6-23. Частотные фильтры вместо замков
В § 1-14 (посвященном схемам) уже говорилось об электрических замках. Часто перед электриками ставится задача так оградить приемное устройство, чтобы на него мог воздействовать только какой-нибудь определенный электрический сигнал. Никакие другие сигналы не должны подходить к «электрическому замку» приемного устройства.
Для самолетов и ракет применяется дальнеуправление, и необходимо, чтобы они слушались только радиосигналов своего хозяина.
Никакие другие сигналы не должны мешать их управлению, не должны сбивать их с курса, заставлять выполнять ложные приказы.
Во время войны применялись взрываемые по радиоминные поля. И здесь необходим «электрический замок», чтобы чужой сигнал не мог дать ложную команду.
Комбинация частотных фильтров может служить секретным замком. Приемник самолета, ракеты или мины настраивается на одну определенную волну. На другую волну он не отзовется. Но одна ступень частотного фильтра, одна ступень частотной селекции, как говорят,— это еще не защита. Это как секретный замок с одним кольцом. Достаточно подобрать одну частоту, — и замок открыт.
На основную высокую частоту накладывается еще несколько модулирующих частот. В приемнике после первого частотного фильтра стоит усилитель и демодулятор, потом — снова фильтры на более низкие модулирующие частоты. И далее может быть еще одна или даже несколько ступеней усиления, демодуляции и фильтров.
Относительно простые конструкции фильтров для звуковых частот получаются с камертонами. Каждый камертон отзывается только на свою резонансную частоту, только на свою ноту. А какой участок на какие аккорды отзывается, известно только в штабе командования.
Пошлют на тройной модуляции, скажем, ноты «до» и «фа» в первой октаве — и взорвется один участок минного поля. Пошлют ноты «ля» в первой и «ре» во второй октавах — другие мины взлетят на воздух. Противник думает: ну, все кончено, что могло взорваться — уже взорвалось. Теперь можно быть спокойным. А тут какое-нибудь «си» и «соль» передадут по радио, и снова грохочут мины. Неприятная штука многократные минные поля. Сила оружия — в неожиданности его действия.
6-23а. Волновые и волноводные фильтры
П. Л. Чебышев (1821—1894 гг.).
Волноводные фильтры — объемные фильтры, используемые для выделения определенного участка из общего спектра частот, а также для выделения определенного типа волн.
Кроме того, цепочки полых резонаторов используются для создания полоснопропускающих фильтров.
Процесс отфильтрования нежелательных видов волн имеет много разновидностей. Например, эти волны можно отражать от установленной в волноводе проволочной сетки, направление проводников которой совпадает с направлением линий электрического поля паразитной волны. Если проволочная решетка, состоящая из ряда концентрических колец, установлена в круглом волноводе, то волна Н01 через нее свободно проходит, а волна Н01 отражается. Через решетку, выполненную из радиальных проводников, свободно проходит волна типа Н01 и отражается волна типа Е01.
В 1962 г. в американском Microwave Journal были отмечены заслуги Чебышева в создании в конце прошлого века математического аппарата, обладающего весьма большой общностью и пригодного для синтеза современных волноводных фильтров, используемых в настоящее время для радиолокации, связи, вычислительных устройств и в аппаратуре космической электроники.
При конструировании полоснопропускающих волноводных фильтров приходится выбирать вид связи между резонаторами, тип индуктивной диафрагмы, числю секций, обеспечивающее достижение заданных характеристик, способ настройки. Эта работа выбора значительно облегчается благодаря использованию полиномов Чебышева.
В ряду различных средств аппроксимации данной функции метод П. Л. Чебышева является для инженеров одним из наиболее интересных и важных.
Первоначально метод был введен П. Л. Чебышевым при создании им теории определенных механизмов.
Некоторое развитие Метод получил в трудах его ученика Е. И. Золотарева. Результаты Чебышева и Золотарева использовал Кауэр при разработке теории электрических фильтров. Наряду с применением, указанным Кауэром, было найдено много других применений идей Чебышева, которые дают возможность решить следующую задачу: среди всех полиномов n-й степени со старшим коэффициентом, равным единице, найти тот максимум модуля, который в интервале (—1, +1) имеет наименьшее значение.
Полиномы Чебышева — широкое обобщение, дающее новый оригинальный метод приближенного представления функций самого разнообразного вида.
После простейшей ортогональной системы функций — тригонометрической — наиболее простыми являются системы ортогональных многочленов. Из этой системы полиномы Чебышева первого ряда, т. е. разложение по косинусам кратных дуг, дают возможность во многих случаях достичь наилучшего равномерного приближения.
6-24. Долой фильтры
Существуют действительно склады, между которыми проложен один транспортер, и по этому одному транспортеру, передаются самые разнообразные сорта зерен.
Рис. 6-19. Принцип разделения каналов по времени.
На передающей стороне сигналы передатчиков 1 и 2 поступают в линию поочередно через коммутатор-распределитель Κ1.
Для каждого передатчика отводится некоторая часть времени, потребного на один оборот коммутатора. На приемной стороне линия связи включена на коммутатор-распределитель К2, который вращается синхронно с коммутатором Κ1 передающей стороны.
В момент прихода сигнала от передатчика 1 линия соединена с приемником 1. В момент прихода сигнала от передатчика 2 линия соединена с приемником 2. Устройство, показанное на рисунке, обеспечивает два канала связи. Связь каждого передатчика со своим приемником составляет канал. Но можно осуществить разделение по времени для значительно большего числа каналов.
Но никаких сит для разделения сортов при этом не применяют. Для разделения сортов их отличают один от другого не по собственным признакам, а по времени. Попросту говоря, разные сорта транспортируются не одновременно, а один после другого. Сначала передают по транспортеру, скажем, фасоль, затем ждут, пока транспортер очистится, потом посылают другой сорт зерен и т. д.
В электрической связи для осуществления нескольких передач по одной общей линии также применяется сложение и разделение каналов по времени. В многократных телеграфных аппаратах (например, аппараты Бодо) этот принцип применяется уже давно. Но для телефонии его стали применять значительно позже частотных фильтров. Несмотря на свою кажущуюся простоту, в этом способе имеются свои тонкости.
6-25. Твердое расписание
Предположим, что склады находятся один от другого на далеком расстоянии, и тот, кто отправляет зерна, не может просто крикнуть: «Эй, приятель, принимай гречу!»
Можно успешно вести передачу между двумя отдаленными складами, не имеющими другой связи между собой, кроме транспортера, если применить жесткий план-график: каждый сорт зерен транспортировать в свое время. Ровно в полночь с началом новых суток сыплется фасоль. Спустя час направляют в транспортер горох. Утром шлют гречу, вечером маковые зерна. Каждый час суток отведен на особый сорт зерен.
Отдельные посылки одного и того же сорта зерен отделены интервалом в 24 часа. От фасоли до фасоли или от мака и до мака проходят ровно сутки.
Это аналогично тому, чтобы несколько телефонных аппаратов по очереди приключались к одной проводной линии.
Но телефонную связь нельзя назвать удобной, если ею можно пользоваться только один час в сутки.
