Генрих Кардашев - Радиоэлектроника-с компьютером и паяльником

Рис. 29. Антенны:

а — ромбическая (l — сторона ромба; Ф — фидер, соединяющий антенну с передатчиком или приемником: R — резистор); б — типа «волновой канал» (1 — кабель питания; 2 — рефлектор; 3 — директоры; 4 — активные вибраторы). Стрелкой показано направление максимальной интенсивности излучения/приема

Для усиления принимаемого сигнала используются многоэлементные антенны (рис. 29, б).

В электрических («проволочных») антеннах (Г-образных, Т-образных, штыревых и т. п.) принимаемый сигнал формируется электрической составляющей электромагнитного поля, а в магнитных — магнитной компонентой.

Магнитная антенна (рис. 30) представляет собой высокочастотный ферритовый стержень (цилиндрический или плоский), на котором располагаются катушки: приемные и связи. Для ДВ и СВ диапазонов ферритовая антенна, реагирующая на магнитную составляющую, перпендикулярную электрической, располагается горизонтально.

Рис. 30. Магнитные антенны:

а — внешний вид; б — УГО

В портативных радиоприемниках магнитная антенна закрепляется обычно под верхней крышкой (т. е. в нормальном положении в горизонтальной плоскости). В связи с направленностью магнитной антенны для увеличения чувствительности приемник (или в ламповых приемниках антенну) вращают вокруг вертикальной оси, добиваясь эффективного приема. Для приема в КВ и УКВ диапазонах используют настраиваемую по длине и углу наклона телескопическую штыревую антенну.

С уменьшением длины волны растет направленность излучения и приема волн, и радиосистемы становятся похожими на оптические. В антенно-фидерных устройствах используют волноводы, делители мощности и другие специальные компоненты. Антенны деци- и сантиметровых волн снабжают рефлекторами: параболическими или сферическими («тарелки»), в фокусе которых помещают приемный или передающий элемент. Применяют также разнообразные рупоры (рис. 31) и специальные линзовые системы.

Рис. 31. Рупорная антенна:

1 — рупор; 2 — питающий радиоволновод. (Направление максимального излучения показано стрелкой)

В заключение этого раздела отметим, что наиболее короткие приемные дипольные антенны созданы сейчас на основе нанотрубок, и их размеры соизмеримы с длинами электромагнитных волн светового диапазона (сотни нанометров). Однако пока не создан соответствующий детектор, а то бы после столетия развития радио мы (по спирали) вернулись бы к детекторному приемнику, но крайне малых размеров и работающему за границами радиодиапазонов.

1.4. Вспомогательные компоненты

Провода и кабели

Если взяться за один конец оголенного провода и за другой конец оголенного провода, то поймешь, почему горит электрическая лампочка.

Провода и кабели, используемые радиолюбителями в своей практике, условно можно разделить по назначению на пять групп: силовые, монтажные, обмоточные, высокого сопротивления и информационные. Силовые кабели, провода и шнуры используются для обеспечения питания устройств. Поэтому требования к ним исходят из условий передачи необходимой мощности электроэнергии при соблюдении электро- и пожаробезопасности.

В качестве изоляции проводов используют резину, полиэтилен, поливинилхлорид и т. п. материалы. Кабель или шнур содержит несколько токопроводящих жил, изолированных друг от друга и заключенных в общую защитную оболочку.

Токонесущие жилы выполняют в основном из меди и алюминия. Сечение жил измеряют в мм2 и называют «квадратом». Для ориентировки укажем, что при однофазной нагрузке в 1 кВт в бытовой электросети напряжением 220 В ток в отдельном проводе составляет примерно 5 А. Допустимый же длительный ток в отдельном проводе кабеля с медными жилами сечением жил от 1,5 до 6 квадрат соответственно составляет от 23 до 50 А.

Монтажные провода различают по виду жил: с однопроволочной жилой диаметром 0,3…1,8 мм и гибкие провода сечением 0,05…2,5 мм, скрученные из проволок диаметром 0,07…0,3 мм.

Отдельные провода для удобства пайки при монтаже аппаратуры покрывают оловом или оловянным сплавом («луженые» провода).

Изоляция проводов бывает волокнистой (шелк — МШЛ, МГШЛ), эмалево-волокнистой и пластмассовой.

