Технические средства радиовещания

Радио (от лат.radio – испускаю лучи, radius – луч) – первое техническое средство для беспроволочной связи появилось в результате многолетних научных и технических исследований ученых и инженеров многих стран мира: Англии, Америки, Франции, Швеции, Германии, Италии, Индии и России. М. Фарадей, Дж. Максвелл, А. Долбир, Т. Эдисон, Г. Герц, И. Томсон,
В. Крукс, Э. Бранли, Н. Тесла, Д. Боса, Г. Маркони, а также русские ученые – изобретатели Н. А. Умов, И.И. Боргман, О.Д. Хвольсон, А.С. Попов – вот далеко не полный список имен, внесших свой вклад в общий процесс развития фундаментальной науки и технических решений, связанных с осуществлением беспроволочного телеграфа.

Начало первым представлениям об электромагнитном поле, механизме его возникновения и распространения, а также первые искусственные устройства для возбуждения и регистрации этого поля дали эксперименты Фарадея (1831 г.). Он открыл явления электромагнитной индукции, ввел понятия магнитных кривых и выдвинул гипотезы о конечной скорости передачи в пространстве сил электрического и магнитного полей, которые имели фундаментальное значение для создания системы технических средств, предназначенных для передачи информации. Однако в этот период мысли о беспроволочной связи еще не возникали. Они стали появляться после публикации работ Дж. Максвелла, который, продолжая идеи Фарадея, создал теорию электромагнитного поля и предсказал существование электромагнитных волн.

С начала 80 - х годов XIX века появляются технические предложения по созданию устройств индукционного типа, с помощью которых в ближней зоне от источника колебаний можно было бы осуществить беспроводную связь. Одна из первых попыток такого рода была сделана американским ученым А. Долбиром (1882 г.). В его устройстве применялся прототип высокочастотного генератора – катушка Румкорфа, работающая от батареи постоянного тока через микрофон, и прототип антенны в виде длинного провода, вокруг которого создавалось поле индукции. При замене микрофона на телеграфный ключ дальность связи достигала 20 км.

Во второй половине 80 - х – середине 90 - х годов разрабатываются устройства беспроводной радиосвязи, т.е. связи на высоких частотах в дальней зоне.

Работы немецкого ученого Г. Герца – дальнейший шаг в развитии радиосвязи. В них он не только глубоко обосновал реальность теоретически открытых Максвеллом электромагнитных волн, но и создал оригинальные приборы – вибратор и резонатор. Вибратор – это был первый генератор высокочастотного электромагнитного поля, а резонатор – индикатор электромагнитных волн. Однако эти устройства невозможно было использовать в качестве технических средств передачи сигналов, в частности резонатор не мог выполнять функции радиоприемника. Однако приборы Герца были специально им созданы для проведения экспериментальных лабораторных исследований, так его в большей степени интересовали исследуемые физические явления.

Идею о применении электромагнитных волн для связи одним из первых высказал американский ученый И. Томсон в 1889 году, а в 1892 году английский физик В. Крукс уже дает развернутое описание способа беспроводной радиосвязи. Значительный вклад в область практического применения электромагнитных волн для связи внес Никола Тесла. Он создал резонанс - трансформатор и антенну, однако в этой цепи не было еще радиоприемника.

Таким образом, в начале 90 - х годов позапрошлого века отсутствие приемника сигналов было единственным недостающим звеном на пути
к изобретению радио.

Экспериментальные работы выдающегося французского ученого
Э. Бранли по изучению влияния электромагнитного поля на проводимость металлических порошков стали основой создания радиокондуктора, прототипа первого радиоприемника. Явление изменения сопротивления порошков было известно и ранее. В 1835 году швед Т. Мунк оф Розеншольд наблюдал проводимость оловянного порошка, помещенного вблизи разряжающейся лейденской банки. В 1866 году братья Варлей проводили подобные эксперименты с угольным порошком, в 1884 году итальянец П. Кальцекки - Онести исследовал изменение сопротивления различных металлических порошков под влиянием электромагнитного поля. Однако ни один из этих экспериментаторов не оценил перспективные возможности данного явления. Впервые это сделал Бранли. В 1890 году он показал, что слой металлических опилок обладает свойством резко менять свою проводимость под действием лабораторного прибора, названного им радиокондуктором, который позволял обнаруживать электромагнитные волны. Однако, по его собственным словам, он ограничивался чисто исследовательскими целями и не ставил перед собой задачи создания технического средства беспроволочной связи.

Вслед за Бранли в 1894 году английский физик О. Лодж опубликовал описание усовершенствованного им радиокондуктора – когерера, который сопровождался устройством для встряхивания. Прибор Лоджа мог быть использован для беспроволочной телеграфии, но его создание еще нельзя назвать изобретением радио. Когерер не обеспечивал достаточной надежности, повторяемости восстановления чувствительности, а встряхивание не было автоматическим после каждого сигнала.

