Про попередників винахідників радіо. Давайте подумки перенесемося в кінець XIX століття і постараємося зрозуміти, з чого виходили і чим керувалися російський вчений Олександр Степанович Попов (1859-1906) і італійський фізик Гульєльмо Марконі (1874-1937), приступаючи до винаходу радіо.

Олександр Степанович Попов
(1859-1906)

До моменту винаходу в кінці XIX століття радіо був відомий провідний телеграф і результати дослідів декількох фізиків, в першу чергу Генріха Рудольфа Герца, експериментально підтвердили поширення електромагнітних хвиль у вільному просторі, тобто без проводів. Крім того були розроблені і практично використовувалися три найбільш важливі елементи майбутніх радіопередавачів і радіоприймачів: котушка Румкорфа, вібратор Герца і когерер Бренлі-Лоджа.

Ось від цих, образно кажучи «трамплінів», і відштовхувалися винахідники радіо.

Загальна схема передачі і прийому телеграфних повідомлень наведена на рис. 1.

У схемі при замиканні ключа (К) спрацьовує електромагнітне реле (Р), контакти якого замикаються, і реєструючий пристрій (РУ) фіксує коротку або довгу посилку в залежності від часу замикання ключа. Вибравши якийсь код, можна за допомогою схеми рис. 1 по проводах передати телеграфне повідомлення на велику відстань.

Гульєльмо Марконі
(1874-1937)

На першій стадії розвитку проводового телеграфу зазвичай використовувався код Морзе, в якому кожній букві алфавіту і цифрі відповідає певна комбінація з відносно коротких (точка) і довгих (тире) імпульсів.

Приклад телеграфного повідомлення, що складається з коротких і довгих імпульсів, показаний на рис. 2.

При переході до радіо, тобто Надсилаючи звіт за допомогою електромагнітних хвиль, що поширюються у вільному просторі, треба було прибрати дроти і замість імпульсних посилок постійного струму передавати сигнали високої частоти різної тривалості так, як це показано на рис. 2.

При цьому треба було вирішити чотири основні завдання: навчитися генерувати сигнали високої частоти, випромінювати їх в простір, вловлювати їх на певній відстані і знову переводити в імпульси постійного струму.

Таким чином, сигнали при передачі і прийомі повідомлень повинні були мати вигляд, показаний на рис. 2, а загальна схема передачі повідомлення за допомогою електромагнітних хвиль прийняти вид, показаний на рис. 3.

Мал. 1

Про дослідах Герца та інших дослідників з генерування та поширення електромагнітних хвиль було відомо і А.С. Попову, і Г. Марконі. Тому саме до реалізації загальної схеми передачі і прийому повідомлень за допомогою радіохвиль (рис. 2 і 3) і рішенням чотирьох перерахованих завдань і повинні були прийти обидва винахідника на початку своєї роботи по створенню радіо

Слід зазначити, що в кінці XIX століття крім А.С. Попова і Г. Марконі проблемою бездротового телеграфу займалися багато фізиків, в тому числі Дейвід Юз (США), Едуард Бренлі (Франція) і Олівер Лодж (Англія).

Мал. 2 Мал. 3

Ними було виявлено, що мікрофонні контакти і погані контакти між металами змінюють свою провідність під дією іскрових розрядів і тому можуть служити чутливими індикаторами електромагнітних хвиль.

В результаті проведених досліджень Е.Бренлі і О.Лоджем був винайдений прилад, названий когерером, схематичне пристрій якого показано на рис. 4.

Мал. 4

Когерер Бренлі-Лоджа представляв собою скляну трубку, наполовину заповнену залізними тирсою. До внутрішніх стінок трубки приклеювалися дві тонкі металеві смужки. Когерер реагував на електричні розряди, різко збільшуючи свою провідність за рахунок спікання тирси.

Однак після кожного прийому сигналу первісна мала провідність когерера не відновлювалась, і для приведення в початковий стан його необхідно було струшувати, щоб залізні ошурки знову ставали чутливими до електричних розрядів. У сучасному уявленні когерер був чутливим детектором одноразової дії, що дозволяє виявляти електромагнітні хвилі.

