Реферат: История возникновения радио и радиолокации
Ижевский Государственный Технический Университет
Кафедрафизики
Реферат
Тема:история возникновения и развития радио и радиолокации
Выполнилстудент
гр.4-29-1 Рудин С.
ПроверилЗинченко В. А.
Ижевск2004
Содержание
1. Введение____________________________________________________________________2
2. А. С. Попов — основатель радиотехники_________________________________________3
3. Радиосвязь после А. С. Попова__________________________________________________5
4. Радиовещание________________________________________________________________8
5. Кругосветная радиосвязь_______________________________________________________9
6. Виды радиосвязи______________________________________________________________11
7. Радиолокация ________________________________________________________________14
8. Заключение__________________________________________________________________ 15
9. Список литературы____________________________________________________________16
Введение
Изобретение радио являетсяодним из величайших достижений человеческой культуры конца девятнадцатого столетия.Появление этой новой отрасли техники не было случайностью. Оно подготовлялось поемпредшествующим развитием науки и отвечало требованиям эпохи.
Как правило, первые шаги вовновь зарождающихся областях техники неизбежно бывают связаны с предыдущими научнымии техническими достижениями, относящимися иной раз к различным разделам человеческихзнаний и практики. Однако в каждой новой технической области всегда можно найтиопределенную физическую основу. Такой физической основой для возможности появлениярадиотехники послужило электромагнитное поле.
Учение об этом поле, до тогокак оно нашло себе техническое применение, разрабатывалось многими выдающимисяучеными на протяжении почти полустолетия. Еще в 1831 г. Фарадей и своих «Экспериментальныхисследованиях по электричеству» заложил начала наших представлений о воздействииэлектрических токов, приводящих «находящуюся непосредственной близости от них материюв некоторое особое состояние, которое до того было безразличным». Максвелл в 1864г. пришел к мысли о единстве природы световых и электрических колебаний и математическиобосновал свои выводы в знаменитом «Трактате об электричестве и магнетизме», опубликованномв 1873 г. Генрих Герц в 1888 г. подтвердил классическими опытами правильностьподобныхвзглядов.
А. С. Попов — основатель радиотехники
А. С. Попов родился 16марта 1859 года в поселке Турьииские Рудники на Северном Урале (ныне г.Краснотурьинск Свердловской области). Сын священника, он учился в Далматовскомдуховном училище и Пермской духовной семинарии. Но, как и многие семинаристы,тяготевшие к науке, он вышел из семинарии после окончания общеобразовательныхклассов и 18-летним юношей поступил на физико-математический факультетПетербургского университета.
С увлечением отдаваясьнаучным занятиям, А. С. Попов вскоре обратил на себя внимание профессоровуниверситета, среди которых были крупнейшие физики того времени (Ф. Ф. Петрушсвский,И. Г. Егоров и др.). Блестящие способности А. С. Попова позволили ему ещестудентом исполнять обязанности ассистента профессора на лекциях.
Окончив университет в 1882году, Александр Степанович по материальной необеспеченности не смог принятьпредложение остаться при кафедре физики для подготовки к профессорскомузванию и занял место преподавателя физики в кронштадтском Минном офицерскомклассе и в Минной школе. Сюда А. С. Попова влекла возможность вестинаучно-исследовательскую работу в первоклассном по своему оборудованиюфизическом кабинете класса.
Годы работы А. С. Попова вКронштадте (1883—1901) были весьма плодотворным периодом в научной жизниизобретателя. Именно здесь, в стенах физического кабинета Минного офицерскогокласса, родилось и начало свой победный путь величайшее достижение мировойнауки и техники — радиосвязь.
А. С. Попов работал вскорепосле великих открытий Фарадея и Максвелла, начавших новую эпохуэлектротехники.
В 1867 году английскийфизик Максвелл вывел из своих чисто теоретических трудов заключение о существованиив природе электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света. Онутверждал, что видимые волны света являются только частным случаем электромагнитныхволн, известным потому, что эти волны люди могут обнаруживать и искусственносоздавать. Теория Максвелла была встречена с большим недоверием, но своейглубиной и теоретической завершенностью привлекла к себе внимание многихфизиков.
Начались поиски способовэкспериментального доказательств теории Максвелла. Берлинская Академия паук в1879 голу даже объявила это доказательство конкурсной задачей. Ее решил молодойнемецкий физик Генрих Герц, который в 1888 году установил, что при разрядеконденсатора через искровой промежуток действительно возбуждаются предсказанныеМаксвеллом электромагнитные волны, невидимые, но обладающие многими свойствамисветовых лучей.
Через два года французскийученый Э. Бранли заметил, что в сфере действия волн Герца металлические порошкиизменяют электрическую проводимость и восстанавливают ее только после встряхивания.Англичанин Оливер Лодж в 1894 году использовал прибор Бранли, названный им когерером,для обнаружения электромагнитных волн и снабдил его встряхивателем.
Герц стремился получить спомощью искрового разрядника электромагнитные волны, возможно более близкие квидимым световым волнам, и ему удалось получить волны длиной 60 см. ПоследователиГерца, пользуясь электрическими способами возбуждения колебаний, шли попути увеличения длины волны, тогда как многие русские и зарубежные физики (П. Н.Лебедев, А. Риги, Г. Рубенс, А. А. Глаголева-Аркадьева, М. А. Левитская и др.)в своих работах шли от световых волн на смыкание с радиоволнами.
Постепенно радиотехникаовладевала всем обширным спектром радиоволн. Оказалось, что свойства радиоволнсовершенно различны на разных участках спектра, а кроме того, зависят отсезона, времени суток и солнечных циклов.
Электромагнитные волныдлиной от 0,5 мм до 50 км в настоящее время называют радиоволнами.Они возбуждаются колебаниями тока с частотой от 600 млрд. до 6 тыс. герц.Практическое использование еще более коротких волн связано с техническимитрудностями, а практическое применение их сопряжено с сильным поглощением ватмосфере. С другой стороны, спектр ограничен непригодностью еще более длинныхволн для радиосвязи.
