Как было получено изображение обратной стороны Луны

Передача телевизионного изображения обычно начинается с левого верхнего угла кадра, и преобразование изображения в электрические сигналы происходит слева направо, одного элемента за другим по всему горизонтальному ряду элементов до правого края изображения объекта (рис. 9,а). При этом световое пятно проходит первую строку так называемой развертки. Затем такому же преобразованию подвергается второй ряд элементов: развертываются вторая строка передаваемого изображения, третья и последующие тесно примыкающие друг к другу строки. Передача изображения Луны с борта автоматической межпланетной станции в зависимости от расстояния последней до Земли про-взводилась с различными числами строк разложения. Максимальное число строк доходило до 1 000. Преобразованием в электрические сигналы световой энергии от всех элементов последнего горизонтального ряда передаваемого изображения заканчивается передача одного полного телевизионного кадра, после чего процесс преобразования может быть повторен в том же порядке.

Рис. 7. Блок-схема телевизионного передатчика с бегущим световым пятном.1— проекционная электронно-лучевая трубка; 2 — фокусирующе-отклоняющая система; 3 — объектив; 4 — кинолента; 5 — кадровое окно, 6 — подающая кассета;7 — принимающая кассета; 8 — конденсор; 9 — фотоэлектронный умножитель; 10 — генератор гасящих и синхронизирующих импульсов; 11 — генератор развертки; 12 — источник электрической энергии; 13— источник высокого напряжения трубки; 14 — источник высокого напряжения фотоэлектронного умножителя; 15— усилитель сигналов изображения; 16 — смеситель; 17 —модулируемый генератор колебаний высокой частоты; 18 — передающая антенна.

Для воспроизведения изображения необходимо, чтобы преобразование электрического сигнала на приемной стороне происходило в той же последовательности в какой осуществлялось разложение, т. е. синхронно и синфазно с ним.

Рис. 8. Блок-схема аппаратуры пункта приема сигналов изображения.1 — приемная антенна; 2 —радиоприемник; 3 — усилитель сигналов изображения; 4 — генератор синхронизирующих импульсов; 5 — генератор развертывающих колебаний; 6 — воспроизводящая электронно-лучевая трубка; 7 — фокусирующе-отклоняющая система; 8 и 9 — устройства записи электрических сигналов, 10 — источник электрической энергии; 11 — источник высокого напряжения электронно-лучевой трубки.

Разложение изображения на элементы отдельных строк может быть осуществлено и другими способами. Здесь описывалась развертка изображения бегущим световым пятном. В качестве средства развертки в ней была применена используемая в телевидении проекционная электронно-лучевая трубка. Трубка эта являлась источником световой энергии. Экран ее прочерчивался в определенной последовательности электронным пучком, создавая соответствующую перемещению пучка последовательность световых вспышек. С помощью объектива перемещающееся световое пятно с экрана трубки проецируется на фотопленку с негативным изображением обратной стороны Луны; при этом в каждый отдельный момент времени просвечивается только один элемент негатива. Пропущенный фотопленкой свет попадает затем на катод фотоэлектронного умножителя, и на выходе последнего возникает электрический сигнал. При скольжении светового пятна по поверхности пленки в соответствии с изменением плотности ее изменяется и величина светового потока, а следовательно, и сигнал изображения. Таким образом, в данном случае используется телевизионная система мгновенного действия, в которой световой поток с каждого элемента объекта используется только в течение короткого интервала времени: пока световое пятно совпадает с данным элементом изображения, на фотокатод фотоэлектронного умножителя в каждый момент воздействует световой поток только от одного элемента изображения.

Рис. 9. Образование растра на экране трубки электронным лучом, перемещающимся под воздействием горизонтального (х) и вертикального (V) отклоняющих электрических полей.

Устройство электронно-лучевой трубки с электростатическим отклонением и принцип электронной развертки поясняет рис. 10. Электронно-лучевая трубка состоит из следующих основных элементов: электронного прожектора, фокусирующей системы, отклоняющей системы и люминесцирующего экрана. Все электроды трубки заключены в стеклянный баллон, из которого выкачан воздух, с тем чтобы атомы газа не мешали движению электронного пучка. В зависимости от способа фокусировки и отклонения электронного пучка различают несколько типов электронно-лучевых трубок.