Слід зазначити, що досліди названих вчених не виходили за рамки лабораторних досліджень в межах невеликого простору, і що вони тільки наблизилися до вирішення завдання радіозв'язку, але не змогли її вирішити в повному обсязі. Таке завдання, пов'язана зі створенням радіопередавача, радіоприймача і антен, що забезпечують стійку передачу повідомлень на великі відстані, була незалежно один від одного вирішена А.С. Поповим і Г. Марконі.

Справедливості заради слід зазначити, що в науковому співтоваристві були фізики, безпосередньо не займалися проблемою електромагнітних хвиль, але передбачали можливість їх практичного використання для передачі повідомлень.

Ось що писав, наприклад, в 1892 р з цього приводу англійський учений Вільям Крукс:

«Промені світла не проходять через стіни або, як ми добре знаємо, через лондонський туман, але електромагнітні хвилі довжиною в ярд або більш легко проходять через середовище, яке для них прозора. Тут відкривається дивовижна можливість телеграфування без проводів, пошти, кабелю або інших наших теперішніх приладів. При реалізації деяких розумних передумов нд е це виявляється в межах реального здійснення ...

Експериментатор, що знаходиться на деякій відстані, може прийняти ці хвилі на відповідний прилад, і таким чином пут ем застосування посилки сигналів за кодом Морзе можна здійснити зв'язок одного оператора з іншим ... Що осту ється відкрити?

Це, по-перше, більш прості і над yoжние способи генерування електричних променів заданої довжини хвилі ...; по-друге, більш чутливі при yoмнікі, які будуть відгукуватися на довжини хвиль, що лежать в певних межах, і не братимуть інші, і, по-третє, способи концентрації пучка променів в будь-якому заданому напрямку ... ».

Не минуло й трьох років, як накреслена У. Круксом програма дій була реалізована, і його на рідкість точне передбачення збулося - передачі і прийому сигналів за кодом Морзе за допомогою електромагнітних хвиль була реалізована. Радіозв'язок з області лабораторних досліджень перемістилася в сферу практичного застосування.

Бездротовий телеграф Олександра Степановича Попова. Спочатку коротко розповімо про життєвий шлях першого винахідника радіо Олександра Степановича Попова, який народився в родині православного священика 16 березня 1859 року на Уралі, в Пермської губернії.

Долею йому судилося стати священнослужителем, бо звичай - син духовної особи йде по стопах батька - неухильно дотримувався Росії. Саме так спочатку і складалося життя маленького Олександра, відданого вчитися в духовну школу, потім - в Єкатеринбурзький духовне училище і, нарешті, в Пермську духовну семінарію. Навчаючись в семінарії, Олександр вільний від основних занять час присвячував самостійного вивчення фізики і математики.

У 1877 році Олександр Степанович за згодою батька круто змінює свій життєвий шлях, вступивши вчитися на фізико-математичний факультет Петербурзького університету, який він успішно закінчує в 1882 р Потім Попов викладає в мінному офіцерському класі Морського відомства в Кронштадті, приділяючи багато часу і наукової роботи .

Поступово основним змістом наукової діяльності Попова стають електромагнітні хвилі, а ідея використовувати їх в практичних цілях для передачі повідомлень, починає домінувати в проведених ним експериментах.

У 1893 р Попов відвідує Чиказьку всесвітню виставку, де знайомиться з останніми досягненнями в області електротехніки. Після повернення з виставки він продовжує наполегливо працювати над своїм винаходом.

Мал. 5

Як джерело електромагнітних хвиль Попов використовує вдосконалений вібратор Герца, в якому генерація високочастотних коливань є наслідком іскрового розряду (рис. 5), а в якості реєстратора випроменених коливань застосовує вдосконалений ним когерер Бренлі-Лоджа (рис. 4) - скляну трубку завдовжки 70 мм і діаметром 10 мм, наполовину засипаний залізними тирсою.