7 мая 1895 года в ученыхкругах Петербурга произошло событие, которое сразу не привлекло к себе особоговнимания, но практически было началом одного из величайших в мире техническихоткрытий. Этим событием явился доклад А. С. Попова, преподавателя физики вМинном офицерском классе Кронштадта, «Об отношении металлических порошков кэлектрическим колебаниям». Заканчивая доклад, Александр Степанович сказал: «Взаключение могу выразить надежду, что мой прибор, при дальнейшем усовершенствованииего, может быть применен к передаче сигналов на расстояния при помощи быстрыхэлектрических колебаний, как только будет найден источник таких колебаний,обладающих достаточной энергией». Дата этого доклада признана теперь днемрождения радио.
Первым корреспондентом А.С. Попова в его опытах по осуществлению радиосвязи была сама природа — разрядымолний. Первый радиоприемник А. С. Попова, а также изготовленный им летом 1895года «грозоотметчик» могли обнаруживать очень дальние грозы. Это обстоятельствои навело А. С. Попова на мысль, что электромагнитные волны можно обнаружить прилюбой дальности источника их возбуждения, если источник обладает достаточноймощностью. Такое заключение дало Попову право говорить о передаче сигналов надальнее расстояние без проводов.
В качестве источникаколебаний в своих опытах А. С. Попов пользовался герцевским вибратором, приспособивдля его возбуждения давно известный физический инструмент — катушку Румкорфа.Будучи замечательным экспериментатором, своими руками изготовляя всю необходимуюаппаратуру, Попов усовершенствовал приборы своих предшественников. Однако решающеезначение имело то, что Попов к этим приборам присоединил вертикальный провод —первую в мире антенну и таким образом полностью разработал основную идею иаппаратуру для радиотелеграфной связи. Так возникла связь без проводов с помощьюэлектромагнитных волн, так в изобретении А. С. Попова зародилась современнаярадиотехника.
Возможно, что если быПопов был только ученым-физиком, то па этом дело бы и остановилось, ноАлександр Степанович был, кроме того, инженером-практиком и загнал нуждывоенно-морского флота. Еще в январе 1896 года в статье А. С. Попова,опубликованной в «Журнале Русского физико-химического общества», были приведенысхемы и подробное описание принципа действия первого в мире радиоприемника. А вмарте изобретатель продемонстрировал передачу сигналов без проводов нарасстояние 250 м, передав первую в мире радиограмму из двух слов «ГенрихГерц». В том же году в опытах на кораблях была достигнута дальность радиосвязисначала на расстояние около 640 м, авскоре и на 5 км.
Позже, в июне 1896 годаитальянец Г. Маркони сделал в Англии патентную заявку на аналогичноеизобретение, но сведения об его опытах и приборах беспроволочного телеграфированиябыли опубликованы лишь через год — в июне 1897 года.
Умелая реклама, большойинтерес Англии к возможностям осуществления связи без проводов позволилиМаркони в 1897 году основать специальную фирму («Компания беспроволочноготелеграфа и сигнализации») с капиталом 100 тыс. фунтов стерлингов. Дальностьрадиосвязи в это время в опытах Маркони не превосходила дальности, достигнутойПоповым.
В 1898 году А. С. Поповдобился уже радиосвязи на 11 км и, заинтересовав своими опытами Морскоеминистерство, организовал даже небольшое производство своих приборов вмастерских лейтенанта Колбасьева и у парижского механика Дюкрете, который вдальнейшем стал главным поставщиком его приборов.
Когда в ноябре 1899 года уострова Гогланд сел на мель броненосец «Генерал-адмирал Апраксин», то попоручению Морского министерства Попов организовал первую в мире практическуюрадиосвязь. Между г. Котка и броненосцем на расстоянии около 50 км втечение трех месяцев было передано свыше 400 радиограмм.
После успешной работырадиолинии Гогланд — Котка Морское министерство первым в мире приняло решение овооружении всех судов русского военно-морского флота радиотелеграфом каксредством постоянного вооружения. Под руководством Попова началосьизготовление радиоаппаратуры для вооружения кораблей. Одновременно с этим А. С.Попов создал первые армейские полевые радиостанции и провел опыты порадиосвязи в Каспийском пехотном полку. В мастерской кронштадтского порта,организованной А. С. Поповым в 1900 году, были изготовлены радиостанции длявооружения мерных кораблей (крейсер «Поник», линкор «Пересвет» и др.),отправляемых на Дальний Восток для укрепления 1-й Тихоокеанской эскадры.
Русский флот получил павооружение радиотелеграфную аппаратуру ранее английского флота. Английскоеадмиралтейство только в феврале 1901 года заказало первые 32 станции, а вопросо массовом радиовооружении кораблей решило лишь в 1903 году.
Кроме России, Англии иГермании, в других странах Европы, а также в США не велось самостоятельныхразработок в области радио, и поэтому эти страны оказались в большей или меньшейзависимости от общества Маркони. Оно сумело обеспечить себе монополию почти вовсем мире и сохраняло ее вплоть до первой мировой войны.
Технические возможностинебольшой мастерской в Кронштадте и парижской мастерской Дюкрете были слабы,для того чтобы спешно вооружить вторую русскую эскадру, уходившую на ДальнийВосток. Поэтому большой заказ на изготовление радиоаппаратуры для кораблейэскадры был передан германской фирме «Телефункен». Недобросовестноизготовленная этой фирмой аппаратура часто отказывала в работе. А. С. Попов,командированный в Германию для наблюдения за ходом поставки аппаратуры, писал26 июня 1904 года: «Приборы не были никому сданы и никто не обучен обращению сними. Ни на одном корабле нет схемы приемных приборов».
Известно, что заслуги А.С. Попова благодаря настояниям общественности были высоко оценены. В 1898 годуему была присуждена премия Русского технического общества, присваиваемая раз втри года за особо выдающиеся достижения. В следующем году Александр Степановичполучил диплом почетного инженера-электрика. Русское техническое обществоизбрало его своим почетным членом. Когда, в 1901 году, Попову предложилипрофессуру в Электротехническом институте, то Морское ведомство согласилось наэто только при условии продолжения службы его в Морском техническом комитете.
Работы А. С. Попова имелибольшое значение для последующего развития радиотехники. Изучая результатыопытов на Балтике в 1897 году по прекращению связи между кораблями «Европа» и«Африка» в моменты прохождения между ними крейсера «Лейтенант Ильин», Поповпришел к заключению о возможности с помощью радиоволн обнаруживать металлическиемассы, то есть к идее современной радиолокации.
Попов уделял большоевнимание применению полупроводников в радиотехнике, настойчиво изучая рольпроводимостей окислов в когерерах. В 1900 году он разработал детектор с паройуголь — сталь.
