Через материки и океаны

Вы хотите переговорить по телефону, например из Минска, с человеком, который живет на Сахалине. Для этого прежде всего нужно позвонить на междугородную телефонную станцию и заказать разговор. Если в вашей квартире нет телефона, можно пойти на переговорный пункт и говорить оттуда. Вас не смущает расстояние между Минском и Сахалином. А ведь электрическому току придется проделать огромный путь по проводам воздушных линий, подземным кабелям, через многоводные сибирские реки и морской пролив, отделяющий Сахалин от материка, чтобы донести до вас желанный голос.

Такие автоматически действующие (необслуживаемые) усилительные пункты устанавливаются на кабельных магистралях. На поверхности земли виден только люк.

По мере своего движения по проводам энергия электрического тока уменьшается, или, как говорят, затухает. Значит, дальность передачи ограничивается? Почему яге по телефону, не напрягая голоса, можно разговаривать за тысячи километров? Подобно тому как автомобилю, совершающему дальний путь, приходится по дороге заправляться горючим, на линии тоже «добавляют» энергию электрических колебаний — лишь в этом случае они дойдут до нужной станции и их энергии будет достаточно, чтобы привести в действие мембрану телефона.

Немало ученых думало над тем, как увеличить дальность телефонирования. Предлагались различные способы. Но только с появлением электронной лампы в технике связи произошел настоящий переворот и появилась возможность телефонировать на любые расстояния. Десятки миллионов электронных ламп работают сейчас в различных областях техники. Миллионы их работают в аппаратуре связи.

Впервые телефонный усилитель на электронных лампах был создан русским ученым В. И. Коваленковым в 1915 г. Практически его применили только в 1922 г. на линии связи Москва, Кремль — Петроград, Смольный.

Вы говорите по телефону. Электрические колебания, возбуждаемые микрофоном, пройдут через городскую и междугородную телефонные станции и отправятся в далекий путь. На определенных промежутках своего пути они будут получать «подкрепление» в специальном пункте, оборудованном ламповыми усилителями (рис. 8). Современная усилительная аппаратура очень сложна: электронные лампы, трансформаторы, конденсаторы. Применяются здесь и полупроводниковые приборы.

На высокой частоте

Строительство линий связи — не простое дело. Оно требует огромных материальных затрат и труда. Для постройки 1 тыс. км двухпроводной воздушной линии связи требуется 470 вагонов различных материалов. Чтобы проложить 800 км подземного кабеля, необходимо перевезти 50 тыс. Т различных грузов и выполнить свыше 1 млн. м³ земляных работ. Можно себе представить, как вырастают эти объемы в масштабе всей нашей страны!

Не случайно поэтому именно советские ученые одними из первых разрешили задачу совмещения нескольких связей на одной линии.

Задумывались ли вы над тем, почему, слушая игру оркестра, мы различаем звучание отдельных инструментов? Да потому, что частота звуковых колебаний каждого инструмента различна. Весь оркестр создает сумму колебаний, в которой каждое колебание существует как бы независимо от других. Подобным свойством обладают и электрические колебания. Нетрудно настроить радиоприемник на нужную волну: электромагнитные волны, излучаемые различными радиостанциями, не смешиваются в эфире, их можно отделить.

Токи различных частот проходят по линии связи независимо друг от друга.

Если в линию связи включить несколько электрических генераторов, то вырабатываемые ими токи разных частот также не смешиваются. В конце линии можно включить специальные фильтры, состоящие из конденсаторов и катушек, выделить каждый ток и направить его в определенный приемник. Фильтр может, например, пропустить токи с частотами от 50 до 100, от 200 до 1000, от 5000 до 10 000 гц. Это важное свойство электрических колебаний и использовали ученые.

Если для телеграфирования применить переменный ток и использовать при этом токи высоких частот, можно по одной двухпроводной цепи осуществить большое число телефонно-телеграфных связей, уплотнить линию. Одна связь не будет мешать другой. Для увеличения дальности связи применяются усилители высокой частоты. А для уплотнения линий создана аппаратура, в которой электронная лампа работает как генератор, выпрямитель и усилитель.

Частота звуковых колебаний, создаваемых голосом человека, составляет 100-8500 гц. Однако для нормального телефонного разговора достаточно воспроизводить колебания от 300 до 2400 гц.

Для передачи радиопрограмм по проводам полоса частот должна включать частоты до 8ч-10 тыс. гц.

Принципиально важно передать по линии полосу частот. Конечно, если включить в линию несколько генераторов, создающих колебания одинаковых полос частот, то на другом конце никакими фильтрами их друг от друга не отделишь. Это равносильно тому, что пытаться говорить одновременно по двадцати телефонным аппаратам, включенным в одну линию. Передачу колебаний одинаковых частот по одной линии можно осуществить лишь при условии, что частота токов разная. С помощью тока высокой частоты как бы переносят электрические колебания звуковой частоты. Поэтому его и называют несущим током. Чтобы он стал переносчиком звуковых колебаний, на него надо «наложить» их, т. е. модулировать ток высокой частоты звуковыми колебаниями.

Пропустим через микрофон переменный ток от генератора. При разговоре перед микрофоном амплитуда переменного тока будет изменяться в соответствии с колебаниями мембраны, т. е. в соответствии с звуковыми колебаниями. В результате получатся колебания высокой частоты, которые способны проходить через определенный фильтр. Но они как бы несут на себе звуковые колебания.

Каждый ток, несущий звуковые колебания, можно выделить фильтром из общей массы передаваемых токов, а на приеме отделить колебания высокой частоты от звуковых. Эту работу выполняют демодуляторы — специальные устройства, применяемые в аппаратуре высокочастотного телефонирования.

Модуляция токов высокой частоты; внизу — частота, получаемая на телеграфе.

Теоретически по одной линии связи можно одновременно передавать сколько угодно телефонных разговоров, если применить нужное количество генераторов, вырабатывающих токи несущих частот, например 4000, 8000, 12 000, 16 000, 20 000 гц и т. д.

Несущую высокую частоту можно модулировать. Но частота телеграфных сигналов значительно меньше частоты звуковых колебаний. Поэтому в качестве несущих для них можно применить токи звуковых (тональных) частот. На этом принципе создана аппаратура тонального телеграфирования.

Современная аппаратура высокочастотного телефонирования позволяет по одной двухпроводной воздушной линии из цветного металла получить 16 одновременных телефонных переговоров. Взамен одного телефонного разговора получают 18 телеграфных связей или одну фототелеграфную, а вместо двух телефонных разговоров осуществляют передачу радиопрограмм. На кабельных линиях связи аппаратура уплотнения дает возможность получать до 60 одновременных телефонных разговоров. «Замена» телефонных связей на телеграфные остается прежней.

Многим знаком коаксиальный кабель: с его помощью соединяют антенну с телевизионным приемником. Возможности уплотнения подобных кабелей телефонными разговорами велики. По двум кабелям, каждый из которых толщиной не более пальца, можно осуществить 1800 и более телефонных разговоров, а также передавать телевизионные программы.

Современная аппаратура высокочастотного телефонирования очень похожа на радиоаппаратуру. Она обеспечивает передачу телефонных разговоров, телеграфирование, передачу программ телевидения и радиовещания. Гигантские кабельные магистрали пересекают нашу страну, сложные автоматически управляемые устройства обеспечивают высококачественную связь; сотни приборов бдительно следят за состоянием линий, чутко реагируют на малейшее изменение в качестве передач.