До внутрішніх стінок трубки з розривом в 2 мм були приклеєні дві тонкі металеві смужки шириною по 8 мм.

Когерер реагував на електричні розряди, замикаючи ланцюг електромагнітного реле, контактні якого, в свою чергу, замикали ланцюг включення дзвінка (рис. 5).

Як зазначалося, після кожного прийому сигналу когерер втрачав властивість малої провідності, і для приведення в початковий стан його необхідно було струшувати, щоб залізні ошурки знову ставали чутливими до електричних розрядів. Це струшування вироблялося в пристрої Попова автоматично за допомогою того ж дзвінка, молоточок якого після прийому сигналу бив по трубці когерера, приводячи його в початковий стан.

Приєднавши до когереру довгий провід (в сучасному розумінні - антену), Попов істотно підвищив чутливість когерера, який став реагувати на грозові розряди. Тому своє створене приймальний пристрій (рис. 5) Попов спочатку назвав грозоотметчиком

На засіданні фізичного відділення Російського фізико-хімічного товариства, що відбулося 7 травня 1895 року в Санкт-Петербурзькому університеті, А.С.Попов виступив з доповіддю «Про відношення металевих порошків до електричних коливань» і вперше продемонстрував свій чутливий радіоприймач, названий їм грозоотметчиком, який брав коливання, що випромінюються видозміненим осциллятором Герца. Цей день в нашій країні відзначається як день радіо.

За свідченням учасників знаменної засідання Олександр Степанович свою доповідь закінчив словами: «На закінчення можу висловити надію, що мій прилад при подальшому удосконаленні його зможе бути застосований до передачі сигналів на відстані за допомогою швидких електричних коливань».

Звіт про знаменну засіданні з описом його доповіді і експерименту був опублікований в журналі товариства в серпні 1895 року і січні 1896 р

24 березня 1896 року в засіданні того ж суспільства Олександр Степанович демонструє створений ним іскровий радіопередавач, передавши на відстань в 250 метрів з однієї будівлі в іншу азбукою Морзе першу в світі радіотелеграма, записавши її на стрічку телеграфного апарату, приєднаного до радіоприймача.

За деякими свідченнями текст прийнятої радіотелеграми була короткою: «ГЕНРІХ ГЕРЦ». Цією телеграмою учений продемонстрував данину поваги своєму попереднику.

Радіопередавач Попова, схема якого наведена на рис. 6, включав такі основні елементи: антенний контур, що складається з антени і вторинної обмотки індукційної котушки (ІК), іскровий розрядник (Р), переривник (П), ключ (К) і джерело постійного струму.

Мал. 6

Щоб зрозуміти, як відбувалася генерація високочастотних коливань в такому радіопередавачі, розглянемо його спрощений варіант, що включає коливальний контур, джерело живлення і дві контактні групи (рис. 7, a).

У схемі, коли контакти «1» замкнуті, контактні «2» - розімкнуті, і навпаки. При замиканні контактів «1» конденсатор ємністю С заряджається до напруги джерела постійного струму Е. При розмиканні контактів «1» і замиканні «2» в контурі виникає затухаючий коливальний процес, графік якого наведено на рис. 7, б.

У радіопередавачі Попова (рис. 6, а) роль контактних груп виконував переривник (П), що створює при натиснутому ключі (К) імпульси в первинній обмотці індукційної котушки. Висока напруга, що виникає при цьому у вторинній обмотці, періодично призводило до електричного пробою розрядника (Р), і в антенном контурі виникали затухаючі коливання.

Таким чином, при натиснутому ключі відбувалося випромінювання «пачки» високочастотних імпульсів, кожний з яких мав вигляд згідно рис. 7, б. Тривалість випромінюваної посилки, що складається з серії високочастотних імпульсів, визначалася часом натискання ключа (К).

Мал. 7а

Довга посилка відповідала тире, коротка - точці. Висловлюючись сучасною мовою, радіопередавач А.С. Попова працював в режимі амплітудної радіотелеграфії, випромінюючи високочастотні імпульси згідно азбуці Морзе (рис. 2).