В 1902 году А. С. Попов говорилсвоему ученику В. И. Коваленкову: «Мы находимся накануне практическогоосуществления радиотелефонии, как важнейшей отрасли радио», и рекомендовалему заняться разработкой возбудителя незатухающих колебанию. Через год (в1903—1904 годах) в лаборатории Попова уже были поставлены опыты радиотелефонирования,демонстрировавшиеся в феврале 1904 года на III Всероссийском электротехническомсъезде.
В Минном офицерском классеПопов проработал около 18 лет и оставил там службу лишь в 1901 году, когда былприглашен занять кафедру физики в Петербургском электротехническом институте.В октябре 1905 года он был избран директором этого института.
Однако к этому времениздоровье Александра Степановича было уже подорвано.
Попов тяжело переживалЦусимскую катастрофу, в которой погибли многие его сотрудники и ученики. Ктому же условия работы первого выборного директора Электротехнического институтабыли очень трудными. Все это вместе привело к тому, что после крупногообъяснения с министром внутренних дел Дурново Александр Степанович Попов 31декабря 1905 года (13 января 1906 года по новому стилю) в 5 часов вечераскоропостижно скончался от кровоизлияния в мозг.
Радиосвязь после А. С. Попова
За кратковременнуюдеятельность и области радиотехники (менее 10 лет) А. С. Попов добился оченьбольших результатов, использовав все достижения физики своего времени. Понадобилисьдолгие годы и соединенные усилия многих ученых и инженеров, чтобы развить изобретениеА. С. Попова и довести его до того расцвета, свидетелями которого мы являемсятеперь. Всю эту огромную работу можно рассматривать как историю овладениячеловеком спектром радиоволн, начало которому положили труды А. С. Попова.
Эта работа шла внескольких направлениях, на первых порах трудно отделимых одно от другого, нопостепенно выросших в самостоятельные отрасли. Одновременно велись: 1) разработкаспособов и техники возбуждения слабо затухающих, а затем и незатухающихколебаний, 2) совершенствовались средства обнаружения и выделения колебаний, 3)разрабатывались конструкции антенн, 4) совершенствовались способывоспроизведения и обработки передаваемой информации.
Чем же располагал А. С.Попов, когда он прокладывал первые пути в изучении этого океана электрическихволн? Он работал на волнах, которые в настоящее время называют промежуточными.Применение антенны позволило ему увеличить дальность действия своей аппаратуры,но при этом пришлось отойти от тех воли (метровые и дециметровые), на которыхработал Герц. Искровой промежуток Попов включал в передающую антенну, и онавозбуждалась па собственной длине волны. Поскольку собственная длина, волнывертикального заземленного вибратора-антенны А. С. Попова равна приблизительноучетверенной высоте, антенну старались поднять возможно выше, чтобы увеличитьдальность связи. В итоге рабочая длина волны стала измеряться сначаладесятками, а затем и сотнями метров.
Для осуществления связи А.С. Попов применял искровые передатчики с редкой искрой и сильным затуханиемколебаний и приемники с когерером и первыми образцами полупроводниковыхдетекторов. Располагая столь скудной аппаратурой, А. С. Попов тем не менеенаметил обширный план дальнейшего развития радио: радиотелефонию, радиообнаружение,открыл ограничивающее действие помех и суточный неравномерный ход силы принимаемыхсигналов. Теорию четвертьволнового вибратора А. С. Попов доложил на I Всероссийскомэлектротехническом съезде 29 декабря 1899 года. Описывая работы по спасениюброненосца «Генерал-адмирал Апраксин», А. С. Попов особо отметил в докладе: «Двадня совершенно нельзя было работать от действия атмосферного электричества...».Выдвинутая им задача борьбы за помехоустойчивость радиосвязи остается и теперьодной из главных задач радиотехники.
О втором наблюдении Поповамы узнаем из воспоминаний одного из его современников В. М. Лебедева: «Надо заметить,что уже тогда А. С. знал о значительном улучшении радиосвязи в ночное время,хотя объяснений пока еще и не имел, и поэтому все новые опыты производилисьисключительно ночью». Таким образом, А. С. Попов установил зависимость дальностирадиосвязи от времени суток и открыл ослабление атмосферных разрядов ближе крассвету.
Эти наблюдения несоответствовали господствовавшей теории распространения, привязывавшей радиоволнык земной поверхности. Они свидетельствовали о необходимости исследованийверхней атмосферы земли, которая только и могла объяснить суточные изменениясилы сигналов. Однако на эти наблюдения А. С. Попова было обращено очень маловнимания и исследование их началось гораздо позже.
Предложенный помощникомПопова П. Н. Рыбкиным слуховой метод приема радиосигналов на телефонные трубкиполучил всеобщее признание, так как позволял отличать сигналы от помех, увеличивалдальность связи. Существенной помощью в борьбе с атмосферными помехами былопоявление в 1906—1909 годах передатчиков с частой искрой и с малым затуханиемколебаний. Такие передатчики создавали тональное звучание сигналов, так какмузыкальный тон сигналов облегчал выделение их среди помех.
В 1909—1910 годахопределился тип искровых радиостанций, в которых применялись искровые разрядникивращающиеся или дисковые многократные. Прием сигналов производился только нателефонные трубки с помощью кристаллического детектора. Эта почтистабилизовавшаяся аппаратура без существенных изменений продержалась всю первуюмировую войну, хотя уже имелись и радиостанции незатухающих колебаний, а вприемной аппаратуре в ряде случаев применялись и электронные лампы в качествеусилителей.
Отличительной особенностьюэтого периода было стремление западных государств организовать свои стратегическиесистемы дальней радиосвязи. В России также шло подобное радиостроительство. В1910 году была осуществлена сеть стратегической радиосвязи, которая связывалаБобруйск с побережьем Балтики, Черного моря и группой радиостанций вдользападной границы. На Дальнем Востоке были построены радиостанции, соединявшиеХабаровск с Харбином, Николаевском-на-Амуре, Владивостоком и Петропавловском-на-Камчатке.Группа радиостанций воздвигалась вдоль северного побережья России. Предусматривалосьтакже строительство радиостанций в Москве для связи с Баку, Ташкентом и Бобруйском.Кроме того, Москва через Ташкент связывалась с Кушкой на границе Афганистана ичерез Баку с Ашхабадом и Карсом. Наконец, намечалось построить транссибирскуюлинию радиосвязи Москва — Хабаровск с установкой ретрансляционных станций вУржумке, Красноярске и Чите. Таким образом, предполагалось, что к предстоящейвойне будет готова необходимая стратегическая радиосеть. Но осуществить все намеченноерадиостроительство полностью не удалось, и некоторые радиостанции спешнодостраивались во время войны 1914—1918 годов.
