измерять свою высоту над земной поверхностью посредством радиоволн. Это своего рода радио-эхолоты.
Рис. 15. Зондируя земной рельеф при помощи радиоальтиметра, пилот самолета прекрасно ориентируется в том, какой толщины воздушная прослойка отделяет его от земли
Излучение радиоволн с самолета производится не вверх, как на ионосферных станциях, а вниз, к земной поверхности. Зондируя земной рельеф, пилот самолета прекрасно ориентируется в том, какой толщины воздушная прослойка отделяет его от земли.
БОГАТОЕ НАСЛЕДСТВО
Вы ознакомились с тремя принципами радиолокации и убедились в том, что ни один из них не является каким-либо новым открытием. Все это — богатое наследство радиотехники. Однако это нисколько не снижает значения радиолока-
21
ции. Непрерывно совершенствуясь, радиолокация за короткий срок превратилась в технику самостоятельного значения.
Первые радиолокационные установки сигнализировали лишь об одном: где-то в зоне их действия появилась какая-то цель. Потом радиолокационные станции стали отвечать на вопрос о том, в каком именно направлении цель находится. Прошло еще немного времени, и станции стали измерять дальность, тем самым не оставляя сомнений о месте нахождения цели. Вслед затем появилась возможность довольно точно определять высоту цели, и этим было положено начало определению положения цели не только на карте, на плоскости, но и в пространстве, в трех измерениях.
Нет оснований считать, что эти возможности — предел технического совершенствования радиолокации. Но пока знания трех перечисленных принципов достаточно, чтобы объяснить все то, на что способна современная радиолокация.
Как только выяснилось, что радиолокация может стать и действительно становится могущественным боевым орудием современной войны, наука вооружила радиолокацию всеми своими достижениями и техническими средствами.
Все главное, в чем нуждалась радиолокация, было уже создано ранее, хотя и имело иные названия. Зондирующий аппарат ионосферной станции и радиоальтиметр — почти законченные типы радиолокационных станций. В них надо было изменить направление излучаемых волн: не вверх, не вниз, а вдоль земной поверхности. И целями стали не земная поверхность, как у альтиметра, не атмосферная оболочка земного шара, как у ионосферной станции, а летящие в воздухе самолеты и плывущие по морям корабли.
Радиолокация получила в наследство от радиотехники все основное оборудование. В своей основе радиолокационная станция мало чем отличается от приемно-передающей радиостанции. Правда, радиолокация иначе распоряжается своими сигналами; она никому не адресует их для передачи каких- либо сообщений. Излучив сигналы, она сама же принимает их обратно,— занятие, которое для «нормальной» радиостанции считается бесцельным. Если сигнал радиолокационной станции передать громкоговорителю, то вы музыки не услышите. Но волны, излучаемые радиолокационной станцией, ничем не отличаются по своей природе от волн «нормальной» радиостанции. И сама техника радиолокации на девять десятых представляет собой чистую радиотехнику. Поэтому и нам, изучая технику радиолокации, необходимо в первую очередь вооружить себя знанием основ радиотехники.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
РАДИОВОЛНЫ И КОЛЕБАНИЯ
ЧТО ТАКОЕ РАДИОВОЛНЫ
l/ак быть с радиоволнами, если ни одно из наших чувств не *в состоянии непосредственно воспринять их?
Можно говорить о воде и показать вам ее. Рассказывая о парах и газах, можно убедить вас в том, что запах хлора сильно отличается от запаха паров иода. Хину вы не спутаете с сахаром. Можно говорить о машинах, сложных станках-автоматах, о металлах, камнях, растениях, продуктах питания или исторических реликвиях и все это отдать в распоряжение ваших пяти чувств: осязайте, смотрите, нюхайте, пробуйте на вкус, прислушивайтесь!
Радиоволн не видно, не слышно, они не пахнут, не имеют вкуса, веса, цвета. Радиоволны почти беспрепятственно проходят сквозь деревья, каменные и деревянные стены зданий. Они проникают и в тело человека, пронизывая его во всех на’ правлениях. Но человек этого не замечает.
В то же время радиоволны хорошо отражаются металлами и вообще любыми телами, способными проводить электрический ток.
Только допуская существование радиоволн, можно объяснить радиосвязь без проводов между любыми пунктами земного шара, радиовещание и телевидение. Иначе все эти достижения современной техники показались бы чудесами.
Радиоспециалисты могут легко подсчитать, например, что если в Москве начнет работать на такой-то волне радиопередатчик такой-то мощности и с такой-то антенной, то в этот момент приемник на самолете, пролетающем на такой-то высоте над устьем Волги, примет сигналы этого передатчика с такой-то силой. И все же вы смутите их, если бесхитростно спросите:
— А все-таки что же это такое радиоволны?
Бросьте на гладкую водную поверхность камень, и на ней появятся волны, кругами расходящиеся во все стороны. Это водяные волны, они создаются в воде и в ней же распространяются.
Звуковые волны в открытом пространстве создаются в воздухе и в нем же распространяются: удалите воздух, и звуки исчезнут.
Рис. 16. Бросьте на гладкую водную поверхность камень, и на ней появятся волны, кругами расходящиеся во все стороны
Из чего же созданы и в чем распространяются радиоволны? Что надо удалить, чтобы радиоволны перестали распространяться?
Не представляйте себе, что радиоволны создаются и распространяются в воздухе и что сильный ветер может относить радиоволны в сторону, как дым из трубы. Уберите воздух — радиоволны все равно будут распространяться. Но убрав воздух, вы будете иметь дело с пустотой. Остается предположить, что радиоволны распространяются в пустоте.
Техническая энциклопедия дает такое пояснение по интересующему нас вопросу:
— Радиоволны — это «распространяющиеся в пространстве переменные электромагнитные поля».
Попробуем воспользоваться этой формулировкой в качестве исходной в наших объяснениях природы радиоволн.
ГРЕБЕНКА И КОМПАС
Позвольте напомнить вам из школьных уроков по физике, что вокруг всякого проводника с электрическим током существует магнитное поле, а вокруг тела с электрическим заря* 24
дом — электрическое поле. Даже если вы забыли это, то, вероятно, замечали, что гребенка или расческа, которой вы только
что привели в порядок вашу прическу, стремится притянуть
к себе легкие предметы, вроде кусочков папиросной бумаги, шерстинок и пр. Эта же самая гребенка до использования ее по прямому назначению не обладала свойствами притягивать посторонние предметы.
Объяснение простое: от трения о волосы гребенка приобрела электрический заряд, отчего вокруг гребенки возникло электрическое поле. Оно-то и действует на легкие предметы, притягивая их.
Пространство, в пределах которого сказывается действие электрических сил, и называется электрическим полем. Сильнее заряд — и поле сильнее. Нет заряда — нет поля.
Рис. 17. Расческа стремится притянуть к себе легкие предметыРис. 17. Расческа стремится притянуть к себе легкие предметыЕще древние греки впервые обнаружили электрические силы природы в свойстве натертого янтаря притягивать кусочки
Рис. 17. Расческа стремится притянуть к себе легкие предметы
Рис. 17. Расческа стремится притянуть к себе легкие предметы
Рис. 18. Ток, идущий по проводу, отклоняет стрелку компасаРис. 18. Ток, идущий по проводу, отклоняет стрелку компасашерсти.
Рис. 18. Ток, идущий по проводу, отклоняет стрелку компаса
Рис. 18. Ток, идущий по проводу, отклоняет стрелку компаса
Между прочим, все слова с приставкой «электр» (электричество, электрон, электротехника и т. д.) обязаны своим происхождением греческому языку. По-гречески «электрон» значит янтарь.
У вас в руке — медный провод, по которому течет ток, а на столе обычный компас. Стрелка компаса ориентирует вас в пространстве, указывая север. Поднесите к компасу этот провод, расположите его вдоль стрелки, и стрелка отклонится в сторону. Увеличьте ток, — стрелка отклонится еще больше. Уменьшите ток, — отклонение стрелки уменьшится. Выключите ток, — стрелка опять укажет север. Значит, не самый провод (к тому
же медный) влияет на стрелку компаса, а ток, протекающий по нему.
Объяснение простое: ток создает вокруг провода магнитное поле, и это поле действует на компас.
Пространство, в пределах которого сказывается действие магнитных сил, называется магнитным полем. Сильнее ток — сильнее магнитное поле. Нет тока — нет поля.
Ни электрического, ни магнитного поля видеть нельзя, как нельзя их непосредственно обнаружить ни одним из наших пяти чувств. И тем не менее эти поля существуют! В чем, как вы думаете? Уберите воздух — поля не исчезнут...
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Если электрический ток периодически, через равные промежутки времени, меняет не только свою величину, но и направление, то такой ток называется переменным. Переменный ток создает и переменное магнитное поле.
То же самое можно сказать и о переменном электрическом поле. Если вызвавший его заряд периодически меняет не только свою величину, но и полярность, то такое поле называется переменным электрическим полем.
Остается немногое для того, чтобы перебросить мостик к формулировке Технической энциклопедии.
Прежде всего уясните себе, что переменное магнитное и переменное электрическое поля не отделимы одно от другого. Если создано переменное электрическое поле, оно создает переменное магнитное поле, и, наоборот, — переменное магнитное поле обязательно создаст переменное электрическое поле.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ИСКРА
Достаточно где-либо проскочить электрической искре, как сейчас же вокруг нее возникнут радиоволны. Вы случайно замкнули провода — короткая вспышка, и в пространство выброшен поток радиоволн. Искрят щетки электромотора, работает электросварочный агрегат, искрит дута трамвая или ролик троллейбуса, работает автомобильный мотор с системой электрического зажигания — безразлично: все это наводняет пространство радиоволнами.
Именно из-за этих волн от искровых разрядов, будь то разряды атмосферного электричества или же искрение электроустановок, происходят все те трески, которые вы, вероятно, не один раз проклинали, слушая интересную радиопередачу.
Только удалившись с радиоприемником куда-либо далеко за город, где нет помех радиоприему от трамваев, электрических лифтов, электромедицинских кабинетов и тому подобных устройств, можно вести прием в относительной «электрической тишине».
Вот почему приемные радиоцентры выносятся из городов в уединенные места.
Но и здесь не всегда можно укрыться от помех. Гигантский искровой разряд, каким является молния, создает настолько сильный ураган радиоволн, что в грозу из громкоговорителя вырывается оглушительная артиллерийская канонада.
Молния сигнализирует о приближении грозы. Первым человеком, сумевшим разгадать сигналы молнии, был русский ученый, изобретатель радио Александр Степанович Попов. Свой первый радиоприемник, названный им «грозоотметчиком», он использовал для того, чтобы следить за далекими грозами и предсказывать их приближение.
Люди похитили у природы ее рецепт «изготовления» радиоволн.
Рис. 19. Помехи от всевозможных источников являются злейшим врагом высококачественного приема
Все первые радиопередатчики создавали мощные потоки сильно трещащих искр. Радиоволны, порождаемые искрами, переносили в пространство различные сообщения без всяких соединительных проводов. Эти первые радиостанции так и назывались — «станции искрового телеграфа». Известно, что радиотелеграфисты мощной московской искровой радиостанции (Ходынка), идя на дежурство, еще километра за полтора-два до здания, на слух, по треску искр — этих маленьких молний — могли читать передаваемые азбукой Морзе сообщения.
Название «радиостанция» появилось значительно позже.
Современная радиотехника почти полностью отказалась от весьма несовершенных искровых станций. Они разделили судьбу первых аэропланов, допотопных автомобилей и паровых машин Ньюкомена, сданных в музеи. Но пучок искр до сих пор остается в эмблеме на погонах военных связистов.
КАК СОЗДАЮТСЯ РАДИОВОЛНЫ
Нам предстоит обстоятельно ознакомиться с тем, как создаются радиоволны современными радиопередающими станциями. Когда вы об этом узнаете, мне останется сказать, что именно так же создаются радиоволны и на радиолокационных станциях.
Краткое определение сущности создания радиоволн я выделяю рамкой, чтобы вы отнеслись к нему с должным вниманием и могли быстро найти его, — мы к нему будем неоднократно возвращаться.
Проводник, с переменным током высокой частоты при некоторых условиях способен излучать в окружающее пространство радиоволны.
Это определение станет вам понятным, когда будет раскрыт внутренний смысл каждого слова. «Проводник» — но какой, всякий ли? Дальше мы увидим, что нет, далеко не всякий. «Переменный ток высокой частоты» — как это понимать? Что значит: «при некоторых условиях»? При каких именно? «Излучать» — как?
Начнем с выяснения, что такое переменный ток, без которого в радиолокационной технике буквально нельзя сделать и шагу.
Знакомясь с электромагнитным полем, вы получили краткую справку о том, что переменным называется ток, периодически меняющий не только свою величину, но и направление. Следует еще раз подчеркнуть, что слово «переменный» относится именно к направлению. Как бы ни менял свою величину электрический ток, его нельзя назвать переменным, если он не меняет направления.
Переменный ток течет попеременно то в одну сторону, то в обратную, как бы повторяя колебательные движения качелей или часового маятника. Недаром существует технический термин «электрические колебания».
ЧЕМУ УЧИТ МАЯТНИК
К концу маятника часов-ходиков я прикрепляю легкое перышко или волосок, смоченный жидкой краской, затем толкаю маятник и подношу к перышку листок бумаги. Перышко начнет вычерчивать на листке прямую линию — след колебаний маятника; чем больше размахи маятника, тем больше ее длина.
Рис. 20. Колебания затухают
Теперь я начну равномерно тянуть листок бумаги в направлении, перпендикулярном плоскости колебаний маятника. Прочерчиваемая линия растянется, развернется в волнообразный график (рис. 20). Колебания маятника зарегистрированы — получился график колебаний или, как его называют, осциллограмма (это слово я ввожу потому, что оно часто применяется в радиолокации).
Осциллограмма свидетельствует о том, что размахи маятника быстро уменьшались, и вскоре маятник остановился. Трение в точке подвеса и в точке касания перышка с бумагой, а также сопротивление воздуха сделали свое дело. Колебания быстро затухли. Перед нами осциллограмма затухающих колебаний.
Другая осциллограмма (рис. 21) говорит, что движущие силы маятника не смогли преодолеть сопротивления движению. Заторможенный маятник так и не сделал ни одного
колебания. Отклоненный в сторону какой-то посторонней силой и предоставленный самому себе, он едва дотащился обратно до отвесного положения и замер.
Рис. 21. Сопротивление движению маятника очень велико
Иная картина видна на осциллограмме, показанной на рис. 22. Маятник, видимо, принадлежал исправным ходикам. Дей-
Рис. 22. Незатухающие колебания маятника
ствие гирь преодолевало всякие тормозящие усилия. Ходики отщелкивали удар за ударом, не уменьшая размахов. Можно было бы целый день вытягивать из-под такого маятника бумажную ленту, и все время вычерчивалась бы на ней ровная осциллограмма незатухающих колебаний.
У всякой профессии свой язык. Электрик или радист не скажет «размах» там, где речь идет о колебаниях: не размах, а амплитуда. Уважая профессиональные привычки, мы должны сказать так: у затухающих колебаний амплитуды убывают, у незатухающих — остаются неизменными.
Можно столкнуться со случаем нарастания амплитуд; такую осциллограмму вычерчивали бы все более сильно раскачиваемые качели.
КОНДЕНСАТОР
Не только маятник или качели можно заставить совершать затухающие или незатухающие колебания, но и электрический ток.
Постарайтесь вспомнить, что собой представляет и для чего служит электрический конденсатор. Я напомню вам устройство простейшего конденсатора: две металлические пластины, разделенные тонкой прослойкой из воздуха или бумаги, стекла, слюды, — словом из любого вещества, плохо проводящего электрический ток и называемого диэлектриком. Пластины конденсатора ни в одной точке не касаются одна другой. Вот и все устрой
ство конденсатора, если рИС1 23. Простейший конденсатор не говорить об отводах от
пластин, служащих для присоединения проводов к конденсатору.
Достаточно подвести к пластинам электрические заряды: к одной положительный, а к другой отрицательный, — и диэлектрик окажется в электрическом поле. Оно так повлияет на диэлектрик, что произойдут изменения его состояния. Конденсатор зарядится. Теперь его можно отъединить, предоставить самому себе, и если он достаточно хорошо изолирован, он будет сохранять в себе электрическую энергию продолжительное время.
Чем больше площадь пластин конденсатора и чем ближе они одна к другой, тем, при прочих равных условиях, большей электрической емкостью обладает конденсатор. На величину
емкости влияет и вещество диэлектрика. Конденсатор с бумагой в качестве диэлектрика «впитает» в себя в два раза больше электричества, нежели такой же конденсатор, но с воздухом вместо бумаги. Слюдяной конденсатор «сгустил» бы в себе («конденсатор» по-русски означает «сгуститель») в шесть раз боль'ший заряд, чем такой же воздушный.
Рис. 24. Чем больше площадь пластин конденсатора и чем ближе они одна к другой, тем больше емкостьРис. 24. Чем больше площадь пластин конденсатора и чем ближе они одна к другой, тем больше емкость
Рис. 24. Чем больше площадь пластин конденсатора и чем ближе они одна к другой, тем больше емкость
Рис. 24. Чем больше площадь пластин конденсатора и чем ближе они одна к другой, тем больше емкость
Возьмем заряженный конденсатор и соединим его отводы проволокой, свитой в катушку. Получится так называемый колебательный контур, составленный из конденсатора, катушки и соединительных проводов. Конденсатор начнет разряжаться через катушку. Его разрядный ток создаст вокруг витков катушки магнитное поле. Но как только конденсатор «выдохнется», израсходовав свой заряд, прекратится и ток. Вслед за током начнет исчезать и его магнитное поле. Исчезая, оно будет пересекать витки катушки, и тут вступит в свои пра-
Рис. 25. Замкнутый колебательный кон- ®^о закон электромагнит- тур состоит из конденсатора, катушки НОИ индукции, который и соединительных проводовговорит, что во всяком
проводнике, пересекаемом магнитным полем, создается электрический ток. Поэтому именно в момент исчезновения магнитного поля катушка создаст электрический ток.
Ток из катушки потечет в конденсатор, — больше ему течь некуда. Благодаря этому направление тока будет противоположным протеканию только что прекратившегося разрядного тока конденсатора. Конденсатор, перед этим освободившийся от первоначального заряда, начнет заряжаться, но пластины переменят полярность: та, что была заряжена положительно (знак +), теперь получит отрицательный заряд (знак —), а другая получит знак +. Когда магнитное поле совершенно исчез* нет, ток катушки, заряжающий конденсатор, прекратится. Теперь весь заряд снова сосредоточится в конденсаторе.
Конденсатор не останется в долгу перед катушкой: сразу же начнет возвращать ей полученную от нее энергию. Возникнет разрядный ток конденсатора, и его направление окажется противоположным только что закончившему протекать току катушки.
Дальше такой обмен между конденсатором и катушкой будет повторяться в той же последовательности. Конденсатор будет заряжаться и разряжаться, каждый раз меняя знаки заряда на пластинах. Магнитное поле катушки будет создаваться, исчезать и снова создаваться, каждый раз создавая ток обратного направления при своем исчезновении. Ток в контуре будет попеременно протекать в противоположных направлениях: если при разряде конденсатора он обтекает контур по часовой стрелке, то при заряде — против часовой стрелки. Иначе говоря, в контуре возникнут электрические колебания.
Электрическая энергия будет попеременно сосредоточиваться то в магнитном поле катушки, то в электрическом поле конденсатора.
ЧТО ТАКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ
Сколько времени продолжается это перебрасывание энергии из конденсатора в катушку и обратно, эта своеобразная игра в волейбол, — зависит от качества колебательного контура. Контур с малыми потерями будет бережно хранить первоначально переданную ему энергию. Однако с каждым новым перебрасыванием запас энергии уменьшается. Потери электрической энергии в соединительных проводниках, в конденсаторе и в катушке неизбежны. Можно сделать контур с очень малыми потерями. В таком контуре ток будет колебаться очень долго. Однако пытаться сделать идеальный контур совершенно без потерь столь же безрассудно, как тратить время на изобретение вечного двигателя.
А все же вообразим на минуту, что нам удалось построить такой идеальный контур. Однажды возникшие в нем колебания продолжались бы вечно.
В свое время, вы помните, мы заставили часы-ходики целый день регистрировать колебания маятника на передвигающейся бумажной ленте. Существуют приборы, называемые осцилло-
Что такое радиолокация 33
графами, которые автоматически вычерчивают осциллограммы колебаний электрического тока. Так вот, если бы осциллограф присоединить к идеальному колебательному контуру, то получилась бы осциллограмма незатухающих колебаний, подобная той, которую на бумажной ленте вычерчивает колеблющийся маятник безостановочно идущих часов.
В идеальном контуре поддерживаются незатухающие колебания, т. е. такие, амплитуды которых с течением времени не уменьшаются.
В действительности же в любом реально существующем контуре, предоставленном самому себе, могут поддерживаться только затухающие колебания. Каждое новое колебание имеет меньшую амплитуду, чем предшествующее. Чем хуже «добротность» контура, чем больше в .нем потери, тем затухание сильнее и тем быстрее убывают амплитуды. Может быть и так, что колебания совсем не возникнут, — случай, который вполне можно сравнить с движением заторможенного маятника (см. рис. 21).
Быстрое убывание амплитуд радиотехнику не устраивает. Она нуждается в получении незатухающих колебаний, посредством которых можно было бы создавать радиоволны с неизменными амплитудами. Изготовление идеального контура, как мы выяснили, невозможно. Техника нашла выход из положения: она применила то, что реально существует, — контуры с потерями, но зато предложила способы компенсации потерь. По мере того как контур израсходует переданное ему количество электричества, особое устройство подбрасывает контуру все новые и новые порции энергии, покрывая все расходы. Так обеспечивается получение незатухающих колебаний. В часах роль этого особого устройства выполняет гиря или пружина.
Как это делается в колебательном контуре, — об этом речь впереди.
ПЕРИОД И ЧАСТОТА
В здании бывшего Исаакиевского собора в Ленинграде, под куполом, подвешен длинный маятник, служащий для демонстрации вращения земли вокруг своей оси. Длина маятника 98 м. На одно полное колебание, т. с. на движение маятника от отвеса в одну сторону, переход в противоположную сторону и возвращение к отвесу, затрачивается 20 секунд. У башенных часов маятники значительно меньше, и они совершают одно полное колебание в 2—5 секунд в зависимости от своих размеров. Большие комнатные маятниковые часы укладываются в еще меньшее время, а маятник часов-ходиков в течение секунды успеет сделать два колебания. Еще быстрее колеблется кольцевой маятник-балансир у карманных или ручных часов. Словом, чем длиннее маятник, тем медленнее совершает он колебания, тем больше период его колебаний.
Периодом называется время одного полного колебания.
От 20 секунд до десятых долей секунды — таковы пределы (диапазон) изменений периодов колебаний маятников.
Колебания в электрическом контуре могут совершаться тоже с разными периодами, но диапазон их гораздо более широкий. Никакой маятник не сможет в одну секунду совершить несколько тысяч колебаний, тогда как для электрического тока такие колебания считаются медленными. Миллионы, десятки и сотни миллионов электрических колебаний в секунду, даже миллиарды, — все это для электрического тока вполне достижимо.
Период электрических колебаний определяется тем, насколько быстро конденсатор может заряжаться и разряжаться, а катушка—управляться со своим магнитным полем. Чем больше емкость, тем процесс заряд-разряд конденсатора занимает больше времени. Чем больше индуктивность катушки, т. е. чем больше она имеет витков, тем она окажется менее «поворотливой» в своих действиях.
По мере уменьшения емкости и индуктивности контура колебания убыстряются, сокращается их период. Это и позволяет создавать электрические колебания с периодом в миллионные и даже миллиардные доли секунды.
Количество колебаний в секунду называется частотой. Единица измерения частоты называется «герц». Один герц (сокращенно 1 гц) — одно полное колебание в секунду, т. е. один период в секунду.
В радиотехнике и в радиолокации приходится иметь дело с электрическими колебаниями, имеющими частоты в миллионы и более герц. Оперировать всякий раз с сотнями миллионов герц так же неудобно, как выражать путь от Москвы до Ленинграда в миллиметрах или вес поклажи грузового автомобиля в граммах. Общепринято пользоваться более крупными кратными единицами: килогерц (кгц)— тысяча герц и мегагерц ^мггц) — миллион герц.
Неудобно применять и такие выражения: пять десятитысячных долей секунды, три десятимиллионных доли секунды и т. д. А применять их приходится, так как при частотах в несколько мегагерц периоды уменьшаются до миллионных долей секунды. Чтобы и тут внести упрощение, общепринято тысячную долю секунды называть миллисекундой ^мсек^, а миллионную долю секунды — микросекундой ^мксек\ Очевидно, что микросекунда в тысячу раз короче миллисекунды.
КОЛЕБАНИЯ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
Как ранее было сказано, достаточно пропустить по проводнику переменный ток, чтобы этот проводник начал излучать радиоволны. Но какой бы огромной силы мы ни подавали электрический ток в проводник, он не начнет излучать радиоволны, 3* 35
если частота тока невелика. Линии электропередач, по которым за сотни километров перебрасываются мощные переменные токи от электростанций к заводам и городам, нельзя уподобить передающим радиостанциям. Частота переменного тока в них очень мала, низка, — всего лишь 50 гц.
Излучение радиоволн становится практически возможным лишь в том случае, если частоты колебаний не ниже нескольких десятков тысяч герц. Вот почему требуется добавление: не просто переменный ток, а переменный ток высокой частоты.
Колебания с частотами в пределах до 10 кгц условились называть колебаниями низкой частоты, а более 10 кгц — колебаниями высокой частоты.
Радиотехника ультракоротких волн и, в частности, радиолокация заинтересованы в колебаниях высокой частоты, измеряемой мегагерцами. Но электрогенераторов переменного тока на такие частоты нет: их «частотный потолок» не выше 100 кгц. Поэтому вопрос о применимости динамомашин для создания радиоволн мы исключаем из рассмотрения.
Иное дело — колебательный контур. При помощи его можно получить электрические колебания практически любой частоты— от долей герца до многих сотен и тысяч мегагерц. Для этого надо только подобрать соответствующие емкости и индуктивности колебательного контура.
Мы не напрасно поэтому уделяли так много внимания колебательным контурам и процессу создания в них электрических колебаний.
ОТКРЫТЫЙ КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР
Нельзя думать, что достаточно создать в колебательном контуре высокочастотные колебания, как он начнет создавать в окружающем пространстве радиоволны. Вот тут-то и приходится вспомнить «некоторые условия», о которых мы в свое время лишь упомянули.
Эффект излучения радиоволн тем ощутительнее, чем большее пространство охватывается электрическим и магнитным полем контура. Конденсатор же по размерам очень невелик, и поле его, хотя и сильное, но очень собранное, сжатое. Оно занимает небольшой объем пространства. То же следует сказать и о магнитном поле катушки: оно собрано, сжато вокруг витков катушки.
Такой колебательный контур, у которого емкость и индуктивность сосредоточены, вследствие чего поля ограничены небольшим объемом, называется замкнутым колебательным контуром. Применяя его в качестве излучателя радиоволн, можно ожидать не больше успеха, чем от попытки нагреть большую комнату раскаленным добела гвоздем.
Итак, чтобы усилить эффект излучения радиоволн, надо увеличить размеры электромагнитного поля.
Сразу же напрашивается решение раздвигать пластины конденсатора, и тогда в электрическое поле будут включаться все новые и новые объемы пространства. Но при раздвижении пластин уменьшается емкость конденсатора. Контур начнет создавать колебания иной частоты. Есть выход: одновременно с раздвижением пластин увеличивать их размеры, и тогда емкость конденсатора останется неизменной.
Рис. 26. Раздвигая пластины конденсатора, получим открытый колебательный контур
На рис. 26 показано, как постепенное раздвижение пластин приводит к созданию открытого колебательного контура. Емкость у него образована двумя большими пластинами, удаленными одна от другой на значительное расстояние. Опыт показал, что вместо сплошной пластины лучше применять две длинные проволоки, так как они создают конденсатор вполне достаточной емкости.
Для большего охвата пространства электрическим полем одну проволоку на мачтах поднимают высоко вверх, а другую располагают у самой земли. Вот если по такому открытому колебательному контуру начнет протекать ток высокой частоты, излучение радиоволн обеспечено.
АНТЕННА
Герц, впервые опытным путем получивший радиоволны, применил для этих целей открытый колебательный контур в виде двух вертикальных стержней (рис. 27). Стержни отделены один от другого небольшим воздушным промежутком. Они обладают один по отношению к другому емкостью; длина их достаточна для того, чтобы магнитные поля вокруг них создавали необходимую индуктивность. Подводя к такому контуру электрические заряды. Герц создавал в нем электрические колебания с очень высокой частотой, порядка сотен миллионов герц (конечно, сам Герц частоту не измерял герцами!).
Такой открытый колебательный контур известен под названием вибратора Герца, или диполя («диполь» — «двухполюсник»: контур состоящий из двух полюсов, стержней).
Когда русский ученый А. С. Попов начал применять радиоволны для целей связи без проводов, то он нашел необходимым увеличить размеры открытого колебательного контура. Одну проволоку он поднял на высокой
Рис. 27. Схема излучателя в опы- мачте вверх, а другую зарыл В тах ерцаземлю. Земля — достаточно хо
роший проводник и по своему действию вполне заменяет одну из пластин конденсатора. Емкость открытого колебательного контура была образована поднятой вверх проволокой и землей, разделенными слоем воздуха. Провод, поднятый кверху, получил название «антенна». В переводе на русский язык с латинского это слово означает усик насекомого. Это название дано было по внешнему сходству. Честь изобретения первой в мире антенны принадлежит также Попову.
Вы уже знаете, что не могут раздельно существовать магнитное и электрическое поля, если они вызваны одним и тем же переменным током. Поэтому надо представлять так, что при циркулировании в открытом колебательном контуре токов высокой частоты в окружающем пространстве будет создано электромагнитное поле.
Сила или, лучше сказать, напряженность этого поля будет тем больше, чем сильнее вызвавший его ток, чем больше амплитуда колебаний тока в контуре. Колебательный ток с небольшой амплитудой создаст вокруг антенны электромагнитное поле небольшой напряженности. Наоборот, ток с большой амплитудой создаст сильное электромагнитное поле. Чем больше напряженность поля, тем мощнее радиостанция, тем на более далекое расстояние она способна действовать.
ИЗЛУЧЕНИЕ РАДИОВОЛН
Мы вплотную подошли едва ли не к самому сложному явлению, с которым имеет дело радиотехника,— к возникновению излучения радиоволн. Нам нужно «за
ставить» перемещаться переменное электромагнитное поле антенны. Опираясь на формулировку Технической энциклопедии, мы можем поставить знак равенства между перемещающимися электромагнитными полями и радиоволнами. Остается пояснить, в силу каких причин электромагнитное поле «покидает» антенну и «отправляется» в самостоятельное путешествие.
Электромагнитное поле антенны «дышит» с частотой вызвавшего его тока. Следуя за всеми изменениями силы тока в антенне, поле как бы втягивается в антенну, когда ток в ней уменьшается до нуля, и как бы распухает, когда ток достигает максимального, амплитудного значения.
Ток в антенне не ждет. Счет идет на микросекунды. Электромагнитное поле должно поспевать вслед за током «втягиваться» и «распухать». Тем участкам электромагнитного поля, которые находятся у самой антенны, не потребуется много времени на то, чтобы быстро юркнуть обратно в антенну при «втягивании». Но отдельным участкам, находящимся на периферии огромного
Рис. 28. Антенна будет излучать радиоволны, толчками „отгоняяи их от себяРис. 28. Антенна будет излучать радиоволны, толчками „отгоняяи их от себяэлектромагнитного поля, придется поспешить. Может получиться, и действительно так получается, что периферийные участки поля
Рис. 28. Антенна будет излучать радиоволны, толчками „отгоняяи их от себя
Рис. 28. Антенна будет излучать радиоволны, толчками „отгоняяи их от себя
еще не успеют «втянуться» в антенну, как навстречу им начнет двигаться, «распухая», новое поле. Оно не пропустит к антенне остатки уже «втянутого» поля. Никаких претензий это новое поле не принимает, — что было, то уже прошло.
«Запоздавшее» поле будет отторгнуто антенной. С каждым новым «вздохом» электромагнитного поля антенна будет толчками отбрасывать в пространство все новых и новых «опоздавших». Оттесняя друг друга в стороны, они будут вынуждены все дальше отходить от антенны, перемещаясь в пространстве.
Так зарождается излучение радиоволн.
Будь электромагнитное поле более «аккуратным», успевай оно своевременно «втянуться» в антенну, — никакого излучения не получилось бы. У замкнутого колебательного контура поле очень небольшое, и все оно успевает аккуратно следовать за всеми изменениями тока. Никаких запозданий! Но зато и никакого излучения радиоволн.
ДЛИНА ВОЛНЫ
Скорость, с какой волны увеличивают расстояние между собой и антенной, вам уже известна: 300 000 км в секунду. Та-
кую огромную скорость как нельзя лучше характеризует слово «излучение». Не случайнокую огромную скорость как нельзя лучше характеризует слово «излучение». Не случайноРис. 29. Путь, который успе-вает пройти излучаемая радио-станцией энергия за время од-ного периода колебания токав антенне, называется длинойволныРис. 29. Путь, который успе-вает пройти излучаемая радио-станцией энергия за время од-ного периода колебания токав антенне, называется длинойволнывсе отрасли техники, использующие «перемещающиеся электромагнитные поля», получили приставку «радио»: радиосвязь, радиопеленгация, радиолокация и др. Слово «радио» происходит от латинского слова «радиус», означающего «луч».
кую огромную скорость как нельзя лучше характеризует слово «излучение». Не случайно
кую огромную скорость как нельзя лучше характеризует слово «излучение». Не случайно
Рис. 29. Путь, который успе-вает пройти излучаемая радио-станцией энергия за время од-ного периода колебания токав антенне, называется длинойволны
Рис. 29. Путь, который успе-вает пройти излучаемая радио-станцией энергия за время од-ного периода колебания токав антенне, называется длинойволны
С каждым новым колебанием электрического тока в антенне в пространство излучается очередная волна. Сколько колебаний тока, столько волн. Но сколько бы волн ни излучалось, скорость их распространения строго постоянна. Через секунду после начала излучения «голова» первой волны окажется на расстоянии 300 000 км от антенны. Все остальные волны займут промежуточное положение между «головной» волной и антенной радиостанции. На долю каждой волны при
дется тем меньшее расстояние, чем больше волн излучит за секунду антенна, т. е. чем выше частота колебаний тока в антенне. Если частота тока равна 1 мггц, то это значит, что за секунду антенна излучает 1 000 000 волн. Все они занимают в пространстве, считая по прямой линии в сторону от излучающей антенны, 300 000 км. На долю каждой волны придется
300 000:1 000 000 = 0,3 ^ = 300 м
Это расстояние есть путь, который успеет пройти энергия, излучаемая радиостанцией за время одного колебания тока в антенне, т. е. за один период колебания. Оно называется длиной волны.
При понижении частоты колебаний каждая волна займет больше места в пространстве. Если, к примеру, частота колебаний тока в антенне равна 100 кгц и, следовательно, антенна излучает в секунду 100 000 волн, то каждая волна «растянется» в пространстве на
300 000 : 100 000 = 3 км = 3C00 м.
Наоборот, при повышении частоты колебаний тока в антенне волны должны будут «сжаться». При частоте 100 мггц длина волны составит лишь
ЗСО 000 : 100 000 000 = 0,003 км = 3 м.
Приводимая здесь небольшая таблица показывает, как меняется длина волны в зависимости от частоты колебаний тока в антенне.
Длина волныДлина волныЧастота колебаний токав антенне
Длина волны
Длина волны
Герцы1101001 00010 000100 0001 000 00010 000 000100 000 000Герцы1101001 00010 000100 0001 000 00010 000 000100 000 0001 000 000 00010 000 000 0001 000 000 00010 000 000 000Метры300 000 00030 000 0003 000 000300 00030 0003 00030030 3 Сантиметры303Метры300 000 00030 000 0003 000 000300 00030 0003 00030030 3 Сантиметры303
Герцы
1
10
100
1 000
10 000
100 000
1 000 000
10 000 000
100 000 000
Герцы
1
10
100
1 000
10 000
100 000
1 000 000
10 000 000
100 000 000
1 000 000 000
10 000 000 000
1 000 000 000
10 000 000 000
Метры300 000 000
30 000 000
3 000 000
300 000
30 000
3 000
300
30 3 Сантиметры
30
3
Метры300 000 000
30 000 000
3 000 000
300 000
30 000
3 000
300
30 3 Сантиметры
30
3
Первые четыре строчки таблицы приведены лишь «для комплекта». В действительности, как мы знаем, при колебаниях с частотой ниже 10 кгц о создании радиоволн можно не говорить. В остальной части таблицы указаны лишь те частоты и длины, которые практически освоены в радиотехнике и, в частности, в радиолокации.