Рис. 10. Устройство электронно-лучевой трубки с электростатическим управлением.1 — нить накала; 2 — катод; 3— управляющий электрод; 4 — первый анод; 5 — электропроводящее покрытие; 6 — второй анод; 7 — пластины горизонтального отклонения; 8 — пластины вертикального отклонения; 9 — стеклянная колба трубки; 10 — слой люминесцирующего вещества (экран трубки).

Электронный прожектор трубки состоит из нескольких электродов, служащих для создания фокусировки и изменения интенсивности электронного пучка. Прожектор устанавливается соосно с горловиной колбы трубки и содержит подогревный катод, управляющий электрод и два коаксиальных цилиндра, называемых первым и вторым, анодами. Катод представляет собой никелевый цилиндр с плоским или слегка вогнутым дном. Углубление в центральной части катода заполняется стойким оксидом — хорошим источником электронов. Катод подогревается вольфрамовой нитью, покрытой изолирующим жароупорным материалом.

За катодом размещается управляющий электрод, представляющий собой полый цилиндр с отверстием, расположенным против центра катода. Управляющему электроду сообщается отрицательный (до нескольких десятков вольт) потенциал относительно катода. Изменение величины этого напряжения изменяет интенсивность тока луча и соответственно яркость свечения экрана.

Первый анод выполняется в виде полого цилиндра с плоским дном, имеющим отверстие, обращенное к катоду. Назначением этого электрода является создание вблизи катода электрического поля большой напряженности, необходимого для формирования электронного пучка. Внутри анода помещено несколько перегородок с отверстиями — диафрагм, которые задерживают электроны, траектории которых отклонены от оси.

Второй анод соединяется с внутренним проводящим покрытием баллона трубки и имеет потенциал, в 3—10 раз более высокий, чем потенциал первого анода. Потенциал второго анода определяет скорость электронов, бомбардирующих экран. Между первым и вторым анодами образуется главное фокусирующее поле, стягивающее электроны в узкий пучок.

Экран трубки состоит из тонкого слоя люминофора, нанесенного на внутреннюю поверхность передней стенки колбы. Быстро движущиеся электроны бомбардируют люминофор и отдают ему при этом свою энергию. Последняя частично выделяется в виде тепла, а частично возбуждает атомы кристаллического люминофора, что проявляется в виде излучения электромагнитных колебаний различных частот, включая видимую область спектра. Состав люминофора и способ его нанесения определяют цвет, яркость свечения и способность люминофора сохранять свечение после прекращения облучения электронным пучком. Время, в течение которого сохраняется свечение, называется временем послесвечения.

Электронная развертка с электростатическим отклонением осуществляется с помощью двух пар взаимноперпендикулярных металлических пластин. Между пластинами при подаче на каждую пару их напряжения создаются электрические поля, направленные перпендикулярно оси трубки. Силы взаимодействия между этими полями и движущимися по направлению к экрану электронами отклоняют электроны от оси, причем отклонение пропорционально напряженности электрического поля. Напряженность поля между пластинами меняется при изменении отклоняющих напряжений по определенному закону. Для создания прямоугольного растра, т. е. воспроизведения всех горизонтальных строк на экране трубки, к отклоняющим пластинам необходимо подавать напряжения пилообразной формы (см. рис. 9,б и в). Частота колебаний, обеспечивающих смещение электронного пучка по вертикали, должна соответствовать частоте смены кадров, а частота напряжения, подаваемого на горизонтальные пластины, должна быть во столько раз больше частоты смены кадров, на сколько строк разлагается изображение. Движение пучка слева направо под воздействием горизонтального отклоняющего поля называется прямым ходом строчной развертки. Быстрое же возвращение его в начальное положение называется обратным ходом. Аналогично медленное движение электронного пучка сверху вниз под действием поля между вертикально отклоняющей парой пластин называется прямым ходом вертикальной развертки, а быстрое его возвращение вверх — обратным ходом.

