Владимир Поляков - Посвящение в радиоэлектронику
Теперь несколько слов о космической технике. Повышение качества радиопередач требует применения частотной модуляции или цифровых способов передачи. Но это возможно только на УКВ, которые не огибают сферическую поверхность Земли, и поэтому радиус действия УКВ передатчиков резко ограничен. А не поднять ли передатчик на искусственный спутник Земли? Тогда он осветит почти половину земного шара! Подобная задача уже вполне по плечу современной космической технике.
Излучение со спутника выгодно еще и тем, что сигнал к слушателю приходит сверху, становятся ненужными высокие антенны, резко уменьшаются зоны «затенения» сигнала высокими зданиями, холмами и другими неровностями рельефа. Конечно, и здесь много своих проблем. Выбор орбиты, например. Если использовать спутники на низких эллиптических орбитах, то для непрерывного вещания нужно несколько спутников. Один будет работать, пока другие за горизонтом. Очень привлекательно расположение спутника на геостационарной орбите, проходящей на высоте 36 000 км над поверхностью Земли. Период обращения такого спутника в точности равен земным суткам. Вращается Земля, и вращается спутник. В результате земному наблюдателю кажется, что спутник постоянно «висит» над одной и той же точкой поверхности. Правда, точка эта находится на экваторе. Поэтому геостационарный спутник виден низко над горизонтом в северных районах пашей страны, зато на нем можно установить большие направленные антенны и обслуживать радиовещанием только определенные участки поверхности Земли. По-видимому, проблема спутникового радиовещания будет решаться в ближайшие годы комплексно, вместе с развитием спутникового телевидения, о котором мы узнаем в следующих главах.
7. ТЕЛЕВИДЕНИЕ
Здесь речь пойдет о волшебном зеркальце, и волшебном барабане, диске с дырками, стеклянных трубках с магнитными полями и «космически» быстрыми частицами, об умножении этих частиц, о телебашнях, антеннах и частотной модуляции, о цветоразностных сигналах и цветоделелительных масках, светящихся кристаллах и разноцветных сигналах, а также о многом-многом другом, что встречается в телевидении.
Как передать изображение?Вообще-то, нет ничего проще — сходите в фотоателье, сфотографируйтесь и передайте свою фотокарточку кому хотите! Объект вашей благосклонности далеко? Пошлите по почте. Может случиться так, что не пройдет и года, как ваше фото окажется в нужных руках. Но только не подумайте, что я иронизирую над работой нашей почты. Ничего подобного! Просто есть места, куда пароходы ходят два-три летних месяца, самолеты летают месяца три-четыре в год, а все остальное время, когда океан покрыт льдом или штормит, а аэродром заметен снегом, связь осуществляется только по радио. Как же передать фото? Но зачем говорить об окраинах страны — вам надо передать, и очень срочно, чертежи на завод в соседнем городе. Как быть?
Изобретения появляются, как правило, тогда, когда в объекте изобретения возникает насущная необходимость. И фототелеграф был изобретен. Это еще не телевидение: по фототелеграфу передают только неподвижные изображения, например изображение газетных полос. Зато жители Камчатки читают центральные газеты одновременно с москвичами. Так как же все-таки передают изображение?
Любое изображение можно представить совокупностью точек элементов изображения. Всмотритесь повнимательнее в любую газетную фотографию, видите, что она состоит из мелких точек?
Вооружитесь лупой, и вы увидите точки совершенно отчетливо. Но что значит увидите? Анатомы давно установили, что глаз человека содержит оптическую систему: собирающую линзу-хрусталик и светочувствительную оболочку — сетчатку. На нее проецируется изображение предмета (заметим, что «вверх ногами», но это неважно — мозг воспринимает такое изображение ничуть не хуже). Сетчатка состоит из множества светочувствительных элементов — рецепторов, палочек и колбочек, названных так по их внешнему виду, наблюдаемому под микроскопом. Светочувствительность палочек очень велика: они дают возможность видеть в сумерках. Чувствительность колбочек ниже, но зато они позволяют различать цвета и обеспечивают большую четкость изображения. «Сигналы» рецепторов предварительно обрабатываются нервными клетками сетчатки и передаются «многоканальным» зрительным нервом в головной мозг, где и происходит окончательная «обработка» изображения — формирование образов, коррекция, узнавание и т. д.
