Методика наблюдений
О. Ржига, А. Шаховской
АНТЕННЫ
| Д |
ля приема сигналов со спутника в качестве антенн можно применять полуволновые диполи, а также петлевые вибраторы, широко распространенные в телевидении. Для получения нужной диаграммы направленности антенны подвешиваются на высоте четверти длины волны, при этом поверхность земли или металлической крыши играет роль рефлектора и наилучшие приемные свойства антенны получаются в направлении зенита в плоскости, перпендикулярной антенне. От такой антенны не требуется большой широкополосности, важной для телевизионных антенн, поэтому допустимо изготовлять диполи не только из металлических трубок, но и из антенного канатика или мягкого провода, подвешенного на двух изолированных растяжках. Фидер от антенны к приемнику может быть выполнен из обычного осветительного шнура, однако при большой длине фидер желательно делать из высокочастотного кабеля, согласованного с антенной (с помощью U-колена) и входным сопротивлением приемника.
 Рис. 1 |
Простая антенна может быть изготовлена из телевизионного кабеля марки КАТВ300 по чертежу, приведенному на рис. 1. Размеры на этом рисунке даны для антенны на длину волны 7,5 м. Для 15метрового диапазона длина антенны и высота ее подвеса должны быть удвоены. Такая антенна имеет волновое сопротивление 300 ом — то же, что и фидер из кабеля КАТВ300, и поэтому не нуждается в специальном согласующем устройстве.
Антенну устанавливают снаружи зданий, ориентируя ее лучи по компасу в направлении север—юг.
Для ведения наблюдений приемник включают заранее, чтобы установилась частота гетеродинов, после чего производят поиск сигналов.
Признаком появлении спутника может служит прерывающийся тон с периодом от 0,2 до 1,5 сек. Уровень сигнала будет постепенно нарастать, достигнет некоторого максимума н затем начнет убывать, пока не потеряется на фоне шумов. Продолжительность одного сеанса наблюдений в зависимости от чувствительности приемного устройства ориентировочно составит от 5 до 10—15 мин. Важно по выверенным часам отметить начало приема, момент, когда сигнал достигает наибольшей громкости, и когда он перестает быть слышимым.
Из-за особенностей распространения радиоволн в ионосфере сигнал может появиться резким скачком и так же внезапно исчезнуть; во время приема могут наблюдаться периодические замирания. Следует попытаться на слух определить частоту и характер замираний, а также скорость манипуляции передатчика.
О запуске спутника будет сообщено в печати и по радио; тогда же станет известным ориентировочное время, когда следует ожидать появления спутника над данным районом.
Особую ценность наблюдения приобретут в том случае, когда сигналы будут записаны на магнитную ленту. Если на магнитной ленте будет отмечено точное время записи, то она будет представлять важный документ н позволит более точно определить момент прохождения спутника иад данным пунктом.
Запись сигналов спутника на магнитную ленту может производиться на любых промышленных и любительских магнитофонах и магнитофонных приставках.
Момент прохождения спутника над данным пунктом (или вблизи данного пункта) может быть определен по изменению силы принимаемого сигнала. Известно, что в случае примой видимости сила принимаемого сигнала меняется обратно пропорционально расстоянию между приемной и передающей антеннами. Поэтому наибольшей силой сигнал будет обладать в тот момент, когда спутник окажется на кратчайшем расстоянии от приемного пункта. Однако при всей своей простоте этот метод не позволяет вследствие замираний
 Рас. 2 |
Для этого зажим «Связь» калибратора слабо связывают с антенным входом приемника. Такой способ приема исключает влияние гетеродинов приемника, так как биения образуются в результате взаимодействий колебаний стабильных по частоте источников. При этом, конечно, и сигнал и колебание эталонной частоты должны находиться в полосе пропускания приемника. Из всей суммы частот избирательной системой приемника будут выделены сигнал и гармоника калибратора близкая по частоте к сигналу.
Предположим, что точное значение частоты передатчика равно 40 002 кгц, тогда при использовании калибратора КК6 близкой к сигналу будет 32-я гармоника, частота которой равна 40000 кгц. Уровень этой гармоники на выходе калибратора очень мал, однако она усиливается наравне с сигналом настолько, что уровень колебаний после детектирования оказывается достаточным для записи на магнитофон.
Перед началом сеанса приемник настраивают с помощью кварцевого калибратора на частоту 40 Мгц.
С этой целью включается местный гетеродин и частота его устанавливается приблизительно на 2 кгц ниже1 промежуточной (поэтому желательно заранее проградунровать, хотя бы ориентировочно, ручку подстройки местного гетеродина). Затем ручкой основной настройки приемника добиваются нулевых биений в головных телефонах. После этого можно считать, что приемник предварительно настроен на нужную частоту и местный гетеродин следует выключить. При появлении сигналов спутника немедленно включают магнитофон.
1 Если частота первого гетеродина выбрана ниже частоты сигнала, то следует поступить наоборот.