Время возвращения пучка в исходное положение должно быть минимальным. Чтобы пучок не прочерчивал на экране линий, мешающих наблюдениям, трубка во время обратного хода обычно запирается специальными гасящими импульсами. Время обратного хода пучка по кадру и строке и используется для посылки так называемых синхронизирующих сигналов. Последние служат для установления жесткой связи между движениями пучков передающей и приемной трубок, т. е. в случае автоматической межпланетной станции — между проекционной трубкой аппаратуры космической станции и трубками на наземных наблюдательных пунктах.

Генераторы развертки космической станции были собраны на полупроводниковых приборах с использованием малогабаритных, совершенных по своим электрическим свойствам конденсаторов, трансформаторов, сопротивлений и других элементов.

Осуществить развертку изображения на пленке световым пятном можно и другим способом. На экране электронно-лучевой трубки нужно в этом случае перемещать электронный пучок лишь в горизонтальном направлении, а развертку в вертикальном направлении осуществлять за счет одновременной непрерывной протяжки пленки в продольном направлении.

Как уже говорилось, фокусировка и отклонение электронного пучка могут быть осуществлены и магнитными полями. Трубки с магнитной фокусировкой и магнитным отклонением пучка обеспечивают большую четкость изображения, чем электростатические трубки, особенно при больших размерах экранов. Трубки с магнитной фокусировкой и магнитным отклонением пучка при равных размерах экранов имеют меньшую длину по сравнению с электростатическими. Однако отклонение пучка достигается в электростатических трубках более простыми средствами. Размеры, вес и потребляемая энергия устройств, осуществляющих электромагнитное управление электронным пучком, оказываются большими, чем у аналогичных электростатических трубок.

В системах с бегущим световым пятном обычно используют электронно-лучевые трубки с повышенной яркостью свечения экрана. Повышение яркости свечения достигается в них за счет применения люминофоров с повышенной светоотдачей, увеличения ускоряющего напряжения (напряжения второго анода в данном случае), которое может достигать нескольких десятков тысяч вольт, и увеличения количества электронов в пучке.

Итак, использование электронно-лучевой трубки позволяет в определенной последовательности просвечивать небольшие участки пленки, на которой зафиксировано изображение Луны. Световой поток, пропущенный этими участками пленки, попадает на фотоэлектронный умножитель, в котором осуществляется многократное усиление фототока.

Принцип действия фотоэлектронного умножителя рассмотрим на примере многокаскадного фотоэлектронного умножителя, схематическое изображение электродов которого приведено на рис. 11. В приборе имеется несколько электродов, на поверхность которых нанесен активирующий слой цезия. Первый из электродов является фотокатодом, а последний — анодом. Фотокатод здесь по форме подобен промежуточным электродам — эмиттерам. Он может быть выполнен также в виде полупрозрачного покрытия на внутренней поверхности той или иной части колбы умножителя. Перед фотокатодом на пути светового пучка помещена редкая проволочная сетка, препятствующая слишком сильному рассеянию электрического поля вблизи фотокатода. Число эмиттеров, располагаемых между фотокатодом и анодом, у разных приборов различно (до 16). Эмиттеры подключены к потенциометру так, что величина потенциала их увеличивается на одинаковую величину при увеличении порядкового номера электрода, начиная с фотокатода. Под действием светового потока с поверхности фотокатода испускаются электроны. Эти электроны ускоряются электрическим полем, бомбардируют первый эмиттер и выбивают с поверхности его электроны, причем количество вторичных (выбитых) электронов должно быть больше числа первичных электронов. Такой эффект достигается благодаря определенному выбору материала и соответствующей обработке поверхности эмиттеров. Применяемые в настоящее время эмиттеры испускают пять и более электронов на один первичный электрон. Иными словами, коэффициент вторичной электронной эмиссии поверхности эмиттера равен 5 и более.

Рис. 11. Электродная система фотоэлектронного умножителя. ФК — фотокатод; Э₁—Э₇ — эмиттеры; А — анод; С — световой пучок; П — проволочная сетка.

