|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Радіотелеграф. Історія винаходу та виробництва
Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас Радіотелеграф - засіб передачі (отримання) текстової інформації з радіо. Літери алфавіту представлені комбінацією крапок та тире (код Морзе). В даний час ця технологія використовується здебільшого ентузіастами-аматорами, а також у сигналах різних радіомаяків і рідше – у службовому зв'язку.
Бездротовий радіотелеграф з права вважають найбільшим винаходом кінця ХІХ століття, відкрив нову епоху історія людського прогресу. Так само, як старий електричний телеграф започаткував електротехніку, створення радіотелеграфа послужило вихідним пунктом розвитку радіотехніки, а потім і електроніки, грандіозні успіхи яких ми бачимо тепер усюди. В історії двох цих винаходів можна відзначити і іншу цікаву паралель: творці телеграфа Земерінг і Шиллінг були першими винахідниками, які спробували використовувати в інтересах людини нещодавно виявлену дивину - електричний струм, а в основі дії радіотелеграфів Попова і Марконі лежало щойно відкрите явище електромагнітного випромінювання. Як тоді, і тепер техніка зв'язку першої зажадала і використовувала новітнє досягнення науки. В електричному телеграфі носієм сигналу електричний струм. У радіотелеграфі як цей носій виступають електромагнітні хвилі, які поширюються у просторі із величезною швидкістю і вимагають собі жодних проводів. Відкриття електричного струму і відкриття електромагнітних хвиль відокремлюють один від одного рівно сто років, і на їх прикладі можна бачити яких разючих успіхів досягла за цей вік фізика. Якщо електричний струм, як ми пам'ятаємо, був виявлений Гальвані абсолютно випадково, то електромагнітні хвилі вперше проявили себе в результаті цілеспрямованого експерименту Герца, який чудово знав, що і як йому треба шукати, бо ще за двадцять років до його чудового відкриття існування електромагнітних хвиль з математичною точністю було передбачено великим англійським фізиком Максвеллом. Щоб зрозуміти принцип дії радіотелеграфа, пригадаємо, що таке електричне поле і магнітне поле. Візьмемо пластмасову кульку і потрімо її вовняною ганчірочкою - кулька після цього набуде здатності притягувати до себе дрібні папірці і сміття. Він, як це зазвичай кажуть, наелектризується, тобто отримає свою поверхню певний електричний заряд. В одному з попередніх розділів уже повідомлялося, що цей заряд може бути негативним і позитивним, причому дві кульки заряджених однаково відштовхуватимуться одна від одної з певною силою, а дві кульки з протилежними зарядами будуть притягуватися. Чому це відбувається? У свій час Фарадей припустив, що кожна кулька створює навколо себе якесь невидиме обурення, яке він назвав електричним полем. Поле однієї зарядженої кульки діє на іншу кульку, і навпаки. В даний час гіпотеза Фарадея прийнята наукою, хоча про природу цього поля, про те, що воно являє собою як таке, нічого не відомо. Крім того, що електричне поле існує, очевидні лише дві його безперечні властивості: воно поширюється в просторі навколо будь-якого зарядженого тіла з величезною, хоч і кінцевою, швидкістю 300000 км/с і впливає на будь-яке інше електрично заряджене тіло, що опинилося в цьому полі, притягуючи або відштовхуючи його з певною силою. Різновидом такого впливу вважатимуться електричний струм. Як мовилося раніше, будь-який електричний струм є спрямоване рух заряджених частинок. Наприклад, у металах, це рух електронів, а електролітах - рух іонів. Що ж змушує ці частки рухатись упорядкування в одному напрямку? Відповідь відома: цією силою є електричне поле. При замиканні ланцюга у провіднику по всій його довжині від одного полюса джерела живлення до іншого виникає електричне поле, що впливає на заряджені частинки, змушуючи їх рухатися певним чином (наприклад, в електроліті позитивно заряджені іони притягуються до катода, а негативно заряджені до анода) . Багато зі сказаного про електричне поле можна віднести до магнітного. Усі мали справу з постійними металевими магнітами і знають про їхню властивість притягуватися та відштовхуватися один від одного залежно від того, якими полюсами – однойменними чи різноіменними – вони спрямовані один до одного. Взаємодія магнітів пояснюється тим, що навколо кожного з них виникає магнітне поле, причому поле одного магніту діє на інший магніт, і навпаки. Вже зазначалося, що магнітне поле виникає в просторі навколо кожного заряду, що рухається, і будь-який електричний струм (який - ще раз повторимо це - є спрямований потік заряджених частинок) породжує навколо себе магнітне поле. Йшлося й про зворотне явище - явище електромагнітної індукції, коли магнітне поле, що змінюється, наводить у провідниках електричний струм. Але чому виникає цей струм і при цьому виникає лише тоді, коли магнітне поле змінюється? Спробуємо розібратися в цьому. Візьмемо вже розглянутий вище трансформатор, що є двома котушками, надіті на один сердечник. Включивши первинну обмотку трансформатора до мережі, ми отримаємо струм у