 Рис. 3 |
Как будет изменяться частота биений во времени, можно уяснить из рис. 3, где по горизонтальной оси отложено время приема, а по вертикали — изменение частоты из-за эффекта Допплера. Предположим, а это действительно имеет место, что частота передатчика f0 = 40002 кгц. В начале сеанса наблюдения, когда спутник находится еще на большом расстоянии от приемника, частота сигнала вследствие эффекта Допплера будет равна 40 003 кгц, а частота тона составит приблизительно 3 кгц. По мере приближения спутника к приемнику частота тона будет понижаться и при полете спутника над местом приема составит 40 002 кгц — 40 000 = 2 кгц. В дальнейшем частота сигнала становится ниже, чем f0, и частота звукового сигнала продолжает понижаться до 1 кгц. Из-за ухода частоты передатчика и кварцевого калибратора абсолютное значение разностной частоты может оказаться иным, но характер изменения частоты (вследствие эффекта Допплера) останется тем же.
Момент прохождения спутника вблизи пункта приема устанавливается по произведенной магнитной записи, исходя из того, что обе ветви характеристики (рис. 3) расположены симметрично относительно точки f0 (время пролета над приемным пунктом). Частоту f0 можно найти как среднее арифметическое из частот fмакс и f мин, которые соответствуют движению спутника вблизи горизонта:
Частоты fмакс и f мин можно определить при воспроизведении магнитной записи методом нулевых биений. Для этого собирается смеситель, схема которого приведена на рис. 4. Регулируя частоту звукового генератора при проигрывании начала записи, можно установить по нулевым биениям значение частоты fмакс, а проделывая ту же операцию в конце ленты, получить f мин. Теперь следует установить на шкале звукового генератора подсчитанное по формуле значение f0 и вернуться к середине записи. Проигрывая магнитную ленту вторично по нулевым биениям, определяют место фонограммы, соответствующее моменту прохождения спутника над приемным пунктом. Чтобы точнее засечь указанный момент, эту операцию можно произвести несколько раз.
Для того, чтобы определить время этого прохождения, на магнитной ленте должны быть записаны метки времени. Возможно, эти метки будут передаваться через радиостанцию центрального вещания и тогда, приняв на обычный вещательный приемник, их можно будет записать вместе с сигналом, поступающим на вход магнитофона. Если же такие метки не будут передаваться, то в конце передачи, сразу по прекращении слышимости сигнала спутника, не останавливая магнитофон, нужно голосом указать время, например: «Столько-то часов, минут и секунд» и «Раз» — в тот момент, когда секундная стрелка остановится на указанной цифре. Часы обязательно предварительно должны быть проверены по сигналам точного времени.
Определение момента прохождения спутника по эффекту Допплера наиболее целесообразно производить на частоте 40 Мгц, на которой это явление выражено более ярко, чем на частоте 20 Мгц.
Задачей ионосферных наблюдений является измерение уровня принимаемых сигналов во время полета спутника. Измерение уровни сигналов может производиться на выходе приемника посредством измерителя выхода ИВ4 или другим купроксным или ламповым вольтметром (ТТ-1, ВКС-7 и др.). Для этого эксперимента больше подходит сигнал с частотой 20 Мгц, который сильнее подвержен влиянию ионосферы.
Несколько усложняя эксперимент, можно выяснить характер изменений уровня сигналов обоих передатчиков и установить некоторые закономерности влияния ионосферы на распространение радиоволн различной длины. В этом эксперименте используются два приемника. В течение сеанса наблюдения показания обоих индикаторов выхода регистрируются одновременно через равные интервалы времени (например, через 10 сек.) Таким образом, возможно проверить предположение, что период наблюдения для сигнала на частоте 20 Мгц вследствие более сильного отражении этих радиоволн от ионосферы короче, чем для сигналов на частоте 40 Мгц.
Магнитная запись может быть применена также и при ионосферных наблюдениях. Блок-схема установки, предназначенной для одновременной записи сигналов на частоте 20 и 40 Мгц, изображена на рис. 5.
 Рис. 4 |
Как видно из рисунка, сигналы от двух антенн поступают на входы соответствующих приемников, каждый из которых настраивается на частоту одного из передатчиков спутника. Низкочастотные сигналы с выхода каждого из приемников попадают через развязывающее сопротивления R на вход магнитофона. Вследствие того что оба передатчика спутника излучают поочередно, взаимное искажение сигналов не должно иметь места.
При последующем воспроизведении магнитной записи на магнитофоне, выход которого подключен к осциллографу (рис. 6) будет наблюдаться непрерывная картина смены сигналов. Однако вследствие некоторой инерции зрительного восприятия и быстрого чередования сигналов оба сигнала будут казаться наложенными друг на друга приблизительно так, как это изображено на рис. 6. Амплитуды каждого из сигналов UКВ и UУКВ могут быть непосредственно измерены на экране осциллографа (важно только, чтобы ВЧ сигнал не оказался на скате частотной характеристики приемника). Изменение во времени соотношения между UКВ и UУКВ отражает изменение условий распространения волн, вызываемое влиянием ионосферы.
