Герц тәжірибелері 1888 ж. жарияланып шығысымен дүние жүзініңфизиктерін қызықтырады. Ғылымдар электромагниттік толқындарды шығарушыны және қабылдағышты жетілдіру жолдарын іздей бастады.
Радиобайланыс принципі былай. Хабарлаушы антеннада жасалған жиілігі жоғары айнымалы электр тогы айналадағы кеңістікте тез өзгеретін электромагниттік өріс туғызады да, ол электромагниттік толқын түрінде тарайды. Қабылдауышы антеннаға жеткеннен кейін, электромагниттік толқын хабарлағыш қандай жиілікпен істейтін болса, жиілігі дәл сондай айнымалы ток туғызады.
Сендер модуляция мен детектирлеудің не екенің білесіңдер. Енді осы процестердің қалай іске асырылатындығын қарастырайық.
А. С. Поповтың радионы ойлап табуы.
Ресейде ең алғашқылардың бірі болып электромагниттік толқындарды зерттеумен шұғылданған Кронштадтағы офицерлер курсының мұғалімі Александр Степанович Попов еді. Ол Герц тәжірибелерін жаңғыртып жасап көріп, содан кейін электромагтиттік толқындарды тіркеудің анағұрлым сенімді, әрі сезгіш тәсілін тапты.
Электромагниттік толқындарды тікелей «сезетін» тетік есебінде А.С.Попов когерерді қолданды. Бұл прибор -екі электроды бар шыны түтік. Түтік ішінде ұсақ металл үгінділері салынған. Бұл прибордың қызметі электр зарядтрының металл ұнтаққа тигізетін әсерінен негізделген. Кәдімгі жағдайда когерердің кедергісі үлкен болады, өйткені үгінділердің бір-біріне тиісі (контактісі) нашар. Келген электромагниттік толқын когерер ішінде жиілігі жоғары айнымалы ток туғызады. Үгінділер арасында ұсақ ұшқындар шығады да үгінділерді пісіріп тастайды. Нәтижесінде когерердің кедергісі күрт төмендейді (А.С.Поповтың тәжірибесінде 1000000Омнан 1000-500 Омға, яғни 100-200 есе төмендейді). Приборды сілкіп қалса, олбұрынғы үлкен кедергісіне қайта ие болады.Сымсыз байланысты іске асыруда, автоматты қабылдауды іске асырып тұту үшін, А.С.Попов сигналды қабылданғаннан кейін когерерді сілкіп қалып тұратын қоңыраулы құрылғыны пайдаланды. Электромагнитті толқын келген кезде қоңырауының тізбегі когерер арқылы тұйықталады. Толқын қабылдау аяқталысымен, қоңырау жұмысы бірден тоқтатылады, өйткені қонңыраудың балғасықоңыраудың табақшасын да, когерерді де соғады. Когерерді соңғы сілкінгенде аппарат жаңа толқынды қабылдауға дайын тұрады. А. С. Поповтың қабылдағышының схемасы келтірілген, ол оның «Орыстың физика-химия қоғамының журналындағы» мақаласынан алынған.
Негізгі бөлім.
а) Радиобайланыс принциптері.
Радиобайланыстың дамуындағы ең бір маңызды кезең 1913 жылы өшпейтін электромагниттік тербелістердің генераторын жасау болды.
Электромагниттік толқындардың қысқа және ұзақтау импульстеріненқұралатын телеграф сигналдарын ғана жеткізумен қатар, электромагниттік толқындардың көмегімен сөзді, музыканы жеткізу мүмкіндігі туды, яғни сенімді және жоғары сапалы радиотелефон байланысы іске асырылады.
Радиотелефон байланысы. Радиотелефон байланысында дыбыс толқынындағы ауа қысымының тербелісі микрофонның көмегімен дәл сондай электр тербелістеріне айналдырады. Бір қарағанда, егер осы тербелістерді күшейтіп, антеннаға жеткізсе, электромагниттік толқындар арқылы сөз бен музыканы алысқа жеткізуге болатын сияқты. Бірақ шынында ондай тәсілмен жеткізу іске аспайды. Мәселе былай: дыбыс жиілігіндегі тербелістер едәуір баяу тербелістер болады, ал жиілігі төмен (дыбыстікіндей) электромагниттік толқындар мүлде дерлік шығарылып таратылмайды.
Модуляция. Радиотелефон байланысын жүзеге асыру үшін, антенна күшті шығарып тарататын, жиілігі жоғары тербелістерді пайдалану қажет. Жиілігі жоғары өшпейтін гармоникалық тербелістерді генератор, мысалы транзисторлы генератор өндіріп береді.