вторинній обмотці. Це означає, що електрони у вторинній обмотці прийшли у спрямований рух, тобто якась сила почала впливати на них. Яка ж природа цієї сили? Довгий час вчені та електротехніки ставали в глухий кут перед цим питанням. Вже використовуючи трансформатори, вони могли повністю зрозуміти процеси, що у них відбувалися. Очевидно було лише, що це явище не можна пояснити лише впливом магнітного поля. Цікаву гіпотезу, що пояснює це та багато інших електричних явищ, висунув у 1864 році відомий англійський фізик Максвелл. Щоб зрозуміти її, зауважимо, що процес, який відбувається у вторинній обмотці трансформатора, дуже схожий на той, що спостерігається в будь-якому провіднику замкнутого електричного кола - і там і тут електрони приходять у спрямований рух. Але у провіднику ланцюга це відбувається під впливом електричного поля. Може, й у вторинній обмотці трансформатора теж виникає електричне поле? Але звідки воно береться? У замкненому ланцюгу електричне поле з'являється внаслідок включення до неї джерела струму (батареї чи генератора). Але у вторинному ланцюзі трансформатора, як відомо, немає жодних зовнішніх джерел струму. Максвелл припустив, що електричне поле виникає тут під впливом змінного магнітного поля. Він пішов далі і почав стверджувати, що два ці поля тісно пов'язані між собою, що будь-яке магнітне поле, що змінюється, породжує електричне, а будь-яке електричне поле, що змінюється, породжує магнітне і що вони взагалі не можуть існувати один без одного, уявляючи як би єдине електромагнітне поле. Теорію Максвелла можна пояснити таким простим прикладом. Уявімо, що на пружині підвішена заряджена кулька. Якщо ми відтягнемо його вниз, а потім відпустимо, кулька почне вагатися навколо якоїсь точки рівноваги. Припустимо, що ці коливання відбуваються з дуже великою частотою (тобто кулька встигає піднятися і опуститися кілька сотень або навіть тисяч разів за секунду). Тепер вимірюватимемо величину напруженості електричного поля в якійсь точці неподалік кульки. Очевидно, вона не є постійною величиною: коли кулька буде наближатися, напруженість збільшиться, коли вона буде видалятися - вона зменшиться. Період цих змін, очевидно, дорівнюватиме періоду коливань кульки. Іншими словами, у цій точці виникає змінне електричне поле. Наслідуючи гіпотезу Максвелла, ми повинні припустити, що це електричне поле, що змінюється, породить навколо себе магнітне поле, що змінюється з тією ж періодичністю, а останнє викличе поява змінного електричного поля вже на більшій відстані від заряду і так далі. Таким чином, в навколишньому кульку просторі виникне система електричних і магнітних полів, що періодично змінюються. Утворюється так звана електромагнітна хвиля, що біжить по всіх напрямках від заряду, що коливається, зі швидкістю 300000 км/с. З кожним новим коливанням кульки у простір випромінюється чергова електромагнітна хвиля. Скільки вагань, стільки і хвиль. Але скільки хвиль не випромінювалося в одиницю часу, швидкість їх поширення суворо стала. Якщо припустити, що кулька здійснює одне коливання в секунду, то цей час "головна" частина хвилі опиниться на відстані 300000 км від джерела випромінювання. Якщо частота становить 1000000 коливань на секунду, всі ці хвилі заповнять за 1 секунду простір, вважаючи по прямий лінії убік від джерела випромінювання 300000 км. На частку кожної окремої хвилі доведеться шлях в 300 м. Таким чином довжина кожної хвилі безпосередньо пов'язана з частотою коливання системи, що згенерувала її. Зауважимо, що ця хвиля як би в самій собі має всі умови для поширення. Хоча кожне щільне середовище в тій чи іншій мірі послаблює його силу, електромагнітна хвиля в принципі може поширюватися і в повітрі, і у воді, проходити крізь дерево, скло, людське тіло. Однак найкращим середовищем для неї є вакуум. Тепер подивимося, що станеться, якщо по дорозі поширення електромагнітної хвилі виявиться провідник. Очевидно, електричне поле хвилі буде впливати на електрони провідника, які внаслідок цього прийдуть у спрямований рух, тобто у провіднику виникне змінний електричний струм, що має той же період коливання і ту ж частоту, що і електричне поле, що породило. Таким чином, можна пояснити явище електромагнітної індукції, відкритої Фарадеєм. Зрозуміло, наш приклад дещо ідеальний. У реальних умовах електромагнітне поле, що випромінюється зарядженою кулею, що коливається, буде дуже слабким, і напруженість його на великій відстані практично дорівнює нулю. Струм, що наводиться у вторинному провіднику, буде настільки малий, що його не зареєструють прилади. Тому за життя Максвелла його теорія не отримала експериментального підтвердження. Багато вчених поділяли його погляди та шукали спосіб, який допоміг би виявити електромагнітні хвилі. Досліди у цьому напрямі стали вихідною точкою у розвиток радіотехніки. Лише 1886 року німецький фізик Герц провів експеримент, який підтверджував теорію Максвелла. Для збудження електромагнітних хвиль Герц застосував прилад, названий ним вібратором, а виявлення - інший прилад - резонатор.