Глаз представляет собой на удивление совершенный прибор. Помимо таких достоинств, как автоматическая наводка на резкость, автоматическая регулировка светочувствительности, он обладает отличной разрешающей способностью: около одной угловой минуты в центре поля зрения. Для получения столь высокого разрешения число колбочек в середине сетчатки достигает 180000 на квадратный миллиметр! Итак, в глазу отдельные элементы изображения возбуждают различные рецепторы и сведения об освещенности рецепторов передаются по параллельным каналам в мозг.
Устройство глаза.
Точно так же и в технике передачи изображений необходимо освещенность каждого элемента преобразовать в электрический сигнал, усилить и передать по линии связи, а затем снова преобразовать в свет. Именно так и действовала первая телевизионная система, которую изобрел Дж. Керри в 1875 году. Изображение проецировалось на мозаику селеновых фотоэлементов, каждый из которых соединялся проводником с лампой на приемном экране. Сопротивление селена уменьшается при освещении, и соответствующая лампа загорается ярче. В результате на приемном экране появляется мозаичное изображение передаваемого объекта. В системе Керри для достижения четкости современного телевидения требуется около полумиллиона проводов или каналов связи.
Техника пока не может пойти на такие затраты. Поэтому во всех последующих системах передачи изображения использована идея развертки. Фототелеграф передает информацию о каждом элементе изображения последовательно. С этой целью исходное изображение накладывают на барабан, вращающийся с определенной скоростью. Фотоэлемент, снимающий информацию о «степени черноты» элемента, медленно перемещается параллельно оси барабана. «Поле зрения» фотоэлемента очень мало: оно сфокусировано линзой по размеров элемента изображения и описывает на поверхности барабана винтовую линию, последовательно «осматривая» все элементы изображения. Сигнал фотоэлемента усиливается и передается к корреспонденту по проводам или по радио. У корреспондента имеется точно такой же барабан, на котором перо оставляет черный след. Приемный барабан вращается строго синхронно с передающим, а перо, так же как и фотоэлемент, медленно перемещается вдоль оси барабана.
Если в поле зрения фотоэлемента входит черный элемент изображения, перо оставляет след, если белый — перо отводится от приемного барабана, и бумага, закрепленная на его поверхности, остается белой. Так можно передавать чертежи и графики. Но как передавать полутона? Тем более что газеты печатают с клише, которые полутонов не терпят: либо клише оставит след типографской краски, либо — нет. Поступают просто: в зависимости от «черноты» элемента изображения изменяют продолжительность касания пера к бумаге.
Из рисунка видно, как выглядит почти черный тон изображения, переданного но фототелеграфу. Сигнал поступает с небольшими перерывами, и перо чертит почти сплошной след. При передаче серого тона длина штрихов сравнима с длиной пробелов. При передаче светлого тона сигнал поступает в виде коротких импульса и перо оставляет короткие штрихи. Рядом показаны соответствующие телеграфные сигналы.
Система с параллельной передачей элементов изображения.
Фототелеграф.
Не будем далее останавливаться на технике фототелеграфа, отметим главное: чтобы передать изображение, надо его «развернуть», «разложить» на элементы. Чем мельче элементы, тем четче воспроизводится изображение. Давайте снимем с фототелеграфной аппарата лист с изображением и положим его на стол, на плоскость.
Это переданный «кадр». На нем видны «строки» — следы поля зрения фотоэлемента в передатчике и пера в приемнике. Штриховыми линиями показан «обратный ход». В фототелеграфном аппарате его нет, поскольку изображение свернуто в цилиндр. А если мы xoтим передавать плоское изображение, обратный ход обязательно будет. Итак, первый принцип, лежащий в основе телевидения, — принцип развертки — нам ясен. Обратимся теперь ко второму принципу и назовем его условно «принципом кино».
Фототелеграфные сигналы.