Вторичные электроны, вылетевшие из первого эмиттера, попадают на второй эмиттер, находящийся под большим потенциалом относительно катода, и выбивают из него еще большее число вторичных электронов. Таким образом, электронный поток на пути от фотокатода к аноду непрерывно возрастает и в цепи анода появляется ток, значительно превосходящий фототок катода. Практически удается получить усиления фототока внутри прибора до 1 млн. раз, а в приборах усложненной конструкции усиление достигает 1 млрд. раз. Усиление К фотоэлектронного умножителя будет зависеть от величины коэффициента вторичной электронной эмиссии б и количества эмиттеров п следующим образом:

Для того чтобы действительный коэффициент усиления приближался по своей величине к расчетному, определяемому по этой формуле, необходимо, чтобы все вторичные электроны попадали с каждого предыдущего эмиттера на последующий, а не пролетали мимо. Если часть электронов минует один или несколько эмиттеров, не «умножаясь» на них, то общий коэффициент усиления снижается. Для того, чтобы вторичные электроны не пролетали мимо соседних эмиттеров, им придана специальная ковшеобразная форма. Такая форма эмиттеров была найдена после тщательных исследований.

Последний эмиттер отличается по форме от остальных и выполнен так, чтобы анод можно было поместить достаточно близко от его поверхности. При этом пространственный заряд, который может образоваться скапливающимися электронами, рассасывается, чем обеспечивается линейность усиления. Анод в описываемом здесь фотоумножителе представляет собой рамку с натянутыми на ней проволочными нитями.

По такой схеме построена умножающая часть многих фотоэлектронных умножителей, выпускаемых нашей промышленностью.

Существует несколько типов фотоэлектронных множителей, в которых электронные потоки с одного эмиттера на другой направляются несколько иначе. В одном случае для направления электронных потоков используется специальный, общий для всех эмиттеров электрод — сетка. В другом случае эмиттеры умножителя устроены так, что первичные электроны бомбардируют их с одной стороны, а вторичные электроны выходят с противоположной стороны; такие эмиттеры располагаются один за другим.

В третьем случае фокусировка электронов осуществляется взаимодействием магнитного и электрического полей и движущихся электронов.

Сигналы на нагрузочном сопротивлении фотоэлектронного умножителя ничтожны по своей величине, и потому они подводятся к усилителю, а после усиления и смешения с синхронизирующими и гасящими импульсами, создаваемыми в схеме синхрогенератора, поступают в радиопередатчик. В передатчике высокочастотные сигналы модулируются сигналами изображения. Процесс модуляции, как известно, заключается в том, что в соответствии с изменениями величины и частоты сигнала изображения происходит изменение одного из параметров колебаний высокой частоты (амплитуды, фазы или частоты). Применяются и другие виды модуляции. Так, например, в радиофототелеграфии сигналы изображений часто передают методами амплитудной и частотной модуляций вспомогательной несущей частоты. Полученным частотно-модулированным сигналом модулируют затем амплитуду колебаний высокой несущей частоты радиопередатчика.

Последние виды модуляции хороши тем, что прием сигналов оказывается мало зависящим от постоянства условий распространения электромагнитных колебаний и положения передающих антенн по отношению к приемным антеннам. В приемном устройстве модулированные по частоте колебания после соответствующего усиления подаются на вход ограничителя, где амплитуды сигнала выравниваются и тем самым ослабляется влияние условий распространения и других помех на качество воспроизведения изображения. С выхода ограничителя сигналы подаются на помехозащитные устройства, а затем на частотный детектор, На выходе детектора получают сигналы изображения, которые усиливаются и подаются к устройствам записи сигналов изображения или к воспроизводящим устройствам. Применение этих методов передачи неподвижного изображения оказывается возможным при узкой полосе частот. При широкой полосе передаваемых частот чаще используют амплитудную модуляцию несущей частоты. При этом, однако, передача получается наименее защищенной от различных помех. Амплитудная модуляция используется преимущественно для передачи сигналов движущегося изображения в телевизионном вещании.