Вібратор Герца складався з двох стрижнів однакової довжини, які приєднувалися до затискачів вторинної обмотки індукційної котушки. На звернених один до одного кінцях стрижнів зміцнювалися невеликі металеві кулі. При проходженні індукційного струму через вторинну обмотку котушки між кулями проскакувала іскра, і навколишній простір випромінювались електромагнітні хвилі. Резонатор Герца складався із зігнутого в кільце дроту, на обох кінцях якого теж зміцнювалися металеві кульки. Під впливом змінного магнітного поля електромагнітної хвилі в резонаторі наводився змінний електричний струм, у результаті між кульками відбувався розряд. Таким чином, при розряді у вібраторі спостерігалося проскакування іскри між кульками резонатора. Пояснити це можна було лише з теорії Максвелла, отже завдяки досвіду Герца з усією очевидністю було підтверджено існування електромагнітних хвиль. Герц був першою людиною, яка свідомо керувала електромагнітними хвилями, але він ніколи не ставив перед собою завдання створити пристрій, що дозволяв налагодити бездротовий радіозв'язок. Проте експерименти Герца, опис яких у 1888 року, зацікавили фізиків всього світу. Багато вчених почали шукати шляхи удосконалення випромінювача та приймача електромагнітних хвиль. Резонатор Герца був приладом дуже малої чутливості і тому міг уловлювати електромагнітні хвилі, що випускаються вібратором, лише в межах кімнати. Спочатку Герцю вдалося здійснити передачу на відстань 5, а потім – 18 м. У 1891 році французький фізик Едуард Бранлі відкрив, що металева тирса, поміщена в скляну трубочку, при пропусканні через них електричного струму не завжди виявляє однаковий опір. При виникненні поблизу трубочки електромагнітних хвиль, наприклад, від іскри, отриманої за допомогою котушки Румкорфа, опір тирси швидко падало і відновлювалося лише після їх легкого струшування. Бранлі зазначив, що цю їхню властивість можна використовувати для виявлення електромагнітних хвиль.
У 1894 році англійський фізик Лодж вперше використав трубку Бранлі, яку він назвав "когерером" (від латинського coheare - зчеплюватися, зв'язуватися) для того, щоб реєструвати проходження електромагнітних хвиль. Це дозволило збільшити дальність прийому до кількох десятків метрів. Для відновлення чутливості когерера після проходження електромагнітних хвиль Лодж встановив безперервно діючий годинниковий механізм, який постійно струшував його. Фактично Лодж залишалося зробити тільки крок, щоб створити радіоприймач, але він цього кроку не зробив. Вперше думка про можливість застосування електромагнітних хвиль потреб зв'язку була викладена російським інженером Поповим. Він зазначив, що переданим сигналам можна надати певну тривалість (наприклад, одні сигнали зробити довшими, інші - короткішими) і за допомогою азбуки Морзе передавати без дротів депеші. Втім, пристрій це мав сенс тільки в тому випадку, якби вдалося досягти стійкої радіопередачі на велику відстань. Вивчивши трубки Бранлі та Лоджа, Попов взявся за розробку ще більш чутливого когерера. Зрештою йому вдалося створити дуже чутливий когерер із платиновими електродами, заповнений залізною тирсою.