В радиотехнике до последнего времени принято такое подразделение волн в зависимости от их длины Ч
1 В международной практике в настоящее время принято следующее деление волн на диапазоны:
более 10 000 м— очень длинные волны;
10 000 — 1 000 м — длинные волны;
1000—100 м—средние и промежуточные волны;
100 — 10 м — короткие волны;
10—1 м— ультракороткие волны;
м—10сл<— дециметровые волны;
см—1 см — сантиметровые волны;
короче 1 см — микроволны (миллиметровые).
Название волнового диапазона
Длины волн
1Частоты
Длинные волны
Метры
Длиннее 2 000
Килогерцы
Ниже 150
Средние волны
2 000 — 200
150— 1 500
Промежуточные волны
200— 100
Мегагерцы
1,5 — 3
Короткие волны
100— 10
3 — 30
Ультракороткие волны
Метровые . .
10— 1
30 — 300
Дециметровые
Сантиметры
100— 10
300 — 3 000
Сантиметровые
10— 1
3 000 — 30 000
ИЗ БИОГРАФИИ РАДИОВОЛН
Такое разделение вызвано не просто удобством или стремлением все раскладывать по полочкам, разбивать на группы, категории и классы. Люди зафиксировали лишь то, что сделано природой и что долгое время оставалось неразгаданным.
До сих пор мы предполагали, что радиоволны распространяются строго прямолинейно. Если принять это предположение за истину, то, учитывая шарообразность земли, придется признать следующее.
Радиоволны, направленные вдоль земной поверхности, по мере отдаления от излучающей их антенны должны все дальше и дальше отходить от земли. Однако еще на заре развития радиосвязи было замечено, что радиоволны стремятся огибать земной шар, словно боясь с ним расстаться. Это сказывается в тем большей степени, чем длиннее волны. Такое свойство радиоволн весьма выгодно: радиостанции благодаря ему действуют на более дальние расстояния. По этой причине в те времена, когда радиостанции насчитывались единицами или, в крайнем случае, десятками, одна станция стремилась перещеголять другую длиной волны. Стоимость станции от этого сильно повышалась: увеличивались размеры антенны, приходилось увеличивать мощность до гигантских пределов, но ничего иного не оставалось.
Тогда применяли волны в 25—30 и даже в 32 км. На волны длиной в сотни метров смотрели презрительно. Волны короче 100 м были отданы в пользование радиолюбителям.
КОРОТКОВОЛНОВАЯ ЛИХОРАДКА
И тут (это было в 1920-х годах) произошло невероятное. Радиолюбители, «игравшие» с короткими радиоволнами при помощи своих крошечных радиостанций «мощностью в одну ко- 42
мариную силу», перекрыли Атлантику, связав Америку с Европой.
Вопреки тому, что специалисты по радио к первым дальним связям радиолюбителей-коротковолновиков отнеслись с недоверием, последние все чаще и чаще осуществляли их. Среди радиолюбителей-коротковолновиков воцарилось радостное оживление. Скоро наукой было найдено и объяснение, каким обра-
Рис. 30. Радиолюбители при помощи маломощных коротковолновых станций связывались на громадные расстояния
зом короткие радиоволны попадают чуть ли не к противоположной точке земного шара.
Представление о том, что чем короче волна, тем в меньшей степени она огибает земной шар, не претерпело изменений. Стремление коротких волн как можно скорее расстаться с нашей планетой и уйти в межзвездное пространство, было подтверждено. Но тут сказалось влияние ионосферы. Для коротких радиоволн, как вы знаете, ионосфера является как бы зеркалом. И когда волны, поднимаясь в высокие слои атмосферы, встречаются с этим зеркалом, они отражаются от него и возвращаются обратно на землю. Этим и объясняется установление связи с помощью коротких радиоволн на очень далеком расстоянии. Однако, чем тогда объясняется, что передачи этой же самой станции на близком расстоянии часто бывают не слышны. Оказывается, волны как бы перепрыгивают через пространства земной поверхности, находящейся вблизи станции.
Доказано, что отражение может быть многократным. Волны, «оттолкнувшись» от ионосферы, встречаются с земной поверхностью, отражаются от нее и снова достигают ионосферы, чтобы опять вернуться на землю и, возможно, повторить этот процесс еще один или несколько раз. Там, где волны встречаются с землей, образуются зоны слышимости, а участки, через которые волны «перепрыгивают», составляют «мертвые зоны». Этим
и объясняется, что Новая Зеландия или остров Таити для московского радиолюбителя иногда становились «ближе», нежели Кострома, Ярославль или Клин.
И о н о с Фера
Рис. 31. Короткие радиоволны как бы перепрыгивают через пространства земной поверхности
Вспыхнула «коротковолновая лихорадка». Все трансконтинентальные и океанские радиосвязи перешли к использованию коротких волн. Радиолюбителям были отведены лишь узенькие коротковолновые диапазоны и предписаны строгие правила поведения. Для свободного пользования им был отведен весьма трудный для освоения диапазон ультракоротких волн (УКВ) — волн короче 10 м.
УЛЬТРАКОРОТКИЕ ВОЛНЫ
Токи в колебательных контурах радиолюбительских передатчиков забегали быстрее: волна 10 м—это 30 000 000 гц\
Но не упускали своих возможностей и научные лаборатории. Почти все они занялись освоением диапазона УКВ. Открылись широкие перспективы использования и этого диапазона волн.
Если короткие волны оказались заманчивыми из-за их способности прыжками достигать весьма отдаленных районов земного шара, то УКВ прельстили иными возможностями, имеющими не меньшее практическое значение.
Передавать изображения по радио можно и на длинных волнах, но никого такие изображения по своему качеству не удовлетворят. Высококачественные изображения можно передавать 44
только на УКВ. Поэтому техника телевидения одна из первых сделала заявку на использование УКВ. В Москве, Ленинграде, Лондоне, Нью-Йорке и некоторых других городах начали работать телевизионные передающие центры. Кино и театр пришли на дом к зрителю. Радиовещание перестало быть слепым.
Треск и шум, вылетающие из громкоговорителя радиоприемника вместе со звуками музыки или речи, передаваемыми на длинных и средних волнах, на УКВ почти совершенно не обнаруживаются. Поэтому радиовещание также намеревалось перейти на УКВ.
Большие надежды возлагало радиовещание на использование УКВ еще и по другим причинам. Усиливался кризис, вызываемый непрестанно увеличивающимся количеством работающих радиостанций. В эфире становилось все более тесно. На волнах одинаковой длины работало по нескольку станций, благодаря чему в звуки симфонического оркестра врывались отрывки лекций о сельском хозяйстве, а певице аккомпанировал урок английского языка, сопровождаемый мелкой дробью радиотелеграфных сигналов.
Диапазон УКВ манил своими просторами. Узкий диапазон волн длиной от 10 до 5 м охватывает полосу частот от 30 до 60 мггц, т. е. 30 мггц, тогда как весь диапазон волн 2000—200 м включает в себя частоты 1,5—15 мггц, т. е. всего 13,5 мггц. Чтобы усилить воздействие этого примера, подсчитайте сами ширину частотных полос для волновых диапазонов в пределах тех же самых пяти метров: от 2000 до 1955 м, от 1000 до 955 м, от 500 до 495 м, от 200 до 195 м и от 100 до 95 м. Это убедит вас в том, что по мере укорочения волн частотные пределы становятся все более широкими. А чем шире частотные пределы, тем больше станций можно разместить без опасности создания взаимных помех.
Едва ли не самым характерным в поведении УКВ в сравнении с длинными, средними и короткими волнами являются особенности их распространения. Как правило, УКВ распространяются лишь в пределах прямой видимости, до линии горизонта. Нужно очень сильно повысить мощность передатчика и высоко поднять антенну, чтобы сигналы станции обнаруживались значительно далее горизонта. УКВ станции — станции близкого действия. Поэтому уже на расстоянии 150—200 км от одной станции можно устанавливать другую, работающую на той же самой волне, — никаких помех ощущаться не будет.
По мере укорочения длины волны упрощаются средства, которыми достигается направленность излучения. На самых длинных волнах, какие только получили применение в радиотехнике, резко выраженную направленность практически получить невозможно. На средних волнах резко направленное действие является исключением: сложно и дорого. На коротких волнах, которыми обслуживаются дальние связи, направлен-
ность является почти законом. На УКВ проблема направленности упрощается настолько, что это обстоятельство послужило одной из основных причин выбора для радиолокации, нуждающейся в приборах резко направленного действия.
Рис. 32. При переходе на более короткие полны размеры антенн обычно становятся взе меньше и меньшеРис. 32. При переходе на более короткие полны размеры антенн обычно становятся взе меньше и меньше
Рис. 32. При переходе на более короткие полны размеры антенн обычно становятся взе меньше и меньше
Рис. 32. При переходе на более короткие полны размеры антенн обычно становятся взе меньше и меньше
именно УКВ. Какими средствами достигается направленность в радиолокации, — об этом речь впереди. Очень важно при этом, что при переходе на более короткие волны размеры антенн обычно становятся все меньше.
Второй причиной предпочтения, оказанного радиолокацией диапазону УКВ, являются более выгодные условия в отношении отражения волн от обнаруживаемой цели. Чем меньше
Рис. 33. Чем меньше длина волны относительно размеров облучаемой цели, тем более интенсивным получается отражение
длина волны относительно размеров облучаемой цели, тем более интенсивным получается отражение.
В ОБЛАСТЬ ВСЕ БОЛЕЕ ВЫСОКИХ ЧАСТОТ
Обе эти причины не только объясняют выбор УКВ для радиолокации, но и толкают на применение все более коротких волн. И если первые по времени появления радиолокационные станции работали на волнах метрового диапазона, то в настоящее время нередко встречаются установки, излучающие волны длиной всего лишь в несколько сантиметров.
Переход к использованию еще более коротких волн — длиной в несколько миллиметров — только вопрос времени, которое потребуется для освоения способов получения «сверх — сверхвысоких» частот.
Как показывает рис. 34, двигаться в область все более высоких частот еще возможно. В одном ряду с радиоволнами в спектре электромагнитных колебаний оказываются невидимые тепловые (инфракрасные) лучи, — это от них вы закрываете лицо, стоя перед открытой печью. Далее идут световые волны, на которые откликаются «природные радиоприемники» — глаза. При переходе к еще более высоким частотам глаза снова утра-
Ъ Lк г и ппьА1Г шведяр рeg юч о я и3BKiHQOTadau н Яо55 тничзо £ -od^nyf §о arqgad•шэигпшноз SaKigodmawо 9ПМн4jU0d0HDdaDU^ го ^roauodoxго91ЯНЬ0Ш-AwawodySтаBIWKrurV^11Ъ Lк г и ппьА1Г шведяр рeg юч о я и3BKiHQOTadau н Яо55 тничзо £ -od^nyf §о arqgad•шэигпшноз SaKigodmawо 9ПМн4jU0d0HDdaDU^ го ^roauodoxго91ЯНЬ0Ш-AwawodySтаBIWKrurV^11ii
Ъ L
к г и п
пьА1Г шведя
р р
eg ю
ч о я
и
3
BKiHQOTadau н Я
о
55 тничзо £ -od^nyf §
о arqgad
•шэигпшноз S
aKigodmaw
о 9ПМн
4jU0d0HDdaDU^ го ^roauodoxго
91ЯНЬ0Ш
-AwawodyS
та
BIWKrurV^
11
Ъ L
к г и п
пьА1Г шведя
р р
eg ю
ч о я
и
3
BKiHQOTadau н Я
о
55 тничзо £ -od^nyf §
о arqgad
•шэигпшноз S
aKigodmaw
о 9ПМн
4jU0d0HDdaDU^ го ^roauodoxго
91ЯНЬ0Ш
-AwawodyS
та
BIWKrurV^
11
i
i
чивают способность видеть, — начинается область невидимых ультрафиолетовых лучей, лучей химического действия. Эта область смыкается с областью лучей Рентгена, за которой следуют лучи, выбрасываемые в пространство химическим элементом радием, и космические лучи, обрушивающиеся на нашу планету из окружающей ее вселенной.
В обширную семью электромагнитных колебаний вместе с радиоволнами входят световые, инфракрасные, ультрафиолетовые, космические и многие другие лучи.
Нужно лишь чиркнуть спичкой, чтобы создать в окружающем пространстве электромагнитные волны длиной в пределах 0,00008— 0,00002 см. Нужно применить радий, чтобы получить электромагнитные волны длиной менее 0,000000014 см.
Природная сущность света, радиоволн и различных лучей спектра едина: все они представляют собой электромагнитные колебания различных частот.
Радиолокация использует электромагнитные колебания, столь близкие к световым, что многие явления поражают своей общностью. Это можно усмотреть хотя бы в характере распространения наиболее коротковолновой части УКВ. Близость ее к световым лучам наглядно будет подтверждена при ознакомлении с получением направленности радиоволн.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
НАПРАВЛЕННОСТЬ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ АЗИМУТА ЦЕЛИ
П
ри ознакомлении со вторым принципом радиолокации вы узнали о двух возможностях определения направления на цель.
Первая: радиолокационная станция излучает волны в определенном направлении и с этого же направления ожидает получения отражения от цели. Если отражение получено, цель может быть только там, куда производится излучение. Все, что требуется радиолокационной станции в этом случае, это передающая антенна резко направленного действия.
Вторая: станция излучает волны равномерно во все стороны, ненаправленно, и поэтому приходится определять «курс» сигнала, отражаемого целью. Радиолокационная станция должна иметь приемную антенну резко направленного действия.
Рис. 35. Направленное и ненаправленное излучениеРис. 35. Направленное и ненаправленное излучение
Рис. 35. Направленное и ненаправленное излучение
Рис. 35. Направленное и ненаправленное излучение
4949Как производится излучение радиоволн, мы знаем. Но мы еще не знаем, как осуществляется направленное излучение. Мы не знаем и того, чему обязано направленное действие при приеме радиоволн. Без этого невозможно понять, как в радиолокации производится определение азимута (пеленга) и угла места цели.
49
49
4 Что такое радиолокация
ГЕОМЕТРИЯ РАДИОЛОКАЦИИ
Вообразите себя на огромном компасе. Вы стоите в центре и смотрите на север, куда указывает конец находящейся под стеклом стрелки. Направо от вас восток, сзади юг, слева запад. Компас самый обычный: его окружность разделена на 360 делений— градусов, причем север обозначен 0°, восток 90°, юг 180° и запад 270°. Деление 0° шкалы компаса вы совмещаете с кон’ цом стрелки, указывающей на север.
Справа послышался гул самолета. Вы поворачиваете голову и видите самолет. Он не то чтобы прямо на востоке, но и не на юге, впрочем, и не на юго-юго-востоке, а как бы чуть-чуть ближе к востоко-юго-востоку... И пока вы будете путаться в этих востоко-югах, самолет окажется уже где-либо на северо-северо-западе.
Куда удобнее, точнее и быстрее определять направление градусами шкалы компаса! Вы видите, что направление от вас на самолет по горизонтали проходит через деление 125 шкалы. Следовательно, азимут самолета 125°! Скажите это артил-
Рис. 36. Направление цели определяется по азимуту
леристу, летчику — все поймут, что это значит. И если они знают, откуда, из какой точки ведется наблюдение, то для них не составит затруднений определить направление на самолет по карте. Они проведут на карте из точки наблюдения прямую линию под углом 125° к направлению на север, т* е. к меридиану. Эта линия и будет направлением на цель.
Итак, направление на цель по горизонтали определяется углом между меридианом и линией, соединяющей на горизонтали точку наблюдения с целью. Этот угол называется уже знакомыми вам словами: азимут, или пеленг. Очень часто пеленгом называют и самую линию в направлении на цель, прочерченную в горизонтальной плоскости.
Отсчет азимута (пеленга) производится всегда от нуля горизонтальной шкалы, совпадающего с меридианом в направлении на север. Пока вы не научитесь безошибочно и быстро определять азимут, мысленно представляйте себя находящимся на компасе, и тогда всякий раз перед вашим взором будет возникать круговая горизонтально расположенная шкала с делениями, возрастающими по часовой стрелке. Азимут 90° — цель точно на востоке, азимут 180° — цель на юге, азимут 270° — цель на западе. Юго-восток превращается в 135°, юго-юго-восток—157,5° и т. д. Даже если азимут 359° и до 360° (точный север) нехватает всего лишь 1°, вы не должны поддаваться искушению «упростить»; нс «1° в обратную сторону», а именно 359°! Только по часовой стрелке!
Указание азимута градусами избавляет от необходимости прибегать к таким неточным выражениям, как «чуть-чуть левее» или «немножко вправо». Несомненно, что радиолокация от этого выигрывает.
УГОЛ МЕСТА
Чтобы произвести выстрел по цели, нужно не только повернуть ствол орудия по горизонтали, но и поднять или опустить его на некоторый угол. Когда возникает необходимость осветить прожектором цель, находящуюся в открытом пространстве, нужно не только повернуть луч по горизонтали, но и придать ему возвышение. С этим же мы встречаемся и в радиолокации. Если целью служит высоко летящий самолет, то излучение радиоволн должно быть направлено не только по заданному азимуту, но и под известным углом возвышения, иначе радиолокационная станция промахнется. Конечно, если целью является морской корабль, то азимут определяет направление на цель.
Угол, образованный горизонтальной плоскостью, проходящей через точку наблюдения и направлением на поднятую над ней цель, называется углом места, или углом возвышения. Он равен 0°, когда цель находится на самой плоскости (нулевое возвышение), и 90°, когда цель находится над головой наблюдателя, в зените. Во всех случаях угол места отсчитывается от горизонтальной плоскости вверх. Он не может превышать 90°.
Как и в случае с азимутом, определение возвышения цели градусами угла избавляет от необходимости пользоваться выражениями вроде «чуть-чуть выше» или «немного ниже».
Рис. 37. Если целью является высоколетящий самолет, радиоволн должно быть направлено под известным углом к поверхности землиРис. 37. Если целью является высоколетящий самолет, радиоволн должно быть направлено под известным углом к поверхности землито излучение по отношениюто излучение по отношению
Рис. 37. Если целью является высоколетящий самолет, радиоволн должно быть направлено под известным углом к поверхности земли
Рис. 37. Если целью является высоколетящий самолет, радиоволн должно быть направлено под известным углом к поверхности земли
то излучение по отношению
то излучение по отношению
ДАЛЬНОСТЬ
Азимут и угол места определяют направление на цель, где бы она ни находилась. Астроном вычисляет по этим величинам положение звезд на небе. Но ни азимут, ни угол места еще не определяют положения места цели в пространстве. Нужно знать еще дальность — расстояние от наблюдателя до цели, отсчитанное по линии, соединяющей цель с радиолокационной станцией. В каких единицах определяется дальность — в метрах, километрах, футах или милях — безразлично. Если известен азимут (в градусах угла по горизонтальной плоскости), угол места (в градусах угла по вертикали) и дальность (в любых единицах длины), вы сможете показать ее положение на карте и сказать, на какой высоте она находится.
Не забывайте, что дальность цели и расстояние до нее, измеренное по карте, не всегда одно и то же. Только тогда, когда цель находится на земной поверхности, между этими понятиями нет разницы. Но коль скоро речь идет о самолете, пролетающем на высоте 8—10 км, то, как показывает рис. 38, возникает некоторое расхождение. Расстояние до цели по карте получается несколько меньше пути, фактически проходимого радиоволнами от антенны до цели. Это расхождение на большом расстоянии не столь велико и практически его часто не учиты-
Рис. 38. В радиолокации определяется наклонная дальность цели;эта величина отличается от обычно принятого понятия „дальность"Рис. 38. В радиолокации определяется наклонная дальность цели;эта величина отличается от обычно принятого понятия „дальность"
Рис. 38. В радиолокации определяется наклонная дальность цели;
эта величина отличается от обычно принятого понятия „дальность"
Рис. 38. В радиолокации определяется наклонная дальность цели;
эта величина отличается от обычно принятого понятия „дальность"
вают. Но всякий оператор помнит, что под названием «дальность» имеется в виду наклонная дальность, т. с. расстояние по прямой от антенны до цели, находящейся в про-, странстве.
КООРДИНАТЫ ЦЕЛИ
Когда в высоких северных широтах дрейфовала папанин- ская льдина, даже мальчишкам было хорошо известно слово «координаты». Играя, они кричали друг другу:
— Сообщите ваши координаты!..
Находясь вдали от берега, папанинцы регулярно сообщали по радио в Москву свои географические координаты — широту и долготу местности. По этим цифрам на карту дрейфа наносили новые точки и так изображали путь льдины.
Координатами называются величины, числа, которыми определяется положение точки или, в нашем случае, цели. Папанинцы обходились двумя координатами: широта и долгота. Радиолокация тоже обходится двумя координатами при обнаружении цели непосредственно на водной поверхности. Положение корабля исчерпывающе определяется азимутом и дальностью. Но когда цель «висит» в пространстве, нужна еще третья координата — угол места,
Азимут, угол места и дальность — пространственные координаты радиолокации. Но угол места — лишь промежуточная величина. Не она интересует нас, а высота, на какой летит самолет. Летчику-истребителю, поднявшемуся на перехват, надо сообщить, на какой именно высоте следует искать врага. Поэтому едва лишь оператор определит угол места, как сейчас же
Рис. 39. Зная угол места и наклонную дальность, оператор может определить высоту цели по заранее подготовленным таблицам
производится пересчет на высоту. Зная дальность и угол места, высоту можно определить по заранее подготовленным таблицам без затраты времени.
Оператор радиолокационной станции обязан прекрасно разби- раться в геометрии радиолокации.
РАДИОЛУЧ
Описанные нами ранее простейшие типы антенн излучают радиоволны почти равномерно во все стороны, как свеча — свет. Такие простейшие антенны радиолокацию не устраивают. Как мы уже выяснили, станция должна иметь возможность излучать радиоволны узким пучком.
Идея направленного излучения радиоволн родилась почти на 16 лет раньше самой идеи радиосвязи. Еще в 1888 г. Герц направленно излучал радиоволны, применяя вогнутые металлические рефлекторы. Стоило ему убедиться в том, что радиоволны способны отражаться, и он сразу же поступил с ними, как с лучами света.
Известно, что можно значительно усилить световой поток по данному направлению, применив отражающий рефлектор. Никогда бы небольшая автомобильная лампочка не дала столь 54
на значительномна значительномРис. 40. Можно значительно усилить световой поток по данному направлению, применив отражающий рефлекторРис. 40. Можно значительно усилить световой поток по данному направлению, применив отражающий рефлектор
на значительном
на значительном
Рис. 40. Можно значительно усилить световой поток по данному направлению, применив отражающий рефлектор
Рис. 40. Можно значительно усилить световой поток по данному направлению, применив отражающий рефлектор
яркого, сильного светового пучка, если бы она не была помещена в фару с зеркальным рефлектором полукруглой или яйцевидной (параболической) формы.
Нечто подобное получается и с тепловыми лучами. Кто сидел перед отражательной электропечкой, тот знает, что даже
расстоянии от нее нельзя долго находиться,
если все тепло направленно излучается рефлектором прямо в лицо.
Вы знаете, насколько дальше слышен звук, если применить рупор-мегафон. Мегафоном пользуются на кораблях при отдаче команд с капитанского мостика на палубу или с борта на берег. Судьи на спортивных состязаниях в мегафон выкрикивают свои команды. Без мегафона, сводящего звуковые волны в
узкий пучок, звук расходился бы во все стороны и не был бы слышен на больших расстояниях. Недаром мощ-
ные громкоговорители снабжаются рупорными раструбами. Рефлекторы для радиоволн использовались и после Герца,
когда радиоволны стали применяться в технике электрической связи. Перед войной была установлена линия радиосвязи через канал Ламанш, отделяющий Англию от Франции. На высоких башнях по обе стороны канала были установлены «радиопрожекторы» — излучающие антенны с большими металлическими рефлекторами. Волны узкими лучами пересекали канал.
Опыт и теория показали, что хорошие результаты получаются уже и в том случае, если применить не сплошные рефлекторы из листового металла, а решетчатые — из проволок или стержней. Некоторые конструкции таких антенн вы можете увидеть на приводимых рисунках.
Рефлектор действует тем лучше, чем больше его размеры по сравнению с источником излучения.
Источником излучения является антенна, размеры которой связаны с длиной волны передатчика. Длиннее волна — больше антенна. Даже для волн длиной 10 м размеры рефлектора получились бы настолько огромными, что он мог бы послужить
Рис, 41. Даже для волн порядка 10 м размеры рефлектора получились бы огромными
колпаком для многоэтажного здания. Представьте себе размеры механизма, посредством которого в поисках цели вы вращаете такой рефлектор! Даже если для наземных радиолокационных станций и можно его соорудить, то для морских и тем более самолетных его применение исключено.
Вот почему шаровые или параболические рефлекторы находят себе применение только при использовании самых коротких волн, так называемых микроволн. Герц, применявший рефлектор, применял волны длиной всего лишь 60 см, а линия радиосвязи через Ламанш работала на волне 17 см.
По мере того как радиолокация осваивала все более коротковолновую область микроволн, рефлекторы получали все более широкое применение.
Поиски наиболее удачной конструкции станции узконаправленного действия для метровых волн привели к сооружению, 56
глядя на которое вы скажете, что перед вами какая-то лестница с перекладинами, прикрепленными посредине. А между тем это остроумное приспособление способно излучать радиоволны в виде очень узкого луча.
ВОЛНОВАЯ АРИФМЕТИКА
Чтобы понять, чему обязано направленное действие такой антенны, представьте себе, что вы и я одновременно бросаем с одинаковой высоты на гладкую поверхность пруда камни одинакового веса на небольшом расстоянии один от другого. Расширяясь, круги волн сначала приходят в соприкосновение, а затем начинают пересекаться.
Обратите внимание на места пересечения кругов волн.
Пусть в данный момент в определенном месте сходятся гребень одной волны и впадина от другой. При равенстве амплитуд волн получится полное взаимное уравновешивание и вода в этом месте останется в покое.
Если к месту пересечения кругов волн одновременно подходят гребни волн, то происходит не вычитание волн, как в первом случае, а их сложение. При равенстве амплитуд волн получается удвоение результирующей амплитуды, и гребень волн возрастает в два раза.
Это явление носит название интерференции волн.
Интерференция получается и с звуковыми волнами. Возьмите камертон, ударьте слегка его ножки и поднесите к уху. Вы отчетливо услышите ровный тон. Теперь начните вращать звучащий камертон вокруг его продольной оси, не удаляя и не приближая его. Вы услышите, как в некоторые моменты
Рис. 42. Расширяясь, круги волн сначала приходят в соприкосновение, а затем начинают пересекаться
времени звук камертона будет резко пропадать, чтобы при дальнейшем поворачивании появляться вновь. Пропадания слышимости объясняются интерференцией: звуковые волны от двух ножек камертона в некоторых местах взаимно компенсируются, и наше ухо ничего не слышит. Камертон излучает звуковые волны не равномерно во все стороны — таков результат интерференции.
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ РАДИОВОЛН
В наиболее распространенных конструкциях антенн направленного действия, применяемых в радиотехнике, а вместе с тем
Б
Рис. 43. При использовании принципа интерференции радиоволн добиваются направленного излучения
и в радиолокации используется принцип интерференции,— только уже не водяных или звуковых, а радиоволн.
Возьмем две совершенно одинаковые вертикальные антенны (рис. 43, Б), расположим на расстоянии полуволны одна от другой и будем их питать одним и тем же током высокой ча- 58
стоты. Каждая антенна начнет излучать волны одинаковой длины и амплитуды. Между волнами возникнет интерференция. В одних направлениях излучение благодаря вычитанию волн будет отсутствовать, а в других благодаря сложению усиливаться. Приемник, если его обносить вокруг такого антенного устройства, в некоторых местах будет принимать сигналы, а в других ничего не «услышит». Такое антенное устройство будет направленно излучать радиоволны только в тех направлениях, где волны складываются.
Но интерференцию можно получить и не располагая двумя независимо созданными волновыми движениями.
Б
Рис. 44. Другой способ получения интерференции волн
Положите на водную поверхность доску или толстую палку. Киньте неподалеку камешек. Волновой круг дойдет до доски и отразится от нее. Идя далее навстречу первоначально созданным волнам, отраженный круг начнет интерферировать с ними, как с созданными обособленно волнами.
Если расположить на близком расстоянии к антенне, излучающей радиоволны, и параллельно ей ни с чем не соединенный провод, он, во многом уподобившись доске на водной поверхности, будет отражать от себя радиоволны. Отраженные радиоволны будут интерферировать с радиоволнами, созданными антенной. Проводник, таким образом, заменяет собой второй источник излучения волн, вторую антенну. В результате характер излучения получится совершенно иной, чем при работе одиночной антенны.
Поскольку проводник не питается током от передатчика, то в отличие от основной антенны его называют пассивным вибратором. А так как его действие сводится к отражению, то иначе его называют рефлектором, или отражателем.
Помните предостережение: никогда не подносите близко к излучающей антенне никаких проводников. Они превратятся в рефлекторы и исказят диаграмму направленности.
Специалисты по антенным устройствам, удачно сочетая активные антенны (вибраторы) с пассивными (рефлекторами, или отражателями), получают устройства с желаемыми свойствами направленности.
ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ
Направленность излучения антенн удобнее всего изображать графиком или диаграммой.
Вы хотите показать, что антенна ненаправленная и излучает равномерно во все стороны. Для этого вы чертите окружность с точкой — антенной — в центре. Круг условно показывает, что во все стороны от антенны, если смотреть на нее сверху, излучение волн равномерное, ненаправленное. Расстояния от точки в центре до окружности во всех направлениях одинаковы.
Именно такую диаграмму имеет знакомый вам вертикальный вибратор. Радиовещательные станции, передачи которых предназначены для всех, а не для какого-либо одного приемного пункта, в большинстве случаев имеют также ненаправленные антенны.
Другой случай. Антенна излучает неравномерно: в одну сторону больше, в другую меньше. И это можно изобразить графически: вы чертите уже не круг, а замкнутую фигуру, вытянутую в сторону наибольшего излучения. Степень вытянутости указывает степень направленности: резче направленность — больше вытянутость. Так, по мере возрастания направленности диаграмма, первоначально напоминавшая очертания яблока или вишни, приобретает форму груши, в дальнейшем все более начинает походить на сигару или дирижабль и затем на булавку.
Глядя на диаграмму, вы можете подумать, что контурная линия показывает, как далеко распространяются волны от радиолокационной станции. Отрешитесь от этой точки зрения; 60
диаграмма характеризует не дальность действия станции, а ее направленность. Расстояния от точки (антенны — в действительности) до контурной линии в масштабе указывают, во сколько именно раз излучение в одном направлении больше,
Рис. 45. Равномерное и направленное излучение радиоволн
чем в другом. На рис. 45 Оа в два раза больше Об, следовательно, излучение в направлении Оа в два раза больше, чем в направлении Об.
КАК ВЫЧЕРЧИВАЕТСЯ ДИАГРАММА
Нельзя понимать так, что радиоволны распространяются только до контурной линии диаграммы и дальше не идут. Неправильно говорить, что радиоволновая зона вокруг станции резко ограничивается контурной линией диаграммы и что достаточно цели выйти на метр-два из этой зоны, как она станет невидимой. Чтобы уяснить, как распространяются радиоволны, надо познакомиться с принципами вычерчивания диаграмм.
Представьте себе, что поверхность земли, где расположена станция, излучающая радиоволны, покрыта чистой бумагой. Я привязываю к радиоприемнику карандаш или кисть с краской и обношу приемник вокруг станции так, чтобы к нему приходили сигналы одинаковой силы. Кисть при перемещениях приемника вычерчивает на бумаге контурную линию — это и будет диаграмма направленности.
Если в данном направлении излучается более мощный сигнал, мне придется отойти с приемником подальше от станции, туда, где принимаемый сигнал слабее. Наоборот, я должен буду поднести его совсем близко к станции в тех местах, в направлении которых антенна почти не излучает. Еще лучше, если в приемнике имеется измерительный прибор, при помощи которого можно измерить силу сигнала от станции; тогда при перемещении приемника мне надо будет следить за тем, чтобы прибор все время отмечал одну и ту же силу сигнала. Так будет вычерчена равносигнальная линия. Двигаясь по ней с приемником в любом направлении, я буду слышать сигналы одинаковой силы.
Можно начертить еще одну линию, для более сильных сигналов. Я подношу приемник ближе к антенне и начинаю новый
Рис. 46. Снятие диаграммы направленности
обход. Получится вторая контурная линия, подобная первой, но для ббльшего значения силы (напряженности) электромагнитного поля антенны. Можно было бы, как вы понимаете, таких линий получить сколько угодно. Если желательно иметь диаграмму для меньшей напряженности, то надо дальше относить приемник от антенны, так как напряженность поля постепенно уменьшается.
Никакой резко выраженной грани радиоволновая зона станции в окружающем пространстве не имеет. Оказываясь на самом краю зоны, самолет отражает от себя очень небольшое количество энергии радиоволн, и радиолокационная станция получает очень слабое эхо. Оператор не обнаружит цели! При дальнейшем вхождении самолета в зону обнаружения отраженный сигнал будет довольно быстро возрастать. Оператор передаст сообщение:
— Цель!
ПОБОЧНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Есть разные радиолокационные станции. Одни предназначены для кругового обзора или дальнего наблюдения за обширным районом, другие —для точной наводки артиллерийских орудий на ближние цели, третьи — для «прочесывания» узких сек-
Рис. 47. Диаграммы направленности различных станций
торов и т. д. В одном случае требуется «булавочная» направленность антенны, в другом — «сигарная», но может понадобиться и еще какая-либо антенна. Все зависит от назначения станции.
Если, например, антенна излучает только в одну сторону и почти совершенно не излучает в противоположную, то это излучение происходит в пределах чрезмерно широкого угла. Выражаясь на техническом языке, — угол раствора велик. Вас это не устраивает. Вы хотите получить более резкую направленность. Выбирайте любую диаграмму из коллекции, приведенной на рис. 47. Здесь они расположены в порядке возрастания направленности.
Заметьте наличие небольших лепестков сбоку и сзади главного лепестка диаграммы. Это так называемые лепестки побочных излучений. Они показывают, что хотя наибольшее количество энергии радиоволн излучается по одному направлению, все же имеется непроизводительное рассеяние энергии в стороны и в противоположном направлении.
Лепестки побочных излучений могут быть сравнены с тонкими водяными струйками, вырывающимися из дырочек в по- жарнохМ брандспойте. Конечно, побочные лепестки — непроизводительная трата энергии, но создать антенну без лепестков иногда очень сложно и дорого.
Вполне достаточно того, что подавляющее количество энергии радиоволн излучается строго направленно. Стремиться к полному уничтожению побочных излучений антенны надо только тогда, когда это необходимо для специальных целей.
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ДИАГРАММА
Не упускайте из виду того, что все диаграммы, о которых мы до сих пор говорили, относятся только к направленности в горизонтальной плоскости, или, как принято говорить, в плане. Излучение же производится объемным лучом. Поэтому надо знать, как антенна излучает и по горизонтали и по вертикали, — лишь тогда можно составить полное представление о ее работе.
Излучение по вертикали удобнее всего отображается диаграммами, получаемыми в том предположении, что наблюдатель смотрит на антенну теперь уже не сверху, а сбоку. Такие диаграммы называются высотными: они показывают, как распределено излучение радиоволн по высоте.
Диаграммы, вычерчиваемые в горизонтальной плоскости, показывают, как распределено излучение радиоволн по азимутам; поэтому назовем их азимутальными.
Чтобы вычертить азимутальную диаграмму, мы с вами обносили приемник вокруг излучающей антенны, оставаясь в пре- 64
делах горизонтальной плоскости. Чтобы вычертить высотную диаграмму, нам пришлось бы летать на дирижабле или па самолете. Вы потом узнаете, что именно так и поступают.
Рис. 48. Диаграмма направленности вертикального вибратора в вертикальной плоскостиРис. 48. Диаграмма направленности вертикального вибратора в вертикальной плоскостиТот самый вертикальный вибратор, азимутальная диаграмма которого (рис. 45) вам уже знакома и представляет собой круг, в вертикальной плоскости имеет совершенно иную диаграмму, — она показана на рис. 48. Как видите, излучение не получается равномерным во все стороны. В направлении своей длины вибратор абсолютно не излучает.
Рис. 48. Диаграмма направленности вертикального вибратора в вертикальной плоскости
Рис. 48. Диаграмма направленности вертикального вибратора в вертикальной плоскости
Рис. 49. Наиболее наглядно характеризует направленное излучение антенны ее пространственная диа» грамма
Еще более наглядно характеризует излучение антенны ее пространственная диаграмма. Она получается при совмещении обеих диаграмм — в плане и по вертикали. Посмотрите на рис. 49. На нем изображена пространственная диаграмма направленного излучения вертикального вибратора. Ее можно назвать паспортом антенны, — настолько сжато и исчерпывающе определяет она все то, что в первую очередь нужно знать о направленной антенне.
