Кто вы?

Какое же надо превосходство мощности сигнала над мощностью помех? Оно зависит от ряда факторов: от способа передачи и приема, от скорости передачи, от уровня допустимых искажений — и лежит в пределах от 10 до 1000 раз.

Напомним, что мощность передатчика (или источника помех) есть энергия, излучаемая им за одну секунду. То, что волна любого типа по мере удаления от пославшего источника теряет свою силу, известно всем. Но не все отдают себе отчет, сколь быстро это происходит. Мощность волны падает катастрофически — пропорционально квадрату расстояния. А что это значит, знает, наверное, каждый: при увеличении расстояния в два раза мощность уменьшается лишь в четыре раза, но зато увеличение дальности в 100 раз уже дает уменьшение в 10 тысяч раз!

Легко доказать этот закон. Поместим в центре шара свечу. С увеличением его радиуса R освещенность любой внутренней площадки будет слабеть пропорционально квадрату радиуса. Ведь световая энергия свечи должна распределяться на всю сферу, а ее поверхность растет как R². То же происходит с мощностью радиоволны.

Это один из печальных законов мироздания, встающих на пути радиоконтакта. Остается утешаться тем, что площадь сферы пропорциональна R², а не R³.

Тут вспоминается диалог двух пассажиров, ударившихся при резком торможении вагона:

— Не мог уж Ньютон в своем законе сделать силу удара не mV²/2, а просто mV/2.

— Ты лучше благодари его за двойку в знаменателе, все-таки синяк в два раза меньше.

Максимальная мощность излучения передатчиков, реализованная на нашей планете в диапазоне радиоокна, достигла уже десятков мегаватт в импульсном режиме и десятков киловатт при непрерывном излучении.

Но эти мощности не позволяют просто перекричать помехи в космических радиолиниях. Значит, надо перехитрить помехи: принять все другие меры для повышения отношения сигнал/помеха в точке приема, а сам сигнал сделать грубым и малочувствительным к «укусам» помех.

«Любит — не любит»

Дальность связи можно резко повысить, если не распылять энергию, несущую информацию, по всей сфере, окружающей источник, а сконцентрировать ее в направлении на корреспондента. Эту благородную миссию выполняют так называемые направленные антенны.

Создание антенн с высокой направленностью является сложной и увлекательной математической и конструкторской задачей. Надо найти такую форму антенны, при которой разбегающиеся во все стороны волны собираются как бы в кулак и бросаются узким пучком на благодарного корреспондента. Для этого надо, чтобы фазы и больших лучей, и маленьких лучиков точно совпали в этом кулаке. Только тогда мощность будет сконцентрирована в пучке.

Я не раз терпел фиаско, пытаясь оторвать антеннщиков от любимой их «игры» с векторами лучей антенного поля и увлечь разработкой новых методов передачи информации. Боюсь, что даже жены ревнуют их к этим векторам.

Пример такого увлечения своим делом являет Григорий Захарович Айзенберг, один из главарей нашей антенной школы. Не случайно студенты валом валят на его лекции. Страсть и знания увлекают и зажигают их.

И не случайно характеристики направленности антенн они составили из… лепестков цветов. Их так и называют на самых серьезных дискуссиях и в учебниках — лепестки.

Но есть одно отличие от цветка. Среди лепестков венчика имеется один большой — главный. Он-то и увеличивает дальность связи. А меньшие, или боковые, — это издержки производства, результат того, что не удается все фазы лучей и лучиков точно согласовать.

По лепесткам диаграммы направленности с еще большим успехом можно гадать о любви. Ведь если повезет, можно попасть на гигантский лепесток!

Итак, чем уже главный лепесток (чем меньше угол α) и чем меньше площадь боковых, тем дальше будет мчаться наша информация.

Угол α зависит от отношения диаметра антенны к длине волны. Чем больше это отношение, тем уже главный лепесток. В сантиметровом диапазоне диаметры антенн достигли уже порядка 100 метров, что уменьшило ширину лепестка направленности до долей градуса. Последнее равносильно увеличению мощности передатчика в десятки тысяч раз (в направлении главного лепестка).

К сожалению, закон квадратичного ослабления мощности с увеличением расстояния, конечно, продолжает действовать и в случае направленной антенны. Ну, а если дальше увеличивать диаметр антенны, будет ли расти дальность связи?

Увеличивать можно, но… направленность может не возрастать. Почему? С увеличением размеров антенны надо повышать точность обработки поверхности «зеркала», как говорят специалисты, антенны. Если увеличивать диаметр, а точность не повышать, то фазы волн не совпадают, лучи не складываются согласно, мощность в точке приема не возрастает. Зеркало становится хоть и большим, но кривым.

Точность при уже достигнутых диаметрах антенн близка к пределу — это микроны. И предел этот ставят колебания температуры и влажности, вибрация, старение материалов.

Увеличение диаметра приемной антенны также увеличивает дальность связи. Чем больше антенна, тем большее число отдельных лучей она суммирует и тем больше будет мощность сигнала на входе приемника.