Наступною проблемою стало удосконалення процесу струшування тирси після їх злипання, викликаного проходженням електромагнітної хвилі. Часовий механізм, що застосовувався Лоджем для відновлення чутливості когерера, не забезпечував надійної дії схеми: таке струшування було безладним і могло призвести до пропуску сигналів. Попов шукав автоматичний метод, який дозволив би відновлювати чутливість когерера лише після того, як сигнал прийнятий. Зробивши багато дослідів, Попов винайшов спосіб періодичного струшування когерера за допомогою молоточка електричного дзвінка та застосував електричне реле для включення ланцюга цього дзвінка. Схема, розроблена Поповим, мала велику чутливість, і вже 1894 року йому вдалося з її допомогою приймати сигнали на відстані кількох десятків метрів. Під час цих дослідів Попов звернув увагу, що дальність дії приймача помітно збільшується, якщо приєднати до когереру вертикальний провід. Так була винайдена приймальна антена, використавши яку Попов вніс суттєві покращення в умови роботи приймача. До 1895 року він створив прилад, який був перший в історії радіоприймач. Цей радіоприймач був влаштований в такий спосіб. Чутлива трубка з металевою тирсою (когерер) зміцнювалася в горизонтальному положенні; до одного висновку трубки приєднувався відрізок дроту, що був приймальною антеною, а до іншого кінця - заземлений провід. Електричний ланцюг батареї замикався через когерер та електромагнітне реле: внаслідок великого опору тирси в трубці (до 100000 Ом) струм у ланцюгу батареї був недостатній для тяжіння якоря реле. Але як тільки трубка піддавалася дії електромагнітних хвиль, тирса злипалася, і опір трубки значно зменшувався. Струм у ланцюзі зростав, і якір реле притягувався. При цьому відбувалося замикання другого ланцюга і струм прямував через обмотки дзвінкового реле, в результаті чого дзвінок приходив у дію. Молоточок ударяв по дзвінку, при цьому ланцюг розмикався. Молоточок повертався у вихідне положення під дією пружини і ударяв по трубці, струшуючи тирсу. Таким чином, трубка знову робилася чутливою до електромагнітних хвиль.
7 травня 1895 року Попов демонстрував роботу свого радіоприймача під час доповіді на засіданні Російського фізико-хімічного товариства. Джерелом електромагнітних коливань у його дослідах служив передавальний вібратор Герца, лише у передавачі Попова іскровий розрядник включався між антеною і землею. У січні 1896 року у журналі цього товариства було опубліковано статтю Попова з описом його приймача. Потім Попов приєднав до своєї схеми телеграфний апарат Морзе та ввів запис на стрічку. В результаті вийшов перший у світі радіотелеграф - передавач і приймач із записом сигналів за абеткою Морзе.
Розглянемо уважно його пристрій. Між батареєю та первинною обмоткою котушки Румкорфа було включено телеграфний ключ Морзе. При замиканні ключа постійний струм батареї йшов через витки обмотки. Переривник з великою частотою замикав і розмикав ланцюг, внаслідок чого (див. розділ "Трансформатор") постійний струм перетворювався на змінний. Завдяки електромагнітній індукції у вторинній обмотці котушки Румкорфа наводився змінний струм високої напруги. Ця обмотка замикалася на розрядник. Таким чином, кожне замикання телеграфного ключа породжувало потоки іскор у розряднику. Короткими чи тривалішими замиканнями проводилися короткі і довгі потоки іскор, які відповідали точкам і тире абетки Морзе. Один полюс розрядника був заземлений, а інший з'єднаний з антеною, яка випромінювала породжені розрядником електромагнітні хвилі в навколишній простір. Деяка частина цих хвиль потрапляла в антену приймача та індукувала у ній слабкий змінний струм. Причому тривалість кожного імпульсу струму точно відповідала тривалості сигналу розрядника. Пристрій приймача був майже таким самим, що в попередній моделі: когерер з'єднувався з батареєю та електромагнітом, реле якого за допомогою місцевої батареї приводило в дію друкарський апарат Морзе, включений у ланцюг замість дзвінка. Поки когерер не піддавався дії електромагнітних хвиль, його опір був настільки великий, що струм у ланцюгу когерера не протікав. Коли ж на когерер надавали дію електромагнітні хвилі, його опір сильно зменшувався, і сила струму в ланцюзі зростала настільки, що електромагніт притягував свій якір, включаючи ланцюг телеграфного апарату. Це тяжіння не припинялося, доки електромагнітні хвилі діяли на когерер. Одночасно із замиканням ланцюга приходив у дію молоточок, який ударяв по когереру. Опір останнього збільшувався. Однак якщо хвилі продовжували діяти, то опір відразу знову зменшувалося і стан малого опору продовжувалося незважаючи на струси. Весь цей час телеграфний апарат креслив лінію на стрічці. І тільки коли вплив електромагнітних хвиль припинявся, виявлялася дія струсу, і опір збільшувався до колишньої величини - апарат вимикався до появи нової хвилі. Таким чином на телеграфній стрічці викреслювалися крапки і тире, відповідні сигналам депеші, що пересилається. 