 Рис. 5 |  Рис. 6 |
В этом эксперименте для исключения взаимного влияния KB и УКВ антенны устанавливаются в стороне друг от друга (не ближе 5—10 м) и ориентируются по меридиану.
В. Дубровин
Метод, позволяющий по равносигнальной зоне определить момент прохождения спутника через меридиональную плоскость1, был проверен в полевых условиях.
1 См. статью «Пеленгационная приставка к УКВ приемнику» (журнал «Радио» № 7 за 1957 год).
 Рис. 1 |
В палатке разместились УКВ приемник, осциллограф (ЭО-7), а также магнитофон (МАГ-8). Антенны были расставлены на ровном месте, в стороне от строений, иа расстоянии 20— 25 м от палатки (рис. 1). Сама пеленгационная приставка находилась около антенн и была установлена на штативе.
Перед работой приемник и пеленгационная приставка прогревались в течение часа, а затем проверялась настройка и балансировка каналов приставки (рис. 2). Дли этого смодулированный сигнал от генератора СГ-1 подавался через аттенюатор прибора и развязывающие сопротивления R (ВС-0,25 = 47 ом) на входные цепи приставки. Включался местный гетеродин, и приемник настраивался по кварцевому калибратору КК6 на частоту 40 Мгц; при выключенном калибраторе на ту же частоту подстраивался генератор СГ-1. После поочередной настройки всех контуров приставки сигнал был подан сразу на оба входа приставки и вращением ручки переменного сопротивления R3 было получено равенство усилений по обоим входам приставки. Момент равенства сигналов легко определить по осциллограмме. Чтобы не вносить дополнительных погрешностей, при балансировке, были подобраны одинаковыми (с точностью ±1%) сопротивления.
Передатчик, имитирующий сигналы спутника, был установлен на самолете, который летал в районе расположения наблюдательного пункта. На рис. 3 изображены фотографии осциллограмм низкочастотных колебаний, возникающих на выходе приемника при включенном местном гетеродине. Когда самолет находился на значительном расстоянии от места приема, наблюдалась сильная разница в уровнях сигнала обеих антенн (а). По мере приближения самолета эта разница становилась менее заметной (б), а в момент прохождения равносигнальной зоны совершенно исчезала (в). В дальнейшем уровни сигналов в антеннах менялись местами и начинали расходиться.
Оптимальное расстояние между антеннами равно половине длины волны.
Полная ошибка в определении момента прохождения спутником меридиана складывается из ошибок, возникающих из-за неточной балансировки усиления по обоим входам приставки, неточности установки антенн, неровности почвы и ошибки, вызванной неточностью определения момента равенства сигналов.
 Рис. 4 |
Последняя ошибка, которая составляла 5— 10°, может быть уменьшена, если параллельно с приемом вести запись сигналов на магнитофон (с указанием времени записи), а затем по записи определять момент пролета несколько раз и брать среднее значение.
 Рис. 2 |
 Рис. 3 |
Значительное повышение точности определения момента прохождения радиосигнальной зоны (в 2— 2,5 раза) может быть достигнуто применением вместо полуволнового вибратора более сложных антенн. Такая многоэлементная антенна, состоящая из петлевого вибратора и двух директоров (?), изображена на рис. 4. Для согласовании антенны с несимметричным кабелем (75 ом], применяется U-колено, аналогичное согласующему устройству, использовавшемуся с одиночным полуволновым вибратором (журнал «Радио» № 7 за 1957 год).
Одновременно с пеленгационной приставкой испытывался УКВ приемник, описанный в журнале «Радио» № 7 за 1957 год. В процессе работы с приемником выявилась необходимость несколько расширить диапазон его настроек. Для этого конденсатор С42 был удален, а конденсаторы С39 и C41 нижними (по схеме) пластинами соединены с шасси. Параллельно этим конденсаторам был подключен конденсатор С40; емкость С41 была уменьшена до 36 пф. Во избежание влияния рук оператора ротор конденсатора С40 необходимо заземлить непосредственно на панели ВЧ блока в точке общего заземления деталей, относящихся к лампе гетеродина.
Для записи сигналов на магнитофон к приемнику должен быть изготовлен выходной трансформатор: первичная обмотка 6500 витков провода ПЭЛ-1 0,08 (включается в анодную цепь правого триода Л6 вместо сопротивления R22), вторичная обмотка, рассчитанная на 600-омный вход магнитофона («Линия»), должна содержать 1460 витков провода ПЭЛ-1 0,2. Сердечник из стали Ш16, толщина пакета 22 мм, собран встык.
Трансформатор устанавливается сверху шасси. Конденсатор С38 удаляют и вторичную обмотку трансформатора выводят непосредственно на гнезда «Телефон»,