Передача сигналов с борта космической станции на Землю

Важнейшей проблемой, возникшей при фотографировании изображения Луны, явилась проблема передачи радиосигналов на большие расстояния. Как известно, дальность действия систем радиосвязи зависит от излучаемой мощности радиопередатчика, направленности антенн, чувствительности приемных устройств, потерь при излучении и приеме и т. д. Создавая межпланетную автоматическую станцию, советские специалисты должны были решить сложные задачи конструирования бортовой и наземной аппаратуры. Конструкторы и ученые стремились к тому, чтобы бортовая аппаратура космической станции имела минимальный объем, небольшой вес и потребляла немного электрической энергии. Большое внимание было уделено надежности работы бортовых радиотехнических устройств.

Рассмотрим теперь подробнее, как осуществляется передача сигнала с космической станции. Для этого представим себе передающую антенну космической лаборатории в виде точечного излучателя (рис. 12), излучающего энергию равномерно во всех направлениях. На расстоянии R от точки излучения вся излучаемая в пространство энергия будет проходить через поверхность воображаемой сферы, имеющей радиус R. Приемная антенна на Земле способна уловить энергию электромагнитных колебаний, пронизывающих лишь ограниченную площадь, которую мы обозначим S_пр.

Отношение энергии Р_пр, принятой на Земле, ко всей энергии Р_К, излучаемой бортовым радиопередатчиком, можно определить из выражения

т. е. эта энергия будет равна отношению площади приемной антенны к площади сферы, описанной радиусом, равным расстоянию между точками приема и передачи.

Рис. 12. К расчету излучаемой передатчиком межпланетной станции энергии, достигающей наземной приемной антенны.

Величина S_ПР зависит от геометрической конфигурации приемной антенны. Допустим, что S_ПР = 1 м2. Тогда при максимальном удалении радиопередатчика автоматической межпланетной станции от Земли, равном 470 000 км (с этого расстояния именно и производилась передача) получим:

Полученный результат говорит, что при наибольшем удалении от Земли каждый ватт мощности, излучаемой радиопередатчиком автоматической межпланетной станции, соответствует на земной поверхности потоку энергии, примерно в три раза меньшему одной миллиардной от одной миллиардной доли ватта на каждый квадратный метр земной поверхности. В произведенном подсчете не учтены потери энергии на поглощение в ионизированных слоях атмосферы и на отражение от Земли и верхних участков атмосферы. Таким образом, действительная доля принимаемой энергии будет даже меньше расчетной. Очевидно, что уверенный прием таких слабых сигналов осуществлять очень трудно.

Что же можно предпринять для увеличения энергии принимаемых радиосигналов?

Для этой цели можно было бы использовать антенны направленного действия. Направленным действием, как известно, называют способность антенны излучать энергию в нужном направлении (если речь идет о передающей антенне) или принимать сигналы с нужного направления (если речь идет о приемной антенне). Из этого следует, что желательно было бы передающие антенны автоматической межпланетной станции сконструировать так, чтобы по возможности можно было облучать только ту площадь Земли, на которой установлены приемные антенны, и не излучать энергии в других направлениях.

Однако добиться направленного действия антенны космической лаборатории трудно из-за вращения станции вместе с установленными на ней антеннами, т. е. вследствие изменения ориентации антенны по отношению к земным наблюдательным пунктам. Для того, чтобы связь со станцией не прекращалась при ее вращении, антенны станции излучают радиосигналы равномерно во всех направлениях, так что мощность излучения, приходящаяся на единицу поверхности, будет одинаковой для всех точек воображаемой сферы, в центре которой находится передатчик станции.

Ввиду того что в наземную приемную антенну попадает лишь часть излучаемой энергии, которая определяется отношением эффективной площади приемной антенны к поверхности воображаемой сферы с радиусом, равным расстоянию от космической станции до при-емкого пункта, то вполне естественным является стремление использовать большие приемные антенны, обладающие большим коэффициентом направленного действия.

В теории приемных антенн доказывается, что наибольшая полезная мощность, которую способна отдать приемная антенна на вход приемника, выражается формулой

где S — плотность потока электромагнитной энергии, вт/м2;

λ — длина волны, м;

G_M — наибольший коэффициент усиления антенны, под которым понимают число, показывающее, во сколько раз большая, мощность поступает на вход приемного устройства при приеме на антенну данного типа по сравнению с мощностью, которую можно получить, применяя в качестве приемной антенны простой полуволновый вибратор.