24 березня 1896 Попов демонстрував свою апаратуру на засіданні Російського фізико-хімічного товариства і зробив передачу сигналів на відстань 250 м. Перша у світі радіограма складалася з двох слів "Генріх Герц". Одночасно з Поповим свою радіотелеграфну установку створив молодий італієць Гульєльмо Марконі. З дитинства він палко цікавився електрикою, а потім захопився ідеєю бездротового телеграфу. У 1896 році він зібрав передавач і приймач, дуже схожий на свій пристрій на ті, які винайшов Попов. У тому ж році Марконі привіз свій винахід до Англії. Мати його була англійка, і завдяки її зв'язкам він був добре прийнятий на Британських островах. В 1896 Марконі отримав англійський патент на свій радіотелеграф (це був перший патент, взятий на телеграфування без проводів; таким чином, з формальної точки зору, Марконі цілком справедливо вважається винахідником радіо, так як першим зумів запатентувати свій винахід). У червні 1897 року було організовано акціонерне товариство для застосування винаходу Марконі. У свої 23 роки він виявив дивовижну винахідливість та заповзятливість. З перших кроків його підприємство отримало солідну фінансову основу. За будь-якої нагоди Марконі намагався демонструвати, які вигоди давав новий засіб бездротового зв'язку. Так, у червні 1898 року мали відбутися традиційні вітрильні перегони в районі Дубліна. Ці перегони завжди привертали до себе загальну увагу. Марконі вирушив до Дубліна і домовився з однією з великих ірландських газет, що передаватиме їй по радіо з пароплава, що знаходився в районі перегонів, усі відомості, які можуть цікавити публіку для розміщення їх в екстрених випусках газети. Досвід вдався повністю. Протягом кількох годин Марконі вів передачу, яка ухвалювалася редакцією. Отримані таким чином відомості випереджали інші, і газета значно збільшила тираж. Для Марконі це теж був великий успіх: за короткий термін акціонерний капітал його товариства подвоївся, досягнувши 200 тисяч фунтів стерлінгів. Це дало можливість швидко вдосконалювати свій радіотелеграф. За кілька років він уже значно випереджав у своїх розробках Попова. Одним із головних елементів перших радіоприймачів був когерер. Звичайно тому, що основні зусилля винахідників, які прагнули посилити чутливість приймальних апаратів, були спрямовані саме на його вдосконалення. Марконі перший звернув увагу на важливу властивість когерера, а саме - на залежність його дії від величини напруги високочастотних коливань. Щоб повніше зібрати енергію магнітного поля, створюваного наведеним в антені мізерно малим струмом, необхідно було його посилити. Марконі знайшов простий і дотепний спосіб вирішення цієї проблеми. У 1898 році він включив у свій радіоприймач джиггер (що означає "сортувальник") - високочастотний трансформатор, первинна обмотка якого включалася до одного ланцюга з антеною, а вторинна - підводилася до когерера. У тому ж році Марконі взяв патент на цю схему.
Провідники a та b позначають тут ланцюг антени, в яку була включена первинна обмотка джиггера c. В результаті трансформації напруга слабкого антенного струму у вторинному ланцюзі значно зростала. З джиггера d сигнал потрапляв на когерер j, якого була підключена батарея b' і реле K, що включало телеграфний апарат, як це було в колишніх схемах. Це просте нововведення дозволило кілька разів підвищити чутливість перших радіоприймальних станцій. Дальність передачі одразу підвищилася з 30 до 85 миль. У тому ж році Марконі здійснив передачу через Ла-Манш. Інший надзвичайно важливий крок у напрямку збільшення чутливості приймача було зроблено 1899 року найближчим помічником Попова Рибкіним. В одному з дослідів, які він проводив, виявилося, що через дальність відстані прилади не діяли. Не впевнений у їхній повній справності Рибкін спробував включити в ланцюг когерера замість реле і телеграфного апарату звичайну телефонну трубку і дізнався, що кожен розряд на станції викликає слабкий тріск у телефоні, так що можна було легко прийняти на слух будь-яку депешу. Найдивовижнішим тут було те, що когерер за такого включення не вимагав струшування. Це явище, на той час не зовсім зрозуміле, було пояснено лише декількома роками пізніше. Справа в тому, що якщо зазвичай когерер працював як змінний опір, який в результаті спікання металевих зерен змінювався майже від нескінченності до порівняно невеликої