Эта диаграмма напоминает пышку или пончик, сжатый двумя пальцами посредине. Придя работать на радиолокационную станцию, непременно узнайте, какую именно диаграмму направленности имеет ее антенна. Не знать этого — значит работать вслепую.
ЗОНЫ
Для того чтобы цель в пределах действия радиолокационной станции не выпустить из зоны обнаружения, оператор должен располагать возможностью целиться, направлять излучение точно на цель. Так как цель может появиться с любой стороны, то антенное устройство должно быть поворотным. «Обшаривая» небосклон в поисках цели, оператор вращает антенну, описывая лучом в пространстве гигантскую объемную незримую фигуру— зону обнаружения. О ее размерах вы можете судить по тому, что она простирается во все стороны от антенны ровно на столько километров, на сколько километров действует станция.
6565Зону обнаружения не следует представлять в виде шарового колпака, окружающего станцию со всех сторон. Вообразите
65
65
5 Что такое радиолокация
себе фигуру, показанную на рис. 50. Увеличьте теперь ее во столько раз, во сколько дальность действия станции больше размеров сигары или груши, и вы получите некоторое представление о том, что такое зона обнаружения станции.
Рис. 50. Зона обнаружения радиолокационной станции
Как бы антенна ни поворачивалась, но если самолет находится вне пределов зоны обнаружения, т. е. в мертвой зоне, станция его не обнаружит. В случае когда пространственная диаграмма излучения напоминает сигару, получаются две мертвые зоны: одна в форме воронки — выше зоны обнаружения, и другая — так называемая подлучевая мертвая зона. Находясь в мертвой зоне, вражеский самолет может приблизиться незамеченным, конечно, при условии, если он знает, как эти зоны расположены в пространстве.
Далеко не у всех антенн высотная диаграмма представлена одиночным лепестком. Достаточно изменить лишь высоту антенны, чтобы сильно повлиять на диаграмму и вызвать появление на ней дополнительных лепестков. Об этом свидетельствует серия диаграмм на рис. 51, напоминающая коллекцию бабочек
Рис. 51. При изменении высоты подъема полуволнового вибратора над землей диаграмма направленности резко изменяется:
а — высота вибратора над землей Х/4; б — Х/2; в — —; г — X; d — 2Х; е — 4Х
4
или цветов. Все эти диаграммы относятся к одной и той же горизонтальной антенне, длиной в половину волны. Меняется ее высота, только высота, выраженная в длинах волн, и резко меняется результат.
Упрощенное объяснение этому таково. Земля хоть и не является идеальным проводником, но все же хорошо отражает радиоволны. Отраженные от земли волны интерферируют с волнами, излучаемыми непосредственно антенной. Это и приводит к тому, что высотная диаграмма резко меняется даже при небольших изменениях высоты. Для изменения условий интерференции в пространстве достаточно сдвинуть одну волну относительно другой на небольшую часть ее длины, — об этом как. раз и свидетельствует наша «коллекция бабочек».
Следя за перемещением цели в пространстве, оператор замечает, что цель начинает выходить из зоны обнаружения. Азимутальным вращением антенны удержать цель в зоне обнаружения не удается. Цель вот-вот ускользнет. Остается предположить, что цель входит в мертвую зону. Если конструкция антенного устройства такова, что антенну можно поднимать и опускать, то это позволит оператору не выпускать цель из зоны обнаружения. Хороший оператор чувствует, что именно происходит с пространственной зоной обнаружения при изменениях высоты антенны. Антенна поднята на метр, — и оператор четко представляет, как опустился главный лепесток диаграммы, что произошло с побочными лепестками, как изменились очертания мертвых зон.
Чтобы лучше уяснить все это, прервите чтение. Вообразите себя на самолете и полетайте вокруг радиолокационной станции, диаграммы направленности которой представлены на рис. 51.
МНОГОДИПОЛЬНЫЕ АНТЕННЫ
Подведем некоторые предварительные итоги изложенного о направленности простейшей однодипольной антенны.
Для очень коротких сантиметровых и миллиметровых волн остро направленное излучение, как и в случае световых волн, дают рефлекторы. При помощи рефлектора излучение во всех других направлениях не уничтожается, а суммируется с излучением по одному заданному направлению, куда обращен раструб рефлектора. Благодаря этому получается многократное увеличение потока энергии в одном направлении. Однако применение таких рефлекторов для метровых волн ограничивается конструктивными соображениями — рефлекторы получаются очень громоздкими.
Применяя в качестве рефлектора на метровых волнах пассивный вибратор и используя явление интерференции, удается получить однонаправленное излучение, но в этом случае угол раствора слишком велик.
лено антенное устройство, тем более резким получается направ-лено антенное устройство, тем более резким получается направ-Рис. 52. При увеличении числа элементов многодипольных антенн направленность возрастаетРис. 52. При увеличении числа элементов многодипольных антенн направленность возрастает
лено антенное устройство, тем более резким получается направ-
лено антенное устройство, тем более резким получается направ-
Рис. 52. При увеличении числа элементов многодипольных антенн направленность возрастает
Рис. 52. При увеличении числа элементов многодипольных антенн направленность возрастает
Значительное усиление направленности обеспечивается многодипольными антеннами. Взгляните на рис. 52, и вы убедитесь по диаграммам, что чем из большего числа элементов состав
Рис. 53. Антенна типа „брод* сайд0 обеспечивает получение узконаправленного излучения
На рис. 53 показана антенна, получившая название «брод- сайд», — это большая плоская рама с восемью горизонтально укрепленными диполями, питаемыми током высокой частоты. На том же рисунке дана диаграмма направленности такой восьмидипольной антенны с применением рефлектора, показывающая, что излучение получается весьма узко направленным в одну сторону.
ДИРЕКТОРЫ
Взгляните на рис. 54. Эту конструкцию, напоминающую лестницу с перекладинами, я представил вам в качестве остроумного приспособления, способного резко направленно излучать в пространство потоки радиоволн. Теперь, когда вы ознакомились с основными идеями конструкции направленных антенн, можно поближе познакомиться с приспособлением, носящим название антенны Уда-Яги, по имени ее конструкторов.
Антенна Уда-Яги имеет всего лишь один активный вибратор — второй слева. Только он питается высокочастотным током радиолокационной станции. Все остальные элементы 68
антенны, укрепленные на деревянной рее (траверзе) параллельно активному вибратору, ни с чем не соединены. Их называют пассивными. Однако они на самом деле весьма активно участвуют в событиях, влияя на их конечный результат. Без них активный вибратор напоминал бы во многом автомобильную лампочку без рефлектора.
Собственно рефлектором в антенне Уда-Яги является металлический стержень, длиной около половины волны, находящийся на расстоянии четверти волны от активного вибратора — крайний слева. Его роль определяется данным ему названием й понятна вам из предшествующих объяснений.
По другую сторону активного вибратора на рее укреплено несколько параллельно расположенных металлических стержней, длиной немногим меньше половины волны, удаленных один от другого почти на четверть волны. Каждый такой стержень имеет громкое название — директор («направитель»); он спо-
Рис. 54. а — антенна Уда-Яги; б — пояснение принципа действия этой антенны
собствует собиранию радиоволнового потока в узкий луч; от воздействия активного вибратора в нем создается ток высокой частоты, который в свою очередь создает свое собственное электромагнитное поле. Таких полей несколько — у каждого директора свое. Между полями возникает сложная интер- 69
ференция. Конечным результатом является сильная концентрация радиоволнового потока в пределах узкого луча, направленного в сторону от активного вибратора через все директоры — вдоль реи — в открытое пространство.
Можно было бы применить один директор, и тогда антенна Уда-Яги состояла бы из трех элементов: активного вибратора, рефлектора и директора. Однако от увеличения числа директоров направленность возрастает. Поэтому можно встретить такие антенны с тремя, пятью и еще большим числом директоров.
СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЗИМУТА
Определяя азимут, оператор радиолокационной станции вращает антенну вправо и влево от направления на цель, пока не убедится в получении максимального отраженного сигнала. Это и укажет ему то, что азимутально антенна ориентирована точно на цель. Остается прочесть показание, отмечаемое стрелкой на устройстве вращения антенны. Такой способ определения азимута называется определением по максимуму.
Нужно повернуть антенну на довольно большой угол, чтобы отойти от положения максимума. Предположим, что расхождение в 1—2° вправо и влево почти не обнаруживается: оператор считает, что сигнал нисколько не изменился. Значит, на повороты в пределах 2—4° станция никак не реагирует.
Есть другой способ, более точный. Оператор, поймав цель, «берет ее в вилку». Внимательно посмотрите на рис. 55 и 56, и вам станут ясны недостатки первого и преимущества второго способа.
Рис. 55. Можно определить азимут цели по максимальному сигналу
Рис. 56. Более точные результаты дает определение азимута по „пропаданияма
По второму способу оператор не добивается получения максимума. Наоборот, он уходит от него, поворачивая антенну в сторону до тех пор, пока сигнал не начнет резко (именно резко — в этом все дело!) исчезать. С этого момента он прекращает вращать антенну и тщательно фиксирует отметку азимута. Пусть это будет 326,5°. Затем он возвращается к максимуму, проходит его дальше и снова ищет такого же пропадания сигнала, но уже по другую сторону от максимума. Пусть это будет 338°. Так получаются две отметки, симметрично расположенные относительно максимума. Цель, как говорят, «взята на вилку». Точный азимут определяется как средняя точка между этими двумя отметками. Надо сложить цифры и разделить их пополам, чтобы получить точный ответ: 332,25°.
Преимущества второго способа определения азимута — «вилкой» (определение по пропаданиям) — четко фиксируемые положения пропадания сигнала. Только это и заставляет оператора тратить больше времени на второй способ. Конечно, вычислять оператору не приходится: весьма простые вычислительные устройства сразу же дают оператору готовый ответ. Когда у оператора абсолютно нет свободного времени, он определяет азимут цели по максимуму. Но если требуется уточнение и для этого есть свободные секунды, он прибегает к более точному способу — по пропаданиям, «вилкой». Обязательным условием его применения является симметричность диаграммы направленности относительно главной оси излучения. Только в этом случае максимум сигнала окажется точно посредине между двумя взятыми отметками «вилки».
Дальше мы познакомимся еще с одним способом точного определения азимута, получившим широкое применение. Всему свое время.
РАДИОПЕЛЕНГАЦИЯ ПОМОГАЕТ РАДИОЛОКАЦИИ
Теперь подошло время остановиться на ненаправленном излучении и направленном приеме; нам предстоит узнать, как определяется «курс» неизвестно откуда отражаемых сигналов.
Определение направления цели называется пеленгацией. Когда пеленгация осуществляется радиотехническими методами, она приобретает название радиопеленгации.
Рис. 57. В качестве антенны радиопеленгатора может служить провод, намотанный на рамкуРис. 57. В качестве антенны радиопеленгатора может служить провод, намотанный на рамкуПеленгация должна быть вам хорошо знакома хотя бы потому, что, едва появившись на свет, вы начали ею заниматься практически и, надо думать, приобрели к настоящему времени порядочный опыт. Природа снабдила нас довольно хорошими звуковыми пеленгаторами — ушами. Еще не умея разговаривать, вы благодаря им тянулись в ту сторону, откуда слышался родной голос. Насколько вы усовершенствовались в пеленгации, может свидетельствовать хотя бы такой факт: достаточно звуку притти откуда-то сбоку, справа, к вашему правому уху, на 0,00003 секунды раньше, чем к левому, и вы сразу же это заметите, довольно точно указав, откуда именно пришел этот звук. Иначе говоря, вы производите звуковую пеленгацию.
Рис. 57. В качестве антенны радиопеленгатора может служить провод, намотанный на рамку
Рис. 57. В качестве антенны радиопеленгатора может служить провод, намотанный на рамку
не зря. Скрещиваяне зря. СкрещиваяПрирода снабдила нас и другими пеленгаторами — зрением. Два глаза нам даны взгляды глаз на наблюдаемом объекте, мы
не зря. Скрещивая
не зря. Скрещивая
производим самую настоящую зрительную пеленгацию. Рассматриваемый объект оказывается на пересечении световых зрительных пеленгов. Мифическое существо — одноглазый циклоп вряд ли мог правильно оценивать расстояния до окружающих его предметов.
Сущность радиопеленгации сводится к тому, что прием радиосигналов производится на антенну резко направленного действия. В качестве такой антенны может служить провод, свитый в большую плоскую рамочную петлю (рис. 57). Оба конца провода присоединены к приемнику. Когда плоскость рамочной антенны, вращаемой вокруг вертикальной оси, перпендикулярна направлению на передающую радиостанцию, радиоволны этой станции создают в обеих половинах рамочной антенны одинаковые электрические токи высокой частоты. Если в одной ее стороне ток течет сверху вниз, то сверху вниз он направлен и в другой ее стороне, так как радиоволны в равной мере дей-
ствуют на обе стороны рамки. Это значит, что токи будут направлены навстречу один другому. Они полностью уравновесятся, компенсируя друг друга. От антенны к приемнику не поступит вследствие этого никакого сигнала. Оператор пеленгатора в этот момент отметит резкое пропадание слышимости.
Стоит слегка повернуть рамку — «чуть-чуть вправо» или «влево» — вокруг вертикальной оси, и ток в одной стороне рамки уже не будет равен току в другой. К одной ее стороне волны придут раньше, чем к другой. Конечно, расхождение будет небольшим, но все же точное равновесие токов будет нарушено. К приемнику будет подан некомпенсированный «остаток» — результат противодействия токов. Оператор услышит сигнал, многократно усиленный приемником.
Сигнал будет тем громче, чем больше «остаток», т. е. чем ближе совпадает направление на передающую станцию с плоскостью рамки. Когда плоскость рамки совпадет с направлением на цель, «остаток» достигнет своего максимального значения — сигнал будет максимально громким.
Итак, когда рамка своей плоскостью направлена на передающую станцию, — сигнал максимально громкий, а когда направление на станцию перпендикулярно к плоскости рамки, — сигнал не слышен. Именно это и составляет практическую основу радиопеленгации. Добиваясь путем вращения рамки либо пропадания слышимости, либо максимальной громкости, оператор довольно точно определяет пеленг станции. Отклонения рамки на 1° и даже меньше обнаруживаются отчетливо.
Прочитав показание на азимутальной шкале рамочной антенны, оператор проводит на карте линию от пункта своего нахождения в направлении только что определенного пеленга. Радиоволны поступают именно с этого направления. «Курс» сигналов определен.
Если пеленговать при помощи двух пеленгаторов, установленных на некотором расстоянии один от другого, то, определив на каждой станции направление на передающую станцию и проложив пеленги на карту до их пересечения, мы сможем определить и местоположение передающей станции — она будет в точке пересечения обоих пеленгов (вспомните об ушах или глазах). Можно увеличить точность этого определения места станции, если увеличить число одновременно работающих пеленгаторов, которые засекают станцию с разных направлений.
СПОСОБ РАВНОСИГНАЛЬНОЙ ЗОНЫ —
НАИБОЛЕЕ ТОЧНЫЙ
Направленный прием на рамку — не единственная возможность радиопеленгации. В радиолокации преимущественное распространение получил способ определения азимута цели попеременным приемом на две одинаковые, но удаленные одна от
другой антенны. На рис. 58 показаны не только самые антенны (Д и Б), но и их диаграммы направленности. Цель, обозначенная фигуркой самолета, облучается волнами радиолокационной станции. Когда цель находится в положении 1, то приемная антенна А получит значительно более сильный отраженный сигнал, нежели антенна Б.
Рис. 58. Способ равносигнальной зоны обеспечивает наибольшую точность определения азимута
Случай, когда самолет находится в положении 3, оказывается как бы зеркальным по отношению к предшествующему. Теперь уже антенна Б будет получать более сильный сигнал.
Нетрудно сообразить, что расхождение в величинах сигналов будет тем больше, чем дальше цель уходит в сторону от центральной линии, названной на рисунке равносигнальной.
Случай, когда самолет находится в положении 2, не требует особых пояснений. Антенны Д и Б будут получать сигналы равной силы. В пространстве, непосредственно прилегающем к равносигнальной линии, образуется равносигнальная зона. Находясь в ней, самолет в одинаковой степени воздействует на обе приемные антенны отражаемыми от себя радиоволнами.
Обычно антенны Д и Б жестко скреплены между собой. Их устанавливают на одном общем основании. Оператор вращает это основание до тех пор, пока сигналы от обеих антенн не сравняются. Тем самым оператор «ловит» цель равносигнальной зоной своих антенн. Отсюда и самый способ определения азимута при помощи двух удаленных одна от другой антенн получил название способа равносигнальной зоны.
Достигнув равенства сигналов, оператор просто прочитывает показание на круговой шкале вращения антенн, размеченной в градусах.
Практически сравнение сигналов по величине осуществляется попеременными переключениями антенн. Прибор, определяющий силу сигналов, сначала присоединяется к антенне А, затем к антенне Б, после чего — снова к антенне А и т. д. Эти переключения производятся посредством так называемого антенного переключателя. Оператору не нужно следить за двумя различными приборами — один и тот же прибор учитывает величины сигналов попеременно в той и в другой антенне. Как только показания прибора становятся при переключениях одинаковыми, — цель поймана в равносигнальную зону. Тем самым определен и ее азимут.
Из всех рассмотренных нами способов определения азимута способ равносигнальной зоны наиболее точный. Его точность в значительной мере определяется степенью удаления антенн. Чем дальше они одна от другой (в известных пределах, конечно), тем с большей точностью определяется азимут. Эти антенны можно сравнить со сторонами радиопеленгационной рамки. Сигнал, отдаваемый рамкой приемнику, является результатом взаимодействия двух сигналов, обособленно создаваемых в сторонах рамки. Такие приемные антенны, в частности, устанавливаются на концах плоскостей самолета, вооруженного радиолокационной станцией.
• КАК ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ УГОЛ МЕСТА
Когда излучающая антенна резко направленного действия нацелена на самолет, отраженный сигнал получается максимальным. Достаточно немного отклонить антенну куда-либо в сторону, и отраженный сигнал станет слабее. Если антенна представляет собой шаровой или параболический рефлектор, то определение угла места производится очень просто: ориентировав антенну точно по азимуту, нужно поднимать рефлектор или опускать его вниз до получения максимального отраженного сигнала. Как только это будет достигнуто, вы сможете утверждать, что вам удалось главную ось излучения точно совместить с направлением на цель. Остается прочесть азимут и угол места по делениям соответствующих шкал.
Можно было бы для определения угла места применить рамочную антенну, вращаемую вокруг горизонтальной оси.
Антенна не отличает горизонтали от вертикали. Она признает только направление на станцию, волны которой действуют на нее. Вращайте рамку вокруг вертикальной оси, и она будет определять азимуты. Вращайте ее вокруг горизонтальной оси, и эта же самая антенна послужит вам в качестве устройства для определения угла места. Применению рамочных антенн для определения угла места мешает земля, отражающая от себя волны, что приводит к сильному искажению результатов. Поэтому такие рамочные антенны для определения углов места
Рис. 59. Определение высоты цели по высотной диаграмме направленности (по „пропаданиям” сигнала)
надо располагать на большом отдалении от земной поверхности или как-то компенсировать влияние земли.
Познакомимся с двумя распространенными способами определения угла места наземными радиолокационными станциями дальнего обнаружения (метрового диапазона). Особенность этих способов заключается в том, что в данном случае нельзя не учитывать влияния отражения волн от земли.
Первый способ — по высотной диаграмме антенного устройства.
Пусть эта диаграмма имеет вид, как показано на рис. 59. Азимут цели и дальность оператором уже определены. Самолет должен быть где-то около точки S, отстоящей на 83 км от радиолокационной станции. Неизвестна лишь третья координата — высота самолета. Приближаясь, самолет выходит из зоны обнаружения, влетая в межлепестковую зону. В этот момент оператор заметит пропадание отраженного сигнала. Взглянув на диаграмму, он сразу поймет, в чем дело. Очевидно, самолет в этот момент проходит через точку В, так как именно ей на расстоянии 83 км соответствует выход цели из зоны обнаружения. Следовательно, самолет летит на высоте 3 0С0 м. Если бы самолет летел на высоте 2 500 м, то лишь приблизившись до 60 км, он начал бы покидать зону обнаружения.
Способ этот довольно приближенный, но все же им иногда можно воспользоваться.
Второй способ более точный. Он потребует от вас возобновления в памяти представления о том, как влияет высота антенны на ее высотную диаграмму.
На рис. 60 показаны две абсолютно одинаковые приемные антенны, расположенные на общей мачте одна несколько выше 76
Рис. 60. Более точный способ определения высоты самолета при наличии двух антенных систем, расположенных на разной высоте
другой. Тут же нарисованы и их высотные диаграммы. Как видите, направленность у антенн различна, и именно потому, что высоты антенн не одинаковы. Лепесток у нижней антенны приподнят, т. е. направлен под большим углом возвышения, чем у верхней. При этом получается, что нижняя антенна в большей степени направлена на цель (самолет в правой части рисунка), нежели верхняя. Поэтому нижняя антенна передаст станции более сильный сигнал, отраженный от цели, чем верхняя.
При увеличении высоты самолета сигнал от нижней антенны будет усиливаться, а от верхней — ослабевать. Наоборот, при уменьшении высоты самолета сигнал от нижней антенны начнет ослабевать, а от верхней — усиливаться. Попеременное переключение антенн позволит установить соотношение между амплитудами сигналов. Установив заранее, каким именно высотам цели соответствуют различные соотношения, можно довольно точно определять высоту цели.
Оператору, конечно, ничего вычислять не приходится. Быстро найдя, что сигнал от нижней антенны в два раза больше сигнала от верхней, он смотрит в таблицу и прямо читает: 3,5 км. Больше ничего делать не нужно!
ГЛАВНОЕ —НЕ УПУСТИТЬ ЦЕЛЬ!
Ознакомившись со способами определения азимута и угла места, вы, возможно, испытаете нечто вроде растерянности, вспомнив, что радиолокационные станции устанавливаются не только на земле или больших кораблях, но и на самолетах- истребителях. Вы нс сможете представить, как это при стреми-
тельном сближении с невидимым ночью врагом на самолете успевают вращать антенну, отыскивать максимум, определять пропадания, переключать антенны и прочее. При выходе в атаку, т. е. в самый ответственный момент, счет начинает итти на доли секунды, — как тут успеть все проделать?
Рис* 61. Поймав цель, пилот нацеливает на нее свой самолет
В действительности все получается проще. Антенны самолетной радиолокационной станции не вращаются, они укреплены неподвижно. Самолетная станция излучает радиоволны лучом только вперед, как бы самолет ни кружился в воздухе. Поймав цель, пилот так нацеливает свой самолет, что «упирает» в нес главную ось излучения. Все, что дальше потребуется пилоту, — это так ориентировать самолет, чтобы сигнал от правой приемной антенны был в точности равен сигналу от левой. Небольшое отклонение самолета в сторону — вправо, влево, вверх или вниз, — и сигналы будут различны. Этого и нельзя допускать! Все умение оператора самолетной радиолокационной станции и заключается в том, чтобы не упустить цель. Никаких азимутов, никаких углов возвышения и прочего, — все это оставлено на земле.
В станциях сантиметрового диапазона, которые находят все большее распространение, земля нс мешает, и можно, направляя узкий луч на цель, непосредственно читать угол места или даже высоту полета цели по приборам.
ГЛАВА ПЯТАЯ
ЛАМПОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
ИСТОРИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ЛАМПЫ
ДДы добросовестно потрудились, стремясь понять, как устро* ена и как работает радиолокационная станция, и установили, что в основе радиолокации — три принципа. Нам стало известно, что радиоволны отражаются от проводящих тел, что можно сконцентрировать радиоволны в узкий пучок и излучать его в пространство направленно. Мы знаем, что для излучения радиоволн в пространство надо воспользоваться антенной, и умеем так сконструировать антенну, чтобы получить любую, по нашему желанию, диаграмму направленности.
Излучая радиоволны, антенна непрерывно посылает электромагнитную энергию высокой частоты в эфир порцию за порцией. Откуда антенна получает эту энергию, мы также знаем: электромагнитные колебания любой частоты для антенны легче всего получить при помощи колебательного контура.
Откуда же беспрерывно черпает энергию сам колебательный контур?
Очевидно, что нужно устройство, передающее контуру все новые и новые количества энергии взамен тех, которые он с пользой передает антенне, и тех, которые бесполезно затрачивает в самом себе. Вот о работе подобных устройств нам пока ничего не известно.
Радиотехника за время своего существования (а ей в 1945 г. исполнилось ровно полвека) перепробовала массу всяких способов, обеспечивающих длительное создание радиоволн. Все способы, за исключением одного, нс выдерживали испытания практикой, и от них отказывались. Дело в том, что подбрасывание новых количеств электрической энергии в контур нужно производить в такт с колебаниями. Нс вб-время подброшенная порция не только не поддержит колебаний, но сорвет их.
Этот наиболее пригодный способ, посредством которого производится передача в контур новых и новых количеств электрической энергии, применяется уже три десятка лет. Я имею в виду электронную лампу, душу современной радиотехники.
С нее и начинается наше ознакомление со способами и сред’ ствами создания в колебательном контуре резерва мощности высокочастотных колебаний, откуда антенна черпает энергию для поддержания излучения радиоволн.
ЛАМПА, КОТОРАЯ ВОВСЕ НЕ ЛАМПА
Лампой, как известно, называется прибор, служащий для освещения. Электронные лампы для освещения не предназначены. Современные металлические лампы дают света нс больше, чем дверные ручки. Но называются они так не случайно: их прародительницей была самая обыкновенная электрическая осветительная лампа.
Мы многого не подозреваем из того, что происходит в окружающей нас природе, если только ни одно из наших чувств не сигнализирует нам об этом. Глядя на раскаленный гвоздь, вы нс догадываетесь, что этот гвоздь не только распространяет свет и тепло, но еще и излучает никому нс видимые и ничем непосредственно нс обнаруживаемые мельчайшие отрицательные заряды электричества — электроны.
Нс имея хотя бы упрощенного представления об электронах, невозможно понять работу электронной лампы.
ЧТО ТАКОЕ ЭЛЕКТРОН
По современному представлению, атомы всех веществ, эти «кирпичи мироздания», из которых создано все нас окружающее
и мы сами, имеют весьма сложную структуру, напоминающую солнечную систему в миниатюре. Когда-то атомы считали неделимыми, отсюда и их название («атом» — неделимый). Но современная наука затрудняется дать ответ, есть ли предел их делимости.
Центральную часть атома образует его ядро, обладающее положительным электрическим зарядом. На различных расстояниях вокруг него с большими скоростями по замкнутым путям движутся элек-
Рис. 62. Атомы имеют сложную струк- троны — элементарные отрица- туру, напоминающую солнечную си- тельные заряды электричества, стему в миниатюреЭлектрон невидим; можно
дать вам почувствовать, насколько он мал. Чтобы сделать его заметным для глаза, увеличим его до толщины волоса. Это равносильно увеличению тол-
щины волоса до размеров диаметра земного шара — с 0,1 мм до 13 000 км\ Человек с такими волосами был бы трудно вообразимым гигантом. Его рост превышал бы два миллиона километров! На огромную ладонь, простирающуюся от земли до Луны, мы кладем ему крошечный «шарик» — электрон, диаметром 0,1 мм. Можно заранее утверждать, что гигант его не увидит, как не можем мы увидеть «натуральный» электрон ни в какие микроскопы.
Наука утверждает, что одно простое вещество отличается от другого лишь количеством электронов и составом ядра. Вокруг ядра водородного атома, простейшего из всех, вращается всего лишь один электрон. Газ гелий немногим богаче: у него два электрона. Атом железа имеет уже 26 электронов, медь 29, а золото 79. Больше всего электронов имеет уран: 92.
Можно временно создать избыток или недостаток электронов в атоме, не меняя состава ядра. Эта задача под силу вам даже в том случае, если вы не располагаете сложным лабораторным оборудованием. Приведение в порядок вашей прически посредством гребенки как раз и сопровождается такими внутриатомными изменениями.
При временном избытке электронов в атомах вещество приобретает отрицательный заряд, а при недостатке — положительный. Иначе говоря, вещество электризуется. Причесываясь, вы отнимаете от волос электроны, заряжая тем самым волосы положительно, и передаете эти электроны гребенке, вследствие чего гребенка приобретает отрицательный заряд. Когда тело электрически нейтрально, атомы находятся в состоянии электрического равновесия. Сумма всех отрицательных зарядов электронов в атоме в точности равна положительному заряду ядра. Природа ведет свою бухгалтерию в образцовом порядке.
СВОБОДНЫЕ ЭЛЕКТРОНЫ
Электроны могут существовать и не только в составе атомов.
В атомах проводников наиболее далекие (периферийные) электроны при известных условиях могут покидать свои места и вести бродячий образ жизни, хаотически блуждая в обширных междуатомных пространствах, напоминая мушек, вьющихся вокруг спелых плодов яблони.
Что касается изоляторов, то там в этом отношении порядки строже, и ядра атомов напоминают зорких нянек. Поэтому электроны в изоляторах, как правило, ведут оседлый образ жизни внутри атомов.
Блуждающие, или, как их еще называют, свободные электроны под влиянием внешних электрических сил начинают организованно, уже не хаотически, двигаться в каком-либо общем
Что такое радиолокация 81
направлении. Их словно «электрическим ветром» сдувает в сторону, как сдувает сильный ветер рой комаров.
Движение электронов, чем бы оно ни было вызвано, образует электрический ток. Прочтите эту фразу еще раз и хорошенько ее запомните. Всякое движение электронов образует электрический ток, и чем большее количество электронов участвует в этом движении, тем сильнее электрический ток. Разумеется, беспорядочные перемещения электронов во внутриатомных пространствах образуют и беспорядочные токи, внешне ничем не обнаруживаемые.
Итак, чтобы получить электрический ток, нужно заставить свободные, «бродячие» электроны организованно перемещаться.
Отсутствие свободных электронов в изоляторах не позволяет создаться электрическому току в таких веществах, как бумага, слюда, парафин, фарфор, стекло, и во многих других непроводниках.
ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ
При нагревании металлов свободные электроны, беспорядочно перемещающиеся между атомами вещества, начинают двигаться еще более энергично, как частицы воды в бурлящем кипятке. По мере дальнейшего повышения температуры возрастание движений приводит к тому, что все большее количество электронов покидает пределы данного вещества и вылетает из его поверхности. Это явление носит название термоэлектронной («термос» — тепло) эмиссии (испускания) электронов.
Не только раскаленные гвозди склонны к термоэлектронной эмиссии. Все, что раскалено, способно испускать электроны. Нить электролампы, кроме света и тепла, испускает мириады этих электронов. Солнце забрасывает вселенную ураганами электронных лавин, проносящихся в пространстве и обрушивающихся на планеты и другие встречные небесные тела, в том числе и на землю.
Нагрейте разные металлы до одинаковой температуры,— они будут излучать далеко не одинаковое количество электронов. Лучше многих других металлов излучают электроны цезий, калий, барий, натрий, кальций — так называемые щелочно-земельные металлы. Но один и тот же металл излучает тем больше электронов, чем выше его температура, поэтому часто применяются для изготовления катодов тугоплавкие металлы, например, вольфрам, плавящийся лишь при температуре 3400° С.
ЧТО ОТКРЫЛ ЭДИСОН
В 1883 г. известный изобретатель Томас Эдисон, работая над усовершенствованием электрической осветительной лампы с угольной нитью, изобретенной А. Н. Лодыгиным, обнаружил интересное явление, которое он не смог объяснить.
Рис. 63. Эдисон заметил, что стрелка чувствительного прибора отклоняласьРис. 63. Эдисон заметил, что стрелка чувствительного прибора отклоняласьЖелая изучить вопрос о распылении угольной нити, Эдисон произвел хирургическую операцию лампе и поместил внутрь колбы металлическую пластинку. От пластинки имелся выводной проводничок наружу.
Рис. 63. Эдисон заметил, что стрелка чувствительного прибора отклонялась
Рис. 63. Эдисон заметил, что стрелка чувствительного прибора отклонялась
Изобретатель был сильно озадачен, когда заметил отклонение стрелки чувствительного электроизмерительного прибора, случайно оказавшегося присоединенным к выводам от пластинки и накаливаемой нити. Эдисон не мог не уважать фактов, в особенности многократно проверенных. Факт же заключался в том, что стрелку прибора мог отклонять лишь электрический ток. Но только зная об электронах, о термоэлектронной эмиссии, можно было бы объяснить его возникновение. Много лет спустя другие ученые дали объяснение этому явлению.
Сущность эффекта Эдисона заключается в следующем. Раскаленная электрическим -током нить лампы излучает электроны. Часть их попадает на металли
ческую пластинку, на которую подано положительное напряжение, и далее, по соединительному проводнику, через электроизмерительный прибор стекает к нити. После этого процесс повторяется.
В цепи нить — пластинка — прибор — нить непрерывно движутся электроны, и их движение представляет собой ток, отклоняющий стрелку прибора. Чтобы доказать, что это именно так, достаточно прекратить накаливать нить, и стрелка прибора вернется к нулевому делению. Меняя накал нити, можно изменять интенсивность термоэлектронной эмиссии, а следовательно, и величину тока в цепи пластинки.
От внимания Эдисона не ускользнул и тот факт, что стоит зарядить пластинку положительно, чтобы резко увеличить ток в ее цепи. Но стрелка даже самого чувствительного прибора не отклоняется, если заряд пластинки отрицателен.
Теперь это должен уметь объяснить и школьник. Электроны — отрицательные электрические заряды, а так как одноименные заряды отталкиваются, то отрицательно заряженная пластинка отталкивает от себя электроны, и ток прекращается. Наоборот, положительно заряженная пластинка притягивает к себе электроны, что и приводит к возрастанию тока: разноименные заряды притягиваются.
СКОЛЬКО ЛЕТ ЭЛЕКТРОННОЙ ЛАМПЕ
Прошли годы. Появился и все более совершенствовался радиотелеграф. Новый вид связи нуждался в устройствах, пропускающих через себя электрический ток в одном направлении и задерживающих в обратном, т. е. превращающих переменный ток в постоянный, однонаправленный. В поисках более совершенной конструкции такого устройства производились различные эксперименты. Наконец, пришла мысль применить в качестве такого устройства «оперированную» лампу.
В самом деле, если требуется прибор с односторонним пропусканием тока, то лампа со впаянной пластинкой именно им и является. Электроны в ней движутся только в одном направлении, следовательно, лишь в одном направлении может протекать и ток.
Прибор этот по существу ничем не отличается от «оперированной» лампы, которая была описана ранее. Но Эдисон не догадался использовать открытое им явление для тех целей, ради достижения которых было потеряно немало творческих усилий и вдохновенного труда. Вот почему в графе «год рождения» паспорта электронной лампы значится 1904.
Таким образом, в технику радиосвязи была введена первая электронная лампа.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КЛАПАН
Электронной лампе (так по аналогии с лампочкой накаливания был назван и этот прибор) были предъявлены весьма скромные требования, во многом напоминающие те, которым полностью отве- /^^Хчают вентили всех автомобильных или
велосипедных камер. Вентиль, как из-
If \ вестно, при накачивании пропускает
у воздух внутрь камеры, но не позволяет емУ выходить обратно.
I Лампа эта благодаря односто- 1*роннему протеканию тока в цепи пла-
/стинки проделывала то же, что и вен-
Рис. 64. Электронная лампа- тиль, но с электрическим током. Не уди- вентиль (диод) вительно, что одним из первых по времени названий электронной лампы явилось куда более правильное наименование: электрический клапан. За годы своего существования и развития электронная лампа непрерывно совершенствовалась. Разработано большое число различных типов. Электронная лампа, предназначавшаяся для использования в радиоаппаратуре, теперь внедрена во все отрасли науки, техники и производства. В радиолокационных станциях эта лампа является важнейшей деталью.
ВТОРАЯ ЖИЗНЬ
Неизвестно, какая будущность ожидала новорожденную электронную лампу, если бы двумя годами позже ее не заставили в полном смысле переродиться и начать совершенно иную жизнь.
Лампа была снова «оперирована». В пространство между нитью и пластинкой был введен электрод (не электрон —
не путайте!) — третий по счету накаливаемую нить, а вторымне путайте!) — третий по счету накаливаемую нить, а вторымэлемент, если первым считать пластинку. Будь этот электрод
не путайте!) — третий по счету накаливаемую нить, а вторым
не путайте!) — третий по счету накаливаемую нить, а вторым
Рис. 65. В лампу был введен новый электрод-сеткаРис. 65. В лампу был введен новый электрод-сеткаРис. 66. Аноду стали придавать различную формуРис. 66. Аноду стали придавать различную форму
Рис. 65. В лампу был введен новый электрод-сетка
Рис. 65. В лампу был введен новый электрод-сетка
Рис. 66. Аноду стали придавать различную форму
Рис. 66. Аноду стали придавать различную форму
сплошным, он не пропускал бы электроны к пластинке. Поэтому его изготовили с массой мелких отверстий для пропуска электронов, придав ему вид сетки. Так за третьим электродом и до сих пор сохранилось название сетки, хотя зачастую эта деталь на сетку бывает очень мало похожа (рис. 65).
