Нужно заметить, что коротковолновый диапазон не полностью отдан симфоническим оркестрам и спортивным комментаторам. Радиовещательным станциям на коротких волнах предоставлено лишь несколько сравнительно небольших участков, которые находятся в районе волн длиной 25, 31, 42, 49, 75 метров. Эти участки так и называются «Участок 25 метров», «Участок 41 метр» и так далее.
Радиовещательные диапазоны — острова и островки в огромном океане радиоволн. В промежутках между этими диапазонами так же, как и за их пределами, работает огромное количество радиостанций самого различного назначения — телевизионные передатчики, радиолокаторы, межконтинентальные линии радиотелефона и радиотелеграфа, телеметрические линии связи со спутниками, морские, речные, авиационные и космические системы навигации, любительские станции, службы связи скорой помощи, милиции, такси, радиорелейные линии, системы наведения зенитных ракет, «радиопилюли» для исследования желудка, аппаратура телеуправления промышленными объектами. Несколько десятков лет тому назад число радиостанций во всем мире можно было пересчитать по пальцам, и вопрос о том, на какой частоте работать той или иной станции, не имел серьезного значения. Сейчас потребности в свободных радиочастотах настолько велики, что их распределением и учетом занята специальная международная служба, а проблема «тесноты в эфире» стала одной из главных проблем современной радиотехники.
На первый взгляд может показаться, что никакой проблемы быть не должно, что с появлением какой-нибудь новой станции остальные могут потесниться, сблизить свои частоты и высвободить место в любом участке любого диапазона. В действительности это совсем не так. Каждой станции необходима для работы не одна частота, а целый комплект близких частот пли, как принято говорить, полоса частот. Ведь модулированный сигнал — это далеко не синусоидальное колебание и его, так же как мы это делали с другими подобными сигналами, можно представить как сумму синусоидальных составляющих.
И вот оказывается, что спектр модулированного сигнала содержит составляющие с частотами более высокой и более низкой, чем основная, как ее официально называют, несущая частота передатчика (рис. 29).
Рис. 29
Например, если несущая 200 кгц и мы модулируем ее синусоидальным низкочастотным сигналом с частотой 1 кгц, то передатчик будет дополнительно излучать радиоволны, соответствующие частотам 199 и 201 кгц. Одна из них называется нижней, а вторая верхней боковой частотой. Если вместо 1 кгц использовать для модуляции 3 кгц, то нижняя боковая окажется равной 197, а верхняя 203 кгц. Одним словом, чем выше модулирующая частота, тем дальше отстоят боковые частоты от несущей.
В реальном случае, при передаче речи или музыки, низкочастотный модулирующий сигнал содержит большое количество синусоидальных составляющих и для того, чтобы в месте приема можно было в точности воспроизвести передаваемый звук, канал связи должен пропустить все его составляющие от 20 гц и вплоть до 20 кгц. В этом случае передатчик займет полосу 40 кгц — верхняя граница будет на 20 кгц выше несущей, а нижняя на 20 кгц ниже. К сожалению, по ряду причин, в том числе из-за тесноты в эфире передавать такой широкий спектр частот оказывается невозможным — приходится идти на жертвы и резко ограничивать его. Так, в частности, для большинства радиостанций самая высокая из передаваемых низких частот — 5 кгц и при этом передатчик излучает полосу частот 10 кгц. Некоторой привилегией пользуются коротковолновые радиовещательные станции: каждой из них отводится полоса 16 кгц и таким образом можно передавать низкие частоты до 8 кгц.
Поскольку каждый передатчик излучает не одну частоту, а целую полосу, то уже не может быть речи о беспредельном сближении несущих частот. Для того, чтобы станции не налезали друг на друга, несущие соседних, то есть ближайших но частоте станций, должны отстоять одна от другой не менее, чем на 10 кгц. По существующему стандарту несущие частоты располагаются на «расстоянии» 10 кгц, причем даже в этом случае во избежание взаимных помех приходится применять сложную систему распределения частот, систему, которая строго учитывает мощности радиостанций, их радиус действия, район, в котором станция работает, ее расписание и условия распространения радиоволн.