Таким чином, в радіопередавачі А.С. Попова були присутні всі необхідні елементи, що забезпечують виконання функцій, властивих сучасним радиопередающим пристроїв. Генерація в схемі здійснювалася шляхом перетворення енергії джерела постійного струму в енергію високочастотних коливань за допомогою переривника, антенного контуру і іскрового розрядника, модуляція - за допомогою ключа, випромінювання - за допомогою штирьовий антени.

Апарати, розроблені Олександром Степановичем і його помічниками, виготовлялися в Росії і у Франції і використовувалися на кораблях. Так, наприклад, в 1900 році вони були застосовані для радіозв'язку на відстань в 47 км під час рятувальних робіт сів на камені корабля в Фінській затоці біля острова Гогланд.

Мал. 7б

За відгуками людей, які близько знали вченого, він був мовчазним і замкнутим людиною, до самозабуття любив свою наукову роботу і не думав про видаляння з неї будь-якої матеріальної вигоди.

Слід зазначити, що виготовлення перших радіотехнічних апаратів, винайдених А.С. Поповим, здійснювалося не тільки під його керівництвом в Кронштадтської майстерні, а й у Франції на електротехнічної фірмі Ежена Дюкрете (1844-1915 рр.).

Така тісна творча співпраця російського фізика А.С. Попова і французького інженера Е. Дюкрете тривало протягом п'яти років - з 1899 по 1904 рр. Все почалося з виступу Е. Дюкрете на засіданні Французького фізико-хімічного товариства в кінці 1897 року, на якому він продемонстрував роботу виготовленого ним апарату згідно з матеріалами, опублікованими А.С. Поповим, підтвердивши при цьому пріоритет останнього.

Після цього між ними встановилося тісне співробітництво. Підтвердженням тому є, зокрема, наступний лист, відправлений ним до Парижа в 1899 р .:

«Месьє, цієї осені у нас так склалися обставини, що ми змогли зробити тільки кілька дослідів по телеграфії без проводів між військовими судами. Я шкодую, що ці випробування не могли бути проведені при всій моїй бажанні в повному обсязі через затримку з отриманням виготовленої Вами апаратури. Тим не менш, деякі отримані результати здалися нам задовільними.

Нам вдалося встановити повністю налагоджену зв'язок між судами на відстані 12 км. Для цієї мети були використані звичайні щогли, а для систем зв'язку на відстані 25 км було необхідно виготовити паперового змія, що піднімається на висоту 50 метрів.

Оскільки всі досліди були проведені з Вашої апаратурою, ми визнали за необхідне проінформувати Вас про їх результати.

Будьте люб'язні повідомити нам, чи не з'явилися з Вашого боку що-небудь цікаве, що стосується цього питання.

Повідомте суму, яку нам необхідно ще внести, щоб розрахуватися з Вашої майстерні. Вона буде відправлена Вам в самий найближчий час.

З повагою і найкращими побажаннями ».

З кінця 1898 році фірма Е. Дюкрете приступила до дрібносерійного виробництва радіостанцій системи Попова, виконуючи замовлення військово-морських відомств Росії і Франції. Для Росії фірма виготовила в цілому близько 50 корабельних радіостанцій.

На 4-му Всесвітньому електротехнічному конгресі, що відбувся в Парижі в 1900 р, А.С. Попову за винахід радіо були присуджені почесний диплом і золоту медаль.

Як винахідник радіо А.С. Попов отримав всесвітнє визнання ще за життя. У 1901 році він став завідувачем кафедри фізики Петербурзького електротехнічного інституту, а в вересні 1905 був обраний його ректором, пропрацювавши на цій посаді всього п'ять місяців.

У січні 1906 році Олександр Степанович раптово помер у віці 46 років.

(Далі буде)

В.І. Каганов, доктор технічних наук, професор кафедри радіолокації і радіонавігації, МГТУ МІРЕА