Впоследствии изменялась и конструкция пластинки. Ей придавалась то форма цилиндра, вдоль оси которого укреплялась накаливаемая нить, то форма квадратной, прямоугольной или овальной коробки.
Пластинкой называть такой электрод было уже неудобно. И его назвали анодом, подчеркивая этим словом, что он в рабочем состоянии всегда заряжен положительно. Накаливаемую нить назвали катодом, так как к ней в рабочем состоянии присоединяется отрицательный полюс той самой батареи, положительный полюс которой соединен с анодом.
Изменилась и конструкция катода. Тонкую нить радиоприемных ламп можно накаливать лишь постоянным током. Накал переменным током создает неравномерность излучения электронов, чего допустить нельзя. Когда ток, меняя направление, проходит через нулевое значение, нить успевает понизить температуру и уменьшить эмиссию электронов. Но накал переменным током выгоден: не требуется никаких батарей, ток можно брать прямо от сети электрического освещения. Были предложены так называемые подогревные катоды. Переменным
ОксибмыйФарфоровый
слойцилиндр
проволочная нить
Рис. 67. Подогревный катод (увеличено)
током накаливается нить, заключенная в канальцах тонкого фарфорового цилиндрика. Ток накаливает нить, нить сильно повышает температуру цилиндрика, причем эта температура практически неизменна: фарфоровый цилиндрик имеет большую массу, которая не успевает охлаждаться при переменах направления тона. На поверхности цилиндрика нанесен слой металла, способного испускать электроны. Так как температура его постоянна, то постоянным окажется и испускание электронов. Лампы с такими катодами получили название подогревных. Это главным образом маломощные лампы, и применяются они в настоящее время гораздо чаще ламп с простыми катодами в виде нити. Их можно встретить во всех радиотехнических приборах, питающихся переменным током. Применяются они, конечно, и в радиолокационных приборах.
ДЛЯ ЧЕГО НУЖНА СЕТКА
Итак, трехэлектродная лампа («триод») имеет три электрода: катод, анод и сетку.
Назначение катода и анода совершенно ясное: катод излучает электроны, анод их «принимает». Но какую роль выполняет сетка?
Омываемая со всех сторон стремительно проносящимися от катода к аноду потоками электронов, она в состоянии оказывать весьма сильное влияние на ход событий. Ее можно уподобить милиционеру, умело регулирующему уличное движение.
Рис. 68. Сетка управляет потоком электронов, пролетающих в лампеРис. 68. Сетка управляет потоком электронов, пролетающих в лампе
Рис. 68. Сетка управляет потоком электронов, пролетающих в лампе
Рис. 68. Сетка управляет потоком электронов, пролетающих в лампе
Занимая выгодное стратегическое положение, она способна диктовать свою волю электронному потоку. Заряженная отрицательно, сетка неумолимо отталкивает электроны обратно к катоду, не пропуская их к аноду. Ток прекращается, — лампа «запирается».
Но стоит сетку зарядить положительно, дать на нее положи
тельное напряжение, как она сразу же сменит гнев на милость и превратится в ревностного помощника анода, ускоряя бег на* правляющихся к нему электронов. Лампа «отопрется».
Разумеется, чем боль- __ _ _ _
ше напряжение на сетке, тем сильнее она воздействует на поток электронов. Плавно меняя сеточное напряжение, удается столь же плавно менять величину анодного тока в пределах от нуля до максимума. Максимум же определяется уже не действием сетки, а тем, что при данной температуре катод не может дать больше электронов, чем он дает. Это — насыщение.
Резкие изменения се-
точного напряжения приводят к не менее резким
изменениям анодного то
ка. Иными словами, изменения силы анодного тока, в точности
следуя за изменениями величины напряжения на сетке, представляют собой их электрическую копию, «слепок». Но копия получается многократно увеличенной. Сетка расположена к катоду ближе, чем анод, и поэтому достаточно хоть немного изменить напряжение на сетке, чтобы анодный ток изменился в значительных пределах.
Подведите к сетке слабенькие, «чуть живые» электрические заряды, воспринятые в форме высокочастотных сигналов от далекой радиостанции, и в анодной цепи появится их усиленная «копия». Электронная лампа вдохнет жизнь в эти сигналы перед тем, как они смогут сообщить что-либо связное о цели своего прибытия.
Если однократного усиления лампой недостаточно, то можно включать одну лампу вслед за другой. Так удается производить каскадное усиление в тысячи, сотни тысяч и даже миллионы раз (шорох мухи, ползающей по микрофонной мембране, после усиления может оглушить). Ваш разговор по теле-
фону из Москвы с Владивостоком возможен только потому, что по дороге уставшие сигналы неоднократно получают подкрепления в специальных усилителях с электронными лампами. Стоит ли подсказывать вам, в какой мере обязана радиолокация этим лампам, если вы вспомните о слабых сигналах, отраженных далекой целью?
Трехэлектродная лампа (триод) произвела переворот в технике радиосвязи. Стали слышными сигналы станций, до того считавшиеся безнадежно далекими. Потребовались менее мощ-
Рис 69. Если однократного усиления лампой недостаточно, то можно включать одну лампу вслед за другой
ные передающие радиостанции, чтобы перекрыть то же самое расстояние. Передачи самых мощных радиостанций стали слышны почти в любой точке земного шара.
Тому, что электронная лампа попала в центр всеобщего внимания, причиной была сетка. Двухэлектродная лампа (диод) честно справилась с ролью электрического клапана. Она и сейчас применяется во всех случаях, когда надо преобразовать переменный ток в постоянный, — «выпрямить», как называют этот процесс. Выпрямительная лампа кенотрон представляет собой самый обычный диод.
ЕЩЕ ОБ ОДНОЙ СЕТКЕ
Лампа продолжала совершенствоваться в первую очередь в отношении ее способности усиливать. Патентные бюро заваливались заявками на всякого рода изобретения новых электронных ламп и улучшения уже имевшихся.
Появились, сначала казавшиеся чуть ли не уродами, двухсеточные четырехэлектродные лампы — тетроды.
У одних тетродов дополнительная сетка находилась ближе к катоду, и поэтому она называлась катодной. Чтобы не путать дополнительную сетку с основной, введенной много раньше, основную сетку назвали управляющей. Она управляет потоком электронов.
Катодная сетка, имея положительный заряд и находясь почти около самого катода, являлась агентом анода. Она рьяно заботилась об его интересах, заключавшихся в получении как можно большего количества электронов по наиболее дешевой цене, если под ценой понимать величину положительного напряжения на аноде. Электрон, вылетевший из катода, сразу же подхватывался катодной сеткой, и ему сообщалось еще большее ускорение движения по направлению к аноду.
Тетрод с катодной сеткой был хорош в том отношении, что он мог работать при относительно низких напряжениях на аноде. Катодная сетка не позволяла электронам скопляться в группы (объемные заряды) около катода и тем мешать вылету новых электронов.
Вскоре невысокое напряжение на аноде перестало считаться преимуществом. Кроме того, выяснилось, что катодная сетка слишком дорого брала за свою работу: имея положительный заряд, она совершенно бесполезно урывала слишком много электронов для себя из общего потока, не находя им полезного применения. Звезда славы тетрода с катодной сеткой померкла довольно быстро. Появился тетрод с анодной сеткой.
АНОДНАЯ СЕТКА
Анодная сетка имеет иное назначение. Чтобы увеличить усилительную способность лампы, надо заставить анод быть более энергичным. Это можно сделать, повысив напряжение на
Рис. 70. Экранированная лампа (тетрод) обеспечивает большее усиление сигналов
аноде. Но тогда анод начинает захватывать не только те электроны, которые прошли управляющую сетку, но и непосредственно с катода. Лампа начинает плохо управляться.
Анодная сетка как бы защищает управляющую сетку и катод от воздействия анода. Эта сетка и получила поэтому название экранирующей, а лампы с такой сеткой — экранированных.
Введенная в пространство между анодом и управляющей сеткой и имея положительное напряжение меньше анодного, экранирующая сетка значительную долю хлопот по доставке аноду электронов взяла на себя. Это настолько улучшило работу радиолампы, что экранированный тетрод в скором времени получил весьма широкое применение, в особенности для усиления высокочастотных токов.
Вскоре было найдено, что анод экранированной лампы пошаливает: он начинает сам, как это ни покажется вам стран-
электроны, выбиваемые из его поверхности
ным, излучать электроны, соперничая с катодом. Анод, осыпаемый градом ударов со стороны налетающих на него электронов, превращается в мишень. Под влиянием электронной бомбардировки из анода начинают выбиваться имеющиеся в нем свободные электроны. Даже оставаясь сравнительно холодным, анод начинает излучать электроны. Излучение становится особенно интенсивным, когда бомбардирующие анод «катодные» электроны раскаляют его.
Совершенно очевидно, что ни к чему хорошему такое соперничество анода с катодом не приводит. Строгий порядок одностороннего прохождения электронов нарушается.
«Анодные» электроны движутся навстречу «катодным», и в лампе воцаряется хаос.
Поиски средств борьбы с этим явлением привели к разработке новой лампы с тремя сетками.
ТРИ СЕТКИ В ОДНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ЛАМПЕ
Называется эта лампа пентодом, чем в условной форме указывается, что лампа имеет пять электродов: катод, анод и три сетки.
Пентод — это знакомый вам экранированный тетрод, но еще с одной сеткой, помещенной между анодом и экранирующей 90
сеткой. Эта третья сетка называется защитной. Ее назначение — не допускать беспорядка, происходящего в тетроде. Она перехватывает «анодные» электроны, которые вылетают из анода под влиянием бомбардировки электронами, вылетевшими из катода. Эти электроны, летящие навстречу главному потоку, имеют сравнительно малую скорость. В то же время защитная сетка не мешает основному потоку «катодных» электронов попадать на анод. Защитная сетка внутри лампы соединена
с катодом, и как только электроны попадут на защитную сетку, они сразу же препровождаются на катод. Отсюда они могут излучаться в установленном и никого не беспо
коящем порядке.
С выпуском пентодов конструкторы одержали крупную победу.
Возможности практического применения пентодов оказались настолько широкими и заманчивыми, что вначале многие предлагали все остальные типы ламп сдать на слом и во всем полагаться только на пентод. Появлялись
и множились всякого рода «всепентодные» ра- рИс. 72. Условное диоприемники и аппараты. Пентод вполне за- обозначение пен- служил популярность: он создает гораздо тода бблыпее усиление, способен отдать значи
тельно ббльшую мощность, нежели триод. Но растущие потреб
ности привели к разработке еще более совершенных типов
электронных ламп.
НОВЫЕ ТРЕБОВАНИЯ — НОВЫЕ ЛАМПЫ
Мы не останавливаемся на многочисленных типах электронных ламп с самыми различными названиями: гептод, гексод, октод, триод-пентод, двойной диод-триод, двойной диод-пентод... Находились конструкторы, ухитрявшиеся помещать в одну общую колбу несколько ламп с относящимися к ним деталями. Претерпела изменение и сама колба у маломощных ламп — ее иногда изготовляют из стали.
Помещая шесть, семь, восемь и более электродов в одну колбу, конструкторы разрабатывали все более совершенную, отвечающую современным потребностям радиоаппаратуру. К тому времени радиотехника устремлялась в область все более коротких волн, ко все более высоким частотам. И конструкторы предъявляли электронам ультиматум: резко сократить время пребывания в электронной лампе. Обнаружившаяся медлительность электронов вызывала неполадки.
Пришлось создать для электронов особые условия. Были сокращены расстояния между электродами, изменено их расположение в пространстве внутри колбы.
Рис. 73. Лампы типа „жолудь“ позволили практически освоить гораздо более высокие частотыРис. 73. Лампы типа „жолудь“ позволили практически освоить гораздо более высокие частотыТак на смену старым лампам, работавшим на длинных волнах, пришли новые. Большую популярность в свое время приобрели лампы с названием, характеризующим их внешние очертания, — «жолуди». Они позволили практически освоить гораздо более высокие частоты. «Жолудям» очень многим обязана и радиолокация.
Рис. 73. Лампы типа „жолудь“ позволили практически освоить гораздо более высокие частоты
Рис. 73. Лампы типа „жолудь“ позволили практически освоить гораздо более высокие частоты
Но сколько бы ни было типов электронных ламп, как бы ни вели себя в них электроны, у всех этих ламп одна родословная. Их прабабушкой была обычная трехэлектродная лампа. Поэтому для ознакомления с тем, как электронная лампа вместе с колебательным контуром «делает» токи высокой частоты, в качестве главного действующего лица мы пригласим именно ее — старую заслуженную трехэлектродную лампу.
ПОУЧИТЕЛЬНЫЙ ЭПИЗОД
Вы, наверное, помните интересный эпизод из истории развития паровой машины. Один мальчик, некто Гэмфри Поттер,
был приставлен к примитивной паровой машине Ньюкомена. Это была машина старинных, доуатовских времен, какую могла создать техническая мысль первой четверти XVII века. Обязанности Поттера были несложные, но весьма однообразные. В строго определенные моменты времени он должен был открывать и закрывать кран. Важно было не спутаться и не открыть кран раньше времени, чтобы не остановить машины.
Живому, энергичному мальчику, наделенному природой сообразительностью, но все еще очень склонному к детским играм, надоедало утомительное занятие. Желая выкроить хотя немного свободного времени для своих игр, он пустился на хитрость. Веревками соединил он кран с качающимся коромыслом машины, препоручив самой машине заботиться об открывании и закрывании крана в нужные моменты. Машина была переведена с ручного обслуживания на автоматическое. Краны открывались и закрывались без всякого прикосновения рук.
ПЕРЕВОД НА САМООБСЛУЖИВАНИЕ
Этот эпизод напоминает то, что двумя столетиями позже произошло с изобретением лампового генератора токов высокой частоты.
В 1913 г. была разработана первая схема лампового генератора, положившая начало ряду других схем, обеспечивающих наиболее удобные способы получения токов высокой частоты.
92
В это время знали, что радиолампа может усиливать слабые переменные электрические токи практически любой частоты. Знали и то, что если усиления одной лампы недостаточно, то можно последовательными каскадами включить несколько электронных ламп одну вслед за другой. Несомненно, и до этого времени считали возможным усиленные таким образом мощные колебания высокой частоты подать прямо в антенну. В дверь стучалась идея создания ламповой передающей радиостанции. Нехватало одного: уменья решить задачу — откуда взять первоначальный переменный ток, который следует подвести к сетке самой первой усилительной лампы?
И ученым пришла идея, с внешней стороны имевшая много общего с детской хитростью Погтера. Они решили перевести электронную лампу на самообслуживание. Пусть она не ждет, когда ей соберутся подать к сетке переменное напряжение, а сама заботится об этом. Иными словами, лампу заставили заниматься не только усилением уже ранее где-то и чем-то созданных переменных токов, но и самой возбуждать, генерировать их.
ПЕРВЫЙ ЛАМПОВЫЙ ГЕНЕРАТОР
Таким образом был создан первый ламповый генератор незатухающих колебаний.
Рис. 74. Ламповый генератор с трансформаторной связьюРис. 74. Ламповый генератор с трансформаторной связьюСхема этого генератора исключительно проста и, во всяком случае, проще самого элементарного объяснения ее действия. В анодной цепи триода включен колебательный контур, а в цепи сетки — катушка, близко поднесенная к контурной катушке. Вот и весь генератор.
Рис. 74. Ламповый генератор с трансформаторной связью
Рис. 74. Ламповый генератор с трансформаторной связью
Чтобы понять, как работает ламповый генератор, сделаем небольшое допущение. Оно нужно только на короткое время, и мы от него вскоре откажемся. Представим, что в колебательном контуре уже поддерживаются незатухающие колебания, что конденсатор и катушка оживленно «играют в волейбол». Ток в катушке контура непре
рывно меняет направление, и с такой же частотой заряжается и разряжается конденсатор. Следуя за изменениями тока в контуре, меняется и магнитное поле вокруг контурной катушки. Возникая и создаваясь вновь, оно воздействует на витки сеточной катушки (для этого она должна быть поблизости) и, как это получается в любом трансформаторе, по индукции наводит в них электрический ток.
Но к сеточной катушке присоединена сетка, — следовательно, с такой же частотой, с какой колеблется ток в контуре, будет меняться и напряжение на сетке. Сетка действует автома-
тически, она не ошибается: плюс на сетке увеличивает анодный ток, минус — уменьшает.
Ученые обманули сетку, подав к ней колебания из анодной цепи се же собственной лампы — из колебательного контура, в котором, как мы предположили, поддерживаются незатухающие колебания. Качели можно раскачивать без посторонней помощи, подталкивая их в такт. Эту обязанность в лампе с большим прилежанием выполняет сетка. Она не дает покоя анодному току, заставляя его непрерывно колебаться.
Так и не удается анодному току течь спокойно. Все время, пока катод лампы накаливается, а на аноде имеется положительное напряжение, ламповый генератор создает незатухающие колебания. Лампа за счет анодной батареи покрывает все потери энергии в контуре. Получается своего рода «идеальный» колебательный контур. Решена задача получения незатухающих колебаний.
Ламповый генератор может быть уподоблен заведенным часам или ходикам с поднятыми гирями. Упругость пружины или вес гирь полностью компенсирует все тормозящие силы трения и заставляет часовой механизм работать безостановочно.
Теперь мы можем снять допущение. Пусть в анодном контуре нет незатухающих колебаний. Но первый же толчок тока, вызванный включением генератора, импульсом создаст магнитное поле вокруг контурной катушки. Этот импульс будет передан сетке, и та незамедлительно сделает свое дело. Качели придут в движение. Раскачиваясь все более, они достигнут максимальных размахов, при которых раскачивающих усилий как раз хватит на преодоление всех сил, стремящихся остановить колебания.
Удалось удачно «завязать веревочки»: генератор работает сам, без ручного или механического управления. Он сам себя принуждает к действию, самовозбуждается. Поэтому такой генератор называется самовозбуждающимся.
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Разнесите контурную и сеточную катушки на большое расстояние, чтобы магнитное поле контурной катушки не «зацепляло» за витки сеточной катушки, и все кончится. Колебания создаются только потому, что анодная цепь связана с сеточной и передает ей возбуждающие импульсы. Такая связь называется обратной связью: вместо того, чтобы колебания из анодной цепи поступали куда-либо дальше, «на выход», они (не полностью, а частично) передаются обратно, на сетку своей же собственной лампы. Сеточная катушка, посредством которой сетка связывается с цепью анода, называется катушкой обратной 94
связи. Чем больше витков в ней и чем ближе она к контурной катушке, тем больше в ней создаваемое напряжение, тем сильнее связь.
Итак, не электронная лампа создает колебания — они создаются в колебательном контуре. Но никогда бы контур не создал незатухающих колебаний, если бы лампа не подбрасывала в конгур все новые и новые количества электрической энергии для компенсации всяких потерь, полезных и вредных. Но и лампа не могла бы ничего передать контуру, если бы не получала энергию от источников питания — от батарей или электрогенераторов, подающих напряжение на анод.
Темп колебаний, или, лучше сказать, частоту, навязывает колебательный контур. Колебания медленные, — и электронная лампа будет в таком же медленном темпе передавать контуру очередные порции электрической энергии. Но ей никакого труда не составит производить это со скоростью нескольких миллионов или десятков и сотен миллионов раз в секунду. Попробуйте вручную «дергать за веревочки» с такой скоростью!
ТРЕХТОЧКА
Рис. 75. Схема генератора с автотрансформаторной связьюРис. 75. Схема генератора с автотрансформаторной связьюМы уже указывали, что сетке совершенно безразлично, откуда ей подается «раскачка». В первой схеме обратная связь анодного контура с сеткой — трансформаторная. Вскоре было доказано, что иметь отдельную катушку обратной связи совершенно не обязательно. Для этого применили схему, у которой сетка (рис. 75) непосредственно присоединена к контурной катушке. На сетку подается напряжение, создаваемое на части А — Б витков контурной катушки. Чем больше витков между точками А и 5, тем ббльшее напряжение подается на сетку, тем сильнее обратная связь. Наоборот, передвигая соединительный
Рис. 75. Схема генератора с автотрансформаторной связью
Рис. 75. Схема генератора с автотрансформаторной связью
проводник сетки к точке 5, мы уменьшали бы обратную связь. Такая связь называется автотрансформаторной. В принципе она ничем не отличается от трансформаторной. Оба способа представляют разновидности индуктивной связи: напряжение на сетке создается благодаря электромагнитной индукции.
Непременным условием действия схемы является такое соединение трех проводников от лампы к контуру, при котором провод от катода присоединяется между проводами от анода и сетки; в нем сеточные и анодные импульсы должны действовать в такт. Анодный ток, например, должен увеличиваться, и для этого должно возрастать положительное напряжение на сетке.
Подачу порций энергии от ламп в контур строго в такт радиоспециалисты называют подачей в фазе. Схема с трансформаторной связью тоже может не возбудиться, если импульсы на сетке не в фазе с импульсами анодного тока. В этой схеме правильная фазировка достигается очень просто: если генератор не возбуждается, достаточно переключить концы сеточной катушки. В схеме с автотрансформаторной связью нужно расположить проводники только так, как показано на рис. 75.
Весьма простая по своему устройству, состоящая всего лишь из колебательного контура, в трех точках соединенного с лампой, эта схема пользовалась особым расположением радиолюбителей. Почти все их радиопередатчики имели генератор «трехточку». Эту схему часто применяют и в радиолокации.
ЕМКОСТНАЯ СВЯЗЬ
Существуют схемы с емкостной обратной связью, например, приведенная на рис. 76. В этой схеме напряжение на сетку снимается с конденсатора С2, кото
рый вместе с конденсатором Ci образует емкость контура. Степень обратной связи в этой схеме регулируется величиной емкости конденсатора С2: она тем больше, чем меньше эта емкость. Вот вам объяснение: чем больше емкость, тем
меньшее сопротивление представке- 76. Схема генератора с ем- ляет конденсатор переменному tokv. костной обратной связью Меньшее сопротивление потребует меньшего напряжения на его преодоление. Напряжение на выводах конденсатора большой емко
малым.малым.сти, включенного в цепь переменного тока, получается очень
малым.
малым.
В схеме рис. 76 напряжение на сетку берется именно с конденсатора. Поэтому обратная связь становится более сильной, когда емкость конденсатора С2 уменьшается, — увеличивается напряжение на нем.
История появления на свет ламповых генераторов имеет много общего с появлением новых типов электронных ламп. Вслед за описанными выше генераторами были предложены многие другие схемы. Все они по существу в той или иной мере повторяют классические схемы.
На рис. 77 показана схема, которую вы готовы принять за уже встречавшуюся вам схему с трансформаторной связью, но потребуете поднести сеточную катушку к катушке контура, как полагается. На самом деле это не схема с индуктивной (трансформаторной) связью, а новая схема с емкостной связью, являющаяся одной из разновидностей уже рассмотренной схемы.
В качестве конденсатора связи в ней служит емкость между анодом и сеткой внутри лампы. Емкость эта мала, но для генерирования ультравысоких частот вполне достаточна. Через эту емкость колебания из анодного контура передаются в цепь сетки.
ГДЕ ЖЕ КОНТУР?
У мощных длинноволновых ламповых генераторов контурная катушка такова, что в нее свободно влезет человек, а для контурных конденсаторов зачастую отводится большая комната. У коротковолновых генераторов катушка и конденсаторы значи-
Рис. 77. Схема генератора самовозбуждения, обратная связь в которой осуществляется через междуэлектродную емкостьРис. 77. Схема генератора самовозбуждения, обратная связь в которой осуществляется через междуэлектродную емкостьРис. 78. Чем выше частота, тем меньше должна быть емкость и индуктивность контураРис. 78. Чем выше частота, тем меньше должна быть емкость и индуктивность контура
Рис. 77. Схема генератора самовозбуждения, обратная связь в которой осуществляется через междуэлектродную емкость
Рис. 77. Схема генератора самовозбуждения, обратная связь в которой осуществляется через междуэлектродную емкость
Рис. 78. Чем выше частота, тем меньше должна быть емкость и индуктивность контура
Рис. 78. Чем выше частота, тем меньше должна быть емкость и индуктивность контура
тельно меньших размеров. Что же касается ультравысокочастотных ламповых генераторов, более всего нас интересующих, то у них вы не всегда найдете катушку и конденсатор. Это и понятно: чем выше частоты, тем меньше должны быть емкость и индуктивность контура.
Короткий полусогнутый или даже прямой проводник — это все, что остается от контурной катушки. Конденсатор же вообще устраняется — его в полной мере заменяет емкость между электродами лампы.
Почему устраняется конденсатор, объясним подробнее. Междуэлектродная емкость имеется в любой лампе. В ламповом генераторе она оказывается присоединенной параллельно конденсатору контура, вследствие чего общая емкость контура несколько возрастает. Но так как междуэлектродная емкость мала, то при генерировании сравнительно низких частот, когда емкость конденсатора контура велика, с нею можно не считаться.
Применяя все более высокие частоты, приходится уменьшать емкость конденсатора. Все большую роль начинает играть междуэлектродная емкость. Наконец, наступает момент, когда конденсатор можно совершенно отключить: теперь вся емкость контура представлена исключительно междуэлектродной емкостью лампы.
Что такое радиолокация 97
Если требуется генерировать еще более высокие частоты, то нужно применять другие лампы, с меньшей емкостью, что достигается увеличением расстояния между электродами. Но при этом увеличивается время пролета электронов: лампа не сможет генерировать самые высокие частоты. Отсюда очевидно, насколько трудные задачи приходится решать конструктору электронных ламп. Не удивительно, что появление всякой новой лампы, способной приподнять «частотный потолок», встречается с огромным интересом.
Освоение самых высоких радиочастот спектра электромагнитных колебаний в первую очередь определяется успехом ламповой техники. Как в авиации идет борьба за каждую сотню метров высоты, так и в радиотехнике продолжается борьба за каждый лишний мегагерц.
ЗАДАЮЩИЙ ГЕНЕРАТОР
Ламповому самовозбуждающемуся генератору нехватает еще антенны, чтобы стать радиопередатчиком. Различие между мощными и маломощными радиостанциями заключается, главным образом, в степени усиления первоначально полученных в ламповом генераторе высокочастотных колебаний.
Если требуется мощность больше той, которую в состоянии отдать непосредственно самовозбуждающийся генератор, то применяют каскадное усиление все более мощными лампами. Иногда в одном усилительном мощном каскаде для увеличения мощности одновременно включают «в общую упряжку» несколько ламп — две, три и больше. Нередко можно встретить трех-четырех- и даже семи-восьмикаскадные передатчики. В таких условиях самовозбуждающийся ламповый генератор, первоисточник электрических колебаний, получает название — задающий генератор: он «задает тон» всем остальным — усилительным — каскадам,* «раскачивает» их.
Задающий генератор — «сердце» передатчика. Остановится «сердце», и все остановится. Первый усилительный каскад ничего не получит на сетку лампы от задающего каскада, и поэтому ничего не передаст второму каскаду, второму нечего будет передать третьему и т. д. Тщетно антенна будет ожидать получения токов высокой частоты от мощного оконечного каскада. Спокоен будет эфир вокруг радиостанции.
И «сердце» тщательно оберегают. Ему вредна перегрузка. На него действует тепло, выделяемое током в различных деталях установки. Всякое изменение температуры приводит к изменению размеров металлических конструкций, в частности, к изменению размеров деталей конденсатора и катушки контура. Меняется индуктивность, меняется емкость, а от этого меняется генерируемая частота, «гуляет» волна станции. В поисках сигналов станции приходится все время перестраивать приемник.
Чтобы избежать неприятностей, от задающего генератора не требуют большой мощности — лишь бы он генерировал колебания строго определенной частоты. Как нежное растение помещают в оранжерею, так и его часто помещают в камеру со строго постоянной температурой. Чаще же применяют особые стабилизаторы частоты, которые не позволяют генерируемой частоте отклоняться от заранее установленного значения, от номинала частоты.
ЧУДЕСНАЯ ПЛАСТИНКА
Пластинка, вырезанная из кристалла минерала кварца, обладает замечательным свойством: если се сжать в направлениях, указанных стрелками на рис. 79, или
Рис. 79. Пластинка кварца обладает замечательным свой-Рис. 79. Пластинка кварца обладает замечательным свой-растянуть в противоположных направлениях, то на ее концах появятся электрические заряды. Там, где при сжатии получался знак плюс (+), при растяжении окажется знак минус (—). Наоборот, если к пластинке подвести извне электрические заряды, то она сама
Рис. 79. Пластинка кварца обладает замечательным свой-
Рис. 79. Пластинка кварца обладает замечательным свой-
)илизации частоты колебаний)илизации частоты колебанийконцах пластинки.концах пластинки.сожмется или растянется в тех же на- ством, которое используется правлениях, которые указаны стрел- для " ками на рисунке. Это явление называется пьезоэффектом.
)илизации частоты колебаний
)илизации частоты колебаний
концах пластинки.
концах пластинки.
Быстро меняя электрические заряды на
можно обнаружить, что при какой-то определенной частоте
смены зарядов пластинка начинает совершать механические колебания. Эта частота называется собственной частотой коле
баний кварцевой пластинки. Она зависит исключительно от размеров пластинки, от ее толщины. Чем тоньше пластинка, тем выше ее собственная частота. На частотах выше и ниже собственной пластинка не колеблется. Включенная в ламповый
генератор, настроенный приближенно на частоту колебаний пластинки, она будет навязывать ему свою частоту, не позволяя отклониться от установленного (номинального) значения.
Конечно, располагая всего лишь одной пластинкой, можно осуществить стабилизацию в одной частоте. Для каждый новой
частоты нужна новая пластинка.
Кварцевая пластинка — очень хороший стабилизатор. Редкая радиостанция обходится без ее помощи. Ее можно встретить и в радиоприемниках, и в приборах специального назначения. Но радиолокацию она не вполне устраивает: ее «частотный потолок» недостаточно высок. Частоты 20—30 мггц являются предельными. Невозможно сделать кварцевую пластинку толщиной в лист бумаги: она рассыплется при первых же механических колебаниях.
Рис. 80. На УКВ для стабилизации частоты применяются резонансные линииРис. 80. На УКВ для стабилизации частоты применяются резонансные линии
Рис. 80. На УКВ для стабилизации частоты применяются резонансные линии
Рис. 80. На УКВ для стабилизации частоты применяются резонансные линии
ДРУГОЙ МЕТОД СТАБИЛИЗАЦИИ
Там, где бессильным оказывается кварцевый стабилизатор частоты, на сцену выступает другой тип стабилизатора — так называемая резонансная линия. Ее роль ничем не отличается от той, которую выполняет кварцевый стабилизатор, но действие основано на совершенно ином принципе, не имеющем ничего общего с пьезоэффектом.
Короткий металлический стержень укреплен внутри тонкостенной металлической трубы (рис. 80), закрытой с концов,— таково несложное устройство данного типа стабилизатора. Присоединенный к ламповому генератору, отрезок длинной линии будет резко реагировать на колебания той частоты, при которой длина волны окажется в кратном соотношении с его собственной длиной. Когда длина отрезка окажется равной четверти волны, стабилизатор будет удерживать частоту генератора от отклонений, т. с. стабилизировать ее. Нужно значительно изменить длину вибратора, чтобы заметно изменилась частота генератора. А так как длина его практически совершенно неизменна, то строго постоянной будет и генерируемая частота.
Чем выше частота стабилизируемых колебаний, тем короче должен быть отрезок длинной линии. Наоборот, удлинение его необходимо в тех случаях, когда стабилизируются менее высокие по частоте колебания. В этом отношении допустимо сравнение с органной трубой. У такой трубы, как известно, существует определенная зависимость между ее длиной и высотой звукового тона. Труба короче — тон выше (колебания участились), труба длиннее — тон ниже (частота ниже).
Преимущества отрезка длинной линии в сравне
нии с кварцевой пластинкой прежде всего заключаются в том, что его можно изготовить на любую длину волны. Кварцевая пластинка на волну 10 м имела бы в толщину около 0,1 мм— такую пластинку практически изготовить уже нельзя. Отрезок же длинной линии можно сделать длиной всего лишь в несколько сантиметров, т. е. стабилизировать волны много короче метра.
ФИДЕР
Связующим звеном между ламповым генератором и антенной является фидер. Он играет роль плюса в несложном арифметическом выражении, которое я привожу.
Радиопередатчик — ламповый генератор ++антенна.
Чтобы вы запомнили новое для вас слово, я укажу на его происхождение. В буквальном переводе с английского «фидер» означает «питатель»: фидер питает антенну энергией высокочастотных колебаний, создаваемых ламповым генератором.
Фидер состоит из проводов или кабеля, соединяющих антенну с ламповым генератором. Но на УКВ к этому простому устройству предъявляются высокие требования.
Основное требование к любому фидеру — не мешать антенне излучать и ни в коем случае не излучать самому. А эю нс так просто. Вы помните, что мы говорили при ознакомлении с антеннами: циркулирование токов высокой частоты в проводнике может породить радиоволны. Фидер старается воспользоваться этими возможностями. В нем течет ток высокой частоты, он поднимается по мачте вверх, к антенне, вовлекая в сферу своего действия пространство, — почему бы ему нс излучать? И он из* лучает... в неумелых руках.
Результаты не замедлят сказаться. Конкурируя с антенной, фидер создаст интерференцию с излучаемыми ею волнами и исказит диаграммы направленности.
Чтобы предотвратить излучение радиоволн фидером, оба лр)- вода, по которым к антенне подается высокочастотная энергия, нужно расположить в непосредственной близости один к другому. Тогда электромагнитное поле одного проводника во всех точках окружающего пространства будет уравновешиваться таким же цолем другого проводника, так как токи в проводниках протекают в противоположных направлениях. Возникнет интерференция волн, при которой начнет действовать лишь закон вычитания: ни в одной из точек пространства сложения амплитуд не получится. Излучения не будет.
В качестве фидера можно использовать самый обычный осветительный шнур: у него оба провода расположены близко один к другому, вследствие чего излучения волн не получится. Но как бы ни был хорош шнур, он радиолокацию не устраивает. По мере повышения частоты возрастают потери электромагнитной энергии в резиновой изоляции шнура. На тех частотах, с которыми имеет дело радиолокация, эти потери становятся прямо чудовищными. Шнуровой фидер львиную долю энергии, предназначаемой антенне, будет забирать себе, в особенности если длина фидера значительна.
В отношении потерь на коротких волнах почти безупречно ведет себя так называемый двухпроводный фидер. Его устройство весьма простое: два параллельных провода, разделенных расстоянием в 10—15 см и укрепленных в пространстве посредством изоляционных палочек или пластинок. Но фидер этот довольно капризен: недостаточно выдержано взаимное расстояние между проводами, допущен изгиб под острым углом, поблизости оказался металлический предмет, — все это нарушает электри-
ческую симметрию и вызывает потерю энергии. Поля проводов перестают уравновешивать друг друга, и фидер начинает излучать.
Рис. 81. Двухпроводный фидер в части диапазона УКВ работает неудовлетворительноРис. 81. Двухпроводный фидер в части диапазона УКВ работает неудовлетворительноШайба изШайба изВнутреннийВнутреннийВнешний проводникВнешний проводникизоляционного ^"^тк' материала г .изоляционного ^"^тк' материала г .Рис. 82. Гораздо лучше концентрический фидерРис. 82. Гораздо лучше концентрический фидер
Рис. 81. Двухпроводный фидер в части диапазона УКВ работает неудовлетворительно
Рис. 81. Двухпроводный фидер в части диапазона УКВ работает неудовлетворительно
Шайба из
Шайба из
Внутренний
Внутренний
Внешний проводник
Внешний проводник
изоляционного ^"^тк' материала г .
изоляционного ^"^тк' материала г .
Рис. 82. Гораздо лучше концентрический фидер
Рис. 82. Гораздо лучше концентрический фидер
«Мертвым» в смысле излучения радиоволн оказывается так называемый концентрический фидер. Он устроен так. Внутри металлической трубки, вдоль ее оси, на изоляторах укреплен металлический провод. Трубка служит одним проводом, а внутренний проводник — другим. Такое название он получил вследствие того, что центры трубки и провода в нем совмещены в одной точке. Чтобы можно было изогнуть фидер, трубка делается гибкой, часто она представляет собой металлическую оплетку, удерживаемую изоляцией от соприкосновения с центральным проводником.
Концентрический фидер, если он хорошо сделан и в нем применена хорошая изоляция, лучше двухпроводного. Он совершенно не излучает волн. Внешняя трубка служит достаточно хорошим экраном, не позволяющим электромагнитной энергии по-
Рис. 83. На сантиметровых волнах наилучшим фидером оказывается волноводРис. 83. На сантиметровых волнах наилучшим фидером оказывается волновод
Рис. 83. На сантиметровых волнах наилучшим фидером оказывается волновод
Рис. 83. На сантиметровых волнах наилучшим фидером оказывается волновод
кинуть фидер, выйти из заэкранированного пространства наружу. Поэтому концентрический фидер можно спокойно располагать около металлических предметов. Больше того, внешнюю трубку можно даже заземлить. Поэтому концентрический фидер не нуждается в изоляторах для крепления. Все эти полож-чтельные свойства фидера обеспечили ему широкое применение.