Система внутреннейрадиосвязи России, однако, не имела выхода в Западную Европу. Международныесвязи России обслуживали иностранные концессионные компании проволочного телеграфа—Северо-Датскаяи Индо-Европейская, входившие в сеть английской мировой кабельной связи. Междутем подготовка к мировой войне требовала организации собственной прямой международнойрадиосвязи с будущим союзниками. Осуществить эту задачу собственными силамРоссия была не в состоянии. Сказалось отсутствие собственнойнаучно-исследовательской базы, которая могла бы развивать радиотехникунезависимо от иностранных фирм.
Временная стабильностьискровой радиотехники, достигнутая к 1908—1909 годах за счет применениямногократных и вращающихся разрядников, оказалась недолговечной: наступалаэпоха незатухающих колебаний, переход к которым должен был явиться радикальнымповоротом в направлении развития радиотехники и прежде всего в области дальнейрадиосвязи, для которой, как тогда считали, нужны очень длинные полны.
Начали строитьсядлинноволновые сверхмощные радиостанции с огромными антеннами, подвешиваемымина 200— 250-метровых мачтах и башнях. Станции стоили 5—10 миллионов рублей, истроить их было под силу только большим электротехническим предприятиям. Передатчикисо звучащей искрой уже не годились для таких мощных станций, как ни отстаивалаэто направление фирма Маркони. Место искровой техники стали занимать дуговые имашинные генераторы незатухающих колебаний.
Переход на работунезатухающими колебаниями явился очередным этапом развития радиотехники. Дуговыегенераторы были разработаны сначала в Европе, а машины высокой частотыпоявились впервые в США. Несколько позже в России машины высокой частоты начализготовлять В. П. Вологднн на заводе Дюфлон в Петербурге.
Межконтинентальные мощныерадиостанции строились для работы на волнах длиной 20—30 км и былиоборудованы машинами высокой частоты и дугами. Тогда еще никто не мог представитьсебе, что новые мощные, великолепно оборудованные радиостанции-гиганты насамом деле представляют собой в принципе порочное направление развития радиотехникии в недалеком будущем от них придется отказаться. Но это выяснилось позднее, ав годы перед первой мировой войной и во время нее шло ожесточенное соревнованиемежду Германией и Англией (фирмы «Телефункен» и Маркони) в областистроительства длинноволновых радиоцентров. Однако фирма Маркони опиралась набыстро стареющие искровые радиостанции, тогда как германская фирма «Телефункен»,купив патенты на дугу и машину, выступала с более прогрессивными системамивысокочастотных генераторов. В 1912 году фирмы договорились о разделе сфер влияния:«Телефункен» получает рынки южного полушария, фирма Маркони — северного, ноборьба продолжалась в скрытой форме.
Объявленная в 1914 годувойна прервала все переговоры и еще более обнажила глубокие противоречия, давноназревшие в русской радиотехнике. В России не было лабораторной базы, не былонациональной радиопромышленности, и правительство не стремилось создавать ее,предпочитая привычные и удобные заказы иностранным фирмам. Эти фирмы и подавноне намеревались развивать в России научно-исследовательскую деятельность. Ониимпортировали «новинки» из своих заграничных лабораторий, сбывали в Россиюустаревшую аппаратуру, стремясь использовать русских радиоспециалистов толькокак исполнителей, установщиков, монтажеров.
Между тем, ученики А. С.Попова продолжали подготовку кадров радиоспециалистов. Их выпускали два высшихвоенных училища — Офицерская электротехническая школа в Петербурге и Минныйофицерский класс в Кронштадте, а также Петербургский электротехническийинститут. Русские инженеры работали на радиотелеграфном заводе Морского ведомства,служили во флоте, на радиостанциях почтового ведомства и в армейскихрадиодивизионах.
Такое прогрессивноеначинание, как организация русского радиотелеграфного завода Морского ведомства,проложило себе дорогу, несмотря на многочисленные препятстви. Война, нарушивэти связи, активизировала русских радиоспециалистов. В условиях старой Россииэто оживление могло быть только временным, так как царское правительство ненамеревалось менять свое отношение к отечественной промышленности и закрыватьдоступ на русский рынок иностранным фирмам. Продолжал даже работать, не будучинационализированным, завод немецкой фирмы «СнменсТальекс», так как онименовался «русским»,
В годы первой мировойвойны в радиотехнике начался один из тех редких технических переворотов,которые на первых порах ничем не примечательны. Этот переворот в радиотехникебыл произведен электронной лампой.
Впервые такую лампу сдвумя электродами — накаленной нитью и анодом — предложил в 1904 годуанглийский ученый Флеминг как новый прибор для детектирования электромагнитныхволн. Истинные возможности электронной лампы были открыты лишь в 1906 году,когда американский инженер Ли де Форест ввел в нее третий электрод —управляющую сетку. Такая лампа могла уже работать в качестве усилителя слабыхколебаний, а затем (с 1913 года) и в качестве возбудителя (генератора)незатухающих колебаний.
Во время войны на Тверскойвоенной радиостанции группа военных радиоинженеров (В. М. Лещинский, М. А.Бонч-Бруевич, П. А. Остряков) с помощью ученика Попова профессора В. К. Лебединскогоначали изготовлять отечественные радиолампы и строить приемники для приеманезатухающих колебаний. Применение электронных ламп как бы открыло окно встене: зазвучали отдаленнейшие станции, прием которых оказался возможнымблагодаря усилению слабых сигналов электронной лампой. Маленький генератор сэлектронной лампой (гетеродин) упростил задачу приема незатухающих колебаний.
Все же появлениеэлектронных ламп вначале не сказалось на направлении развития дальней радиосвязи.Во время войны стало ясно, что проволочные и кабельные линии очень непрочны,поэтому после первой мировой войны фирмы многих государств возобновилистроительство мощных машинных и дуговых радиостанций.