Обе эти задачи были решены А.С. Поповым. В результате многочисленных экспериментов ему удалось усовершенствовать когерер, создать устройство автоматического встряхивания. Кроме того, он добавил контур релейного усиления сигнала и проволочную антенну, что в совокупности и сделало прибор пригодным для беспроволочной телеграфии. Прибор был продемонстрирован А.С. Поповым 25 апреля (7 мая) 1895 года на заседании Русского физико - химического общества. Он представлял собой систему радиосигнализации с генератором Герца, оснащенным антенной в виде двух металлических пластин, в конструктивном исполнении, исключающем влияние внутренней искры на работу когерера. Эту систему и следует признать изобретением устройства радиосигнализации – простейшей разновидности радиосвязи (радио).

Приборы, аналогичные в принципе приборам Попова, были созданы в Англии итальянским инженером Г. Маркони, получившим на них патент в июле 1897 года. Но патент Г. Маркони выдан в соответствии с английским законодательством, не требовавшим установления мировой новизны. В других странах – Франции, Германии, США, России – Г. Маркони было отказано в патентовании со ссылкой на приоритет А.С. Попова. Первое публичное сообщение о приборах Г. Маркони было сделано главным инженером службы английских правительственных телеграфов В.Г. Присом 4 июня 1897 году.
О более ранних опытах Г. Маркони нет ни документов, содержащих описание изобретения, ни публикаций. Тем не менее, бесспорны его большие заслуги в последующем увеличении дальности передачи сигналов, в освоении промышленного производства радиоаппаратуры и в ее совершенствовании.

С изобретением радио А.С. Попова заканчивается период научного и технического поиска, который продолжался почти 65 лет. С этого времени начинается процесс совершенствования первого действующего устройства связи без проводов, а также разработки принципиально новых устройств,
т. е. процесс развития радиотехники.

Развитие радиоэлектроники после изобретения радио можно разделить на три этапа: радиотелеграфный, радиотехнический и этап собственно
электроники.

В первый период (около 30 лет) развивалась радиотелеграфия, разрабатывались научные основы радиотехники. С целью упрощения устройства радиоприёмника и повышения его чувствительности в разных странах велись интенсивные исследования по разработке различных типов простых и надёжных обнаружителей высокочастотных колебаний - детекторов.

В 1904 году появилась первая двухэлектродная лампа (диод), которая до сих пор используется в качестве детектора высокочастотных колебаний и выпрямителя токов технической частоты, а в 1906 году – карборундовый детектор. Трёхэлектродная лампа (триод) была предложена в 1907 году. Первые радиолампы в России были изготовлены Н.Д. Папалекси в 1914 году
в Петербурге. В 1922 году в нижегородской лаборатории О.В. Лосев изобрел полупроводниковые приборы, которые могли генерировать и усиливать радиосигналы. Он создал безламповый приёмник – кристадин. Однако в те годы не были разработаны способы получения полупроводниковых материалов, и его изобретение не получило распространения.

Во второй период (около 20 лет) продолжало развиваться радиотелеграфирование. Одновременно широкое развитие и применение получили радиотелефонирование и радиовещание, которое стало возможно не только
в области длинных волн, но и средних, коротких, а затем и ультракоротких. Использование ультракоротких волн привело к усовершенствованию электронного оборудования.

И последний период (60 - 70 - е годы) составляет эпоху полупроводниковой техники и собственно электроники. В этот период продолжалось дальнейшее усовершенствование электровакуумных приборов. Большое внимание уделялось повышению их прочности, надёжности, долговечности. Продолжались работы в области создания полупроводников, разрабатывались способы получения монокристаллов полупроводников, методы их очистки
и введения примесей. Большой вклад в развитие физики полупроводников внесла советская школа академика А.Ф. Иоффе.

В области проектирования сложных электронных систем, насчитывающих десятки тысяч активных и пассивных компонентов, стоят задачи уменьшения габаритов, веса, потребляемой мощности и стоимости электронных устройств, улучшения их рабочих характеристик, обеспечение высокой надёжности работы. Эти задачи успешно решает микроэлектроника – направление электроники, охватывающее широкий комплекс проблем и методов, связанных с проектированием и изготовлением электронной аппаратуры в микроминиатюрном исполнении за счёт полного или частичного исключения дискретных компонентов.

В настоящее время наиболее эффективным и главным направлением микроэлектроники является интегральная микроэлектроника, основной тенденцией которой стала «интеграция» электронных схем, т.е. одновременное изготовление большого количества элементов и узлов электронных схем, неразрывно связанных между собой.