Величина коэффициента усиления G_м связана с коэффициентом направленности антенны D следующим соотношением:

где η_Α — к. п. д. антенны.

Допустим, что коэффициент направленного действия приемной антенны составляет 60, а к. п. д. — 0,9; тогда максимальная энергия принятого сигнала на входе приемного устройства для S = 0,364·10-18 вт/м2 и λ = 15 м будет равна:

Что же мешает приему таких сигналов? Казалось бы, что может быть проще: если надо получить на выходе приемного устройства определенный уровень сигнала, то нужно лишь увеличить число усилительных каскадов и проблема будет решена. Однако решение этой проблемы затрудняется не малой величиной принимаемого сигнала, а наличием помех радиоприему. Действительно, каким бы малым ни был входной сигнал, его можно усилить в любое число раз, но вместе с полезным сигналом усиливаются и паразитные сигналы. А если мощность шумов превышает мощность полезного сигнала, то каков смысл их совместного усиления?

Существует множество природных источников электромагнитных колебаний. Любая электрическая искра — это уже очаг возникновения электромагнитных волн. Непрерывно создаются радиопомехи атмосферными электрическими разрядами. Мешают радиоприему всевозможные промышленные установки и приборы, порождающие электромагнитные колебания. Такими установками являются высокочастотные промышленные устройства, электромедицинское оборудование, электротранспорт, автомобили, электросварочное оборудование и др. К внешним источникам шумов относят также непостоянство напряжений источников питания, механические вибрации и т. д. Кроме того, Земля облучается электромагнитными колебаниями космического происхождения. Все эти мешающие радиоизлучения по своей физической природе такие же, как и радиосигналы, — вот почему так трудно преградить им путь в радиоприемник.

Правда, в диапазоне волн, используемых на третьей космической ракете, внешние помехи действуют слабо. Но в этом радиодиапазоне, как и в любом другом, имеется еще один источник помех, не упоминавшийся нами ранее. Этим источником является само радио-приемное устройство. Появление помех в радиоприемнике объясняется так называемыми электрическими флуктуациями в его различных деталях и узлах (сопротивлениях, конденсаторах, катушках, радиолампах). Флуктуации приводят к тому, что на концах сопротивлений и в контурах приемника из-за беспорядочного движения свободных электронов непрерывно возникают меняющиеся электрические напряжения, даже тогда, когда на входе приемника нет никаких сигналов. При этом величина напряжения флуктуаций пропорциональна величине активной составляющей сопротивления цепи. Обычно для оценки величины флуктуационного напряжения пользуются его так называемым среднеквадратичным значением. Если величина активного сопротивления участка цепи не зависит от частоты, то спектр флуктуационного напряжения оказывается практически равномерным вплоть до ультравысоких частот. Для подсчета напряжения шума принимают во внимание лишь те частотные составляющие флуктуационного напряжения, которые лежат в пределах полосы пропускания устройства.

Мешающие напряжения порождаются и радиолампами. Ламповые шумы вызываются отклонениями величин анодного и сеточного токов от средних значений при неизменных напряжениях питания. Основная причина колебаний анодного и сеточного токов заключается в том, что ток эмиссии не остается постоянным вследствие непрерывного статистического изменения числа электронов, вылетающих из катода. Это явление носит название дробового эффекта.

Для удобства расчетов обычно считают, что анодный ток идеально постоянен и что флуктуации анодного тока вызваны некоторым переменным напряжением, приложенным между сеткой и катодом лампы. Считается, что это напряжение создается флуктуациями зарядов в некотором эквивалентном по шуму сопротивлении. Величина этого шумового сопротивления определяется параметрами и режимом работы лампы; оно возрастает при увеличении количества сеток.

Флуктуации величины сеточного напряжения лампы вследствие непостоянства сеточного тока пропорциональны корню квадратному из величины сеточного тока. Отсюда следует, что если необходимо уменьшить уровень шумов, то лампу желательно использовать при возможно меньших сеточных токах.

Особенно вредны шумы, возникающие в первом каскаде радиоприемника (во входном контуре и первой лампе).