В таком состояниирадиотелеграфная связь находилась до Октябрьской революции. После революции иокончания первой мировой и гражданской войн началось развитие радиотехники набазе электронных приборов. Это соединение изобретения Попова с электроникойдало возможность осуществить массовое радиовещание, кругосветную радиосвязь иряд новых видов радиосвязи.
Радиовещание
В 10 часов утра 7 ноября1917 года радиостанция на борту крейсера «Аврора» передала радиограмму окрушении буржуазного строя и об установлении в России Советской власти
Ночью 12 ноября мощнаярадиостанция Петроградского военного порта передала обращение Ленина по радио:«Всем. Всем». С первых дней Октябрьской революции радио было использованоправительством как средство политической информации.
2 декабря 1918 года Ленинутвердил декрет, касающийся радиолабораторин в Нижнем Новгороде. Основныеустановки декрета сводились к следующему: «Радиолаборатория с мастерскимирассматривалась как первый этап к организации в России государственного радиотехническогоинститута, целью которого является объединить в себе и вокруг себя все научно-техническиесилы России, работающие в области радио, радиотехнические учебные заведения ирадиопромышленность».
По всей стране началосьстроительство радиосети. Радиостанции возникали там, где этого требовалиусловия новой экономики — в Поволжье, Сибири, на Кавказе. Телеграфное радиовещание,которое вел московский мощный искровой передатчик на Ходынке, передавало ежедневнопо 2—3 тыс. слов радиограмм. Эти передачи организовывали жизнь государства в товремя, когда была нарушена нормальная работа транспорта и проводной связи.
В Нижнем Новгороде небольшойколлектив (17 человек), переехавший сюда из Тверской радиоприемной станции,организовал первоклассный научно-исследовательский радиоинститут, объединившийкрупнейших радиоспециалистов того времени во главе с М. А. Бонч-Бруевичем, А.Ф. Шориным, В. П. Вологдиным, В. В. Татариновым, Д. А. Рожанским, П. А.Остряковым и другими.
В радиолаборатории НижнегоНовгорода уже в 1918 году были разработаны генераторные лампы, а к декабрю 1919года построена радиотелефонная передающая станция мощностью в 5 кет. Опытныепередачи этой станции имели историческое значение для развития радиовещания.М. А. Бонч-Бруевич писал в декабре 1919 года: «В последнее время я перешел киспытаниям металлических реле, делая анод в виде металлической закрытой трубы,которая вместе с тем служит и баллоном реле…Предварительные опыты показали, что принципиально такая конструкция вполневозможна...».
Такие лампы с меднымианодами и водяным охлаждением впервые в мире были изготовлены М. А.Бонч-Бруевичем в Нижегородской радиолаборатории весной 1920 года. Нигде в мирене было в то время ламп такой мощности; их конструкция явилась классическимпрототипом для всего последующего развития техники генераторных ламп и донастоящего времени составляет основу этой техники. К 1923 году Бонч-Бруевичдовел мощность генераторных ламп с водяным охлаждением до 80 кВт.
Для обеспечениярадиосвязей с другими государствами профессор В. П. Вологдин в той же Нижегородскойрадиолаборатории построил машину высокой частоты мощностью 50 кВт, котораябыла установлена на Октябрьской радиостанции (б. Ходынской) в 1924 году изаменила искровой передатчик. В 1929 году на этой же станции начала работатьмашина высокой частоты В. П. Вологдина мощностью 150 кет.
Ведя огромную работу,направленную на выполнение правительственных заданий, советские радиотехникисумели осуществить оригинальные теоретические исследования. Примером могутслужить работы профессора В. М. Шулейкина по расчету емкости антенн, расчетуизлучения антенн и рамок и распространению радиоволн, работы Н. Н. Луценко оемкости изоляторов, И. Г. Кляцкина о методах повышения полезного действияантенн, экспериментальные работы Б. А. Введенского с очень короткими волнами.
Значительные успехи былидостигнуты в СССР в области радиовещания. В 1933 году начала работу радиостанцияимени Коминтерна мощностью 500 кВт, опередившая по мощности на 1—2 годаамериканское и европейское радиостроительство. Это замечательное сооружениебыло выполнено по системе высокочастотных блоков, предложенной профессором А.Л. Минцем и осуществленной под его руководством. На очереди стояла задачасоздания прямой радиосвязи с Сибирью, Дальним Востоком и Западом.
Кругосветная радиосвязь
Как уже указывалось,задачи обеспечения дальней радиосвязи после первой мировой войны на Западе,пытались решить применением мощных длинноволновых радиостанций. Работы В. П.Вологдина с машинами высокой частоты в Нижегородской лаборатории иизготовление мощных генераторов на советских заводах давали возможностьосуществить силами отечественной промышленности строительство сверхмощныхдлинноволновых радиостанций. Однако в этот период в радиотехнике вновь назревалочередной технический переворот, имевший первостепенное значение для мировогорадио-строительства и требовавший Пересмотра вопроса о выборе длин волн.
Дело в том, чтоатмосферные помехи на длинных волнах в летние месяцы возрастали настолько, чтолюбое увеличение мощности передающей радиостанции все же не могло обеспечитьдостаточную скорость передачи и надежность связи на больших расстояниях.
С ростом радиотелеграфногообмена оказалось необходимым увеличивать число радиостанций, обслуживающих данноенаправление связи, хотя диапазон длинных волн чрезвычайно тесен: без взаимныхпомех в нем могут одновременно работать не более 20 мощных радиостанций во всеммире. Эти радиостанции давно уже работали, и положение казалось безвыходным.
В 20-х годах опытырадиолюбителей по связи через Атлантику на волнах забытого после Попова диапазона(около 1100 м) дали успешные результаты. Атмосферные помехи на такихкоротких волнах почти не замечались, и связь осуществлялась при оченьнебольшой мощности передатчиков (десятки ватт). Правда, на этих волнахнаблюдались быстрые колебания силы приема (замирания) и не обеспечиваласькруглосуточная связь. Тем не менее, эти совершенно неожиданные результаты былипримечательны.
Опыты, проведенные вНижегородской лаборатории в 922—1924 годах, показали, что передатчик небольшоймощности 50—100 Ватт, работающий на волне порядка 100 м на антенну ввиде вертикального провода Попова, может обеспечивать уверенную связь втечение почти всей ночи на расстоянии 2—3 тыс. км. Оказалось также, чтопо мере увеличения расстояния надо уменьшать длину волны.