Дыбыс жеткізу үшін осы тербелістерді өзгертеді, яғни басқаша айтқанда, модуляциялайды. Оны жиілігі төмен (дыбыстікіндей) электр тербелістерінің көмегімен жасайды. Мысалы, жиілігі жоғары тербеліс амплитудалық модуляция деп атайды. 2-суретте үш график көрсетілген: а) жиілігі жоғары тербелістердің графигі, осы әкелуші жиілігі деп атайды; ә) дыбыс жиілігіндей тербелістердің, яғни модуляциялайтын тербелістердің графигі, в) амплитудасы бойынша модуляцияланған тербелістердің графигі. Модуляциясыз ең әрі кеткенде, станция жұмыс істей ме, жоқ па соны ғана бақылай аламыз, одан басқа еш нәрсені істей алмаймыз. Модуляциясыз телеграфпен де, телефонмен де, телевизиямен де ешбір хабар беруге болмайды.
Модуляция – баяу процесс. Бұл жоғары жиілікті тербелмелі. Бұл жоғарғы жиілікті тербелмелі жүйедегі өзгерістер процесі, онда ол өздерінің амплитудасы елерліктей өзгертуден бұрын, өте көп жоғары жиілікті тербелістер жасап үлгереді.
б) Модуляция мен детектирлеу қалай жүзеге асырылады.
Жиілігі жоғары тербелістерді амплитудалық модуляциялық өшпейтін тербелістер генераторына арнайы әсер ету арқылы жүзеге асырылады. Атап айтқанда, тербелмелі контурға көздің беретін кернеуін өзгерте отырып, модуляцияны жүзеге асыруға болады (22-парагрофты қара). Генератор контурындағы кернеу неғұрлым көп болса, контурға бір период ішінде энергия көзінен келетін энергия соғұрлым көп болады.
Бұл контурдағы тербелістердің амплитудасын үлкейтуге себебші болады. Кенеу кеміген кезде контурға берілетін энергия да кемиді. Сондықтан контурдағы тербелістер амплитудасы да кемиді.
Егер контурдағы кернеуді генератор өндіретін тербелістердің жиілігінен көп кіші жиілікпен өзгертетін болсақ, онда бұл тербелістердің амплитудасының өзгерістері шамамен кернеудің өзгерістеріне тура пропорционал болады. Амплитудалық модуляцияны жүзеге асыратын ең қарапайым құрылғыда тұрақты кернеу көзіне тізбектей, қосымша төменгі жиіліктегі айналмалы кернеу көзін қосады. Бұл кернеу көзі ретінде мысалы, трансформатордың екінші реттік орамасы (бірінші реттік орамасымен жиілігі дыбыс жиілігіндей ток ағатын болса) қызмет атқарады. Нәтижесінде тербелмелі амплитудасы транзистордағы кернеудің өзгерістерімен үйлесе өзгереді. Жоғары жиіліктегі сигналмен амплитудасы бойынша модуляцияланады дегеніміз осы.
Егер тербелмелі контурдан кернеуді оциллографқа берсе, онда модуляцияланған тербелістердің уақыттық қаймасын оциллографтың экранынан тікелей бақылауға болады.
Бағзы бір жағдайларда амплитудалық модуляциядан басқа жиілік модуляциясы қолданылады – мұнда тербеліс жиілігін басқарушы сигналға сәйкес өзгертеді. Мұның артықшылығы ол бөгеттерге қатысты көбірек орнықты болады.
Дитектірлеу. Жиілігі жоғары модуляцияға сигналды қабылдағыш тұтқанан соң, тіпті күшейтілгеннен кейін де ол сигналдың, телефон мембранасында не дыбыс зорайтқыш рупорында тікелей дыбыстікіндей киілікпе тербеліс туғызарлық қабілеті жоқ. Ол тек біздің құлағымыз сезбейтін жиіелігі жоғары тербелістерді ғана қоздыра алады. Сондықтан қабылдағышта әуелі киелігі жоғары модуляцияланған тербелістерден дыбыстікіндей жиілігі бар сигналды бөліп алу керек.
Детектирлеу бір жақта өткізгіштігі бар элементтен-детектордан тұратын құрылғы арқылы іске асырылады. Ондай элемент қызметін электрондық шам (вакумдық диод) немесе дартылай өткізгіштік диод атқара алады.
Жартылай өткізгіштік детекрордың жұмысын қарастырайық. Тізбікке осы прибор модуляцияланған тербелістер көзімен және жүктемемен тізбектей жалғанған делік. Берілген тізбекте ток көбінесе бір бағытпен ағады, өйткені тура бағыттағы диодтың кедергісі кері бағыттағыдан көп кіші. Жалпы алғанда, кері тоқты ескермей тастап, диод бір жақты өткізгіш деп есептеуімізге болады. Диодтың вольтемперлік сипаттамасын шамамен түзу сызықты екі кесіндіден тұратын сызық түрінде көрсетуге болады.