величини, то в даній схемі він діяв на зовсім іншій основі і являв собою не що інше, як детектор у сучасному розумінні цього слова, тобто пристрій, що пропускав струм тільки в одному напрямку, що мав односторонню провідність і перемінний струм, що перетворював (випрямляв) в пульсуючий постійний. Випрямлені детектором нікчемні антенні струми були зовсім недостатні для приведення в дію телеграфного реле, зате виявлялися в змозі діяти на дуже чутливий прилад - мембрану телефонної трубки, породжуючи слабкі звукові хвилі так само, як це було в звичайному телефоні. Приклавши телефон до вуха, можна було чути довгі і короткі потріскування, що відповідають точкам і тирі абетки Морзе. Приймальний пристрій із переходом на телефон дуже спростився. Не стало механізму, що записує телеграфні знаки, зменшилася батарея, відпала необхідність постійного струшування металевого порошку. Якщо в колишньому приймачі, що працював на записуючий апарат, перешкоди від грозових розрядів приводили часто до помилкових спрацьовувань реле і спотворювали записи, то прийом на слух при відомому навичці телеграфіста давав більше можливості для виділення телеграфних знаків, що правильно чергуються, на тлі хаотичного тріску перешкод. Але найбільшою перевагою нового приймача була його більша чутливість. Наступний крок у вдосконаленні радіоприймачів був пов'язаний з підвищенням їх вибірковості, тому що перші ж спроби перейти від дослідів до практичного використання електромагнітних хвиль для передачі сигналів на відстань з усією гостротою показали, що розвиток цього нового виду зв'язку і його широке застосування виявиться можливим лише в тому випадку, якщо будуть знайдені ефективні способи, що дозволяють одночасно працювати в ефірі декільком станціям, що передають. Для випадку з провідним зв'язком це завдання вирішувалося тоді дуже просто. Достатньо було кожен із приймальних апаратів, розташованих у якомусь пункті, з'єднати своїми індивідуальними проводами з відповідною установкою, що передає. Але як слід вчинити у разі бездротової передачі? Досвіди роботи перших станцій Попова і Марконі відразу ж розкрили всю недосконалість у цьому відношенні апаратури, що застосовувалася тоді. Прийом сигналів у зоні дії двох одночасно працюючих станцій виявлявся через взаємні перешкоди абсолютно неможливим. Вихід був знайдений передачі радіотелеграфних сигналів хвилями різної довжини з використанням для їх виділення в приймальному пристрої явища резонансу.
Щоб розібратися в суті цього способу, розглянемо докладніше властивості індуктивної котушки та конденсатора. Уявімо котушку з великою кількістю витків, по якій проходить змінний струм. Електричний струм, що змінюється, як уже говорилося раніше, породжує в навколишньому просторі магнітне поле, що змінюється, яке в свою чергу створює змінне електричне поле. Це електричне поле індукує у витках котушки електричний струм, спрямований назустріч основному - відбувається явище, що називається самоіндукцією. Зовні цей ефект проявляється, зокрема, у тому, що при замиканні ланцюга струм у будь-якій котушці досягає свого максимального значення не відразу, а з деяким запізненням у порівнянні, наприклад, із звичайним прямолінійним провідником. При розмиканні мережі електричне поле, що змінюється, індукує в котушці струм, що збігається у напрямку з основним, у зв'язку з чим струм у котушці зберігається ще деякий час після відключення живлення. Ця властивість котушки затримувати і зберігати в собі деякий час струм без будь-якого зовнішнього впливу характеризується особливою величиною, званої індуктивністю. Кожна котушка має свою індуктивність, величина якої залежить від розмірів провідника та його форми, але не залежить від струму, що протікає. Що стосується конденсатора, то він зазвичай являє собою дві пластинки, розташовані дуже близько один навпроти одного, але розділені діелектриком, тобто речовиною, що не пропускає електричний струм. Платівки конденсатора називаються його обкладками. Якщо підключити обкладки конденсатора до полюсів джерела постійного струму (наприклад, до електричної батареї), то на них накопичуватиметься електричний заряд, який збережеться і після відключення батареї. Здатність конденсатора накопичувати заряд визначається його електроємністю. Кожен конденсатор має свою електроємність, причому величина її залежить від площі пластин, від відстані між ними і від властивостей діелектрика, що їх поділяє. Якщо обкладки конденсатора з'єднати шматочком дроту, то відбудеться його швидка розрядка - електрони з тієї пластини, де вони перебували в надлишку, перетікають на іншу, де їх не вистачало, після чого заряд кожної з обкладок дорівнюватиме