Изучая особенности коротких волн, М. А.Бонч-Бруевнч с 1923 года последовательно переходил ко все более короткимволнам. По мере укорочения волн он обнаружил «мертвую зону», то есть область отсутствияприема на некотором расстоянии от передающей станции. За этой зоной начиналасьобласть уверенного приема, простирающаяся на огромные />расстояния. Далее оказалось, что очень короткие волны (порядка20 м и еще короче) совсем не были слышны в Ташкенте и Томске ночью, нообеспечивали совершенно надежную связь с этими городами днем. Это открытие позволялоутверждать, что короткие волны от 100 до 15 м практически обеспечиваютдальнюю радиосвязь в любое время суток и любое время года. Более длинные волныкоротковолнового диапазона хорошо распространяются зимой и ночью, волны короче— летом, ночью; примерно от 25 м начинаются так называемые дневныеволны. Следовательно, 2—3 коротких волны могут обеспечивать практическикруглосуточную связь на любое расстояние. Рис.4. Два пути выбора длин воли для дальней радиосвязи.
Так советские радиотехникирешили проблему организации дальней радиосвязипрактически на любое расстояние совершенно оригинальным способом.
В середине 1926 года ифирма Маркони объявила о своих работах в области коротких волн.
Успехи направленныхкоротковолновых связей в СССР и Англии побудили и другие страны перейти ккоротким волнам. Во многих странах началось строительство мощных коротковолновыхстанций для круглосуточной дальней радиосвязи. Благодаря экономичности и уверенностиэтих связей возросло государственное значение радиосвязи вообще.
Основные недостаткирадиосвязи, обнаруженные еще А. С. Поповым, — атмосферные помехи и замираниясигнала, хотя и получили теоретическое объяснение, но не уменьшились. Наоборот,с ростом числа радиостанций появились еще и взаимные помехи станций друг другу.Объединение с проводной связью потребовало от радиосвязи такой же высокойнадежности при составлении комбинированных каналов связи, какой обладала связьпо проволоке.
Для повышения надежностирадиосвязи, особенно после второй мировой войны, применялись многие мерыповышения помехозащиты: выбор длин волн с учетом времени дня и года, составлениетак называемых «радиопрогнозов», прием на несколько разнесенных антенн,специальные методы передачи сигналов и др.
Работы академиков А. Н.Колмогорова и В. А. Котельникова заложили теоретические основания помехоустойчивостирадиосвязи. В шестидесятых годах был разработан еще один метод: преобразованиесигналов в такую форму, в которой они сохраняют свой вид, несмотря на отдельныеискажения помехами (так называемое помехозащитное кодирование). Созданныетрудами многих ученых теоретические работы в этой области выливаются сейчас вновую науку — теорию информации, которая рассматривает общие законы приема ипередачи сигналов.
Современные радиостанцииработают в общей системе электросвязи, пользуясь аппаратами Бодо, СТ-65 и др.,и ведут многократную передачу. По каналам радиомагистрали Москва — Хабаровскобмен производится со скоростью свыше двух тысяч слов в минуту, причем и такаяскорость не является предельной.
Комбинированнаяэлектросвязь потребовала использования коротковолновой техники и для радиотелефонноймагистральной связи. С 1929 года началось внедрение в радио методов проводнойдальней телефонной связи, прошедшее тот же сложный процесс борьбы с помехами инеустойчивостью. Появились многочисленные приборы для автоматической регулировкиуровня модуляции, для заглушения приема во время пауз речи, уравнения звуковгласных и согласных, способы зашифровки речи как средства защиты отподслушивания и т. д. Все эти способы решают задачу лишь вчерне, но все же онипозволили связать радиотелефонной связью Москву со всеми центрами в России и заграницей, а также все континенты и государства.
При широчайшем развитииустройств для объединения радио с проводной связью сами передающие и приемныеприборы подверглись очень существенным, но не принципиальным изменениям. В серединевека в радиопередаче применялись только многокаскадные, стабилизированные почастоте передатчики с лампами, охлаждаемыми водой или воздухом под большим давлением.Такие лампы со времен Нижегородской лаборатории сохранили без изменения своиосновные черты, но, конечно, за это время значительно улучшились их эксплуатационныекачества. То же самое происходит с приемниками: сложная схема супергетеродина,подвергается непринципиальным изменениям, повышающим эксплуатационную надежность.
Виды радиосвязи
От очень коротких волн(сантиметровых и дециметровых), с которыми вел свои исследования Герц ипроводил первые опыты радиосвязи А. С. Попов, практическая радиотехника перешлак длинным волнам, затем к коротким, а после второй мировой войны вновьвозвращается к очень коротким волнам.
В диапазоне от 100 до 3000м разместились радиовещательные станции и специальные службы (морские,аэронавигационные и т. п.). Волны длиннее 3 км, идущие со сторонысамых длинных волн (от 50 км), внастоящее время используетважнейшая область связи — проводная высокочастотная связь (ВЧ связь). Такаясвязь осуществляется путем подключения группы маломощных длинноволновых передатчиков,настроенных на разные волны с промежутками между ними в 3—4 тыс. герц, кобычным телефонным проводам. Токи высокой частоты, созданные этими передатчиками,распространяются вдоль проводов, оказывая очень слабое воздействие на радиоприемники,не связанные с этими проводами, и обеспечивая в то же время хороший, свободныйот многих помех прием на специальных приемниках, присоединенных к этим проводам.
В СССР такая ВЧ связьполучила развитие в работах В. И. Коваленкова, Н, А. Баева, Г. В. Добровольскогои др. Перед Отечественной войной начала работать длиннейшая и мире магистральВЧ связи Москва— Хабаровск, позволившая вести три разговора по одной парепроводов. Впоследствии появились 12-канальныв системы, занявшие верхнюю часть«длинноволновой» области (до 100 тыс. герц) радиоспектра. ВЧ связь далавозможность осуществлять междугороднюю и международную связь с вызовом абонентаиз любого города любой страны, пользуясь наборным диском автоматическоготелефона.
После второй мировой войныстала быстро развиваться новая область высокочастотной связи, такжемногоканальная, использующая другой конец электромагнитного спектра — областьультракоротких волн. Б. А. Введенский уже в 1928 году вывел основные законы ихраспространения. По мере разработки ламп, пригодных для возбуждения и приемаУКВ (магнетроны, клистроны, лампы бегущей волны) шло постепенное укорачивание длинволн вплоть до сантиметровых. Очень короткие (сантиметровые) волны позволяютосуществлять остронаправленные антенны при сравнительно небольших размерах.