Сондықтан импульстар арасындағы интервалда ток жүктеме арқылы бәрібір әлгі жаққа қарай ағады. Әрібір жаңа импульс конденсаторы астыртын зарядтайды. Осының әрқайсысында жүктеме арқылы жиілілігі дыбыстікіндей ток ағады да, тербеліс пішіні хабарлаушы станциядағы диілігі төмен сигналдың пішінін дәлме-дәл дерліктей жыртып береді.
Күрделі сүзгілер кіші сызықша кішігірім жоғарғы жиілікті толықсуларды тегістеп жібереді де, жиілілігі дыбыстікіндей тербелістер жатығырақ болып өтеді.
Ең қарапайым радиоқабылдағыш. Ең қарапайым радиоқабылдағыш антеннамен байланысқан тербелмелі контурдан тұрады да, ол детектордан, конденсатордан және телефоннан тұратын тізбек контурына жалғанады.
Тербелмелі контурда модуляцияланған тербелістерді радиотолқын тербелістерді радиотолқын қоздырады. Телефондардың катушкалары жүктеме ролін атқарады. Олар арқылы дыбыс жиілігіндей жиілігі бар ток ағады. Жоғары жиіліктің аздаған толықсулары мембрананың тербелістеріне елеулі әсер етпейді де, құлаққа сезілмейді.
Тербелістердің амплитудасы немесе жиілігін модуляциялауға болады. Амплитудалық модуляциялауды жүзеге асыру жеңілірек түседі.
Дедектірлеу кезінде айнымалы ток түзеліп, жоғары жиілікті толықсулар сүзгіде тегістеледі.
Қорытынды.
Электромагниттік толқындардың қасиеті.
Осы кездегі радиотехникалық құрылғылар электромагниттік толқындардың қасиеттерін бақылайтын өте көрнекі тәжірибелер жүргізуге мүмкіндік береді. Сонда бәрінен де сонтиметрлік диапозондағы толқындарды пайдаланған ыңғайлы. Бұл толқындар аса жоғары жиілікті (АЖЖ) арнаулы генератор арқылы таратып шығарылады. Генератордың элекртлік тербелістеріне дыбыстікіндей жиілікпен модуляция жасайды. Қабылданған сигнал дедектирленген кейін дыбысзорайтқышқа беріледі.
Рупор антеннасы рупор осы бағытымен электромагниттік толқындар шығады. Осы рупор түріндегі қабылдағыш антеннаосі бойымен таралатын толқындарды тұтады.
Электромагниттік толқындардың жұтылуы. Рупорларды біріне-бірін қарсы орналастырып, дыбыс зорайтқышты дыбыс жақсы естілетіндей дағдайды келтіріледі де, рупорлардың арасына әртүрлі диэлектрик денелер қойыады. Осы кезде дыбыстың бәсеңдегені байқалады.
Электромагниттік толқындардың шағылуы. Егер диэлектриктіметалл пластинамен алмастырса, онда дыбыс естілмей қалады. Шағылу салдарынан толқындар қабылдағышқа жетпейді. Шағылу, механикалық толқындар жағдайындағыдай, түсу бұрышына тең бұрышпен байқалады. Осыған көз жеткізу үшін рупорларды үлкен қаңылтыр металмен бірдей бұрыштар жасайтындай етіп орналастырады. Егер қаңылтырды алып қойса немесе оны бұрса, дыбыс жоғалады.
Электромагниттік толқындардың сынуы. Электромагниттік толқындар диэлектрик шекарасында өз бағытын өзгертеді (сынады). Мұны фарафинмен жасалған үлкен үшбұрышты призманы пайдаланып көруге болады. Шағылуды тәжірибеде көрсетен сияқты руфорларды бір-бірімен бұрыш жасайтындай етіп орналастырады. Қаңылтырды призмамен байланыстырады Призманы алып қойып немесе оны бұрса, дыбыстың жоғалып кеткенін байқайды.
Электромагнит толқындардың көлденеңдігі. Электромагниттік толқындар көлденең толқындар болып табылады. Толқындық қозғалыстың ең басты ерекшеліктерін нағыз көрнекті түрде су бетіндегі толқындардын көруге болады. Толқындар дөнгелек жалдар түрінде ілгері жөңкіп бара жатқандай. Сонда жалдардың немесе өркештердің аралары бірдей дерлік болады. Дегенмен, егер суға жеңіл нәрсе, мысалы сіріңке қорабын, тастап жіберсек, ол толқынмен ілесіп алға кетпей, дәл бір орында тұрып, жоғары – төмен тербеле бастайды.