При переходе же к сантиметровым волнам даже концентрический фидер обладает большими потерями, и поэтому в этом диапазоне чаще всего в качестве фидеров применяют так называемые волноводы, т. е. металлические трубки прямоугольного или круглого сечения.
ГЛАВА ШЕСТАЯ
РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ«СТРЕЛЯЕТ» ПО ЦЕЛИ
КАКИМ ДОЛЖЕН ВЫТЬ ЗОНДИРУЮЩИЙ СИГНАЛ
В
аших представлений о работе передающей части радиолокационной станции вполне достаточно, чтобы перейти к уяснению того, как работает передатчик и как излучается зондирующий сигнал, каков он, этот зондирующий сигнал, которым станция «стреляет» по цели?
Вы помните, что при объяснении принципов радиолокации я рекомендовал вам использовать в возможно большей степени все свои голосовые ресурсы и подождать прихода эхо, чтобы определить интересующее нас расстояние. Я напоминаю об этом только потому, что нам сейчас пригодится уточнение, заключающееся в следующем: если вместо резкого сильного выкрика вы будете протяжно тянуть «а — а — а», то слабое эхо успеет вернуться, пока вы еще будете продолжать тянуть свое «а—а—а...», и утонет в нем. Вы не сможете засечь момент, когда эхо возвратится к вам. Задача определения расстояния останется нерешенной.
То же самое получается и в радиолокации. Если излучаемый зондирующий сигнал будет протяжным, длительным, то он задавит свое слабое эхо, момент его возвращения останется неотмеченным.
Даже если удастся обособить эхо от сигнала, все равно антенне нельзя разрешать излучать радиоволны нескончаемым потоком: эхо будет поступать тоже непрерывно, и в этих условиях оператору нельзя будет разобраться, какое эхо к какому сигналу относится. Сигналы похожи один на другой гораздо больше, чем две капли воды.
Оператор окажется в таком же беспомощном положении, в каком очутился бы спортивный судья, подоспевший с секундомером к финишу и обнаруживший, что мимо него пробегают спортсмены с одинаковыми номерами на майках.
Поэтому-то вы и не найдете ни одной современной радиолокационной станции, которая бы излучала радиоволны непрерывно, нескончаемой лентой. Все станции излучают радиоволны короткими импульсами.
Они как бы «выстреливают» по цели сигнала и затем ждут прихода его эхо (отраженного сигнала). Пауза. Эхо пришло, значит, сигнал встретил цель. Теперь радиолокационная станция может излучить новый сигнал. Снова пауза. Опять получено эхо. Новый «выстрел» по цели, опять пауза, и так в течение всего времени работы станции. Все получается согласованно: эхо «не наступает на хвост» сигналу, и сигнал не подавляет эхо. Моменты старта и финиша отмечаются вполне четко. Никаких сомнений в том, какому именно сигналу принадлежит только что полученное эхо, не возникает.
Пусть до цели 10 км. Нетрудно подсчитать, что в этом случае отраженный радиосигнал вернется от цели через 67 микросекунд. При еще меньшем расстоянии отраженный сигнал придет, разумеется, еще раньше. И если мы хотим заниматься радиолокацией, а не просто будоражить эфир радиоволнами, наш сигнал должен кончаться раньше истечения 67 микросекунд, иначе станция будет страдать дальнозоркостью. Она не увидит целей ближе 10 км.
При дальности цели в 1 км длительность сигнала придется сократить по крайней мере до 5—6 мксек. Вы скажете, что на 1 км можно видеть и без радиолокационной станции, но не забывайте, что только радиолокация видит ночью, в тумане, сквозь облака. Вот почему и о создании сигналов такой ничтожной длительности нужно составить себе правильное представление.
Итак, зондирующий сигнал должен быть очень коротким. Он должен быть тем короче, чем на более близких расстояниях станция может обнаруживать цели. Самым близко действующим типом радиолокационной станции следует признать самолетную, установленную на ночном истребителе-перехватчике. Чтобы в условиях отсутствия видимости позволить летчику выйти на сближенную до 150—100 м дистанцию и открыть прицельный огонь, самолетная станция должна излучать импульсы длительностью менее 1 мксек. Создание столь коротких импульсов сопряжено с большими трудностями. Что касается наземных радиолокационных станций, обычно не ведущих наблюдений на столь близких расстояниях, то здесь конструкторы не ограничивают себя такими жесткими требованиями и иногда допускают удлинение импульса до нескольких микросекунд.
Зондирующим сигнал представляет собой «пачку» радиоволн. В ней содержится столько волн, сколько успеет антенна излучить в течение немногих микросекунд, отведенных ей для передачи сигнала. Радиолокационная станция, работающая на волне длиной 1 м, т. е. в антенне которой циркулирует ток с частотой 104
300 мггц, за 10 мксек успеет излучить 30С0 волновых колебаний. Высчитать это очень просто: за 1 секунду она излучила бы 300 000 000 волновых колебаний, а за 1 мксек — в миллион раз меньше, т. е. 300 колебаний. Припишите к этой цифре нуль, и вы получите ответ: 30С0 волновых колебаний. Передав антенне 3000 волновых колебаний в течение 10 мксек, генератор станции снова «запрется» на все время паузы.
Рис. 84. Зондирующий сигнал представляет собой „пачку1 радиоволн
При слишком длительной паузе между зондирующими сигналами цель успеет передвинуться на значительное расстояние и наблюдение за нею усложнится. Излучать, например, по одному импульсу в минуту было бы просто непозволительно. Однако, если паузы слишком коротки, то на отраженный первый сигнал «наступит» второй сигнал, а на отраженный второй сигнал — третий сигнал и т. д.
«СКОРОСТРЕЛЬНОСТЬ» радиолокационнойСТАНЦИИ
В радиолокации нет единого стандарта на число излучаемых зондирующих сигналов. Есть станции, излучающие только 50 сигналов в секунду, но у многих эта цифра возрастает до
6
Рис. 85. В станциях дальнего обнаружения паузы между импульсами больше
2000 и даже 5000, что вполне достаточно для того, чтобы не упустить цели из наблюдения. Все зависит от того, каково назначение станции.
«Дальнобойная» радиолокационная станция не может излучать 50С0 сигналов в секунду, — для нее это слишком много. Паузы между сигналами при такой их частоте составят около 106
200 мксек. За это время радиоволны успели бы пройти путь только в 60 км. Не успело бы от более далекой цели, до которой «достает» станция, притти отражение, как на него налетел бы следующий излученный сигнал.
О том, в какой мере возможная дальность действия радиолокационной станции приближенно зависит от числа зондирующих сигналов, излучаемых в течение одной секунды, наглядно свидетельствует приводимая ниже таблица.
Количество излучаемых импульсов в секунду
Интервалы времени между сигналами .нксек
Возможная дальность действия К.И
5 000
200
30
2 000
500
75
1 000
1 000
150
500
2 000
300
200
5 000
750
100
10 000
1 500
50
20 000
3 000
Цифры в последней графе не должны вас смущать. Не следует думать, что достаточно радиолокационной станции излучать, скажем, 50 сигналов в секунду, чтобы можно было обнаруживать цели за 3000 км. Дальность действия определяется известными вам особенностями распространения УКВ и мощностью радиопередатчика. Здесь только показано, что если речь идет о дальности 150 км, то станции никак нельзя разрешать излучить более 800—1000 сигналов в секунду. Таблицу нужно понимать так, что при 500 и менее сигналах в секунду можно не беспокоиться о столкновении возвращающихся сигналов с излучаемыми.
Отпирать и запирать ламповый генератор радиолокационной станцией сто, тысячу или пять тысяч раз в секунду—дело несложное. Конечно, это делается не вручную. Можно, например, воспользоваться переключателем, соединенным с вращающимся валом электромоторчика. Но можно обойтись и совершенно без единой вращающейся или движущейся части. Как это делается, вы скоро узнаете.
Несравненно труднее производить включения генератора на срок, измеряемый миллионными долями секунды. Даже самая короткая точка, отбиваемая опытным телеграфистом на ключе аппарата Морзе, длится в тысячи и десятки тысяч раз дольше, чем это требуется нам. Насколько мал промежуток времени в 5 мксек, вы можете судить хотя бы по тому, что за это время самый скоростной истребитель переместился бы только на 1 мм. Быстро моргая, вы затрачиваете на это тысячи и десятки тысяч микросекунд.
В ПОГОНЕ ЗА МИКРОСЕКУНДАМИ
ГРОГРОвлгвлгПока вы будете самостоятельно изыскивать возможности включения генератора на срок, едва поддающийся представлению, я нарисую схему, в которой это включение производится чисто электрическим путем, без единой вращающейся части (рис. 86). Не у всех радиолокационных станций именно такая схема, но у всех это включение производится электрически.
ГРО
ГРО
влг
влг
Отрицательное ~ напряже- нив
Рис. 86. Схема манипулятора
В анодной цепи лампы Л включена катушка L с большой индуктивностью. Через нее на анод лампы Л от анодной батареи 5 (или от динамомашины постоянного тока) подается постоянное анодное напряжение. Но на сетку лампы Л подано большое постоянное по величине отрицательное напряжение, и поэтому ток через лампу Л и катушку L не течет. Сетка отталкивает электроны обратно к катоду. Лампа заперта.
Быстров
ЛаузаЛаузаПаузаПаузаРис, 87. На сетку генераторной ленты поступают отпирающие импульсыРис, 87. На сетку генераторной ленты поступают отпирающие импульсыМедленное спадание нарастание
Лауза
Лауза
Пауза
Пауза
Рис, 87. На сетку генераторной ленты поступают отпирающие импульсы
Рис, 87. На сетку генераторной ленты поступают отпирающие импульсы
С сеткой лампы Л соединен вспомогательный ламповый генератор ВЛГ, создающий импульсы с частотой, равной числу зондирующих сигналов, излучаемых радиолокационной станцией в течение секунды. Форма импульсов показана на рис. 87. Эти импульсы поступают на сетку лампы Л, преодолевают запирающее действие постоянного отрицательного напряжения и заставляют лампу отпираться на короткие мгновения.
Как только лампа Л отопрется, в ее анодной цепи начнет быстро нарастать ток. Но не успеет он достичь предельного значения, как сразу начнет еще более резко уменьшаться: кончится короткий импульс от ВЛГ, и на сетке снова появится отрицательное напряжение. Оно моментально запрет лампу. Запирание лампы осуществляется гораздо быстрее ее отпирания, — это объясняется формой импульсов от ВЛГ.
При резком прекращении анодного тока столь же резко меняется магнитное поле вокруг катушки L, вследствие чего на ее концах сильным коротким импульсом создается весьма высокое напряжение, во много раз превышающее напряжение батареи Б. Это можно сравнить с так называемым гидравлическим ударом
Рис. 88. Гидравлический удар водяного потока
водяного потока в трубе при внезапном быстром торможении (рис. 88), когда создается резкий сильный толчок, опасный для целости трубы.
К катушке L присоединена одна пластина конденсатора С, другая пластина которого соединена с анодом лампы «главного» генератора радиолокационной станции ГРС. В момент возникновения импульса напряжения на катушке на анод лампы генератора ГРС коротким рывком будет подано очень высокое положительное напряжение. Генератор ГРС (только что условно названный нами «главным» в отличие от вспомогательного — ВЛГ) начнет генерировать ультравысокочастотные колебания. Это будет длиться всего лишь несколько микросекунд. Но эти микросекунды — те самые, которые нам так необходимы.
Генератор ГРС в течение этих микросекунд передаст антенне очередную «пачку» колебаний.
В то же самое мгновение антенна «выстрелит» по цели сильным зондирующим сигналом.
Если вы прочли эти объяснения быстро и не проследили по схеме, то они могут показаться вам трудными для усвоения.
Но легко увериться в обратном, внимательно прочитав описание работы схемы еще раз.
Устройства в радиолокационных станциях, служащие для создания коротких импульсов и заставляющие тем самым ламповый генератор работать отрывисто, импульсно, называются манипуляторами или модуляторами. Приведенная схема манипуляции не является, конечно, единственной. Вариантов схем приблизительно столько же, сколько существует типов радиолокационных станций. Но в нашу задачу нс входит описание какой- либо конкретно применяемой схемы.
О ПРОТИВОРЕЧИЯХ
Известно, что машины и люди хуже переносят работу рывками, нежели равномерную работу. Исходя из этого, можно предположить, что импульсная работа вредно отражается на ламповом генераторе. В действительности же все обстоит как нельзя лучше. Больше того, работая в импульсном режиме, генератор начинает творить чудеса.
В самом деле, вам показывают небольшой по размерам аппарат с электронными лампами и говорят, что это и есть ламповый генератор радиолокационной станции. У вас глаз достаточно наметанный, и вы предполагаете, что генератор может отдать самое большое один — два, от силы три киловатта. Тогда вас заверяют, что генератор способен развить мощность без малого в сто раз больше. Вы удивлены, а между тем все дело в том, что вы говорите на разных языках. Стоит найти общий язык, и все станет ясным.
Чтобы найти общий язык, я напомню вам некоторые интересные данные.
Винтовка при выстреле развивает мощность в 3500 л. с. (лошадиных сил), а 76-мм орудие («трехдюймовка») — даже 150 000 л. с. Я не буду пугать вас шестью миллионами лошадиных сил, которые развиваются при выстреле из сверхдальнобойного орудия, — сверхграндиозные масштабы не всегда ощутимо воспринимаются. Но то, что «трехдюймовка» по мощности «соревнуется» с Днепрогэсом, этого вы, конечно, не пропустите незамеченным.
Откуда берется такая мощность? И не выгоднее ли заменить Днепрогэс батареей 76-лш пушек?
СЕКРЕТ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ
Разгадка очень простая. Мощность определяется количеством работы, произведенной в течение секунды. Винтовка же или пушка производят выстрел в течение значительно меньшего срока: винтовка — за 0,С015 секунды, а 76-л^пушка— за 0,01 секунды. Работа выстрела очень большая, бесспорно. Но
НО
если эту работу сопоставить с секундой, т. е. определить мощность (а не пиковую мощность одного выстрела!), то цифры сразу же станут вполне приемлемыми. Даже с учетом того, что винтовка и пушка могли бы сделать в секунду несколько выстрелов, окажется, что мощность винтовки немногим превышает 1,6 л. с., а 76-лш пушки — около 500 л. с.
Сильно ударяя молотом по наковальне, вы, сами того не подозревая, рывком развиваете мощность в несколько лошадиных сил. Но рывок длится мгновение, и в этом секрет вашего кратковременного могущества. Сама лошадь, сила которой исторически положена в основу измерения мощности всех машин вообще, совершая резкий прыжок, толчком превышает связанную с ней единицу мощности в 10—15 раз.
Не удивительна поэтому и «чрезмерная» мощность лампового генератора радиолокационной станции.
Вам говорят, что мощность станции равна, скажем, 150 кет» Но понимать надо так: это не мощность вообще, не средняя мощность за секунду, а так называемая пиковая мощность в импульсе. Работай генератор на этом пиковом уровне в течение хотя бы одной секунды, он действительно развил бы мощность 150 кет. Но импульс излучаемого сигнала радиолокационной станции длится лишь несколько микросекунд, и только в эти мгновения он сильным толчком, пиковым выбросом достигает столь высокого уровня. Все остальное время генератор вообще никакой мощности не излучает.
Luna I тока в антеннеLuna I тока в антеннеИмпульс *■ 10 мксекИмпульс *■ 10 мксекпауза ^адомксенпауза ^адомксенМощность в импульсеМощность в импульсеСредняяСредняямощностьмощность
Luna I тока в антенне
Luna I тока в антенне
Импульс *■ 10 мксек
Импульс *■ 10 мксек
пауза ^адомксен
пауза ^адомксен
Мощность в импульсе
Мощность в импульсе
Средняя
Средняя
мощность
мощность
Рис. 89. Каким образом удается получить большуюмощность в импульсе
Остальное время, отводимое под паузы, не так уже мало, его нетрудно определить. Пусть в секунду станция излучает 2000 импульсов, длительностью по 10 мксек каждый. Это будет означать, что генератор за секунду работает только в течение 10X2000 = 20 000 мксек, или 0,02 секунды! Остальные 0, 98 секунды генератор «отдыхает». Работа 2°/о, отдых — 98%! Единственно, что может оправдать такой «рабочий» распорядок, это готовность генератора за короткий срок отдавать во много раз больше того, что он мог бы отдать, работая непрерывно все положенное время.
Мощный импульс — сильный отраженный сигнал: цель поймана. Слабый импульс — совсем слабый сигнал: цель не обнаруживается.
Вот почему делают так, чтобы радиолокационные станции вкладывали все, на что только они способны, в один удар, в один короткий импульс, 98% времени «бездельничая», накапливая силы для нового импульса. Вот почему погоня за сотнями и тысячами киловатт в импульсе — одно из условий совершенствования радиообнаружения.
О ЧЕМ ГОВОРИТ СРЕДНЯЯ МОЩНОСТЬ
Средняя же мощность характеризует прежде всего мощность, потребляемую радиолокационной станцией от источника питания. Сопоставьте 150—200 кет мощности в импульсе с временем работы радиолокационной станции (0,02 секунды!), и вы сразу же начнете иметь дело с очень малыми цифрами. Окажется, что 150—200-киловаттная станция может удовольствоваться всего лишь 10—15 кет мощности, потребляемыми от электрической сети или от своей электростанции. Для сравнения напомню, что 150—200-киловаттная радиовещательная станция требует для своего питания минимально 500—600 кет.
Те из вас, которые знают, что такое коэфициент полезного действия (к. п. д.), определенно станут втупик: потребление 15 кет. отдача 150 квт\ Откуда радиолокационной станции взять при излучении импульсов 150—200 кет?
Мы обвиняли радиолокационную станцию в безделье. Обвинения напрасны. Во время пауз между сигналами станция собирается с силами.
Кроме того, величина средней мощности говорит в известной степени о дальности действия радиолокационной станции. На первый взгляд кажется очень соблазнительным усиливать мощность станции в импульсе за счет укорочения времени излучения. На самом деле никакого выигрыша не получится. Суть здесь в том, что чем «уже» импульс, тем менее чувствительным может быть изготовлен приемник. Выигрыш в мощности при передаче будет аннулирован менее чувствительным приемником.
АНОД НЕ ПЛАВИТСЯ
Но как лампы в радиолокационной станции выдерживают столь большую мощность? Конечно, будь эти лампы номинально такой же мощности, какая отдается в импульсе, этого вопроса не возникало бы. Две-три электронные лампы, величиной без малого в рост человека, устранили бы всякие сомнения.
Но конструкторы не пошли по этому пути. Они его считают не только дорогим, но и технически нерациональным. Они берут небольшие лампы, рассчитанные нормально для мощности 3— 112
5 кет. и заставляют их отдавать несколько десятков киловатт и больше. Казалось бы, что лампа должна погибнуть под тяжестью непомерной перегрузки. Но этого не происходит. Лампа
прекрасно выдерживает перегрузку.
И здесь все дело заключается в мгновенности действия. Лампа выдерживает перегрузку, как выносит летчик многократно превосходящую нормальную нагрузку на организм при выходе из пикирования. Будь эта перегрузка длительной, организм самого крепкого летчика не выдержал бы.
Увеличение мощности лампы в основном достигается повышением анодного напряжения. Это в свою очередь приводит к возрастанию скорости электронов на пути от катода к аноду. И без того ожесточенная бомбардировка анода электронами становится от этого настолько интенсивной, что анод нс выдерживает: раскаляется добела и «плачет» металлическими слезами. Электроны расплавляют даже тугоплавкий металл.
Но в радиолокационной станции
Рис. SO. Конструкторы радиолокационных станций заставляют маленькие лампы отдавать такие мощности, которые в обычном режимеРис. SO. Конструкторы радиолокационных станций заставляют маленькие лампы отдавать такие мощности, которые в обычном режимеможно получить лишь приможно получить лишь приэтого не случается, так как высокое
Рис. SO. Конструкторы радиолокационных станций заставляют маленькие лампы отдавать такие мощности, которые в обычном режиме
Рис. SO. Конструкторы радиолокационных станций заставляют маленькие лампы отдавать такие мощности, которые в обычном режиме
можно получить лишь при
можно получить лишь при
напряжение подается на анод всего применении мощных гене- лишь на несколько микросекунд. Хотя раторных ламп ожесточенность бомбардировки от
этого и не уменьшается, но она кратковременна. Более 90% времени, как известно, ток через лампу генератора вообще не протекает. Пока станция накапливает силы, анод не подвергается электронной бомбардировке. В это время анод получает
передышку и возможность снизить температуру до нормы.
8 Что такое радиолокация
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ ЧАСЫ
НУЖЕН МИКРОСКОП ВРЕМЕНИ
М
ы знакомы теперь с основными процессами работы передающей части станции, начиная от зарождения импульса в манипуляторе и приведения в действие генератора, кончая поддержанием незатухающих колебаний в антенне, направленным излучением радиоволн и их отражением от цели. Сигнал мы излучить можем, но как определить расстояние до цели, мы еще не знаем: у нас нет часов, чтобы засечь моменты старта и финиша.
Нам нужны часы, и не простые, а особенные, которые могли бы измерять миллионные доли секунды. Ваши ручные часы с секундной стрелкой столько же подходят для этой цели, сколько для измерения секунд удобны часы, стрелка которых прыгает на одно деление через каждые десять суток. Нужен «микроскоп времени».
Мы уже имели возможность неоднократно убеждаться, что там, где требуется произвести что-либо очень быстро, на высоте положения неизменно оказывается электричество. Ничто в сравнении с электрическими процессами не обладает столь высокими скоростями. Поэтому нет ничего удивительного в том, что поиски «микроскопа времени» привели к электричеству.
Но речь идет не об электрических часах, украшающих площади больших городов, фронтоны вокзалов или стены заводских цехов, учреждений, школ. Стрелочные часы, какие бы они ни были, вообще для наших целей не годятся. Никаким стрелкам не угнаться за микросекундами. Даже если бы они и угнались, то мы бы не успели следить за их бешеным вращением. Стрелки стали бы невидимыми, как становятся невидимыми спицы колес быстро мчащегося велосипеда или как «исчезает» вращающийся винт самолета.
ФЛУОРЕСЦЕНЦИЯ
Вы помните, что выдало «человека-невидимку», героя литературного произведения Уэльса? Его следы. Они быстро появлялись на белой целине только что выпавшего снега. Было очевидно, что невидимка спасался ог преследования бегством. Именно так, по следам, были открыты электроны.
Глядя сквозь стеклянный баллон на раскаленный анод электронной лампы, вы не всегда удержитесь от восклицания:
— Ну и достается же аноду от электронов! Как они его бомбардируют!..
Вы видите следы электронов.
Еще более резко проступают их следы на особых веществах, способных светиться (флуоресцировать) под влиянием электронной бомбардировки. Минерал виллемит, например, начинает светиться зеленоватым фосфорическим светом, наподобие светлячка или цифр и стрелок светящихся часов. Свечение виллемита тем ярче, чем ожесточеннее бомбардировка, т. е. с чем большей скоростью электроны ударяются о флуоресцирующую поверхность.
Такими же свойствами обладают и некоторые другие вещества: сернистый цинк, кремнекислый цинк, сернистый кальций, вольфрамокислый кадмий и др. Цвет свечения не одинаков: вольфрамокислый кадмий, например, светится голубоватым светом, тогда как вольфрамокислый кальций — фиолетовым.
«Электронные следопыты» накопили к настоящему времени огромный опыт наблюдения за поведением электронов. Они заставляют электроны ударяться об экран, покрытый флуоресцирующим веществом, чтобы видеть их отчетливые следы. Особенно удобно вести такие наблюдения в так называемых электронно-лучевых трубках. Поскольку эти трубки и составляют наиболее существенное в устройстве нужных нам часов, придется познакомиться с ними довольно основательно.
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ТРУБКА
Представьте себе стеклянную колбу удлиненной формы в виде трубки, расширенной с одного конца (рис. 91). В трубке создан^вакуум, т. е. из нее удален воздух. В одном конце трубки, в узкой горловине, помещено устройство, излучающее электроны. Это знакомый нам катод почти такого же типа, какой применяется в электронных лампах. Накаливание катода производится от источника тока при помощи проводников, выведенных через колбу наружу. Слегка выпуклый торец противоположного — расширенного — конца трубки с внутренней стороны покрыт флуоресцирующим веществом. Это и есть экран, на кото- 8* 115
ром электроны оставляют светящиеся следы своего пребывания. Следы прекрасно видны с торца трубки, сквозь стекло.
Катод излучает электроны во все стороны. Чтобы получить на экране маленькую, резко очерченную по краям, светящуюся точку, нам нужно направить электроны на экран узким лучом. С этой целью выгодно окружить катод открытым металличе-
Рис. 91. Образование электронного луча в стеклянной колбе, из которой удален воздух
ским цилиндром (который часто называют цилиндром Венельта) и подать на него отрицательное напряжение. Руководствуясь законом об отталкивании одноименных электрических зарядов, мы вправе ожидать в этом случае концентрации электронов в узкий пучок. Так оно и получится в действительности. Отталкиваясь от стенок цилиндра, электроны образуют поток, по очертанию напоминающий вытянутое пламя горящей свечи.
Однако от конца «пламени» до экрана еще очень далеко. Электроны если и будут достигать экрана, то с очень малыми скоростями. О бомбардировке говорить не придется. Экран останется темным.
Совершенно иной результат получится, если на пути к экрану поместить положительно заряженный электрод — анод — с отверстием посредине, например, плоский диск или открытый цилиндр. Притягивая своим зарядом электроны, анод ускорит их движение в направлении на экран. Подчиняясь притяжению, электроны устремятся к аноду, но в большей своей массе попадут не на анод, а через отверстие в нем — на экран. «Пламя» своим сильно вытянутым концом упрется в экран трубки.
На экране появится световая точка.
ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА
Все устройство в целом, состоящее из катода, анода и цилиндра Венельта, создающее тонкий электронный луч, которым «стреляют» по флуоресцирующему экрану трубки, называется электронным прожектором, или электронной пушкой. Чем с большей скоростью покидают «снаряды»-электроны пушку, тем яростнее бомбардировка экрана, тем ярче световые следы на нем.
Если отрицательное напряжение на цилиндре Венельта очень большое, а положительное напряжение на аноде недостаточно высокое, то электронная пушка перестанет «стрелять». Луч будет «заперт». Световая точка исчезает с экрана. Иногда это бывает необходимо.
Меняя напряжение на цилиндре Венельта, можно менять яркость свечения точки на экране.
Даже совершенно неподвижно установленная пушка не может вгонять в одно и то же место снаряды, посланные один вслед за другим. Рассеивание обязательно имеется. То же самое происходит и во время электронной бомбардировки: хотя электроны «выстреливаются» очень узким лучом, все же получается некоторый разброс. Поэтому на экране будет не резко очерченная маленькая точка, а небольшое световое пятно с размытыми краями. Таким размытым получается изображение на экране, когда киномеханик неправильно установит фокус.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ЛИНЗЫ
Чтобы осуществить фокусировку электронного луча, применяют два способа.
Первый способ заключается в том, что на трубку надевают катушку, по которой протекает постоянный ток. Магнитное поле катушки действует на электронный луч приблизительно так, как оптическая линза на световой поток. «Магнитная линза» сводит конец электронного луча, упирающийся в экран, в резко очерченную точку, т. е. фокусирует его. Точная фокусировка достигается изменением силы тока в фокусирующей катушке.
Второй способ заключается в том, что между электронной пушкой и экраном устанавливаются дополнительные электроды цилиндрической или конической формы (рис. 92). На эти электроды, также называемые анодами, подаются высокие положительные напряжения, вследствие чего в трубке создаются кольцевые электрические поля, оказывающие сильное влияние на электронный луч. Конечный результат получается точно таким же, как и в случае применения фокусирующей катушки: фокусировка при помощи «электрической линзы» осуществляется изменением напряжения на одном из анодов трубки, чаще всего на ближайшем к электронной пушке, на котором напряжение относительно меньше.
К тому, что электрические заряды своими полями оказывают влияние на электроны, вы уже привыкли. Поэтому вряд ли второй способ фокусировки электронного луча вызовет у вас потребность в разъяснении. Но то, что магнитное поле влияет на электроны, — об этом вы слышите впервые.
Рис. 92. Электрическая линза
Мы уже указывали, что всякое движение электронов создает электрический ток. Но всякий ток создает вокруг себя магнитное поле. Вокруг электронного луча тоже существует магнитное поле. В этом убедились еще пионеры науки об электронах: когда они поднесли постоянный магнит к трубке, то заметили резкое отклонение луча в сторону. Объясняется это взаимодействием двух полей: магнитного поля луча и магнитного поля поднесенного магнита.
В нашем случае «магнитная линза» действует на луч не с какой-либо одной стороны, а одновременно со всех сторон, сужая электронный поток, концентрируя его в узкий луч.
То же самое получается и с «электрической линзой».
Итак, задача получения .на экране четкой и яркой световой точки решена. Электронная пушка стреляет кучно, без рассеивания.
БЕЗЫНЕРЦИОННЫЙ ЛУЧ
Ученые, обнаружившие свойства электронного луча отклоняться под действием магнита, заметили, что отклонения производятся мгновенно, без потери времени. Тогда решили точно проверить, так ли это. Вместо того чтобы быстро подносить к трубке магнит и убирать его обратно, они укрепили на «горле» трубки катушку (рис. 93) и начали пропускать по ее виткам ток, быстро меняющий свою величину. От этого столь же быстро менялось и магнитное поле катушки. Оказалось, что электронный луч, действительно, нисколько не отстает от изменений тока. Достаточно току возрасти или уменьшиться, чтобы таким же импульсом отклонился электронный луч. Электронный луч практически почти совершенно лишен инерции.
Вместо отклоняющей катушки можно применить конденсатор, состоящий из двух параллельно расположенных метал-
лических пластин. Чтобы усилить воздействие электрического поля конденсатора на луч, пластины вводятся внутрь трубки так, что электронный луч проходит как раз посредине между ними. Достаточно зарядить конденсатор, чтобы электронный луч отклонился в сторону пластины, получившей положитель-
Рис. 93. Электронно-лучевая трубка с магнитным управлением
ный заряд. Отклонение будет тем больше, чем сильнее заряд. Подавая к отклоняющим пластинам различные по величине и направлению напряжения, можно перемещать световую точку на экране в любую сторону от центра.
Как и в случае с отклоняющей катушкой, было доказано, что, как бы быстро ни менялось напряжение на отклоняющих пластинах, электронный луч успевает отклоняться.
К катушке или к отклоняющим пластинам подводили переменный ток все более возрастающей частоты. Было обнаружено, что электронный луч практически нисколько не отстает от колебаний тока. Частотный «потолок» трубки оказался весьма высоким.
Электронно-лучевая трубка приобрела право называться безинерционным прибором.
ОСЦИЛЛОГРАФ
Пока на электронный луч не действуют никакие поля — ни электрическое, ни магнитное, — на экране трубки, в центре, видна световая точка. При медленных колебаниях луча, вызванных воздействием отклоняющих полей, можно уследить за перемещениями точки по экрану. Будет видно, как точка отойдет от центра в одну сторону, дойдет до крайнего положения, вернется к центру, отойдет в противоположном направлении, дойдет до края, снова вернется к центру и т. д. Но при повышении частоты глаз потеряет способность различать отдельные положения точки. Уже при частоте 5—10 гц все они сольются в одну световую линию, прочерчивающую экран по диаметру (рис. 94). Попробуйте в темной комнате быстро вращать тлеющую лучину, и вы увидите темнокрасный круг.
Вы помните, как мы получали осциллограмму с часовым маятником, прикрепив к концу его пишущее перо. Пока маятник находился в покое, на бумаге запечатлевалась точка. Стоило маятнику начать колебаться, как на бумаге появлялась прямая линия тем ббльшей длины, чем сильнее размахи. При одновременном перемещении бумаги линия развертывалась в осциллограмму.
напряжение
Рис. 94. Перемещение световой точки на экране электронно-лучевой трубки при изменении развертывающего напряжения на отклоняющих пластинах
К электронному лучу невозможно прикрепить пишущее перо. Но в этом и нет необходимости. Достаточно приложить к экрану трубки фотобумагу, чтобы на ней запечатлелся след луча. Это будет точка, если луч неподвижен, и прямая линия, если луч перемещается или совершает колебания. Наконец, если одновременно с колебаниями электронного луча перемещать, как это мы делали в случае с часовым маятником, фотобумагу, то на ней запечатлеется осциллограмма колебаний луча. А так как луч способен колебаться с любой частотой, то наша трубка позволит регистрировать колебания с любыми частотами.
Приборы, служащие для получения осциллограмм, называются осциллографами — «записывателями колебаний». В случае, когда в таком приборе применяется электронно-лучевая трубка, он получает название: электронно-лучевой осциллограф.
Если запись будет производиться размытой световой точкой, не имеющей четких очертаний, то и осциллограмма получится туманной, размытой. Вот почему нужно фокусировать луч, делать его как можно более узким.
ОПРЕДЕЛЯЕМ ДАЛЬНОСТЬ!
Прекрасные качества безинерционного электронно-лучевого осциллографа сразу же были оценены по заслугам, как только ученым, занимавшимся исследованием ионосферы, потребовались часы для регистрации моментов излучения зондирую- 120
щих сигналов и получения их отражения от ионизированных слоев.
Представьте, что перед экраном осциллографа строго равномерно движется лента фотобумаги. Пока к отклоняющим пластинам никакого напряжения не подводится, на ленте остается след от неподвижной световой точки — осциллограмма в виде ровной прямой линии вдоль ленты. В момент излучения зондирующего сигнала к отклоняющим пластинам подается короткий электрический импульс. Таким же коротким толчком отклоняется электронный луч осциллографа, и на ленте запечатлевается резкий выброс осциллограммы в сторону. Так регистрируется момент излучения — старт зондирующего сигнала^
Вслед затем наступает короткая пауза, в течение которой сигнал молниеносно прочерчивает пространство до отражающей среды и возвращается обратно. Фотолента во время паузы продолжает свое строго равномерное перемещение. На ней продолжает вычерчиваться ровная прямая линия.
С возвращением отраженного сигнала кончается пауза, и в этот самый момент к отклоняющим пластинам поступает новый импульс. Опять резко вздрагивает луч, и на движущейся ленте регистрируется новый выброс линии в сторону. Зарегистрирован финиш.
Будь лента неподвижной, оба импульса оказались бы вычерченными по одному и тому же месту. Но на движущейся ленте импульсные отметки, выбросы раздвигаются на тем большее расстояние, чем дольше длилась пауза и чем быстрее перемещалась лента. Пусть скорость движения ленты 5 м!сек, а расстояние между импульсными отметками равно 5 мм. Вы сразу же прикидываете: 5 м— в 1 секунду, а 5 мм— в 1 000 раз скорее, т. е. за 0,001 секунды. Иначе говоря, пауза длилась 1 мсек. Отражающей среды сигнал достиг, очевидно, за % мсек. А за это время радиоволны успевают пройти путь в 150 км.
Мы уже определяем расстояния!
Часами нам послужил электронно-лучевой осциллограф. Он измерил тысячную долю секунды. Не забывайте, что это стало возможным благодаря двум обстоятельствам: отклонениям луча без какой-либо потери времени, безинерционно, и строго равномерной скорости движения ленты.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ РАЗВЕРТКА
Но как быть, если до отражающей среды не 150 км, а всего лишь 500 м? Для того чтобы радиоволнам пройти 1 км (500 м до цели и столько же обратно), нужно немногим более 3 мксек. Если допустить, что минимальное расстояние между импульсами на ленте, при котором еще можно его точно измерить, равно 5 мм, то возникнет требование, которого практически
нельзя выполнить: фотолента должна проноситься перед экраном со скоростью 750 м/сек — как пуля! Если лента будет двигаться медленнее, импульсные отметки на ленте сольются, и нельзя будет определить расстояние до цели.
Уже одно это заставит отказаться от применения осциллографа с движущейся фотолентой. Прибавьте сюда то, что следы на фотобумаге появляются не сразу, а лишь после химической обработки ее; учтите громадный расход фотобумаги; примите во внимание предельно малые нормы времени радиолокации, и вы сами сможете сделать вывод о неприменимости описанного способа. Нам он потребовался только для того, чтобы вы ясно представили себе, с чем приходится иметь дело, решая задачу измерения микроскопически малых отрезков времени.
Нужно раздвинуть импульсные отметки одну от другой, произвести развертку, — только это позволит измерять тысячные и миллионные доли секунды. Мы пробовали сделать это при помощи движущейся фотоленты, но у нас ничего не вышло: потребовалась чрезмерно большая скорость. Как мы уже говорили, где бессильны другие методы, там на высоте своего положения неизменно оказываются способы электрические. Нам предстоит убедиться в этом еще раз.