Медные обмоточные провода, используемые в катушках, дросселях, трансформаторах и двигателях, имеют диаметр 0,02…5,2 мм и изоляцию из лакостойкой эмали (ПЭЛ), винефлексированное покрытие (ПЭВ), шелковые и хлопчатобумажные покрытия. Термостойкость проводов составляет в зависимости от вида покрытия 100…200°, но рекомендуется не доводить температуру обмоток выше 80°. Для намоток высокочастотных контурных катушек используют провод, называемый литцендратом. В нем скручено от 7 до 119 отдельных изолированных жил диаметром от 0,07 до 1,22 мм.

Провода с высоким сопротивлением используют для изготовления эталонов сопротивлений, шунтов и добавочных сопротивлений, реостатов и балластных сопротивлений, а также нагревательных приборов. Эти провода изготавливают из сплавов с высоким удельным сопротивлением (манганин, константан, нихром и др.).

Провода могут быть как изолированными, так и не иметь ее («голый провод»).

Информационные шнуры и кабели используются для передачи сигналов. Например, телефонный двухжильный кабель или рассмотренный выше высокочастотный коаксиальный телевизионный антенный кабель.

Для защиты от помех в структурированных кабельных системах (СКС) компьютерных сетей и интерфейсных проводах помимо экранов используют так называемые витые пары из медных изолированных проводов. Один из этих проводов соединяется с «сигнальной землей». (Здесь уместно вспомнить, что на заре электрификации бытовую электропроводку также выполняли скрученным из двух проводов шнуром и, отнюдь, не для борьбы с помехами или «чтобы синус легче бегал по этим изогнутым проводам», как шутили школьники, а для удобства монтажа в помещениях на опорных фарфоровых изоляторах — «роликах».)

В отдельный кабель, как правило, заключают несколько витых пар, имеющих цветовую маркировку (рис. 32, а).

Рис. 32. Кабели СКС:

а — витая пара; б — кабель ВОЛС

Часто в подобных кабелях используют два дополнительных экрана: из фольги и медной оплетки — «кашу маслом не испортишь».

В компьютерной технике межблочные соединения выполняют специальным плоским ленточным кабелем с количеством проводников от 9 до 64.

HI-FI изыски привели аудиогурманов к созданию так называемых «акустических кабелей», состоящих из специально обработанных медных жил, особой чистоты и структуры вытяжки, и даже позолоченных для уменьшения потерь на скин-эффект.

Особую группу составляют волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). Идея передачи света по специальным каналам просматривается в известном опыте 1870 г. английского физика Дж. Тиндаля, продемонстрировавшего полное внутреннее отражение в параболической струе воды. В середине прошлого века Брайеном О Бриеном, работавшим в американской оптической компании, и Нариндером Капани с коллегами в Имперском научно-технологическом колледже в Лондоне были разработаны волокна для передачи изображения. В 1956 г. Капани ввел термин «волоконная оптика».

После изобретения лазеров ВОЛС начали развиваться очень активно во всем мире.

В ВОЛС сигналы в виде световых импульсов передаются по кабелям, составленным из световодов — тонких цилиндрических волокон сверхчистого кварцевого стекла. Световод имеет две области: сердцевину диаметром 62,5 мкм и оболочку диаметром 125 мкм.

Показатель преломления оболочки выполняют меньшим, по сравнению с показателем преломления сердцевины. В результате большая часть лучей света, попавших от оптоэлектронного источника на торец световода претерпевает на поверхности раздела сердцевина — оболочка полное внутреннее отражение и с очень малыми потерями распространяется вдоль него.

Существуют световоды и с более сложной внутренней структурой. В качестве передаваемого сигнала обычно используется электромагнитное оптическое излучение ближнего инфракрасного диапазона, соответствующее частотам 1014…1015 Гц. Оптический кабель может иметь несущие стальные проволоки и ряд защитных оболочек, а также дополнительно медную витую пару. Количество отдельных волокон может составлять от 4 до 72 (рис. 32, б). Стандартные длины кабелей составляют до 5 км, хотя существуют и трансокеанские ВОЛС в 50 км. Сварка оптических кабелей производится на специальных аппаратах и значительно сложнее пайки или сварки медных проводов.