Хотя общее напряжение шумов незначительно по величине и составляет лишь ничтожные доли вольта, оно оказывается соизмеримым с уровнем сигнала автоматической межпланетной станции и может даже превзойти во много раз уровень полезного сигнала. При этом надо учитывать и то, что в самом сигнале изображения передающего телевизионного устройства имеются помехи, обусловленные различными элементами аппаратуры, в том числе флуктуациями тока луча проекционной трубки, флуктуациями фототока, тока вторичной эмиссии в фотоэлектронном умножителе и т. д.

Если величина помех на входе первого усилительного каскада, вызываемых различными причинами, превышает уровень принимаемого сигнала, прием этого сигнала будет затруднен или вообще невозможен, так как в последующих каскадах приемника шумы будут усиливаться в огромное число раз. Таким образом, предельная чувствительность приемника ограничена помехами, т. е. уровнем помех определяется наименьший уровень сигнала, который может быть принят данным радиоприемным устройством. В телевидении считается, что для получения хорошего качества телевизионного изображения амплитуда полезного сигнала должна превосходить эффективное значение шумового напряжения не менее чем в несколько десятков раз.

Принимая различные меры, можно уменьшить уровень помех, вызываемых внешними причинами. Шумы же, возникающие в передающем и приемном устройствах из-за электрических флуктуаций, неизбежны. Их удается ослабить, но совсем устранить невозможно, так как мы не в состоянии остановить тепловое движение молекул.

Рассмотрим теперь понятие мощности шумов. Любое активное сопротивление, являясь источником шумов, при подключении его ко внешней цепи может выделить в этой цепи шумовую мощность, наибольшее значение которой выражается формулой

Р_макс = KTF,

где К — постоянная Больцмана;

Т — абсолютная температура сопротивления (в градусах Кельвина);

F — полоса частот передаваемого сигнала, гц.

Равенство мощности сигнала и мощности суммарного шума, вносимого приемником и антенной, будет на выходе приемника в том случае, если на вход его подается мощность сигнала, равная

P_c.n=N_эKTF.

В этом выражении коэффициент шума N_э показывает, во сколько раз реальный радиоприемник при работе его на реальную антенну ухудшает отношение сигнал/шум по мощности по сравнению с идеальным приемником, который не добавляет шумов к шумам антенны. Таким образом, в данном случае коэффициентом шума Ν_э учитываются как шумы самого приемного устройства, так и шумы приемной антенны, обусловленные воздействием внешних, преимущественно космических шумов.

Полосу частот, необходимую для передачи изображения, можно определить, представляя изображение в виде конечного числа единичных (дискретных) элементов. Связь числа элементов изображения с полосой частот выражается формулой

где п — число элементов изображения;

Т — время передачи полного изображения (например, кадра).

Разберем такой пример. Допустим, что все изображение разбивается на отдельные квадратные элементы со сторонами, равными высоте одной строки. Допустим далее, что изображение Луны разлагается на 1 000 строк, а отношение ширины изображения к его высоте составляет 1:1. Тогда число элементов в каждой строке будет равно 1000, а в полном изображении — 1 0002 = = 1000000. Если каждое изображение передавать 25 раз в секунду, как это делается в телевидении, то общее число электрических сигналов, посылаемых в секунду по телевизионному каналу, будет равно числу элементов в одном кадре, умноженному на число кадров, т. е. 25*106, а полоса частоты, на пропускание которой этот канал должен быть рассчитан, оказывается равной примерно 12,5 Мгц.

Полагая Ν_э = 5, Т = 290°К и F = 12,5*106 гц, определим минимально необходимую мощность сигнала, соответствующую равенству сигнала и шумов:

Р_{с. п} =5· 1,38·10-23·290·12,5·106 = 2,5·10-13 вт.

Для получения хорошего качества телевизионного изображения необходимо, чтобы мощность сигнала в десятки раз превышала мощность шумов. Допустим, что мощность сигнала должна превышать мощность шумов в 60 раз. В этом случае мощность принятого сигнала должна быть равна

Р_{с. р} =2,5·10-13·60 =1,5·10-11 вт.