нулю. Ну, а якщо конденсатор розряджати не сам на себе, а через індукційну котушку? І тут спостерігається дуже цікаве явище. Уявімо собі заряджений конденсатор, до обкладок якого приєднали котушку. Очевидно, конденсатор почне розряджатися, і в ланцюзі з'явиться електричний струм, проте сила його не досягне відразу максимального значення, а поступово збільшуватися внаслідок явища самоіндукції в котушці. Коли конденсатор повністю розрядиться, сила струму в котушці досягне максимальної величини. Що ж вийде? Незважаючи на те, що обидві пластини конденсатора вже матимуть нульовий заряд, перебіг струму через котушку продовжиться, оскільки внаслідок тієї ж самоіндукції струм у котушці не може припинитися миттєво. Котушка ніби перетвориться на кілька миттєвостей на джерело струму і заряджатиме конденсатор точно так, як це робила електрична батарея. Тільки тепер заряди пластин змінюються місцями - та, яка, до цього була негативно зарядженою, стає позитивною, і навпаки. В результаті, коли струм у котушці дорівнюватиме нулю, конденсатор виявиться знову зарядженим. Він, втім, тієї ж миті знову почне розряджатися через котушку, і весь процес повториться у зворотному напрямку. Якби не було неминучих втрат електроенергії, така перезарядка могла б відбуватися як завгодно довго. Описане явище називають електричними коливаннями, а систему конденсатор - котушка, в якій відбуваються ці коливання - коливальним контуром. Залежно від того, скільки разів за одну секунду конденсатор встигне перезарядитися, говорять про ту чи іншу частоту коливань. Частота коливань безпосередньо пов'язана з властивостями коливального контуру, насамперед, індуктивністю котушки та ємністю конденсатора. Помічено, що менше ці величини, тим більше частота коливань у контурі, тобто конденсатор встигає більше разів перезарядитися за секунду. Як і будь-які коливання (наприклад, коливання маятника), коливання в системі конденсатор - котушка, якщо їх не підтримувати ззовні, з часом припиняться, оскільки початкова енергія витрачається на нагрівання проводів та електромагнітне випромінювання. Це означає, що з кожним коливанням максимальна величина струму в котушці та максимальна напруга на обкладинках конденсатора будуть дедалі меншими. Однак так само, як коливання маятника в механічному годиннику, електричні коливання можна підтримувати, якщо, наприклад, підключити конденсатор до зовнішнього джерела змінного струму. Але змінний струм, як ми пам'ятаємо, теж змінює свою величину з певною частотою, або, іншими словами, має свою частоту коливань. Будь-який коливальний контур не байдужий до того, яку частоту коливання має струм, що живить його. Якщо, наприклад, цей струм має занадто велику чи занадто маленьку частоту коливання порівняно з частотою коливання самого контуру, то сила струму та його напруга в коливальному контурі ніколи не будуть більшими (оскільки цей зовнішній вплив більше заважатиме його власним коливанням, ніж допомагатиме) їм). Однак у тих випадках, коли частота коливань зовнішнього струму близька до власної частоти коливань контуру, сила струму і напруга контурного струму починають зростати і досягають максимуму при повному збігу цих частот. І тут кажуть, що коливальний контур перебуває у резонансі. Особливо яскраво проявляється резонанс у контурах із невеликим опором. У цьому випадку напруга на конденсаторі і котушці може у багато разів перевершувати зовнішню напругу струму живлення. Відбувається свого роду сплеск чи кидок напруги. Явище електричного резонансу було використано для здійснення виборчого радіозв'язку. Марконі одним із перших став налаштовувати коливальні контури передавальної та приймаючої станцій на ту саму частоту. Для цього він, зокрема, використовував свій джиггер, включаючи паралельно до його вторинної обмотки конденсатор і отримуючи таким чином коливальний контур. Схема передавачів також була змінена включенням в ланцюг антени індуктивних котушок і конденсаторів, так що кожна станція, що передає, могла передавати сигнали з певною частотою коливання хвилі. Оскільки тепер кілька радіостанцій передавали повідомлення кожна зі своєю частотою, то хвилі, що випромінюються ними, збуджували в приймальній антені змінні струми різних частот. Але приймач вибирав ті сигнали, частота яких збігалася зі своєю частотою коливання його коливального контуру, адже у цьому разі спостерігалося явище резонансу. Джіггер у цій схемі працював як фільтр і посилював не будь-який антенний струм (як це було раніше), а виділяв серед них струм тієї частоти, на яку був налаштований даний приймач. З цього часу резонансні контури стали невід'ємною частиною як приймальних, так і пристроїв.