Вся эта техника использоваласьглавным образом со времени Великой Отечественной войны. Длительное времягосподствовало представление, будто дальность распространения метровых, дециметровых и сантиметровых волн ограничена прямой видимостью и чтостанции, работающие на таких волнах, даже при очень малой мощности,обеспечивают большую силу сигналов лишь до горизонта. Из теории такжеследовало, что плотность электронов в ближней тропосфере и высшей газовойоболочке земли — ионосфере, недостаточна для отражения этих волн к земле и онидолжны уходить в космическое пространство. Это же подтверждала и новая наука —радиоастрономия, по данным которой земная атмосфера, регулярно «прозрачна» дляУКВ и сверхкоротких радиоволн и нерегулярно «прозрачна» для волн длиннее 10—30 м.Тем не менее наблюдались отдельные случаи приема ультракоротковолновыхпередач на очень далеких расстояниях. Хотя эти случаи было принято относить ксобытиям анормальным, они все же требовали объяснения.
В 50-х годах быловысказано предположение о возможности появления в ионосфере местных образований— «облаков» с высокой плотностью электронов, которые могут вызывать частичноерассеяние падающих на них сверхкоротких волн. Причем такие рассеянные волнымогут обладать достаточной энергией для обнаружения их очень чувствительнымприемником. Опыты с большими направленными антеннами на приеме и передаче призначительной мощности излучения показали, что если основные лучи, фокусируемыетакими антеннами, пересекаются на высоте 10 или 100 км, то действительнопроисходит дальняя передача на 200—300 км в первом случае (тропосферноерассеяние), и до 2 тыс. км по втором случае (ионосферное рассеяние).Выяснилось также, что в указанных условиях, несмотря на большие колебания силыприема, сигналы оказываются все же достаточно надежными и обеспечиваюткруглосуточную регистрацию.
Уже после того, какдальние связи на сверхкоротких волнах вошли в практику, оказалось, что приведенноевыше объяснение не всегда справедливо. Вскоре было предложено и другое объяснение:метеориты, падающие в большом количестве (10—1000 в час), ионизируют земнуюатмосферу на несколько секунд, а иногда и минут. В эти короткие отрезки временирезко увеличивается сила приема сигналов, а если мощность передатчика велика,то падение даже маленьких, но многочисленных метеоритов дает сплошное отражениерадиоволн, которое может обеспечить дальний прием, в особенности ночью.
Общепринятая теория дальнегораспространения сверхкоротких волн уже давно разработана, определиласьтехника дальней радиосвязи на этих волнах и существуют дальние радиолинии,работающие на сантиметровых волнах.
Таким образом, пользуясьдиапазоном ультракоротких волн можно по желанию или строго ограничить дальностьрадиосвязи горизонтом, или же осуществлять дальнюю связь на тысячи км,обеспечивая устойчивую силу приема в нужном районе и сохраняя оструюнаправленность такой передачи. Нельзя не упомянуть, что может быть самымбольшим преимуществом этого диапазона является то обстоятельство, что в немможно разместить очень много радиостанций с большими промежутками между нимипо длине волны.
В диапазоне коротких волн,учитывая их огромную дальность действия и относительно малую направленность,можно разместить не более 2—3 тыс. радиостанций во всем мире, если задатьсяцелью полного исключения помех друг другу. Этого можно добиться только при соблюдениижесткого условия, что радиостанции будут отличаться по частоте на б— 10 кГц.При таком разносе между станциями можно вести только телеграфную илителефонную радиопередачу. Если же использовать область ультракоротких волн, тоте же 2 тыс. радиостанций можно расставить одна от другой по частоте на 10 МГци при этом все они могут работать в одном и том же районе. Подобныевозможности разделения станций по частоте обеспечивают передачу фактическибезграничной информации.
Такие возможности и былииспользованы для телевизионных передач, нуждающихся в очень широкой полосечастот. В основе электрической передачи изображений любого типа лежит полиграфическийпринцип представления картины точками разной степени зачернения. Глаз этуточечную структуру охватывает сразу, но в электрической системе эти точки передаютсяодна за другой по строкам; из строк образуются кадры, число которых должно быть15—25 в секунду. Для телевизионной передачи хорошего качества нужно передаватьв секунду около 5 миллионов точек. Передача каждой точки выполняется посылкойодного импульса длительностью '/ззооооо секунды и разной мощности, взависимости от освещенности точки. Такие импульсы можно передавать без помехсоседним радиостанциям, если разнос по частоте между ними не менее 10 МГц.
Регулярные передачиэлектронного телевидения начались в США и в СССР еще до второй мировой войны,но только после ее окончания развитие телевидения приняло стремительный характер,опережая по темпам развитие радиовещания.
Во время Отечественнойвойны был разработан новый вид радиосвязи — импульсная передача на УКВ. Б. А. Котельниковеще в 1937 году показал, что для передачи, например речи, не нужно передаватьвесь непрерывный процесс, а достаточно посылать только «пробы» его в видекратковременных импульсов, определяющих величины основного процесса к моментыпроб. Число таких проб для передачи речи может быть не более 5—8 тысяч всекунду. Следовательно, если система может передавать как в телевидении 5—8млн. импульсов, то она и состоянии передать до тысячи разговоров по однойлинии УКВ радиосвязи. Так появилась импульсная многоканальная система передачина УКВ, которая соревнуется с упомянутой выше проводной ВЧ связью на длинныхволнах. Огромное число проводных магистралей ВЧ связи вызвало к жизни еще одинспособ осуществления многоканальной радиосвязи, в котором используются уже неимпульсные, а непрерывно излучающие УКВ передатчики. Они могут передавать безпромежуточных преобразований сигналы, поступающие от аппаратуры длинных волнна проводные линии ВЧ связи. Эти так называемые радиорелейные линии связиполучили очень большое распространение у нас и за рубежом. Во всех системахрадиорелейных линий -применяются очень маломощные передатчики иостронаправленные антенны. Примерно через каждые 50—60 км ставятся промежуточныеприемно-передающие станции.