Рядом с первой парой отклоняющих пластин расположим вторую, но так (рис. 95), чтобы ее пластины оказались перпен-
Рис. 95. Электронно-лучевая трубка с электростатическим управлением
дикулярны пластинам первой пары. Теперь электронному лучу придется по пути к экрану проходить сначала через электрическое поле первой, а затем второй пары пластин. Если трубка установлена так, что первая пара пластин дает отклонение луча по горизонтали, то вторая пара будет перемещать луч по вертикали.
Подвергаясь одновременному воздействию обеих пар пластин, электронный луч будет стараться выполнить «приказания» обоих хозяев. В результате световая точка окажется на экране там, куда она будет перемещена из центра совместными усилиями всех отклоняющих пластин. Если смещение точки по гори- 122
зонтали составляет 5 см, а одновременное смещение ее по вертикали 3 см, то ищите ее не просто в 5 см правее или левее (в зависимости от полярности пластин) центра, а еще на 3 см выше (ниже) горизонтального диаметра.
Разумеется, все сказанное остается в силе и в том случае, если берется трубка с отклоняющими катушками.
Как видите, электронная пушка сама не знает, куда попадут ее «снаряды». Она «стреляет» ими в направлении на экран, нацеливание же производится во время полета — действием отклоняющих пластин или катушек.
Электронный луч можно заставить вырисовывать на экране своим «острием» — световой точкой — замысловатые узоры, вычерчивать круги, ломаные и спиральные линии, треугольники, многоугольники и всякие иные фигуры. Специалисты по телевидению, например, заставили электронный луч рисовать на экране трубки то, что «видит» объектив съемочной телевизионной камеры в студии, в театре или под открытым небом. Именно ей, электронно-лучевой трубке, обязано телевидение «доставкой на дом» передаваемых по радио кинофильмов.
Чтобы световую точку равномерно переместить по экрану из крайнего левого положения в крайнее правое, к горизонтально отклоняющим пластинам нужно подать напряжение, график которого показан на рис. 96. Обратите внимание на то, что график представлен прямой ломаной линией, что он линеен. Это говорит об изменении величины напряжения пропорционально (линейно) времени. Каждая новая доля секунды влечет за собой изменение величины напряжения на одну и ту же постоянную величину.
Пока горизонтально отклоняющие пластины, получив такое линейно-изменяющееся напряжение, будут равномерно сдвигать световую точку по экрану слева направо по горизонтальному диаметру, подведем к вертикально отклоняющим пластинам импульсы зондирующего и отраженного сигналов. И первый, и второй импульсы заставят электронный луч «качнуться» по вертикали. На экране появятся световые отметки, по очертанию напоминающие два сохранившихся зуба поломанной
гребенки (рис. 97). Вот вам новое доказательство важности фокусировки луча: световые отметки оказались бы размытыми, если бы точка имела расплывчатые очертания.
Как и в случае с движущейся фотолентой, расстояние между отметками будет тем больше, чем больший интервал
Рис. 97. На вертикальные отклоняющие пластины подается сигнал от приемника
времени их разделяет и чем быстрее смещается световая точка по горизонтали. Но имея дело с движущейся фотолентой, мы затруднялись получать большие скорости; применяя электроннолучевую трубку, можно заставить световую точку прочертить экран из края в край не только со скоростью пули, а еще быстрее, как это потребуется.
Вы смотрите на экран, диаметр которого равен 10 см. Вам известно, что световая точка «пробегает» весь экран по горизонтали в течение 0,001 секунды—1 мсск. На экране вы видите два импульса: слева — импульс старта (зондирующий) и правее, на расстоянии 6 см от него, импульс финиша (отраженный). Спрашивается, через сколько времени после импульса старта был воспроизведен на экране импульс финиша? Это можно определить так: если световая точка проходит за 1 мсек 10 см, то 6 см она пройдет, очевидно, за 0,6 мсек.
Ответ готов — время измерено. Пусть нам нужно выяснить, как далеко находится отражающая среда, если сигнал от нее возвращается через 0,6 мсек. Это совсем просто: за 1 мсек радиоволны проходят путь в 300 км, а за 0,6 мсек они пройдут, очевидно, 180 км\ разделите пополам (180 км — это «туда» и «обратно»!), и вы получите совершенно правильный ответ: 90 км.
Итак, мы развернули импульсы по оси времени, «растащили» их один от другого, не используя фотоленты, с колоссальной скоростью проносящейся перед экраном. Мы получили электрическую развертку, в процессе которой ни одна часть в электронно-лучевой трубке или около нее не двигалась. Перемещался лишь электронный луч, способный двигаться практически с любой скоростью.
О ДЛИТЕЛЬНОСТИ РАЗВЕРТКИ
Вы—оператор радиолокационной станции. Цель находится на расстоянии всего лишь 300 м от вас, и импульс отраженного сигнала должен появиться на экране на очень близком расстоянии от импульса излучения. Но вы не соглашаетесь на то, чтобы расстояние между импульсами было менее 1 см, так как в этом случае вы не можете точно определить дальность. Ваше требование законное, и с ним не может не считаться конструктор.
Если до цели 300 м, то отраженный сигнал вернется обратно уже через 2 мксекк Чтобы за это время световая точка успела переместиться в процессе развертки на 1 см, она должна двигаться со скоростью 5 км в секунду, или 18 000 км[час\ Как видите, никакие способы, кроме электрических, не пригодны для наших целей.
Правда, такая скорость привела бы нас к затруднениям иного рода. Даже если взять трубку с диаметром 20 см, то луч прочеркнул бы ее в течение 40 мксек. За это время радиоволны успели бы пройти путь всего лишь 12 км. Иначе говоря, те сигналы, которые прошли далее 6 км и встретили где-либо, например, на расстоянии 50 км, другую цель, отразившись от нее обратно, опоздали бы попасть в виде отметки на экран. Развертка была бы уже закончена. Длительность развертки — длительность ожидания радиолокационной станцией своего сигнала, отраженного от предельно далекой цели. Станция ничего не обнаружила бы далее 6 км, что еще допустимо для самолетных установок, но никак не для наземных. При такой скорости развертки наземной станции с дальностью обнаружения до 120 км потребовалась бы трубка с диаметром до 4 м (!).
Выход один: надо уменьшить скорость развертки и тем позволить импульсам, отраженным от далеких целей, успеть попасть обратно к радиолокационной станции до того, как световая точка закончит свое путешествие по экрану трубки. О том, сколько времени должна длиться развертка у станций различной дальности действия, приближенное представление дает приводимая ниже таблица. В ней указано, с какими скоростями перемещалась бы при этом световая точка по экрану трубки диаметром 20 см. Время развертки, конечно, не зависит от диаметра экрана трубки, поэтому, чем больше диаметр экрана, тем больше должна быть скорость движения точки.
Дальность действия, км
300
150
100 1
50 |
10
1 5
Время развертки, мксек
2000
1 1000
6 0
340 |
67
34
ч км/сек
Скорость раз- 1
0,1
0,2
0,3
0,6
3
6
вертки|
J км/час
380 |
|720
1080
2160
10800
21600
СТРОГО РАВНОМЕРНО
Все, что нужно для перемещения световой точки по экрану, это изменять напряжение на отклоняющих пластинах во время развертки. Чтобы точка перемещалась строго равномерно, изменение напряжения должно производиться, как вы знаете, пропорционально времени, по линейному закону. Следовательно, нужен источник напряжения, который смог бы не только быстро, но и линейно изменять величину своего напряжения в пре* делах, нужных для переброса луча слева направо.
Рис. 98. Схема развертки
Для указанных целей можно воспользоваться схемой, показанной на рис. 98. Здесь обыкновенный электрический конденсатор С заряжается от источника постоянного тока Б через сопротивление R. Если при заряде непрерывно измерять напряжение на пластинах конденсатора, то получился бы график, изображенный на рисунке. Он, правда, не строго линеен, но на некотором участке его отклонения от линейности не столь уж велики. Нас он вполне устраивает.
В зависимости от величины емкости С и сопротивления R конденсатор будет заряжаться сравнительно медленно или быстро, но линейность при этом сохраняется, а это .нам важнее всего. Чем больше величины сопротивления R и емкости С, тем дольше будет длиться заряд конденсатора, и наоборот. Этим можно регулировать время полного изменения величины напряжения на конденсаторе С. Время может быть выбрано в известных пределах любым, какое потребуется. Остается соединить конденсатор с отклоняющими пластинами, и мы получим как раз то, что нам нужно. Под влиянием линейно меняющегося напряжения на пластинах световая точка будет перемещаться по экрану с равномерной скоростью. Ее равномерность служит гарантией точности определения дальности.
ЕЩЕ ОБ ОДНОЙ ТРУДНОСТИ
Казалось бы, что тема о развертке не нуждается в дальнейшем обсуждении. Простейший принцип действия развертки ясен. К одной паре отклоняющих пластин или катушек подается развертывающее напряжение, заставляющее световую точку 126
равномерно (!) и быстро перемещаться по экрану вдоль горизонтальной оси. К другой паре пластин (катушек) в это же самое время подводится сначала зондирующий импульс, а затем отраженный от цели. Совместное действие всех отклоняющих пластин (катушек) приводит к тому, что на экране появляются почти одновременно две световые отметки, соответствующие старту и финишу сигнала радиолокационных станций. Расстояние между отметками служит мерилом расстояния до цели.
Если мы возвращаемся к этому еще раз, то только для того, чтобы внести маленькую поправку:
— Ничего оператор на экране не увидит!
Перед его взглядом быстро промелькнет короткая световая вспышка, причем оператор не только не измерит расстояния между импульсами, но даже не сумеет разобраться, что именно успели «зацепить» его глаза. Не забывайте, что даже у самой «дальнобойной» станции развертка полностью заканчивается в течение немногим более 0,002 секунды!
Очевидно, чтобы разглядеть, что именно вычерчивает электронный луч своим «острием» на экране, нужно дать возможность оператору смотреть на изображение значительно дольше. Но сделать картинку неподвижной нельзя: ее в действительности не существует. Это мы, не успевая зрением за быстро движущейся световой точкой, воспринимаем все ее отдаленные поло* жения на экране в виде очертания поломанной гребенки. Картинка создается и существует лишь в нашем восприятии.
КАК В КИНО
И все же есть выход, позволяющий оператору успешно справляться со своими обязанностями. Если картинку нельзя сделать неподвижной, остановить ее, то ее можно быстро повторять несколько раз снова и снова, и тогда оператор уподобится зрителю кинотеатра: быстро исчезающие и появляющиеся вновь картинки (кадры) он будет зрительно воспринимать, как одно целое.
Просматривая интересный кинофильм, вы вряд ли задумываетесь над тем, что 24 раза в секунду изображения (кадры) совершенно «стираются» с экрана и затем появляются вновь. Так и оператор, если ему показывать несколько десятков отдельных кадров в секунду, сможет не только спокойно измерить расстояние между импульсами, но и проследить за отдалением или приближением цели по схождению или расхождению световых отметок. Постепенное «вхождение в кадр» третьего импульса укажет ему на появление еще одной цели.
Повторение картинок означает периодическое повторение процесса развертки. После того как световая точка дойдет до крайнего правого положения, ее нужно вернуть обратно, налево, и начать новый процесс развертки.
Это можно сделать при помощи той же самой схемы с конденсатором, которую мы применили для однократной развертки. Нужно лишь параллельно конденсатору С включить какой-либо прибор, способный быстро разрядить конденсатор, как только окончится его заряд. Таким прибором мог бы стать шаровой разрядник (рис. 99). Пока напряжение на пластинах конденса-
Рис. 99. Работа схемы развертки с разрядником
тора, а следовательно и на полюсах разрядника, мало, конденсатор заряжается. Постепенно повышаясь, напряжение на конденсаторе становится столь большим, что происходит искровой разряд между полюсами разрядника, и конденсатор почти мгновенно разряжается.
Если при постепенном заряде конденсатора световая точка равномерно смещалась вправо (прямой ход), то при мгновенном разряде она значительно быстрее перекинется обратно влево (обратный ход). На рисунке показан график заряда-разряда конденсатора. Левая часть его вам уже известна, она соответствует заряду. Правая часть, крутая, — разряд. Как видите, на обратный ход затрачивается значительно меньше времени, чем на прямой ход. Во время обратного хода, кстати, совершенно не обязательно сохранение равномерности движения световой точки, — этот ход является холостым.
Чтобы при обратном ходе световая точка не портила картинки и не мешала оператору наблюдать за световыми отметками, электронную пушку во время обратного хода запирают. Луч обрывается, и световой след с экрана совершенно стирается. Если вы когда-либо от специалиста по радиолокации услышите выражение «запирающий импульс», то знайте: речь идет об электрическом импульсе, подаваемом к электронной пушке для запирания луча.
Применение шарового разрядника в схеме развертки связано с неудобствами. Он работает неустойчиво, не обеспечивая создания разряда точно в необходимый момент. Поэтому применяют другие разрядные приборы, в частности, так называемую неоновую лампу (рис. 100).
Колба, из которой удален воздух, заполнена газом неоном. Внутрь колбы введено два электрода. При повышении напряже- 128
ния на электродах наступает такой момент, когда происходит быстрый разряд электричества, внешне характеризующийся красноватой вспышкой.
Рис. 100. Неоновая лампаРис. 100. Неоновая лампаВключенная в схему неоновая лампа выполняет те же самые функции, что и шаровой разрядник, но более четко. Однако и неоновая лампа зачастую не в полной мере удовлетворяет требованиям в отношении устойчивости действия, и тогда прибегают к иным средствам, обеспечивающим быстрый разряд.
Рис. 100. Неоновая лампа
Рис. 100. Неоновая лампа
СОГЛАСОВАННАЯ РАБОТА
устроено так,устроено так,Развертка должна быть строго согласована с работой генератора радиолокационной станции, иначе антенна будет излучать зондирующие импульсы как раз в те моменты, когда к электронно-лучевой трубке подаются запирающие импульсы. Не успеет вернуться отраженный сигнал, как кончится развертка.
устроено так,
устроено так,
Поэтому во всех радиолокационных станциях
что строго одновременно с началом излучения зондирующего сигнала начинается прямой ход световой точки. Ее «запускает» зондирующий импульс. Такая согласованность на языке техников называется синхронизмом: развертка осуществляется синхронно, строго в такт с работой генератора. Сколько раз в секунду излучает станция свои сигналы, столько же раз повторяется процесс развертки.
«Скорострельность» радиолокационной станции вполне достаточна для того, чтобы оператор не замечал исчезновений картинки с экрана при каждом окончании процесса развертки.
Для однократной развертки нужно подать к электронно-лучевой трубке лишь один отклоняющий импульс, форма которого нам известна. Для периодически повторяемой развертки нужно подводить столько отклоняющих импульсов в секунду, сколько зондирующих импульсов излучает станция. Осциллограмма напряжения, подводимого к трубке, получает очертание зубьев пилы. Научное название этого очертания я приводить не буду— техники его даже не применяют. Они называют просто: пилообразные импульсы. Так будем их называть и мы.
Не следует думать, что едва лишь окончится один процесс развертки и световая точка вернется в исходное положение, как сразу же начнется новый процесс развертки. При 50 импульсах в секунду интервал между ними составляет почти 20 мсек, в то время как развертка длится самое большое 2—■ 3 мсек. По окончании развертки и до начала следующего импульса наступает «мертвая пауза». Почти все в станции «засы*
1291299 Что такое радиолокация
129
129
пает». Где-то в глубине недр идет скрытый процесс накопления сил к следующему импульсу.
Отдыхают и «часы». Бланкирующим сигналом запирается электронная пушка. Развертка ждет запускающего сигнала от генератора, и как только он поступает, в то же самое мгновение на экране появляется и сейчас же отправляется в путь световая точка. Поэтому такая развертка называется ждущей.
Вот сколько разных процессов, больших и малых, происходит в строго согласованном порядке за время, в которое мы даже не успеваем моргнуть глазом!
ШКАЛА ДАЛЬНОСТИ
Я говорил вам, что оператор должен не только разглядеть изображение на экране, но и измерить расстояние между импульсами, чтобы определить время, в течение которого зондирующий импульс дойдет до цели и отраженный импульс возвратится к станции, а по нему дальность цели. В действительности же оператору некогда заниматься подобными измерениями и последующим пересчетом времени на дальность. Слишком много у него разных обязанностей, на выполнение которых
в боевых условиях отводится очень мало времени. Ему необходимо облегчить условия работы. Именно этим вызвано нанесение на экран отградуированной в километрах шкалы, глядя на которую, оператор сразу же может определить дальность. Почти все радиолокационные станции снабжены такими шкалами.
Можно предложить самые разнообразные конструкции шкал, но вряд ли найдется что-либо более простое, нежели бу*
мажная полоска с цифровыми делениями, приклеиваемая непосредственно на экран трубки (рис. 101). Цифровые деления указывают прямо дальность до цели в километрах. Нужно лишь заметить, около какого деления появляется отраженный импульс, и тогда остается лишь прочесть цифру.
Вы не ошибетесь, если дальность цели по шкале оцените в 60 км. Если отметка эхо появилась между соседними делениями «80» и «90» шкалы, но немного ближе к «80», чем к «90»,
Рис. 102. Электрический масштаб
оператор на-глаз прикидывает (для этого нужен опыт!) и сразу же передает по телефону на командный пункт:
— Дальность 84 километра!
Лучше, «культурнее» выглядит прозрачная шкала из плекси- гласса или целлулоида, укрепляемая перед экраном трубки. Деления и цифры окрашиваются в какой-либо яркий, приятный для глаз цвет, и оператору очень удобно одновременно наблюдать и за изображением на экране, и за делениями шкалы.
Но шкала может быть и электрической. Представьте себе, что особый прибор подает к трубке бланкирующие импульсы через равные промежутки времени. На экране линия развертки вследствие этого получается не сплошной, а прерывистой, как бы пунктирной. Достаточно подобрать частоту бланкирующих импульсов так, чтобы луч запирался в моменты, строго соответствующие делениям шкалы через каждые 10 или 5 километров, и тогда можно определять дальность по «черным отметкам» (рис. 102). Такую шкалу обычно называют электрическим масштабом»
ИНДИКАТОР
Как видите, то, что мы называли «микроскопом времени», имеет очень мало общего с часами. «Циферблат» у него совершенно иной: указано не время, а расстояние в километрах до цели. По существу, это не часы, а самый настоящий радиотехнический дальномер, измеритель расстояний до цели.
Мы не были достаточно строгими к себе и поэтому в зависимости от обстоятельств один и тот же прибор именовали то радиолокационными часами, то микроскопом времени, электронно-лучевой трубкой, электронно-лучевым осциллографом, радиотехническим дальномером... Пора установить порядок. Если вы придете на радиолокационную станцию и попросите показать вам «микроскоп времени» или «радиолокационные часы», на вас посмотрят с удивлением. Когда же поймут, что именно вы имеете в виду, то вам покажут требуемое и назовут его кратко и выразительно:
— Индикатор.
Давайте и мы его так называть!
На экране индикатора появляются световые отметки, по которым оператор быстро определяет дальность цели. Но вас может смутить то обстоятельство, что его «циферблат» приспособлен лишь для определения дальности. А азимут? А угол места?
ЕЩЕ ОБ АЗИМУТЕ И ВЫСОТЕ
Со способами определения азимута вы уже знакомы.
Определяя азимут по максимуму сигнала, оператор поворотами приемно-передающей антенны ищет такое положение, при котором отраженный сигнал достигает максимального значения. Этому моменту на экране индикатора соответствует выброс (световая отметка) максимальной длины. Малейший поворот антенны вправо или влево, и отраженный сигнал будет ослаблен. Об этом оператор будет судить по сокращению длины выброса. Таким образом, определение азимута по этому способу сведется к поворотам антенны до получения на экране выброса наибольшей длины.
Как видите, индикатор позволяет определять не только дальность, но и азимут цели.
Подобным же образом действует оператор и в том случае, когда ему приходится определять азимут «вилкой». Различие заключается в том, что оператор берет не один выброс, а два, одинаковой длины, расположенные по обе стороны от положения максимума.
Если же азимут определяется по равносигнальному методу, то оператор обычно видит на экране индикатора одновременно два выброса, от правой и левой антенны отдельно. Поворачивая антенную систему, оператор добивается уравнивания выбросов по их длине, по амплитуде. Как только это достигнуто, 132
сигналы от обеих антенн оказываются равными. А это получается лишь в том случае, когда цель находится в равносигнальной зоне. Тем самым, следовательно, и азимут считается определенным.
ЦельЦельРис. 103. Индикатор дальности иногда служит для определения азимутаРис. 103. Индикатор дальности иногда служит для определения азимутаРис. 104. Приближенное определение высоты полета цели по точкам ее пропадания и появленияРис. 104. Приближенное определение высоты полета цели по точкам ее пропадания и появления
Цель
Цель
Рис. 103. Индикатор дальности иногда служит для определения азимута
Рис. 103. Индикатор дальности иногда служит для определения азимута
Рис. 104. Приближенное определение высоты полета цели по точкам ее пропадания и появления
Рис. 104. Приближенное определение высоты полета цели по точкам ее пропадания и появления
Обратите внимание на то, что в этом случае потребуется обособленный индикатор, чтобы наблюдать не один сигнал, наложенный на другой, а два раздельных сигнала. Впрочем, конструкторы в этом отношении идут дальше и передают в распоряжение операторов различные комбинированные устройства.
Вы помните приближенный способ определения угла места или высоты цели по высотной диаграмме радиолокационной станции, описанный ранее? Оператор внимательно отмечает момент вхождения цели в межлепестковую мертвую зону по пропаданию отраженного сигнала. Теперь вы более ясно понимаете, как это делается. Оператор глядит на экран индикатора. Видя отраженный импульс, он определяет дальность и азимут. На-
блюдение за целью продолжается. Вдруг сигнал начинает уменьшаться. Оператор пробует повернуть антенну: возможно, цель меняет азимут. Не помогает — сигналы уменьшаются. Тогда
остается предположить, что цель входит в межлепестковую
зону. Последние уточнения азимута и дальности, и цель исчезла. Она вышла из зоны наблюдения в мертвую зону. Но наблюдение
на этом не кончается. Проходит немного времени, и цель снова появляется, но уже на более близком расстоянии. Цель пересекла мертвую зону. Следовательно, предположения оператора были совершенно правильными. И он правильно сделал, передав на
Рис. 105. Высоту цели можно определить при помощи высотной установкиРис. 105. Высоту цели можно определить при помощи высотной установкикомандный пункт приближенные данные о высоте, определенные по высотной диаграмме.
Рис. 105. Высоту цели можно определить при помощи высотной установки
Рис. 105. Высоту цели можно определить при помощи высотной установки
Конечно, определять угол места по высотной диаграмме—утомительное занятие. Надо дожидаться, когда цель начнет входить в мертвую зону или выходить из нее. Пока же цель находится в пределах зоны обнаружения, этот способ неприменим.
Но есть другой способ, вам тоже из-
вестный, основанный на использовании двух антенн, укрепленных на разных высотах. Оператор сравнивает сигналы от верхней и нижней антенны, наблюдая их
отметки на экране индикатора так называемой высотной установки. Картинка на этом экране получается почти такой же,
как и на индикаторе дальности, но импульсы здесь «закреп
лены»: расстояние между ними не имеет никакого значения. Оператора интересуют лишь амплитуды, высоты импульсов. Он поворачивает ручку регулировки до тех пор, пока импульсы (выбросы) не окажутся равными по высоте. Остается лишь прочесть, до какого деления повернута эта ручка, чтобы затем по переводной таблице-графику определить, какому именно углу места соответствует полученное соотношение между амплитудами сигналов.
Конечно, можно воспользоваться для этих целей индикатором дальности, если быстро переключать его на высотную установку. Но пока будет вестись измерение высоты, азимут цели может измениться. Поэтому в большинстве случаев приходится итти на дополнительные затраты и снабжать наземную радиолокационную станцию высотной установкой с отдельным индика
тором.
Самолетная радиолокационная станция определяет угол места впереди летящей цели преимущественно по способу равносигнальной зоны. Для подобных целей также используется индикатор — обособленный или же тот самый, которым определяется дальность. Летчик так ставит руль глубины, чтобы на
Рис. 106а.Вид экрана наиболее типичного индикатора дальности (типа ,,А“)Рис. 106а.Вид экрана наиболее типичного индикатора дальности (типа ,,А“)
Рис. 106а.Вид экрана наиболее типичного индикатора дальности (типа ,,А“)
Рис. 106а.Вид экрана наиболее типичного индикатора дальности (типа ,,А“)
экране появился условный световой сигнал, означающий «цель прямо впереди». Опускание или поднятие руля глубины сейчас же обнаруживается на экране индикатора. Световое пятно на экране либо поднимется выше горизонтальной черты, и это будет означать, что цель находится ниже, либо, наоборот, световое пятно опустится ниже горизонтали, и летчик поймет, что ему надо набрать высоту.
ИЗМЕРЯТЬ И ВЫЧИСЛЯТЬ НЕКОГДА
Не у всех радиолокационных индикаторов на экране появляется картинка, вроде изображенной на рис. 106а. До сих пор
мы рассматривали изображения импульсов, расположенные вверх от горизонтальной линии развертки. Однако иногда более удобно для отсчета и наблюдения за импульсами повторить вниз от линии развертки зеркальным способом то, что воспроизводится выше нее. В этом случае картинка получается иной.
Есть индикаторы, у которых развертка производится не вдоль горизонтальной, а вдоль вертикальной оси (рис. 1066), по кругу (рис. 106в), по радиусам (рис. 106г) или по спирали (рис. 106д) и
другими методами. Все определяется назначением радиолокаци
Рис. 1066. Экран индикатора с разверткой вдоль вертикальной осиРис. 1066. Экран индикатора с разверткой вдоль вертикальной осионной станции и стремлением создать оператору условия, в кото-
Рис. 1066. Экран индикатора с разверткой вдоль вертикальной оси
Рис. 1066. Экран индикатора с разверткой вдоль вертикальной оси
рых от него можно потребовать более быстрого отсчета данных.
Рис. 106г. Экран индикатора с радиальной разверткойРис. 106г. Экран индикатора с радиальной разверткойВы гонитесь на истребителе с ночным «радиолокационным перехватчиком» за самолетом врага, и вам важно знать лишь
Рис. 106г. Экран индикатора с радиальной разверткой
Рис. 106г. Экран индикатора с радиальной разверткой
Рис. 106в. Экран индикатора дальности с круговой разверткой
одно: как поставить рули глубины и поворота, чтобы сблизиться с врагом. Никакие азимуты и углы места вас не интересуют. Цель может быть выше или ниже вас, правее или левее, ближе или дальше. Обо всем этом вам должна выразительно говорить картинка. Глядя на нее, вы поворачиваете самолет влево или вправо, снижаетесь или набираете высоту, даете пол/\ \ \ ный газ для того> чтобы догнать против// /ника, или же на подходе к цели готови-
I I ( Z ) тесь к атаке- Тут измерять и вычислять \\ V/y / некогда, решают доли секунды.
\/ У такой радиолокационной станции дол-
X. *жен быть совершенно иной «циферблат».
Можно представить себе индикатор с тремя Рис. 106д. Экран инди- отдельными электронно-лучевыми трубками катера с разверткой (рис. 107). На экране одной трубки вы про- по спирали читываете ориентировочное расстояние до цели. Вторая трубка подсказывает вам, как нужно изменить курс по горизонтали. Третья трубка разрешает ваши сомнения относительно того, ниже или выше вас находится вражеский самолет.
Некоторые самолетные станции имеют всего лишь одну трубку, на экране которой появляется нечто вроде мишени с концентрическими кругами. Все, что требуется от летчика, — это «вогнать» вражеский самолет в центр мишени и начать атаку.
Существуют так называемые индикаторы кругового обзора.
В трубках такого индикатора линия развертки начинается в центре и движется по радиусу к краю. Направление радиуса развертки соответствует направлению антенны в этот момент. Если антенна вращается, то синхронно с ней перемещается и направление радиуса развертки. Отраженный от цели сигнал появляется на экране в виде яркого пятна на линии развертки в точке, соответствующей направлению и дальности цели.
Рис. 107. Индикаторы самолетной радиолокационной станции
Если непрерывно вращать антенну, то на экране появится своего рода карта, на которой будут видны отраженные сигналы от всех целей, находящихся в зоне действия станции.
Если станция установлена на самолете, то оператор как бы находится над облучаемой местностью и смотрит на картину, развертывающуюся под ним. Конечно, изображение не напоминает телевизионное, — вместо самолета или корабля мы увидим только светлые пятна, даже по форме не похожие на самолет или корабль.
Так как скорость вращения антенны невелика (от 1 до 12 оборотов в минуту), то на обычной трубке светлые отметки-отражения погаснут немедленно, как только луч при движении антенны отойдет от цели. *
Чтобы создать впечатление карты, применяют специальные трубки, у которых экран обладает способностью светиться некоторое время еще после того, как электронный луч переместится. Экраны таких трубок создают впечатление карты, на которой одновременно видны отметки от всех целей, находящихся в зоне облучения. Послесвечение таких экранов измеряется секундами.
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
ОТ ПРИЕМНОЙ АНТЕННЫДО ИНДИКАТОРА
ПРИНЦИП ОБРАТИМОСТИ АНТЕНН
Р
адиолокационная станция только что «выстрелила» по цели зондирующим сигналом, и с микросекунды на микросекунду ожидается возвращение отраженного сигнала. Мы дежурим у финиша с индикатором, и пока на экране не появилась еще отметка прибытия сигнала, я расскажу вам, что происхо' дит с сигналом после того, как отраженные от цели радиоволны коснутся приемной антенны.
Приемная антенна — дверь, в которую стучится отраженный сигнал, стремясь попасть в радиолокационную станцию. Важно, чтобы эта дверь не была слишком узкой для сигнала и чтобы она открывалась во-время. Важно еще и то, чтобы всякий раз, как только станция начинает излучать свой сигнал, эта дверь наглухо захлопывалась. В дверь допускаются только те сигналы, которые возвращаются от цели.
В отношении антенн известен принцип обратимости. Если протекание токов высокой частоты в антенне создает в окружающем ее пространстве радиоволны, то, наоборот, нахождение антенны в зоне радиоволн приводит к появлению в ней токов высокой частоты.
Эта последняя особенность приемных антенн, между прочим, свойственна всем проводникам электрического тока вообще. Вы можете безошибочно утверждать, что во всем металлическом, что только видят ваши глаза, протекают высокочастотные токи, создаваемые радиоволнами бесчисленных радиостанций. Но если появление токов высокой частоты в металлической крыше или в фермах железнодорожного моста не связано ни с какими последствиями, то этого нельзя сказать о приемной антенне. Она незамедлительно передаст токи приемнику, с которым она соединена. А уж приемник сумеет распорядиться принятыми сигналами. В этом отношении радиолока- 138
ционный прием ничем не отличается от любого иного радиоприема.
Принцип обратимости антенн не ограничивается лишь объяснением того, как создаются высокочастотные токи в приемной антенне. Обратимы и направленные свойства антенн. Если пере- дающая антенна направленно излучает, то она же будет направленно принимать, причем сохраняется и общий характер диаграммы направленности. Это ценное свойство сразу же предрешает вопрос о конструкции приемной антенны. Она может быть подобна антенне передающей части радиолокационной станции.
РАБОТА НА ОДНУ АНТЕННУ
На рис. 108 показана наземная радиолокационная станция, у которой приемная часть находится на некотором удалении от передающей. Такие станции можно было встретить на заре радиолокации. Конструкторы первых образцов считали нужным
Рис. 108. Приемная и передающая части установлены на некотором удалении одна от другой
разносить передающую станцию от приемной на несколько сот метров. Объяснялось это опасениями воздействия передающей части на приемную.
Такое разделение привело к необходимости обеспечения строгого постоянства азимутальной ориентировки передающей
и приемной антенн. Направленную приемную антенну нужно заставить «глядеть» только туда, куда в этот момент излучает направленная передающая антенна. Следовательно, одновременно с вращением передающей антенны должна точно так же (синхронно) вращаться и приемная антенна. Достаточно небольшого расхождения в ориентировке антенн, и определение азимута утратит требуемую точность. Синхронное вращение антенн представляет немалые трудности.
Рис. 109. Одна и та же антенна используется для передачи и приема
Позже выяснилось, что можно обе части радиолокационной станции не только сблизить до предела, но и заставить работать на общую антенну. Появились радиолокационные установки, у которых одна и та же антенна используется и для передачи, и для приема. Отпали затруднения, вызываемые необходимостью поддержания строгого синхронизма вращения антенн.
То, что передача и прием производятся на одну и ту же антенну, вас не должно смущать. Может показаться, что в этом случае мощные сигналы передающей части через общую антенну ворвутся в приемную часть, чувствительную даже к очень слабым сигналам, и оставят после себя нечто подобное следам пребывания слона в посудной лавке. В действительности же все обстоит вполне благополучно, конечно, если принять соответствующие меры предосторожности.
Когда антенна обслуживает передающую часть, она порывает всякие связи с приемной, и, наоборот, предлагая свои услуги приемной части, она отключается от передающей. Едва лишь позволив генератору «выстрелить» по цели волновым им- 140
пульсом, антенна спешит к приемной части, чтобы не опоздать к моменту возвращения эхо от самой ближней цели.
По окончании развертки, когда радиолокационная станция прекращает дежурство на приеме, антенна на короткое время предоставляется самой себе, чтобы с началом следующего зондирующего импульса снова быть приключенной к генератору. Выручает то, что передающая и приемная части станции работают поочередно.
С какой скоростью должны производиться переключения антенны? От цели, находящейся на расстоянии 150 м, отражение вернется уже через 1 мксек; к этому времени антенна обязана переключиться на прием. Дверь должна быть широко распахнута — сигналы не признают никаких опозданий.
Правда, от наземных радиолокационных станций в большинстве случаев не требуют обнаружения столь близких целей. Но если минимальной дальностью считать даже 5 км, то все же переключение антенны с передачи на прием должно быть произведено в течение 30 мксек с момента начала излучения импульса.
Обратное переключение — с приема на передачу — может производиться с меньшей скоростью, так как по окончании развертки, когда кончается дежурство на приеме, наступает то, что мы в свое время называли «мертвой паузой». Пока в генераторе накапливаются силы для следующего импульса, антенна может не спешить с переключением. Ей отводится «масса» времени, что-то около 0,002 секунды при 50 импульсах, или около 0,00002 секунды, если «скорострельность»- радиолокационной станции повышена до 5000 импульсов в секунду.
Критический момент — переход от передачи на прием. И требованиям этого момента удовлетворит далеко не всякий антенный коммутатор. Не удивительно, что и здесь ведущее начало сохраняют за собой чисто электрические методы.
О ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ
Отраженный сигнал радиолокационной станции отличается от зондирующего сигнала главным образом мощностью.
Поместите ночью на расстоянии одного километра от светящей автомобильной фары копейку и, находясь у фары, попытайтесь разглядеть ее. Монета получит очень мало световой энергии, так как на нее падает постепенно расширяющийся и сильно ослабляемый расстоянием световой поток. Кроме того, не являясь идеальным зеркалом, она отразит не все количество падающего на нее света. Наконец, отраженный от нее световой поток на обратном пути к вам претерпит сильное ослабление из-за поглощения в атмосфере. Теоретически до ваших глаз дойдет какое-то количество света, но практически вы ничего не увидите. Чувствительность глаз окажется недостаточной*
Сигналы на входе с амплитудой №_ порядка микровольтСигналы на входе с амплитудой №_ порядка микровольтРадиолокационная станция и цель обмениваются радиоволновыми сигналами, но станция «выстреливает» в направлении цели сотнями киловатт мощности, а порой и тысячами, тогда как цель можно было бы заменить эквивалентным крошечным радиопередатчиком, излучающим, быть может, только милливатты или микроватты. Как бы ни был мощен генератор радиолокационной станции, но если его приемная часть «глуховата», далеких целей станция не обнаружит.
Сигналы на входе с амплитудой №_ порядка микровольт
Сигналы на входе с амплитудой №_ порядка микровольт
Сигналы но выходе с амплитудой порядка десятков вольт
Рис. ПО. Основное назначение приемной части — усиление и преобразо
вание отраженных целью сигналов
Поэтому к приемной части предъявляется требование — обладать высокой чувствительностью, т. е. способностью отозваться на весьма слабые приходящие сигналы.
Специалисты по технике радиоприема избегают неопределенных оценок, вроде «приемное устройство не очень чувствительно» или «чувствительность недостаточна» и т. п. Они предпочитают цифры.
Достаточно чувствительным можно назвать такое приемное радиолокационное устройство, которое при подаче к нему от приемной антенны радиочастотного напряжения в несколько стотысячных долей вольта заставляет нормально срабатывать индикатор. Стоит вам узнать, что каким-то заводом разработано приемное устройство с чувствительностью 1—2 мкв, и вы сразу же проникнетесь уважением к столь «высокочувствительной продукции». Батарейка карманного фонаря — и та имеет в миллионы раз более высокое напряжение!