На початку XX століття вже кілька десятків учених у багатьох країнах із захопленням займалися бездротовим телеграфом. Однак найбільші успіхи, як і раніше, були пов'язані з ім'ям Марконі, який, безсумнівно, був одним із найвидатніших радіотехніків цього часу. Після низки дослідів передачі великі відстані Марконі зробив разюче відкриття - виявилося, що опуклість земної кулі анітрохи не заважає руху електромагнітних хвиль. Це підштовхнуло його до експерименту з телеграфування через океан. Вже в 1901 році відбулася перша в історії трансатлантична радіопередача, під час якої помічник Марконі, Флемінг, передав з англійської станції до Польди кодом Морзе букву "S", а Марконі, що знаходився на іншому березі Атлантичного океану, на острові Ньюфаундленді, прийняв її на відстані 1800 миль. Наступним важливим моментом у вдосконаленні приймачів стало створення нових хвилевловлювачів (детекторів). Когерер Бранлі відіграв важливу роль перші роки розвитку радіозв'язку. Однак він був надто примхливим та складним у зверненні. Крім того, його доводилося постійно струшувати для відновлення здатності відкликатися черговий радіосигнал. Однією з центральних завдань стало створення когерера, що "самоналаштовується". Перша спроба в цьому напрямку була зроблена в 1899 Поповим з телефоном. Друга Марконі, яка сконструювала на початку XX століття свій магнітний детектор.
Принцип дії магнітного детектора ґрунтувався на явищі так званої гістерези. Справа в тому, що зазвичай залізо намагнічується з деяким запізненням у часі. Однак намагнічування можна посилити, якщо в момент дії зовнішнього магнітного поля викликати помітний струс молекул заліза. Це можна зробити шляхом механічного удару чи коротким імпульсом іншого магнітного поля. Це явище і було використано Марконі. У його магнітному детекторі на два роликові диски натягувалася нескінченна стрічка з м'якого залізного дроту, що рухалася зі швидкістю п'ять дюймів за секунду і проходила під полюсами двох постійних магнітів усередині невеликої скляної трубки. На цю трубку намотувалися первинна та вторинна обмотки, причому первинна обмотка включалася до ланцюга антени, а вторинна приєднувалася до телефону. Проходячи під полюсами магніту, залізна стрічка намагнічувалася спочатку в одному, а потім у протилежному напрямку. Саме перемагнічування відбувалося під середніми здвоєними однойменними полюсами, але не відразу в момент проходження під ними стрічки, а дещо запізнюючись (через згадану вище властивості заліза). Картина магнітних ліній, що виходили з полюсів і замикалися в залізному дроті, спотворювалася, і магнітні лінії представлялися ніби захоплюваним дротом у бік руху. Високочастотне магнітне поле, що утворилося всередині первинної обмотки під час проходження радіосигналу, миттєво послаблювало явище гістерезису в залізному дроті і виробляло в ній ударне перемагнічування. p align="justify"> Конфігурація силових ліній різко змінювалася, і вони встановлювалися в тому положенні, яке властиво їм при нерухомому дроті. Це раптове усунення силових ліній створювало миттєвий струм у вторинній обмотці, що викликав звук у телефоні. Прилад не вимагав струшування і завжди був готовий до прийому чергового сигналу. У ті роки інші радіотехніками були запропоновані інші типи детекторів. З цього часу почався бурхливий розвиток радіотехніки. У 1902 році, використовуючи свій магнітний детектор, Марконі провів серію чудових дослідів на італійському військовому крейсері "Карло Альберто". Під час плавання з Італії до Англії та Росії він цілком вільно вів прийом на відстані 2000 км від Польди, де знаходилася станція, що передає. У листопаді того ж 1902 року було влаштовано офіційний радіозв'язок між США та Англією. Президент Рузвельт та король Едуард VIII обмінялися вітальними радіограмами. А в жовтні 1907 року фірма Марконі відкрила для широкого загалу першу в історії радіотелеграфну станцію, яка передає повідомлення з Європи до Америки. Інтерес до цієї новинки виявився величезним - першого ж дня було передано 14 тисяч слів. Автор: Рижов К.В.
▪ фулерени ▪ унітаз
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Твердотільні накопичувачі SanDisk Z410 ▪ Онлайн-радіо Music та радіостанція Beats 1 від Apple ▪ Ноутбук Toshiba Libretto W100
▪ Розділ сайту Електромонтажні роботи. Добірка статей ▪ стаття Інформатика та інформаційні технології. Шпаргалка ▪ стаття Що таке ультрафіолетові промені? Детальна відповідь ▪ стаття Функціональний склад телевізорів Daewoo. Довідник ▪ стаття Найпростіший сторожовий пристрій. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page