...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь

О, эти удивительные ультракороткие волны! В конце XIX в. английский физик Д.У. Релей (1842–1919) математически доказал, что их можно передать… по полым металлическим трубам. В 1936 г. американскому ученому Саутсворту удалось передать волны длиной 9 см по трубе на расстояние 260 м. Не правда ли, такая линия передачи больше похожа на… водопровод, чем на электрическую линию?

Сейчас эти трубы — их называют волноводами — можно встретить повсюду, где нужно подвести к антенне ультракороткие волны или передать их от одного узла радиоаппаратуры к другому. Чем меньше длина волны, тем меньше и диаметр трубы. Часто эти грубы делают не круглого, а прямоугольного сечения. Внутренние стенки волноводов полируют до зеркального блеска, иначе часть энергии волны будет поглощаться в них. Если сделать в стенке такой трубы щель и припаять к ней в этом месте другую трубу, то часть волны побежит по второй трубе. Чтобы вывести волну из трубы, ее конец делают расширяющимся, в виде рупора.

Вы обращали внимание. как концентрируется луч света в электрическом фонарике?

Лампочка помещается в фокусе зеркального отражателя. Подобно этому рупор, излучающий электромагнитную волну, помещают в фокусе параболической антенны. Она, как рефлектор, собирает электромагнитные волны в узкий параллельный пучок лучей и направляет его на приемную антенну. Принимаемые волны, в свою очередь, "стягиваются" металлическим зеркалом приемной антенны на рупор и далее через рупор и волновод направляются к приемнику.

Итак, уже не трудно представить себе основные контуры радиолинии, работающей на УКВ. Передатчик — в основе его лежит специальный квантовый генератор, использующий внутреннюю энергию атомов или молекул, — вырабатывает СВЧ-колебания, которые по волноводу передаются в антенну. Посылаемый в эфир радиолуч достигает приемной антенны и по волноводному тракту добирается до приемника.

А не мало ли это — всего один луч между двумя пунктами? Ведь тот же коаксиальный кабель содержит несколько коаксиальных пар, и по каждой из них можно передавать цифровые потоки с огромными скоростями — сотни мегабит в секунду. Следует заметить, что "пропускная способность" у УКВ-луча во много раз больше, чем у коаксиальной пары. Скорость цифрового потока, как вы помните, зависит от частотного диапазона, в котором "работает" линия связи. А у радиолинии на УКВ он значительно шире, в результате эти волны могут перенести, как мощные "тяжеловозы", большее количество бит в одну секунду — свыше тысячи мегабит.

Что же касается увеличения числа лучей, то делают так: несколько передатчиков, генерирующих волны различных длин, заставляют работать на общую антенну. Антенна, таким образом, излучает одновременно несколько лучей с различными длинами волн. В приемной антенне каждая волна отфильтровывается и, не путаясь, точно в соответствии со своей длиной поступает в свой приемник. Говорят, что каждый такой луч образует ствол радиолинии. Обычно число стволов не превышает 4–5.

До сих пор речь шла о волнах, изменяющихся по синусоидальному закону. Такие волны, как и синусоидальный ток, не несут в себе никакой информации. О какой новой информации можно говорить, если она каждый период повторяется?

Электромагнитная волна — это лишь новый вид транспорта. Только более "скоростной", чем электрический ток, так же как самолет или ракета по сравнению с поездом. Как же пересадить биты на этот транспорт?

Представьте, что вы в такт с поступлением битов включаете и выключаете СВЧ-генератор передатчика. Пришла 1 — включили генератор, пришел 0 — выключили. При этом антенна то излучает электромагнитную волну, то нет. Таким образом, в эфир уходят один за другим импульсы электромагнитных колебаний. Такие действия над радиолучом называют амплитудной модуляцией (от латинского modulatio — изменение), так как изменяется амплитуда излучаемой волны. Ясно, что даже при очень низкой скорости передачи вы не будете успевать включать и выключать СВЧ-генератор вручную. Это делается автоматически, "по команде" самих битов, специальным устройством — модулятором.

К сожалению, амплитудная модуляция страдает серьезным недостатком. Если в радиолинии имеют место замирания, вследствие чего амплитуда волны резко уменьшается, то при этом бывает трудно распознать что передавалось в данный момент — 1 или 0. Чтобы избежать этого неприятного явления и нейтрализовать действие замираний, применяют другой прием. В передатчике используют два СВЧ-генератора: один из них генерирует колебания с частотой f₁, а другой — с частотой f₂. Если на вход модулятора поступает 1, то к антенне подключается первый генератор, если же поступает 0, то — второй генератор. В этом случае антенна вместо электромагнитного колебания с переменной амплитудой излучает два колебания разных частот. Такому радиосигналу замирания не страшны: даже при малой его амплитуде легко разобраться, какая частота излучается — f₁, или f₂. Этот вид модуляции получил название частотной, поскольку под воздействием цифр 1 или 0 изменяется частота излучаемой электромагнитной волны.