ПРЕОДОЛЕВАЯ БОЛЬШИЕ ТРУДНОСТИ
То, что приемному устройству радиолокационной станции приходится довольствоваться весьма слабыми сигналами, а индикатору оно должно передавать напряжение порядка 10—20 в, определяет основное назначение приемной части — усиление сигналов. Сопоставьте выходное напряжение с входным, и вы убедитесь в необходимости осуществлять усиление в сотни тысяч и миллионы раз.
Приборы с таким усилением, надо полагать, вы видели неоднократно: трудно поверить, чтобы вы никогда не вертели ручек обычного лампового радиоприемника.
Приемная часть радиолокационной станции отличается от всякого иного радиоприемного устройства двумя особенностями. Во-первых, на выходе радиолокационного приемника никаких телефонных трубок или громкоговорителя не включают. Радиолокационные сигналы музыки не создают. Все, что появляется на выходе приемника, подается к индикатору для зрительного воспроизведения на экране.
Во-вторых, в радиолокации используются не просто короткие, а ультракороткие волны. Это накладывает отпечаток на конструкцию радиоприемного устройства.
По мере повышения частоты сигналов усилительные каскады все в бблыней степени начинают выполнять несвойственные им функции. Вместо того, чтобы только усиливать подводимые к ним извне колебания, они начинают создавать свои собственные, подражая ламповым генераторам. Усиление лишается устойчивости, сигналы сильно искажаются. Будь это слуховой прием, сигналы утонули бы в диком вое.
Кроме этого, при работе в диапазоне УКВ приходится разрабатывать специальные типы радиоламп и деталей, тщательно продумывать не только взаимное размещение деталей (что обязательно во всех случаях), но и расположение каждого отдельного проводничка. Каждый кусочек провода — это сравнительно большая емкость, это повод к самовозбуждению. Сближены детали — создана обратная связь, и ничто нс предотвратит самовозбуждения. Недостаточно высокое качество изоляционного материала, — и к следующему усилительному каскаду совершенно не подается никакой «раскачки». Нужно обходить десятки разных препятствий.
ПРЯМОЕ УСИЛЕНИЕ И УСИЛЕНИЕС ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ
Чем выше частота, тем труднее осуществлять усиление. Это известно еще со времени первых попыток применения ламп в радиотехнике.
В «обычных» радиоприемниках усиление сигналов производится на той частоте, на которой принят сигнал. Приемник перестраивается с одной станции на другую, и всякий раз усиление
От
антенны при-
Йаскады усиления но частоте сигнала
Детектор
Усилитель низкой частоты
емника
К вЫХОднОМУ устройству
Рис. 111. В приемниках прямого усиления основное усиление ведется на высокой частоте
производится на иной, но всегда высокой частоте. Такое усиление называется прямым, а приемники — приемниками прямого усиления.
Сущность так называемого супергетеродинного метода заключается в том, что принятые сигналы перед усилением сначала преобразуются по частоте и затем усиливаются уже на пониженной частоте, не изменяемой в процессе настройки.
Принцип преобразования частоты довольно прост и сводится к следующему.
Вы располагаете двумя источниками колебаний с частотами, скажем, 100 и 95 кгц. Не пытайтесь приключать телефонные трубки к проводам от этих источников: частотный «потолок?» ушей не выше 20 к^ц. Вы ничего не услышите. Но передайте оба этих тока контуру, имеющему самый обычный кристаллический детектор, применяющийся в простейших радиоприемниках, и телефонные трубки, включенные, как показано на рис. 112, зазвучат. Вы услышите ровный звуковой тон. Измерив его частоту, вы убедились бы в том, что она равна разности двух взаимодействующих частот: ровно 5 кгц.
Величина напря^ ^кенияВеличина напря^ ^кения^-95кгц^-95кгцfz = 100кгцfz = 100кгцКолебания -—^— местного Время гетеродинаКолебания -—^— местного Время гетеродина■■Рис. 112. Преобразование частотыРис. 112. Преобразование частоты
Величина напря^ ^кения
Величина напря^ ^кения
^-95кгц
^-95кгц
fz = 100кгц
fz = 100кгц
Колебания -—^— местного Время гетеродина
Колебания -—^— местного Время гетеродина
■
■
Рис. 112. Преобразование частоты
Рис. 112. Преобразование частоты
145145
145
145
Это и составляет сущность преобразования частот. Располагая двумя высокими частотами, вы получили низкую частоту, равную разности имеющихся.
Обязательными элементами преобразования являются два взаимодействующих колебания разных частот и детектор. Кристаллический детектор представляет собой нечто вроде электрического клапана: он пропускает ток в одном направлении и не пропускает в обратном. Вспомните о диоде, о котором мы говорили, и вы получите подтверждение тому, что диод как раз обладает таким, как говорят, вентильным свойством. А так как диоды работают гораздо более устойчиво, чем кристаллические детекторы, то этим и объясняется их применение в супергетеродинных приемниках, где преобразование частоты — обязательный процесс.
ГЕТЕРОДИН
Пусть приемник предназначен принимать радиосигналы в диапазоне частот 100—200 мггц. Это очень высокие частоты, и вы не надеетесь получить на этих частотах устойчивое усиление в миллион раз. Тогда вы принимаете решение — использовать принцип супергетеродинирования. Вам потребуется вспомога- гательный источник колебаний высокой частоты — маломощный
Напряжение
Время
Напряжение
Время
Напря-жение
Время
Рис. 113. При супергетеродинном приеме основноеусиление ведется на промежуточной частоте /пр»не изменяющейся в процессе перестройки с частотыприн! маемого сигнала Д на другую частоту /3
10 Что такое радиолокация
ламповый генератор с плавной настройкой, так называемый гетеродин. Заставляя взаимодействовать колебания гетеродина с колебаниями сигнала, вы получаете то, что вам нужно: колебания пониженной частоты. Частотный диапазон гетеродина определяется только тем, какая именно частота вам нужна в результате преобразования.
Одно из преимуществ супергетеродинного приема заключается в том, что, на какую бы станцию ни был настроен приемник, преобразованная частота может оставаться всегда постоянной. Это очень выгодно: сконструировать хороший усилитель для колебаний постоянной частоты легче и дешевле, нежели усилитель на перестраиваемые частоты, как в приемнике прямого усиления. Тогда удается получать весьма большое устойчивое усиление. Сильно возрастает чувствительность. Улучшается избирательность, т. е. способность раздельно без взаимных помех принимать близко по частоте расположенные станции.
Немного арифметики, и вы будете убеждены в возможности преобразования любой частоты сигнала в постоянную частоту. Пусть это будет все тот же приемник с диапазоном настройки на частоты в пределах 100—2С0 мггц. По каким-то соображениям вам нужно получить преобразованную частоту, равную 3 мггц, тогда можно с полным правом написать:
100 — 97 = 3
200— 197=3
103— 100 = 3
203 — 200 = 3
Значит, нужно иметь гетеродин с диапазоном 97—197 мггц или 103—203 мг^ц, и тогда на какую бы частоту ни был настроен приемник в диапазоне 100—200 мггц, вы всегда сможете получить на выходе преобразователя 3 мггц. Пусть это, например, будет 150 мггц. Вы перестраиваете гетеродин на частоту 153 или 147 мггц и получаете требуемые 3 мггц.
Рис. 114. Одноручечная настройка
Таким образом, одновременно с настройкой приемника на частоту принимаемых колебаний должен перестраиваться и гетеродин приемника. Разность этих частот в любой момент времени должна быть постоянной. Все, что для этого нужно, это — объединить настройку общей ручкой (рис. 114). Настраивая приемник одним конденсатором на принимаемые сигналы, оператор одновременно автоматически вторым конденсатором перестраивает гетеродин.
СУПЕРГЕТЕРОДИН
Приемники с преобразованием частоты при помощи гетеродина получили название супергетеродинных, или, как их сокращенно именуют радиолюбители, суперов.
Рис. 115. Упрощенная блок-схема супергетеродинного приемника
На рис. 115 приведена упрощенная схема такого приемника. На ней показано, что сигналы из антенны прежде всего поступают в настраиваемый колебательный контур. Настройка приемника на станцию заключается в том, что изменяется емкость или индуктивность этого контура до тех пор, пока он не окажется настроенным в точности на частоту принимаемых колебаний. Это называется настройкой в резонанс. По достижении резонанса в контуре будет протекать ток наибольшей силы, и к сетке первой лампы будет подан сигнал с наибольшей амплитудой.
Дальше должен следовать процесс преобразования частоты. Но невозможно осуществить преобразование, если сигналы слишком слабы. Поэтому в большинстве приемников с высокой чувствительностью, рассчитанных на прием очень слабых сигналов, прибегают к предварительному небольшому усилению принятых сигналов на их же собственной частоте.
Это учтено нашей схемой, на которой показано, что сигналы из колебательного контура поступают к усилителю высокой (принимаемой) частоты. В анодной цепи этой лампы усилителя высокой частоты включен колебательный контур, настраиваемый на частоту принимаемого сигнала одновременно с настройкой входного колебательного контура. Если усиления одного каскада недостаточно, то включают еще один или даже два каскада.
Далее наступает очередь преобразователя частоты. Его сущность вам уже известна. Нужно лишь добавить, что не всегда довольствуются однократным понижением частоты. Чем больше усилительных каскадов работают на одной и той же частоте, тем в большей мере они склонны к самовозбуждению. Поэтому прибегают к двухкратному, а иногда и трехкратному ступенчатому понижению частоты, сопровождаемому усилением на каждой ступени раздельно. Это предотвращает все попытки усилительных каскадов самовозбуждаться.
Принцип супергетеродинного приема заимствован из техники радиовещания. Там преобразованная частота с давних пор именуется промежуточной. Например, принимаемые сигналы имеют высокую частоту; к громкоговорителю нужно подвести колебания низкой частоты; тогда преобразованная частота, на которой производится основное усиление, оказывается по отношению к ним промежуточной. Отсюда и название.
Когда применяют многократное преобразование частоты, то частбты в последовательном порядке именуют первой промежуточной, второй промежуточной и т. д.
Основную тяжесть усиления выносит на себе усилитель промежуточной частоты. Именно здесь получаются те сотни тысяч и миллионы, на которые умножается слабый сигнал, входящий в антенну. Поэтому в нем обычно применяется не один каскад, а несколько, включенных последовательно один за другим. Каждый каскад состоит из усилительной лампы и колебательного контура, постоянно (фиксированно) настроенного на промежуточную частоту. Никаких перестроек колебательных контуров не требуется. В процессе настройки приемника меняются данные лишь тех контуров, которые находятся между входом и преобразователем частоты.
В обычном радиовещательном приемнике после усиления на промежуточной частоте приходится еще преобразовывать сигналы в низкочастотные, так как промежуточная частота еще слишком высока, чтобы се можно было подвести к громкоговорителю и чтобы можно было услышать передаваемый текст, музыку и т. д.
Радиолокационный приемник не нуждается в преобразовании сигналов на низкой частоте для того, чтобы сработал индикатор. В ряде случаев сигнал на детекторе оказывается уже достаточным по силе для непосредственной подачи на индикатор, и тогда усиление низкой частоты не применяют.
«Обработанные» приемником сигналы передаются индикатору, а о том, как индикатор распоряжается ими, вы уже имеете достаточное представление.
Нельзя не отметить соперничества приемника с индикатором в скорости работы. Едва лишь во «входную дверь» радиолокационной станции постучится обессилевший сигнал, отраженный далекой целью, как приемник его моментально подхватит»
усилит, преобразует по частоте, снова усилит, еще раз преобразует, причем все успеет сделать за самый короткий срок. К отклоняющим пластинам индикатора точно в срок будет подан свежий сигнал, полный сил и готовности произвести работу, для которой он предназначен.
ОСОБЕННОСТИ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ПРИЕМНИКА
Радиолокационный приемник снабжается рядом вспомогательных органов. Вы найдете на панели приемника ручку регулятора чувствительности. Этот регулятор должен позволить менять чувствительность приемника в довольно широких пределах.
Найдете вы и ручку настройки, хотя по существу радиолокационный приемник должен принимать сигнал только на одной определенной частоте — частоте своего генератора. Вернее эту ручку называть ручкой подстройки, так как ее назначение — более точно подстроить приемник на волну своего генератора. Настройка приемника может несколько измениться с течением времени, и, для того чтобы вернуть ее к первоначальной, приходится пользоваться ручкой подстройки.
Рис. 116. „Магический глаз“—оптический индикатор настройки
В качестве индикатора настройки в резонанс пользуются так же, как и в современных вещательных приемниках, световым индикатором, известным под названием «магический глаз», напоминающий огромный зеленоватый глаз кошки. Когда приемник настроен, на экранчике появляется узкая, как острие ножа, теневая полоска. Стоит приемнику оказаться немного расстроенным, и полоска превратится в расширенный теневой сектор (рис. 116). При значительной расстройке теневой сектор распространяется на весь экран.
Между прочим, и здесь работают электроны: «магический глаз» представляет собой комбинацию радиолампы с электронно-лучевой трубкой. Своим цветом он обязан тому же самому флуоресцирующему свечению, которое возникает на экране электронно-лучевой трубки под влиянием электронной бомбардировки.
ЗЛЕЙШИЙ ВРАГ РАДИО
Злейшим врагом всякого радиоприема, в том числе и радиолокационного, являются электрические помехи природного и промышленного происхождения.
Я надеюсь, что вы удержали в памяти рассказ о способах получения радиоволн. Это вам сейчас пригодится.
Наш великий соотечественник А. С. Попов, читая книгу Природы и постигая ее тайны, создал беспроволочный телеграф, открыв новую полосу в развитии техники. Молния явилась первой в истории человечества передающей радиостанцией, сигналы которой принимал А. С. Попов на свой первый в мире радиоприемник. И если эти сигналы оказались тогда полезными, то очень скоро они превратились в настоящий бич радиосвязи.
Сколько времени существует радиосвязь, столько длится ожесточенная борьба с помехами, вызываемыми тысячами сильных и слабых природных электрических разрядов в атмосфере, но люди не могут и теперь признать себя победителями.
Это они, эти помехи, врываются в телеграфные передачи, искажая записываемые на лентах приемных аппаратов слова и цифры. Это от них морщится войсковой радист с трубками на ушах, силясь сквозь трески услышать предназначенные ему сигналы. Это они врываются в наши уши вместе с прекрасными звуками симфонического оркестра. И хотя на УКВ влияние этих помех сказывается в неизмеримо меньшей степени, чем на длинных волнах, все же и тут они дают себя знать.
Но особенно страдает радиоприем от электрических помех, носящих громкое название «индустриальные». Эти помехи в конечном счете обязаны своим происхождением рукам человеческим. Здесь и искрящая дуга трамвая, и ролик троллейбуса, и системы зажигания в автомобилях (и даже на самолетах!), и испорченный электромотор лифта — подъемника, и искрящая динамомашина, и электрические телеграфные аппараты. Словом, все достижения индустриальной культуры, способные создавать искры и засоряющие эфир мириадами радиоволн, с точки зрения радиоприема являются самым настоящим злом, с которым следует бороться всеми силами.
В связи с применением все более коротких радиоволн влияние «внешних» помех, как уже говорилось ранее, делается все менее ощутимым. Зато здесь большую роль начинают играть так называемые «внутренние» помехи, которые происходят из-за неупорядоченных движений электронов в лампах и других элементах радиоприемных устройств.
Не удивительно, что помехи радиоприему называют главным врагом радио. Радиолокация имеет достаточные основания разделить эту оценку.
Надо внести поправку в ваши представления о картинке, которая появляется перед взором оператора в реальных условиях. Вы, наверное, думаете об этакой чистенькой, с четким световым очертанием гребенки с двумя зубьями картинке. Оператор редко испытывает удовольствие ее наблюдать. Обычно световая линия развертки вся испещрена хаотическим нагромождением беспорядочно перемещающихся и непрерывно появляющихся и исчезающих световых импульсов. Получается нечто вроде очертания травы, колеблемой сильным ветром, дующим вдоль стеблей. В попытках дать вам хотя бы приближенное представление о следах вторжения помех в радиолокационную станцию составлен рис. 117.
Начинающий оператор зачастую испытывает затруднения, в особенности когда уровень помех начинает становиться соизмеримым с амплитудой изображений отраженных от цели импульсов. Но немного практики, и приобретается опыт безошибочного распознавания импульсов. Импульс выдает себя спокойствием, если даже вершина его не возвышается над так называемой лентой шумов. Выловить импульс на фоне помех — вопрос профессиональной гордости оператора. И часто там, где неопытный глаз со скучающим однообразием скользит вдоль картинки с широкой лентой шумов и ничего не замечает, оператор ухитряется не только обнаружить импульс, но и распознать по его очертанию кое-что большее, нежели дает простое определение дальности цели.
Чем чувствительнее приемник радиолокационной станции, тем более он уязвим для помех. С индустриальными помехами можно бороться. Можно удалить станцию на 5—10 км от города, где нет трамваев и лифтов, где .не искрят троллейбусы и не работают электромедицинские кабинеты. Это, кстати, требуется и по другим причинам. Можно заключить систему зажигания зарядного движка, мотора автомобиля или самолета в металлический экран. Именно так и поступают, когда это необходимо. Можно устранить искрение щеток электрогенератора, питающего радиолокационную станцию, что делается в обязательном порядке.
Остаются еще атмосферные помехи. К счастью, на «радио* локационных» волнах, как я уже говорил, помехи атмосферного происхождения незначительны.
Но наличие ленты шумов всегда обеспечено, так как невозможно избавиться от помех внутренних, которые образуются непосредственно в самом приемном устройстве станции и кото* рые в УКВ диапазоне, как правило, являются главными.
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ
РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ
ГЛАЗАМИ СВЕДУЩИХ ЛЮДЕЙ
Т
еперь, когда мы знакомы с назначением, устройством и принципом действия основных элементов радиолокационной станции, следовало бы дать описание всей станции. Но какой? Наземной, самолетной или еще какой-нибудь?
Эта книжка ведь не рассчитана на то, чтобы заменить собой инструкции и описания радиолокационных станций. Такие описания рассчитаны на очень узкий круг читателей, которым надлежит знать именно этот тип устройства. Мы совершим с вами экскурсию на особенную радиолокационную станцию, чтобы глазами сведущих людей посмотреть се и разобраться во всех деталях. Наша радиолокационная станция особенная потому, что автор сам ее выдумал, собрав из знакомых уже вам эле* ментов. Итак, нам пора.
Мы отъехали от города километров десять, а еще нет никаких признаков радиолокационной станции. Дорога идет широко раскинувшейся степью. Далеко во все стороны, куда только хватает глаз, почти до самой кромки леса на горизонте, простираются зеленые луга. Среди них затерявшимся кажется в стороне от дороги какой-то сарай с соломенной крышей.
Мы круто сворачиваем с дороги. Шофер направляет автомашину прямо по целине к сараю. Конечно, это она — радиолокационная станция! Остановленные часовым, мы слезаем с автомобиля и ждем разрешения пройти.
Пусть не удивляет вас выбор места для станции: более удачное трудно и найти. Вдали от города с его высокими зданиями, железными крышами, фабричными сооружениями, линиями электропередач и телеграфными проводами — станция менее всего подвержена воздействию помех. Местность вокруг нее на больших расстояниях должна быть совершенно открытрй. Дома, деревья, аэродромные ангары, вышки — все это заслоняет часть горизонта.
Рис. 118. Здесь находится замаскированная радиолокационная станция
Волновой луч, в особенности вблизи станции, почти ложится на земную поверхность, зацепляя за все, что возвышается над ней. В зону облучения попадают горы, холмы, скалы, лесные массивы и любые высокие сооружения. Все это создаст бесчисленные отражения радиоволн и «выплескивает» на экран массу световых отметок — принудительный ассортимент радиолокации. И хотя на языке операторов все, что отражают волны, но не является целью, безлично именуется «местными предметами», вы должны понимать, что речь идет также о враге радиолокации.
Удачен ли выбор места для радиолокационной станции, в первую очередь проверяется на том, в какой мере этот «враг» восторжествовал над непредусмотрительностью людей или безвыходностью положения. Чистый горизонт — чистый экран.
Пусть, для примера, станция расположена на узкой прибрежной морской полосе. С одной стороны море, с другой громоздятся вершины гор. Станция будет «смотреть» только в сторону моря. В противоположном направлении «местные предметы» закроют собой почти все. Но если другого места для станции нельзя выбрать, то надо приспособляться к этим условиям, это безвыходность: другого места для станции не подыщешь.
Рельеф местности оказывает сильнейшее влияние на работу станции. Земная поверхность вокруг нее не просто пахотная земля или зеленый луговой ковер. Это, прежде всего, отражающее зеркало для радиоволн, и оно не должно быть «кривым», иначе определение координат цели лишится требуемой точности. Специальные инструкции поэтому требуют в некоторых случаях выровнять площадку, удалить с нее кочки и холмики, возвышающиеся на несколько десятков сантиметров, засыпать ямы.
Рис. 119. Станция будет „смотреть" только в сторону моря
Великое в малом.
Но вот разрешение получено. Мы проходим мимо часового на территорию «радиолокационного городка».
Через двери сарая виден большой закрытый кузов автомобильного фургона. В нем находится сама радиолокационная станция.
Нас встречает начальник станции. Он уже предупрежден о нашем приезде. Станция имеет телефонную связь со штабом в городе.
Мы подходим к автомашине. Из нее доносится приглушенный стук работы мотора, и мы безошибочно определяем, что здесь находится электростанция. Так оно и есть. Внутри кузова виден двигатель, вращающий электрогенератор. На стене укреплен распределительный щит, радующий глаз аккуратностью отделки, четкими линиями расположения рубильников, предохранителей, измерительных приборов. Мягкий, но сильный свет ламп позволяет держать все детали оборудования под неослабным наблюдением. Зеленые, красные и желтые сигнальные лампочки у дежурного электромеханика поддерживают уверенность в полной исправности его установки. Толстые кабели, покрытые защитной броней, плавным изгибом уходят через небольшое окошечко наружу. По ним к радиолокационной станции подается электрический ток.
КУДА НАЦЕЛЕНА АНТЕННА
Наше внимание привлекает антенна, вращающаяся на крыше прицепа. И хотя понятно, что в своих перемещениях антенна подчиняется воле оператора, все же ее «самостоятельные» движе-
155
производит переключения, и моторпроизводит переключения, и моторповорачивает антеннуповорачивает антеннуРис. 120. Общий вид антенного устройстваРис. 120. Общий вид антенного устройства
производит переключения, и мотор
производит переключения, и мотор
поворачивает антенну
поворачивает антенну
Рис. 120. Общий вид антенного устройства
Рис. 120. Общий вид антенного устройства
ния из стороны в сторонуния из стороны в сторонукажутся странными и вызывают
ния из стороны в сторону
ния из стороны в сторону
удивление.
У основания антенны установлен электрический мотор, вращающий параболический отражатель с вибратором. Оператор
в любом направлении, нацеливая излучение по определенному азимуту.
Ось мотора делает около 1 500 об/мин, антенну же нужно вращать вручную со скоростью не более 1—2 об/мин, чтобы оператор успевал внимательно просматривать горизонт при поиске целей. Кроме того, при большой скорости вращения было бы затруднительно быстро останавливать антенну. Для понижения скорости вращения применяются так называемые редукторы (уменьшители) оборотов. Все это понятно.
Но как оператор видит, куда именно в данный момент нацелена антенна? Как он отсчитывает азимут, если основание мачты
неподвижно, а вращается лишь ее верхняя часть?
Можно представить себе радиолокацион
ную станцию с вращающимся кузовом, установленным на шасси автомобиля. Тогда всё, что находится внутри кузова, в том числе и сам оператор, будет вращаться вместе с антенной, укрепленной на крыше кузова. Перед оператором устанавливается горизонтальный круг с нанесенными по окружности азимутальными делениями. Нужно либо круг соединить с вращающимся кузовом наглухо, а стрелку прикрепить к неподвижному шасси, либо, наоборот, круг соединить с шасси, а стрелку с кузовом. Тогда при вращении кузова стрелка будет перемещаться по делениям и указывать оператору азимут. Такая конструкция необычайно громоздка. Нужен мощный мотор, потребляющий, вероятно, немногим меньше мощности, чем сама станция. Лучше оставить кузов в покое, а вращать лишь одну мачту с антенной.
СЛЕЖКА ЗА АНТЕННОЙ
У основания антенны не один мотор, а два: кроме мотора, служащего для вращения антенны, там есть еще маленький моторчик, величиной не более кулака, называемый сельсином. Его ось соединена с осью вращающейся антенны, но ее вращением сельсин не заведует. Наоборот, он сам приходит во вращение от оси антенны. От него вниз по мачте спускаются провода, подводимые к такому же моторчику, вращающему стрелку азимутального прибора, установленного перед оператором.
Прибор этот очень прост: круг с делениями, нанесенными через каждый градус, и стрелка. Конец стрелки указывает азимут, по которому в данный момент ориентирована антенна. Сель
ввРис. 121. Сельсин в моменты вращения антенны передает другому сельсину сигналы и тем поворачивает его в точности на такой же угол, на какой он поворачивается антенной самРис. 121. Сельсин в моменты вращения антенны передает другому сельсину сигналы и тем поворачивает его в точности на такой же угол, на какой он поворачивается антенной самсин в моменты вращения антеш сигналы и тем поворачивает его на какой он поворачивается антенной сам.
в
в
Рис. 121. Сельсин в моменты вращения антенны передает другому сельсину сигналы и тем поворачивает его в точности на такой же угол, на какой он поворачивается антенной сам
Рис. 121. Сельсин в моменты вращения антенны передает другому сельсину сигналы и тем поворачивает его в точности на такой же угол, на какой он поворачивается антенной сам
Антенна, предположим, повернулась на угол 3°, — ровно на такой же угол сигналами антенного сельсина повернется ось сельсина азимутального прибора. Как бы антенна ни вращалась — медленно или быстро, по часовой стрелке или против, на большой угол или । малый, — сельсины будут вра- ' щаться строго согласованно, синхронно. Стрелка азимутального прибора будет неотступно следовать за вращением антенны. Такая система называется синхронно-следящей.
К синхронно-следящей системе предъявляются очень строгие требования. Нечеткая
передает другому сельсину точности на такой же угол,передает другому сельсину точности на такой же угол,ее работа, небольшие расхождения — и положение далекой цели будет неправильно засечено на карте. Поэтому работу системы время от времени проверяют. Делается это очень просто.
передает другому сельсину точности на такой же угол,
передает другому сельсину точности на такой же угол,
Ориентируют антенну точно на север, применяя для этой цели хороший магнитный компас. Затем смотрят на азимутальный прибор. Если его стрелка указывает точно на «магнитный» север, т. е. истинный север, плюс склонение в данной местности, то это значит, ориентировка верна. Для большой верности проверяют различные положения: поворачивают антенну на юг, запад, восток, и когда окончательно убеждаются в правильности показаний, проверку считают законченной.
СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ ОТРАЖЕНИИ
ОТ МЕСТНЫХ ПРЕДМЕТОВ
Но проверка синхронно-следящей системы не исчерпывает перечня испытаний, которым подвергается только что развернутая на новом месте радиолокационная станция. В полутора-двух десятках километрах от нее расположен город, и когда антенна «смотрит» в его сторону, на экране индикатора появляются следы отражений от фабричных труб, высоких зданий и других местных предметов. Азимут 114°, и в местный
предмет превращается высокая церковь, отстоящая на 23 км от станции; 266° — оператор «видит» огромный элеватор за 14 км; 67°— труба кирпичного завода, в 18 км на востоке «просматривается» горная гряда. И так, в последовательном порядке, градус за градусом, внимательно обследуется весь горизонт. Все отметки тщательно регистрируются и затем по ним вычерчивается круговой график, схема расположения отражений от местных предметов (рис. 122).
Рис. 122. Схема отражений от местных предметов
Как железнодорожник знает каждую шпалу на своем участке, как летчик знаком со всеми ориентирами своей воздушной трассы, так и оператор радиолокационной станции знает «паспорт» окружающей местности — схему расположения отражений от местных предметов. Не спутать неподвижную отметку местного предмета с отметкой цели — вопрос чести операторского искусства. Хороший оператор не предложит командованию поднять ночной истребитель-перехватчик в погоне за фабричной трубой, не порекомендует нацелить звено истребителей на мирный элеватор.
ОБЛЕТЫВАНИЕ
Пусковые испытания наземной радиолокационной станции еще не окончены. Надо проверить расположение в пространстве лепестков гигантского незримого цветка, каким является зона обнаружения. Нужно совершенно точно знать, где создаются мертвые зоны, в пределах которых противник остается необнаруженным. Строго неизменными диаграммы остаются лишь на страницах учебников и инструкций. Всякое изменение в характере очертания зон приводит к значительным отклонениям полученных данных от действительных.
В воздух выпускают самолет-корректировщик, поддерживающий радиосвязь с радиолокационной станцией. За ним, как за настоящей целью, ведется тщательное наблюдение. Самолет по
Рис. 123. „Облетывание" при помощи самолета- корректировщика
радио немедленно вносит поправки. Оператор определяет положение самолета: дальность 65 км» азимут 231°, высота 3,5 км. Самолет должен быть почти точно над пунктом А Запрашивают по радио самолет, где он сейчас находится. Приходит немедленный ответ:
— Не над пунктом Д а в 4 кис на юго-восток от него, над изгибом реки. Высота 3150 м.
От настоящей цели такой самолет-корректировщик отличается. Цель не вносит поправок в определение ее координат. Корректировщик в этом отношении откровенен, и поэтому его помощь не только желательна, но и необходима. Облетывание радиолокационной станции корректировщиком по всем азимутам и по различным высотам является неотъемлемой частью подготовки станции дальнего обнаружения к боевым действиям.
НАС ВВЕЛИ В АППАРАТНУЮ
Входите, но не мешайте работать оператору! Он внимательно вглядывается в экран. «Прощупывается» какая-то дальняя и очень слабая отметка. Она тонет в следах шумов. Задача оператора — проследить и точно выяснить, не входит ли в зону станции самолет.
Здесь, в аппаратной машине автомобильной радиолокационной станции, как на подводной лодке: рационально использован
Рис. 124. В аппаратной
каждый кубический сантиметр пространства. Для обслуживающей команды созданы необходимые удобства. Рабочие места прекрасно оборудованы.
При первом ознакомлении с радиолокационной станцией взгляд невольно тянется к экрану индикатора. Здесь трепещущей световой полоской вспыхивает картинка, которая о многом говорит оператору.
Отметка пошла вправо — цель удаляется. Узкая спокойная отметка — обнаружен одиночный самолет. Отметка расширилась, у нее появилась вторая вершина, возникли сильные пульсирующие перемещения вершин, — цель наверняка заключает в себе два близко расположенных один к другому самолета. Еще более широкая отметка, но уже нс с двумя, а с несколькими отдельными вершинами, «переливающимися» и обменивающимися своим положением, — три самолета. Так же распознаются четыре, пять и больше самолетов.
Нужна длительная тренировка, чтобы по едва уловимым признакам не только распознать цель, но и получить подробные сведения о ее поведении. По характерным «переливам» краев отметки обнаруживается вхождение самолета в глубокий вираж. Самолет раскачивает крыльями, — и это не уходит от внимания оператора.
Достаточно передать по радио своему самолету приказание сделать какую-либо эволюцию, и контрольный просмотр отметки на экране позволит сразу же отличить свой самолет, сближающийся с самолетом врага. Даже не проверяя скорость цели, а по «приметам» оператор зачастую безошибочно определяет тип самолета.
ВЫСОТА ОПЕРАТОРСКОГО ИСКУССТВА
161161Конечно, в этом отношении операторское искусство определяется не простыми догадками и не каким-то «особым чутьем». В основе всего, что определяет собой меняющийся характер световой отметки на экране, лежат самые обыкновенные физические явления. Самолет не представляет собой гладкой отражающей шаровой поверхности, и поэтому достаточно ему повернуться к радиолокационной станции боком, чтобы сейчас же изменился характер отражения. Изменится не только отражающая поверхность, но и возникнет сложная интерференция между волнами, отраженными различными частями одного и того же самолета. Это приведет к изменениям сигнала на входе приемника, следовательно, не останется неизменной и картинка на экране индикатора. Когда летит один самолет, то оснований для интерференции мало. Поэтому отметка на экране отличается своим «спокойствием». При сближении двух и большего числа самолетов интерференция усиливается, — этим и объясняются «переливы» световой отметки на экране.
161
161
11 Чго такое радиолокация
Можно не знать законов интерференции, но приучить глаз подмечать повторяющиеся особенности изменений световых отметок при облучении двух, трех и большего числа самолетов. И как радист тренирует свое ухо в восприятии мелодии радиосигнала азбуки Морзе, так оператор радиолокационной станции тренирует свой глаз в распознавании особенностей световых отметок. Природные ощущения здесь пошли дальше технических возможностей.
Чем больше самолет, тем большее количество радиоволновой энергии он от себя отражает. Тяжелый бомбардировщик создает на экране отметку большего размера по сравнению с истребителем. Но тут можно и ошибиться, не обладая навыками операторского искусства. Во-первых, когда бомбардировщик находится ближе к краю зоны обнаружения, а в это самое время истребитель пересекает главную ось излучения (рис. 125), то именно истребитель, а не бомбардировщик создаст отметку большего размера. Во-вторых, отражение от металлических частей, кратных длине волны, получается особенно интенсивным. Учтите все это, и вы поймете, насколько осторожным в своих выводах должен быть оператор и как много ему нужно тренироваться в умении быстро и уверенно читать на экране индикатора то, что вам с первого раза покажется беспорядочным нагромождением пульсаций и световых вспышек.
«СВОЙ» ИЛИ «ЧУЖОЙ»
Особенно осторожным оператор должен быть при определен нии принадлежности самолета, иначе пилот истребителя-перехватчика нажмет на гашетки пулеметов и пушек, имея впереди себя неопознанный в темноте свой самолет. Но даже если не произойдет печального события, то погоня за своими же самолетами, сопровождаемая радиолокационной слежкой и наведением своих перехватчиков на «цель», не упрочит авторитета радиолокационной станции.
Поэтому нет ничего удивительного в том, что, едва приняв боевое крещение, радиолокация поторопилась защитить себя от нападок и в этом отношении. Она избавила оператора от предположений и догадок. Был разработан способ, позволяющий безошибочно отвечать на вопрос: «свой» или «чужой» самолет.
Способ заключается в следующем.
На каждом своем самолете устанавливается маломощный приемно-передающий УКВ-прибор. В полете приемник этого прибора все время включен. Как только самолет попадает в зону обнаружения своей радиолокационной станции, приемник прибора начинает принимать сигналы и автоматически включает передатчик, излучающий ответные импульсы. Вдогонку отраженным сигналам самолет посылает сигналы «Я свой». На экране облучающей станции оператор видит не просто одиночный отраженный импульс, а импульс с «довеском» (рис. 126), причем именно «довесок» и играет роль сигнала «Я свой».
Чтобы отбить у врага желание прикинуться «своим», сигналы передатчика кодируются. Кодировка приводит к появлению на экране импульсов «Я свой» строго определенной формы или же появляющихся через определенные промежутки времени. Недостаточно знать, на какой волне работает наша радиолокационная станция, нужно знать еще и код. Не зная кода, нельзя ввести нашу станцию в заблуждение.
Рис. 126. „Свой“ или „чужой“
Средства радиолокационного опознавания применяются не только в авиации. Прибор «Я свой», в частности, с неменьшим успехом выполнит свое назначение на любом морском корабле.
Несомненно одно: чтобы оператор мог представить командованию достоверную информацию об обстановке в воздухе или на море, он должен не только знать каждую деталь картинки на экране индикатора, но и уметь быстро разгадать хитрость врага. Недаром оператор считается центральной фигурой на радиолокационной станции.
«МЕНЯ ОБНАРУЖИЛИ»
Коль скоро мы затронули вопрос об установке на самолетах приборов, устраняющих возможные печальные последствия применения боевых радиолокационных средств, следует упомянуть о приборе, которому я дам условное название «Меня обнаружили». Он сигнализирует пилоту о том, что управляемый им самолет попал в зону облучения вражеской радиолокационной станции.
Рис. 127. Меня обнаружили
Прибор имеет приемник, настроенный на волну станции противника. Сигналы приемника, постоянно включенного во время полета, подаются к шлемофону пилота и к лампочке, установленной перед ним. Едва лишь самолет с прибором «Меня обнаружили» залетит в зону обнаружения, как в телефонных трубках шлемофона возникнет звуковой тон, напоминающий гудок автоматического телефона. Одновременно с этим начнет вспыхивать сигнальная лампочка.
Этого достаточно, чтобы пилот поспешил как можно скорее избавиться от назойливого гудения в ушах и неприятного мигания лампочки. Зная, что за этими предупреждающими сигналами 164
таится возможная опасность, пилот не замедлит маневрами по вертикали и горизонтали либо совершенно покинуть зону обнаружения, либо сократить время своего пребывания в ней.