Исходя из условия «10 кгц между несущими», можно подсчитать вместимость каждого радиовещательного диапазона. Так, например, в диапазоне ДВ могут одновременно работать, не мешая друг другу, 27 станций, СВ — больше ста, КВ — около тысячи и на УКВ — несколько тысяч станций. Если бы мы захотели расширить радиовещательный УКВ-диапазон, скажем, сделать его границами волны длиной в 10 м и 10 см, то в этом диапазоне можно было бы разместить около 300 000 обычных радиостанций.
Тут у вас, наверное, появился вопрос: а стоит ли вообще в подобной ситуации возиться с длинными, средними и даже с короткими волнами? Не лучше ли совсем забросить эти старые и тесные квартиры и все радиостанции перевести в просторный диапазон УКВ?
Как видите, с подобным переселением никто не торопится. Дело в том, что каждый из диапазонов имеет свои особенности, свои достоинства и специфические недостатки. Многие из этих особенностей связаны с условиями распространения радиоволн различной длины.
Когда-то мы отметили, что радиоволны, покинув передающую антенну, свободно перемещаются в пространстве и в итоге переносят какую-то часть энергии к антенне радиоприемника. Однако если внимательно проследить за процессом распространения радиоволн, то окажется, что перемещаются они не так-то уж свободно и, во всяком случае, встречают на своем пути множество разных, иногда непреодолимых препятствий.
Прежде всего зафиксируем такой очевидный факт — радиовещательный передатчик находится на Земле. На Земле находится также и подавляющее большинство радиослушателей. Это значит, что радиоволны могли бы проделать свой долгий путь над самой земной поверхностью. И они, конечно, легко проделали бы этот путь, если бы… если бы Земля не имела форму шара.
…Теплый летний вечер где-нибудь на черноморском побережье. Темнеет, в береговых поселках зажигаются огни, появляются огоньки и в море. Вот видно, как вышел из порта огромный залитый электрическим светом лайнер и, подмаргивая красными и зелеными глазками, направился в открытое море. Все дальше уходит от берега яркое световое пятно и вдруг резко исчезает из виду, как будто лайнер нырнул под воду. Все понятно — корабль скрылся за линией горизонта и его свет не доходит до берега. Не доходит потому, что Земля — шар, а световые лучи не искривляют своего пути, не хотят огибать кривизну земной поверхности.
Но всегда ли так прямолинейны световые лучи? Поставьте перед электрической лампочкой какой-нибудь небольшой предмет, скажем, иголку, и вы не обнаружите на стене никакой тени. Свет обошел препятствие, обогнул его. Это явление называется диффракцией. Нетрудно догадаться, что световые волны диффрагируют, огибают препятствие только в том случае, когда оно достаточно мало (в действительности в нашем примере происходят более сложные явления, однако диффракция световых лучей играет в них ведущую роль).
Но что значит маленькое препятствие? В сравнении с чем маленькое? Человек может легко перешагнуть через толстое бревно, а для муравья такое бревно кажется огромной горой. Кто знает, может быть, за штурм подобного препятствия в муравейнике можно получить звание муравья-альпиниста! Одним словом, понятия большой или маленький имеют смысл лишь тогда, когда известно, с чем можно сравнивать.
Когда мы говорим, что волны, в нашем примере световые, огибают небольшие препятствия, то сравниваем размеры этих препятствий с длиной волны. Точных соотношений мы разбирать не можем и ограничимся лишь самым общим замечанием — диффракция наблюдается, когда препятствие соизмеримо с длиной волны. В отношении радиоволн это выглядит примерно так — длинные волны сравнительно хорошо огибают земной шар, радиус кривизны которого около 6000 километров. Практически длинные волны при достаточной мощности передатчика могут легко пройти с одного конца Земли на другой. Еще каких-нибудь 40–50 лет тому назад линии радиосвязи между континентами работали только на длинных и сверхдлинных волнах.