Интенсивное развитиеавтоматики, которое стало возможным лишь после того, как эта область техникиперешла от управляющей механической и гидравлической аппаратуры к приборамрадиотехники и электроники, требует очень гибких средств связи. Без наличиятакой связи невозможно, например, управление подвижными объектами: тракторами,судами, самолетами, ракетами и искусственными спутниками Земли. Большаяинформационная емкость современных систем радиосвязи позволяет осуществлятьочень сложные программы управления объектами, а сочетание методов управленияпо радио с телевидением в пункте исполнения программы и с техникой радиолокацииобеспечивает системе радиопередачи команд чрезвычайно широкие возможности.
Однако, обнаружилось, чтоподобная автоматизация требует обработки столь большого количества передаваемыхкоманд и обратных ответов аппаратуры, за которыми следуют вновь отправляемыекоманды коррекции, что человек не может справиться с таким потоком данных, учитываянеобходимость быстрого принятия решений с учетом всех полученных данных и обстановки.
Выход из этого затруднениядала новая область радиотехники и электроники — техника вычислительных машин,которая позволила не только ликвидировать указанные затруднения, но ипо-новому решать основную задачу самой техники связи — увеличивать реальнуюпроизводительность ее.
Таким образом, система,построенная человеком, в дальнейшем работает без его непосредственного участияи нуждается в его помощи лишь для ремонта, профилактики и введения новыхобщих «заданий» в первоначальную программу, работы. Такого рода системыавтоматической радиосвязи с обработкой информации в недалеком будущем будутвсе больше входить в практику управления, освобождая человека от обработкиинформации и предоставляя ему возможность выбирать окончательные решения наоснове всех подготовленных машиной данных.
Радиолокация
Как уже былоотмечено ранее, эффект отражения радиоволн от металлических объектов впервые бызамечен еще А. С. Поповым.
Первые работыпо созданию радиолокационных систем начались в нашей стране в середине 30-хгодов. Впервые идею радиолокации высказал научный сотрудник Ленинградскогоэлектрофизического института (ЛЭФИ) П.К. Ощепков еще в 1932 году. Позднее онже предложил идею импульсного излучения.
16 января 1934года в Ленинградском физико — техническом институте (ЛФТИ) под председательствомакадемика А. Ф. Иоффе состоялось совещание, на котором представители ПВО РККАпоставили задачу обнаружения самолетов на высотах до 10 и дальности до 50 км влюбое время суток и в любых погодных условиях. За работу взялись несколькогрупп изобретателей и ученых. Уже летом 1934 года группа энтузиастов, средикоторых были Б. К. Шембель, В.В. Цимбалин и П. К. Ощепков, представила членамправительства опытную установку. Проект получил необходимое финансирование и в1938 году был испытан макет импульсного радиолокатора, который имел дальностьдействия до 50 км при высоте цели 1,5 км. Создатели макета Ю, Б, Кобзарев, П,А, Погорелко и Н, Я, Чернецов в 1941 году за разработку радиолокационной техникибыли удостоены Государственной премии СССР. Дальнейшие разработки былинаправлены в основном на увеличение дальности действия и повышение точностиопределения координат. Станция РУС- 2 принятая летом 1940 года на вооружениевойск ПВО не имела аналогов в мире по своим техническим характеристикам, онасослужила хорошую службу во время Великой Отечественной войны при оборонеМосквы от налетов вражеской авиации. После войны перед радиолокационнойтехникой новые сферы применения во многих отраслях народного хозяйства. Безрадаров теперь немыслимы авиация и судовождение. Радиолокационные станцииисследуют планеты Солнечной системы и поверхность нашей Земли, определяютпараметры орбит спутников и обнаруживают скопления грозовых облаков. Запоследние десятилетия радиолокационная техника неузнаваемо изменилась.
Стремлениеувеличить дальность действия привело к тому, что радиолокация, как и многиедругие области техники, пережила эпоху «гигантомании». Создавались все болеемощные магнетроны, антенны все больших размеров, устанавливавшиеся нагигантских поворотных платформах. Мощность РЛС достигла 10 и более мегаватт вимпульсе. Более мощные передатчики создавать было уже физически невозможно:резонаторы и волноводы не выдерживали высокой напряженности электромагнитногополя, в них происходили неуправляемые разряды. Появились данные и обиологической опасности высококонцентрированного излучения РЛС: у людей проживающихвблизи РЛС наблюдались заболевания кроветворной системы, воспаленные лимфатическиеузлы. Со временем появились нормы на предельную плотность потока СВЧ энергии, допустимыедля работы человека (кратковременно допускается до 10 мВт/см^2).
Новыетребования, предъявляемые к РЛС, привели к разработке совершенно новой техники,новых принципов радиолокации. В настоящее время на современных РЛС импульспосылаемый станцией представляет собой сигнал, закодированный по весьмасложному алгоритму (наиболее распространен код Баркера), позволяющий получатьданные повышенной точности и ряд дополнительных сведений о наблюдаемой цели. Споявлением транзисторов и вычислительной техники мощные мегаваттные передатчикиушли в прошлое. На их смену пришли сложные системы РЛС средней мощностиобъединенные посредством ЭВМ. Благодаря внедрению информационных технологийстала возможна синхронная автоматическая работа нескольких РЛС. Радиолокационныекомплексы постоянно совершенствуются, находят новые сферы применения. Однакоесть еще масса неизученного, поэтому эта область науки еще долго будетинтересна физикам, математикам, радиоинженерам; будет объектом серьезныхнаучных работ и изысканий.
Заключение
Мы очень краткорассмотрели путь развития радиосвязи и радиолокации, открытый великим изобретениемА. С. Попова. Путь этот не был прямым и гладким. Для реализации рекомендаций А.С, Попова о создании дальней радиотелеграфной связи» осуществлениярадиотелефона, развития радиолокации потребовалось более 60 лет усиленнойработы ученых и инженеров, Советские радиотехники на многих этапах этой работышли во главе мировой науки. Блистательным доказательством высокого уровня советскойрадиотехники явилась автоматическая радиосвязь на расстояние около 500 тыс. км,осуществленная во время запуска первой в мире искусственного спутника.Успехи советской радиотехники являются бессмертным венком изобретателю радио А.С. Попову.
Список литературы
1. Васильев А. М. А. С. Попов и современная радиосвязь. М., «Знание», 1959
2. Лобанов М. М. Из прошлого радиолокации. М., Воениздат, 1969