ПРИБОР ЗАЩИТЫ ХВОСТА
Аппетит, говорят, приходит во время еды. Установите летчику на самолет приборы «Я свой» и «Меня обнаружили», дайте ему с ними полетать в боевых условиях, и он вам не даст покоя. Летчик попросит вас придумать радиолокационный прибор для прикрытия хвоста. Нельзя ли посредством радиолокации предупредить, например, о намерении врага незаметно подкрасться сзади и начать внезапную атаку? .
Рис. 128. Прибор защиты хвоста
Такие радиолокационные приборы есть. Я их назову так: «Вижу сзади». Это маломощная станция, излучающая только в сторону хвоста самолета. Пока самолет никто со стороны хвоста не преследует и радиоволны станции «Вижу сзади» ни во что не «упираются», пилот никаких предупреждающих сигналов не слышит и не видит. Но стоит на хвосте появиться вражескому самолету, как станция «Вижу сзади» сразу же предупредит пилота об опасности.
Разумеется, станции «Вижу сзади» не требуется никаких сложных индикаторов, азимутальных приборов и прочего. Конструкция установки получается весьма простой.
СТАНЦИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ПОМЕХ
Приборы «Я свой», «Меня обнаружили» и «Вижу сзади» являются сигнальными. Их причисляют к пассивным боевым средствам радиолокации.
Но есть средства активные, воздействие которых враг непосредственно ощущает. В первую очередь сюда относятся станции радиолокационных помех.
На самолете устанавливается передатчик УКВ, работающий на волне вражеской радиолокационной станции, — это и есть станция помех. Как только самолет попадает в зону обнаружения, срабатывает сигнал «Меня обнаружили», и сейчас же автоматически включается передатчик помех. Вместе с отраженными сигналами к приемнику вражеской станции направляются мешающие сигналы, которые воспроизводятся на экране индикатора. Самолет посылает радиолокационной станции такое «отражение», что экран ее полностью забивается ложными световыми отметками. Оператор утрачивает всякую способность отыскать на нем следы нужного сигнала. Боевая работа радиолокационной станции парализуется.
Рис. 129. Работает станция радиолокационных помех
Особо ощутимы результаты помех в борьбе против самолетных станций. Когда возникают опасения налета ночных истребителей-перехватчиков, включение передатчиков радиолокационных помех должно создать вокруг наших самолетов «зону ослепления». Попав в нее ночью, сблизившийся вражеский истребитель-перехватчик, даже вооруженный радиолокационной аппаратурой, не в состоянии будет ни в чем разобраться.
РАДИОЛОКАЦИОННАЯ ЗАВЕСА
В смысле активного воздействия на радиолокационные средства противника, кроме станции радиолокационных помех, эффективен способ разбрасывания с самолетов полосок металлизированной бумаги. Узкие полоски, длина которых равна примерно половине длины волны вражеской станции, пачками разбрасываются в количествах, достаточных для образования 166
«облаков», способных отражать радиоволны. На экране вражеской радиолокационной станции появляются отметки почти такого же очертания, какого получаются и при отражении волн от самолетов. Радиолокационная завеса не только вводит противника в заблуждение, но и позволяет, отвлекая его внимание, незаметно приблизиться к объектам бомбардировки или скрытно Пройти опасную зону.
Рис. 130. Самолеты прикрываются радиолокационной завесой
Расход полосок значителен: нужно выбрасывать около 500— 1000 полосок в течение минуты, чтобы «прикрыться» от наземной радиолокационной станции. Группе бомбардировщиков для создания завесы от истребителей-перехватчиков с радиолокационными станциями пришлось бы сильно увеличить расход полосок. Однако и в таких обстоятельствах этот способ остается в пределах практически возможного.
ДЛЯ ЧЕГО НУЖНЫ РУЧКИ УПРАВЛЕНИЯ
Находясь около станции, вы поддались искушению повертеть ручки управления.
Один поворот ручки, — и изображение на экране индикатора сделалось, как в тумане; вы разрегулировали фокусировку. Захо-
167
телось дотронуться до другой ручки, и световые линии на экране сильно потускнели: вы резко уменьшили яркость. Пытаясь восстановить положение, вы зацепили какой-то рычажок, и с экрана исчезли отметки электрического масштаба. Одновременно с этим световые линии неестественно расширились и, кажется, начали грозить экрану воспламенить его, — яркость возросла до невероятных размеров. Вы задели еще одну ручку, — «магический глаз» сразу потускнел, а импульс на экране исчез: сбита настройка. Вся картинка на экране оказалась почему-то загнанной в левый край и искаженной...
Здесь все регулируется, все устанавливается в определенном положении, и если не знать, как это делается, то лучше держать руки за спиной.
В установке имеется так называемая блокировка, автоматически выключающая опасное для жизни высокое напряжение, как только приоткрывается любая из дверок установки. Когда установка включена, вы не можете дотронуться ни до одной точки с опасным для жизни напряжением. Все закрыто. На тот случай, если любознательность все же приведет вас в соприкосновение с жизнеопасными точками, воспитайте в себе заранее уважение к высоким напряжениям, ибо потом вы уже не смо' жете этим заниматься.
РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ НА САМОЛЕТЕ
В самолете, оборудованном радиолокационными станциями, иногда видны торчащие вверх и вниз короткие антенны, установленные на фюзеляже и на плоскостях. В расположении антенн нет ничего случайного. Это не прихоть конструктора. Если бы это было возможно, их убрали бы даже внутрь корпуса, так как антенны неизбежно снижают скорость самолета. Но внутри металлического корпуса антенна превратилась бы в никому не нужный груз.
В том, что антенны укреплены в различных местах самолета, имеется определенный смысл. Антенны, которые установлены сверху на концах плоскостей, являются приемными. Ими самолет целится по азимуту на врага. Когда цель точно впереди, обе антенны получают сигналы совершенно одинаковой силы. Стоит цели немного уйти влево, и левая антенна начнет доставлять приемнику более сильные сигналы, а правая неизбежно снизит подводимый к приемнику сигнал. В этом нетрудно убедиться, взглянув на рис. 131.
Эти же диаграммы отвечают и на вопрос о том, для чего требуется разносить приемные антенны подальше одну от другой. Попробуйте их сблизить, и вы сделаете менее резкими изменения амплитуд сигналов, подводимых к приемнику от правой 168
и левой антенн. Самолет будет в меньшей степени реагировать на отклонение цели по азимуту.
Самолету-перехватчику нужно знать, выше его или ниже находится цель. Для этого имеются высотные антенны: одна возвышается над плоскостью, другая свисает вниз. Это точно такие же антенны, как азимутальные, но разнесенные не по горизонтали, а по вертикали. Вследствие этого при уходе цели вверх приемник будет получать более сильные сигналы от верхней антенны, а при уходе цели вниз — от нижней. Этот пример, в частности, служит достаточно хорошей иллюстрацией тому, что я в свое время говорил вам об определении угла места радиопеленгацией.
Рис. 131. Что видит оператор самолетной радиолокационной станции
Конечно, разнос антенн по вертикали желательно бы увеличить, но при данной конфигурации профйля самолета этого сделать нельзя. Поэтому, при прочих равных условиях, самолетная радиолокационная станция в ббльшей степени реагирует на изменение курса цели по горизонтали, нежели по вертикали.
Место передающей антенны — на фюзеляже.
Все антенны соединены с радиолокационной аппаратурой посредством концентрических фидеров или волноводов (полых трубок), проложенных внутри плоскостей и фюзеляжа. Сама аппаратура может находиться в любом месте самолета, но экран индикатора и все органы регулировки должны быть вынесены в кабину летчика или, если самолет многоместный, в кабину радиолокационного оператора. Что касается питания самолетной радиолокационной станции, то оно берется от самолетной электростанции, или, как принято говорить, от бортовой сети.
ОТВЕТ НА ТРИ ВОПРОСА
О том, что видит на экране летчик или оператор самолетной станции, вы уже имеете представление. Я говорил вам, что их нс интересуют никакие азимуты или углы места. Не успеют они заняться и подсчетом самолетов в групповой цели. Все, что они хотят от радиолокационной станции, — это получить ответы на три вопроса:
Свой самолет впереди или чужой?
Как поставить рули, чтобы направить самолет на цель?
Как далеко впереди находится цель?
Рис. 132. Передняя панель самолетной станции с тремя отдельными индикаторами
Ответ на первый вопрос уже известен.
На второй и третий вопросы ответить не трудно. От наземной радиолокационной станции можно взять способ отсчета дальности, т. с. поставить перед летчиком или оператором индикатор
Рис. 133. Достаточно одной электронно-лучевой трубки
с горизонтальной разверткой вдоль оси расстояний. Но заимствовать от наземной станции способы отсчета азимута и угла места нецелесообразно. Летчику нужен радиолокационный индикатор направления, указывающий положение рулей: выше, ниже, направо или налево.
На рис. 132 показана передняя панель самолетной радиолокационной станции с тремя отдельными индикаторами. Крайний слева — индикатор поворотов, средний — индикатор глубины и крайний справа — индикатор дальности. Но три трубки — это сложно и дорого, а подчас и не очень удобно. Можно представить себе конструкцию индикатора всего лишь с одной трубкой. Ее экран напоминает мишень. Летчик должен «вогнать цель в яблочко», т. е. изменить направление своего полета так, чтобы цель была совмещена с центром индикатора (рис. 133).
и«ьив!И1Еявим!этыЕк^^
ГЛАВА ДЕСЯТАЯ
МОГУЩЕСТВЕННОЕ БОЕВОЕОРУЖИЕ
Е
сли мы хотим знать, как радиолокация используется в боевых операциях, наше место — на командном пункте. Пребывание здесь укрепит нас в том правильном предположении, что успех боевого использования радиолокации определяется не только техническими данными станций или умелой работой операторов, но главным образом умелым планированием боевых операций и их решительным осуществлением. Количество сбитых вражеских самолетов и пущенных ко дну кораблей все в ббльшей степени ставится в зависимость от того, насколько успешно решаются в радиолокации задачи тактики, оперативного взаимодействия.
Больше всего я забочусь о том, чтобы вы перестали считать радиолокацию только достижением техники. Радиолокация прежде всего — могущественное боевое оружие, значение которого нельзя исчерпать одним лишь перечислением его возможностей.
Конечно, установленная невдалеке от линии фронта радиолокационная станция наилучшим образом обеспечит получение быстрой и точной информации о воздушной обстановке за линией фронта, раскроет намерения врага, решившего направить к нам под прикрытием ночной темноты самолеты-разведчики или бомбардировщики. Достаточно сказать, что ни один налет фашистской авиации на блокированные героические города Ленинград и Севастополь благодаря радиолокации не был внезапным.
Радиолокация делает не обязательным барражирование самолетов на воздушных подступах и патрулирование судов на морских рубежах.
Радиолокация быстро отыщет затерявшийся в открытом море корабль, даже большую лодку, и позволит ему кратчайшим путем вернуться на базу. Потерявший ориентировку самолет будет немедленно обнаружен и командами по радио возвращен на свой аэродром.
Радиолокация как бы сопровождает бомбардировщиков в боевом вылете, извещая их о приближении к ним вражеских са- 172
Молетов и указывая им точный путь к аэродрому, когда боевое задание выполнено. Даже если «на хвосте» возвращающихся самолетов пристроится вражеский истребитель в выжидании удобного момента атаки, радиолокация предотвратит опасность, известив экипаж самолета о намерении противника.
Радиолокация позволяет осуществлять прицельную бомбардировку по невидимым с самолета целям.
Но все это в отдельности не характеризует основного — способности радиолокации коренным образом влиять на тактику и исход воздушных и морских сражений.
Радиолокация лишает художников возможности отображать величие морских боев. Яркие световые лучи прожекторов, прорезывающие ночную мглу и обнаруживающие скопления линкоров, крейсеров и других гигантов флота, уходят в прошлое. На смену приходит непроницаемая ночная тьма, в которой разделенные большими расстояниями суда, вооруженные радиолокационными станциями, открывают прицельный огонь.
Подводная лодка без радиолокационной станции не рискнет в ночную пору вынырнуть подышать чистым воздухом, подзарядить аккумуляторы или определить свои координаты по звездам. Раньше чем она успеет задраить люки и снова погрузиться в морскую пучину, ее уничтожит воздушный истребитель подводных лодок, вооруженный радиолокационной станцией. Если в дополнение к оптическому перископу подводная лодка не будет оборудована радиолокационным, ее боевой счет наверное будет невелик.
Радиолокация резко увеличивает возможности боевого взаимодействия морского флота и авиации, оперирующей над водными просторами.
КОМАНДНЫЙ ПУНКТ НАВЕДЕНИЯ
Но я не поведу вас на командный пункт военно-морских сил, и вы не увидите, как во взаимодействии авиации и кораблей всех классов и назначений происходят ожесточенные схватки океанских флотов. Каждый такой бой становится достоянием военных историков и порождает объемистые описания. Участие радиолокации в таких боях сблизило бы эти описания с фантастическими романами.
Я приглашаю вас на большой транспортный самолет, готовящийся к отлету. Мы летим к линии фронта, где сейчас происходят ожесточенные бои, не ослабевающие и ночью. Враг, избегающий воздушных схваток днем, воздействует на наши коммуникации под покровом ночной темноты. Он пытается нарушить питание наступающих войск боеприпасами и продовольствием, дезорганизовать работу железнодорожного транспорта, обнаружить места сосредоточения резервов, бомбить переправы, разрушать мосты и тем задержать наше наступление.
На перехват вылетают наши ночные истребители, вооруженные радиолокационными станциями. При большом удалении ст целей истребители наводятся на них командами по радио, передаваемыми с наземного командного пункта наведения (КПН). Наземная станция, ведя одновременное наблюдение за целями и за посланными на перехват истребителями, передает все данные радиообнаружения на КПН, где на карту по этим данным
Рис. 134. На перехват вражеским бомбардировщикам вылетают наши ночные истребители, управление которыми производится с наземного командного пункта наведения
наносят пути целей и перехватчиков. Наведение, осуществляемое радиокомандами, продолжается до тех пор, пока истребители не «схватят» изображение целей на экраны своих радиолокационных станций. Далее истребители действуют самостоятельно, выходя в атаку и открывая огонь всей мощью своего вооружения. КПН продолжает не только поддерживать радиосвязь с истребителями, но и вести непрерывное наблюдение за ходом ночного воздушного боя посредством наземной радиолокационной станции.
Несколько ночных истребителей-перехватчиков уже находится на фронтовом аэродроме в ожидании нашего прибытия. Экипажи их подобраны из числа наиболее опытных летчиков- истребителей, прошедших тренировку в ночных полетах по приборам.
Как только КПН развернется на заранее выбранной площадке с краю аэродрома, немедленн© начнется развертывание боевых средств наведения. Когда установят мачту и укрепят ее, связисты уже закончат подводку кабелей телефонной связи с различными оперативными точками — со штабами, радиостанциями, аэродромом. Тем временем техник приведет всю аппаратуру в боевую готовность, опробует ее, приказав электромеханику подать нормальное питание. Вместе с оператором они все отрегулируют, отладят, проверят, «осмотрятся» в пространстве, окружающем станцию, и затем доложат начальнику КПН о готовности.
ДИРИЖЕР
На радиолокационной станции центральной фигурой является оператор. На КПН в роли «задающего генератора» оказывается офицер наведения. Техника может быть прекрасной, летчики-истребители — изумительными, боевые расчеты наземных станций и КПН — слаженными, сработавшимися, как часовой механизм. Но если офицер наведения в ответственный момент примет неправильное решение или растеряется, усилия пропадут даром.
Его можно сравнить с дирижером оркестра, малейшим движениям руки которого беспрекословно подчиняются все оркестранты. Только «оркестр» у офицера наведения особенный. В него входят такие «инструменты», как радиолокационные станции на земле и на самолетах-перехватчиках, радиостанции связи и привода (возвращения) самолетов на аэродром, телефонные средства связи и многое другое. И как дирижер должен знать, на что способен и что можно потребовать от любого инструмента оркестра, так и офицер наведения обязан хорошо знать все технические средства, имеющиеся в его распоряжении, вместе с обслуживающими их «оркестрантами».
Точно в определенный момент (ни раньше, ни позже!) подать нужную команду, подсказать правильное решение, держать наготове резервы, быть готовым отразить хитрость врага —всем этим офицер наведения должен владеть в совершенстве. Малейший просчет — и цель уйдет незамеченной. Не вб-время поданный сигнал — и летчик-истребитель не займет по отношению к невидимой цели выгодного положения. Поздно включена радиолокационная станция на самолете-— и будет упущена возможность уничтожения цели.
Это его голос слышат в шлемофонах летчики-истребители, его командам беспрекословно подчиняют они свою волю. Его приказания получают дежурные радисты на радиостанциях. От него получают информацию о боевой обстановке соседние по расположению наземные станции в ожидании принятия цели в свою зону, если цель не будет сбита раньше. По его указаниям оператор производит наблюдение за тем или иным сектором
зоны обнаружения. Его донесения получают в штабе, откуда руководят работой боевых средств радиолокации всего участка фронта. И от того, в какой мере офицеру наведения удается успешно справляться со своими «дирижерскими» обязанностями, зависит то, как успешно будет отражено нападение авиации противника.
ЗА ПУЛЬТОМ
С дирижером его роднит и чисто внешний признак: на рабочих местах дирижера и офицера наведения устанавливаются приборы с одинаковыми названиями — пульты.
Пульт офицера наведения, конечно, нисколько не похож на дирижерский пульт, предназначенный для поддержки нот. Это красиво оформленная панель, на которой расположены всевозможные переключатели, кнопки, разноцветные сигнальные лампочки, световые надписи. Поворот переключателя — и радиостанция готова передать приказание своего хозяина на самолет-перехватчик. Поворот второго — начала работу приводная радиостанция, указывающая дорогу домой возвращающемуся с задания самолету. Поворачивают третий переключатель — микрофон офицера наведения переключен на связь со штабом...
Рис. 135. У офицера наведения много дела
Сейчас у офицера наведения много дела. Характер предстоящих боевых операций ему ясен, но необходимы еще кое-какие дополнительные сведения. Кроме того, надо проверить переговорные таблицы, кодированные карты, позывные сигналы и другие документы, аккуратно расположить их на рабочем месте, чтобы потом не тратить драгоценные секунды на поиски. Наведение осуществляется радиокомандами голосом, через микрофон, установленный перед офицером наведения. Но противник, 176
перехватывая эти команды, не должен догадаться о том, что производится наведение посредством радиолокации. Узнав об этом, он даст по радио приказание своим самолетам либо покинуть опасную зону, либо перейти к маневрированию по горизонтали и вертикали, использовать средства защиты от обнаружения, лишь бы избавиться от нападения ночных перехватчиков. Кроме того, запустив свой радиопередатчик на той же самой волне, на которой осуществляется связь КПН с перехватчиками, он постарается сорвать наведение.
От офицера наведения требуется умение не проговориться в микрофон, не передать врагу того, чего он не должен слышать. Но чрезмерная осторожность, погоня за кодированием чуть ли не каждого слова может привести к тому, что команды офицера наведения будут получаться на самолете с недопустимым опозданием. Да и летчик-истребитель не всегда располагает возможностью часто заглядывать в переговорную таблицу. Нужна золотая середина, и если офицер наведения умеет ее быстро найти, успех не замедлит сказаться.
Помножьте хладнокровие и находчивость на необходимость глубокого знания тактики боевых действий авиации, штурманского дела, техники радиолокации, связи, и вы получите представление о том, что скрывается за официальным названием должности «офицер наведения». Вы поймете тогда желание летчика-истребителя, вернувшегося из удачного боевого ночного вылета, крепко пожать руку обладателю спокойного, уверенного голоса, безошибочно нацелившего его на врага.
Документы подготовлены, связи проверены, предварительные приказания отданы. К боевым действиям ночных истребителей- перехватчиков все готово.
Дорого бы дал враг за возможность узнать, откуда именно производится управление системой!
ЕСТЬ!
Телефонный звонок. Из вышестоящего штаба поступает приказание: включить радиолокационную станцию и вести наблюдение в секторе 260—350° — ожидается появление вражеского самолета. Его уже держат под наблюдением станции, расположенные севернее. Врагу дают возможность лететь безнаказанно до той зоны, где особенно удобно подловить его и сбить.
Оператор, исполняя приказание офицера наведения, включил станцию, но на экране индикатора, кроме следов шумов и отражений от уже знакомых местных предметов, пока ничего не видно.
Приведенный в «готовность № 1» и дежуривший на старте с работающими моторами ночной истребитель-перехватчик по короткой радиокоманде с КПП стремительно взмывает в темноту ночи, направляясь в зону возможной встречи с врагом. К старту
подруливают новые боевые самолеты, готовые последовать вслед за первым.
На КПН тихо. Слышно лишь ровное гудение включенной станции, прерываемое шуршащими звуками затачиваемого карандаша. Это готовит свое боевое оружие планшетист-регистра- тор боевой работы. Остро отточенными разноцветными карандашами будет наносить он на планшет с картой следы перемещения целей и перехватчиков.
На его рабочем месте в образцовом порядке разложены линейки, карандаши, резинки, циркули и другие атрибуты чертежного искусства. Новенький бланк с картой прилежащей к радиолокационной станции и КПН местности готов принять на себя первые отметки азимута, дальности и высоты.
Глядя на бланк с отметками планшетиста, офицер наведения будет принимать свои решения, отдавать приказания, доносить о результатах. Бланк наведения — ноты для «радиолокационного дирижера». Дирижер и оркестранты знают, что будет со звуками через два такта, через минуту, две, десять минут. «Дирижер радиолокации» сам творит «музыку» в момент ее исполнения.
Прошло несколько минут, как на экране индикатора появилась отметка — след отражения радиоволн от своего самолета» вылетевшего на перехват. На бланке наведения уже видна короткая красная линия — путь перехватчика.
Но .не она интересует офицера наведения. Не красный карандаш интересует планшетиста. На бланке наведения нет ни одной синей отметки, и это заботит всех. Не пытается ли враг пройти зону на бреющем полете, стараясь остаться незамеченным?
Но вот внимание оператора привлекает небольшая светлая черточка, утопающая в помехах. Оператор внимательно смотрит на экран, регулирует яркость, меняет фокусировку, доворачивает антенну, меняет усиление, и, постепенно очищаясь от пелены шумов, все заметнее становится след приближающегося врага.
— Есть!..
И на бланк наносится первая синяя точка.
НАПЕРЕРЕЗ СИНЕЙ ЛИНИИ
Офицер наведения быстро схватывает трубку телефона и докладывает о том, что враг обнаружен. Да, конечно, ошибки быть не может, — это враг! Сигналов «Я свой» самолет не дает.
Оператор в такие минуты, вероятно, чувствует себя снайпером, поймавшим в свой прицел голову вражеского солдата, укрывающегося вдали. Это заметно не только по оживлению на его лице, но и по торжествующим ноткам голоса, передающего планшетисту координаты цели:
— Азимут 323... Дальность 85... Высота 3500...
Планшетист подхватывает цифры, и вот уже на бланке поив* ляется и растет синяя линия — путь обнаруженного врага. Враг хитрит, его курс все время меняется. Синяя линия, направлявшаяся в сторону крупного населенного пункта, вдруг метнулась куда-то к югу, почти в противоположном направлении.
Отрывистая команда офицера наведения в микрофон, — и красная линия, изгибаясь узенькой змейкой, послушно и уверенно направляется туда, где в зигзагах путается синяя линия. Еще много километров отделяют красную линию от синей, но уже ясно — врагу не уйти.
Ясно и то, что если враг в этом районе чего и боится, то никак не радиолокации. Он летал тут прошлой ночью, летал и раньше, но ничто кроме зениток и лучей прожекторов не тревожило его.
Зенитки действуют и сегодня, прожектора и сейчас щупают небо, но это только для отвлечения. Врага нельзя спугнуть, он не должен почувствовать никаких изменений. И поэтому временами тяжело ухают зенитки, дробя прямой путь врага на ломаные отрезки.
Офицер наведения склонился над планшетом. Пора! По телефону, связывающему КПП со штабом ПВО, передает он сигнал— прекратить зенитный огонь в зоне 4179, куда устремляется наш перехватчик.
Теперь цель и перехватчик почти на одном азимуте, и отметки на экране отметчика разделены небольшим расстоянием. Контрольный промер высоты показал, что перехватчик летит с некоторым повышением над целью. Напряжение возрастает, Как медленно ползет красная линия!..
КОГДА НАВЕДЕНИЕ СОСТОЯЛОСЬ...
Больше медлить нельзя, и офицер наведения, быстрым движением поворачивая переключатель, командует в микрофон на самолет:
— 34!.. 34!..
Это условный сигнал, означающий:
— Включите самолетную радиолокационную станцию! Цель перед вами, выходите на нее по показаниям вашей станции!
С этого момента перехватчик предоставляется самому себе. Он должен видеть цель сам, без указаний с Земли. Наведение состоялось. И Земля смолкает, не мешая ему атаковать цель.
Отметки на экране наземной станции ближе, еще ближе, и вот уже они начинают сливаться в одну. Возникает характерная пульсация импульсов.
Что в этот момент происходит где-то на расстоянии 60 км отсюда и на высоте 2 км? Почему молчит летчик?
А летчик, включая по приказанию офицера наведения свою станцию, по неосторожности задел за переключатель радиопередатчика.
— Цель поймана. Иду в атаку. Атакую!..
Так кричал летчик, надеясь, что его попрежнему слышит Земля. Но Земля его не слышала. Звуки голоса летчика не шли дальше чувствительных горловых микрофонов-ларингофонов: радиопередатчик был выключен. Не знала Земля и того, что летчик нажал на гашетки на какую-то долю секунды раньше, чем это было необходимо, и враг, почувствовав ранящие удары, успел уклониться в сторону. Земля попрежнему видела пульсирующий импульс — отражение от двух самолетов. Потом импульс раскололся на два. Встретившиеся на пересекающихся курсах самолеты быстро расходились в сторону. Перехватчик — это было ясно — потерял цель. Но почему он молчит? Почему?.. Атака может быть повторена, нужно лишь изменить направление. Но слеп перехватчик без наводящих команд с Земли. Его станция не улавливает цели, уходящей с резким снижением по совершенно другому направлению.
Офицер наведения требует от наземной радиостанции еще раз проверить, исправно ли работает аппаратура, требует подстроиться, подрегулировать...
Потеряв цель, перехватчик снова оказался во власти непроглядной ночи. На экране самолетной станции попрежнему воспроизводились лишь шумы и мешающее отражение от земли. Цель ускользнула. Развороты не привели к обнаружению ее следов. Земля не отвечала. Куда лететь, где цель? Такой момент упущен!
И только теперь, освободившись от напряжения атаки, летчик заметил свою ошибку. Поворот переключателя, и в шлемофоне знакомый голос Земли:
— ...не слышу, вас нс слышу. Отвечайте для связи! Ласточка, вас не слышу...
— Есть, Земля, все в порядке. Дайте курс!...
Теперь вся надежда на то, что самолет перехватчика имеет большую скорость. Цель стремительно удаляется в южном направлении, и атака если и состоится, то, возможно, за пределами зоны обнаружения станции КПП.
Перехватчику с земли передали курс и высоту. Он ринулся вдогонку уходящему врагу.
На экране наземной станции возникают новые и новые отметки. Новые самолеты врага? Но наметанный глаз оператора по еле уловимым признакам угадывает хитрость врага: заметая следы, вражеский самолет пытается прикрыться «радиолокационной завесой». Известный прием!
ЦЕЛЬ ВИДНА И БЕЗ РАДИОЛОКАЦИИ
Уходя с потерей высоты, враг не смог обмануть бдительного оператора. Вскоре он снова «вынырнул» на экране, появившись с резко измененным курсом. Надо полагать, что вражеский самолет имеет задание во что бы то ни стало прорваться в восточном направлении, иначе чем же объяснить его возвращение на первоначальный курс после широкого обходного маневра?
Новое изменение курса, — и оператор с досадой обнаруживает, что отметка исчезает. Враг уходит. Вслед за ним уходит и перехватчик. Везет же этому соседу!
Рис. 136. Вражеский самолет вспыхивает огромным пламенем и затем стремительно падает вниз
Заранее предупрежденная соседняя станция взяла на свое попечение не только цель, но и перехватчика. К великому огорчению всей команды КПН наведение принял на себя офицер наведения соседнего КИН. Победа, казалось, сама просилась в руки! Упустить цель, передать соседу — тут уже задета боевая честь всего КПН!
Рис. 137. При помощи радиолокационных станций удавалось определить месторасположение артиллерийских и минометных батарей
Резким изменением курса вражеский самолет, все еще пытающийся найти безопасный путь к намеченной цели, уходит в сторону. Чаша весов начинает склоняться в пользу нашего КПН. Синяя, а за ней и красная линии снова появляются на планшете. Досады как не бывало. Снова раздаются слова команды самолету, опять оператор дает планшетисту цифры координат. Красная линия, устремившаяся по кратчайшему пути наперерез синей, вскоре настигает се. Отметки сливаются, но лишь на короткое мгновение. В телефонных трубках офицера наведения слышен отрывистый выкрик:
— Атакую!..
Несколько едва уловимых импульсных вспышек отметки, последний световой всплеск, не ускользнувший от внимательного взгляда оператора, и отметка сразу становится спокойной: один из самолетов перестал служить зеркалом для радиоволн. Голос в телефонной трубке рассеивает сомнения:
— Есть!... Запиши еще один!..
Летчик на мгновение получает возможность видеть цель без всякой радиолокации: вражеский самолет вспыхивает огромным пламенем и затем стремительно падает вниз.
Цели больше нет. Есть свой самолет, которому с КПН указывают обратный путь на аэродром.
Есть победа! **
*
Мы познакомились с несколькими наиболее типовыми примерами использования радиолокации. Попытка сколько-нибудь полно показать, какие возможности в современной войне сулит радиолокационная аппаратура, ни к чему бы не привели, так как в этом случае нам пришлось бы далеко выйти за рамки данной книги.
Радиолокация в начале войны применялась исключительно в качестве средства дальнего обнаружения самолетов в воздухе и кораблей на море. В дальнейшем область применения радиолокационной аппаратуры расширилась в очень большой степени. Сошлемся хотя бы .на то, что в конце прошедшей войны при помощи радиолокации удавалось определить месторасположение артиллерийских и минометных батарей, производить массированные налеты авиации на дальние объекты в условиях плохой видимости, с большим успехом бороться с самолетами-снарядами типа «ФАУ-1» и т. д.
Теперь наш читатель уже прочел данную книгу и может сам, без посторонней помощи, перейти к книгам и журнальным статьям, освещающим специальные вопросы техники радиолокации и се боевого применения.
Впереди много интересного и увлекательного, потому что эта отрасль техники будет развиваться, и трудно даже предвидеть сейчас, насколько широкое применение радиолокация найдет в будущем.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
ТПКВК ПЕРВАЯ
РАДИОЛОКАЦИЯ НА ВОЙНЕ
Таинственные приборы *. i . .3
Обнаружить и увидеть цель — не одно и то же 6
Радиолокация „видит" впотьмах ь 8
Гигантские ушиь —
Радиолокация и радиопеленгация 10
Когда радиолокационная станция незаменима 11
ГЛАВА ВТОРАЯ
ПРИНЦИПЫ РАДИОЛОКАЦИИ
Опыт Герца 13
Первый принцип> 14
Второй принцип —
Третий принцип 17
Скорость распространениярадиоволн 18
Ратиолокадия на службе науки 19
Богатое наследство 21
глава ТРЕТЬЯ
РАДИОВОЛНЫ И КОЛЕБАНИЯ
Что такое ра тиоволны 23
Гребенка и компас • 25
Электрома нитное поле 26
Электрическая искра —
Как соз [аются радиоволны 28
Чему учит ^алтник 29
Конденсатор 31
Что такое электрические колебания 33
Период и частота 34
Колебания высокой частоты.. . . 35
Открытый колебательный контур 36
Антенна 38
Излучение радиоволн 39
Длина волны 40
Из биографии радиоволн 42
Коротковолновая лихорадка —
Ультракороткие волны 44
В область все более высоких частот 47
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
НАПРАВЛЕННОСТЬ
Определение азимута цели 49
Геометрия радиолокации 50
Угол места 51
Дальность 52
Координаты цели 53
Радиолуч 54
Волновая арифметика 57
Интерференция радиоволн 58
Диаграмма направленности 60
Как вычерчивается диаграмма 61
Побочное излучение 63
Пространственная диаграмма 64
Зоны 65
Многодипольные антенны 67
Директоры 68
Способы определения азимута 70
Радиопеленгация помогает радиолокации 72
Способ равносигнальной зоны — наиболее точный 73
Как определяется угол места 75
Главное — не упустить цель! . . .77
ГЛАВА ПЯТАЯЛАМПОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
История электронной лампы 79
Лампа, которая вовсе не лампа 80
Что такое электрон —
Свободные электроны 81
Термоэлектронная эмиссия"..82
Что открыл Эдисон —
Сколько лет электронной лампе 84
Электрический клапан —
Вторая жизнь 85
Для чего нужна сетка 86
Еще об одной сетке 88
Анодная сетка 89
Три сетки в одной электронной лампе 90
Новые требования — новые лампы 91
Поучительный эпизод 92
Перевод на самообслуживание —-
Первый ламповый генератор 93
Обратная связь 94
Трехточка 95
Емкостная связь 96
Где же контур? 97
Задающий генератор 98
Чудесная пластинка 99
Другой метод стабилизации 100
Фидер* —
Стр. ГЛАВА ШЕСТАЯ
РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ „СТРЕЛЯЕТ" ПО ЦЕЛИ
Каким должен быть зондирующий сигнал ЮЗ
„Скорострельность" радиолокационнойстанции 106
В погоне за микросекундами 108
О противоречиях ПО
Секрет большой мощности —,
О чем говорит средняя мощность*. . .112
Анод не плавится —
ГЛАВА СЕДБМАЯРАДИОЛОКАЦИОННЫЕ ЧАСЫ
Нужен микроскоп времени Ц4
Флуоресценция Ц5
Электронно-лучевая трубка —
Электронная пушка Ц7
Электрические и магнитные линзы —
Безинерционный луч . . . ч Ц8
Осциллограф Ц9
Определяем дальность! 120
Электрическая развертка 121
О длительности развертки 125
Строго равномерно 126
Еще об одной трудности —
Как в кино 127
Согласованная работа.> . . .129
Шкала дальности . ч * 130
Индикатор 132
Еще об азимуте и высоте —
Измерять и вычислять некогда 135
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
ОТ ПРИЕМНОЙ АНТЕННЫ ДО ИНДИКАТОРА
Принцип обратимости антенн 133
Работа на одну антенну 139
О чувствительности 141
Преодолевая большие трудности 142
Прямое усиление и усиление с преобразованиемчастоты143
Гетеродин 145
Супергетеродин 147
Особенности радиолокационного приемника..... 149
Злейший враг радио 150
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ
РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ
Глазами сведущих людей 153
Куда нацелена антенна 155
Слежка за антенной 156
Схема расположения отражений от местных предметов 157
Облетывание 158
Нас ввели в аппаратную. 160
Высота операторского искусства 161
„Свой* или „чужой" . . . 163
„Меня обнаружили"4.164
Прибор защиты хвоста 165
Станция радиолокационных помех —
Радиолокационная завеса. 166
Для чего нужны ручки управления 167
Радиолокационная станция на самолете . . . 168
Ответ на три вопроса • а .... *170
ГЛАВА ДЕСЯТАЯ
МОГУЩЕСТВЕННОЕ БОЕВОЕ ОРУЖИЕ
Командный пункт наведения** * *173
Дирижер*175
За пультом 176
Есть! 177
Наперерез синей линии 178
Когда наведение состоялось 179
Цель видна и без радиолокации 181
Редактор инженер-подполковник Н. А. СабецкийТехнический редактор Ч. И. ЗенцельскаяКорректор М. М. Гонта
Г78076. Подписано к печати 4.2.48. Изд. № 1567.
Объем 118/< п. л. 11,1 уч.-изд» л. В 1 п. пъ 48 000 тип» зн,Зак. 396.
1-я типография УправленияВоенного Издательства МВС СССРимени С» К. Тимошенко
Инженер запитая
С.А. БАЖАНОВ
ЧТО ТАКОЕРАДИОЛОКАЦИЯ
ВОЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВОМ и НИСТЕРСТВАВООРУЖЕННЫХ СИДСОЮЗА ССР
МОСКВА
1^48
Книга безвременно погибшего на боевом посту инженер-капитана Бажанова С. А. Что такое радиолокация в популярной форме сообщает читателю самые первоначальные сведения по радиолокационной технике и предназначается для военнослужащих, интересующихся этой областью техники и желающих ознакомиться с элементарными основами радиолокации и ее применением.
В книге популярно изложены принципы радиолокации и дано описание важнейших элементов радиолокационных станций.
Для понимания книги не требуется никакой специальной подготовки, за исключением знаний некоторых элементарных вопросов физики из курса средней школы.