Антенны для радиолюбительского оборудования

Искровой беспроволочный телеграф, как эпоха ранней радиосвязи.

В 1890-1891гг. французский физик Э.Бранли (1844-1940) достаточно глубоко исследовал различные порошки и опилки, помещённые им в изолирующую трубку с металлическими выводами по концам. Оказалось, что под действием электрических разрядов порошки и опилки резко увеличивают электропроводимость, но при этом теряют чувствительность, для восстановления которой трубку нужно встряхивать. Свой прибор Бранли назвал "радиокондуктором", но в научную литературу он вошёл как "трубка Бранли". Оливер Лодж, воспроизводя и совершенствуя опыты Герца, доработал "радиокондуктор" и в 1893г. сконструировал прибор, названный им "когерером" (сцепителем), ставшим основой будущих первых радиоприёмников.



В самом начале 1894г. телеграф приносит печальную весть: в Германии на 37-м году жизни 1 января умер Генрих Герц. Учёные всего мира чтят память талантливого исследователя траурными заседаниями. В Британской АН с большим докладом о научном наследии Герца выступает О. Лодж.



Успех доклада был потрясающим. Учёные были поражены теми достижениями, каких добился Лодж в демонстрации электромагнитных волн. Им даже не понадобились сильные лупы, которыми они запаслись для наблюдения слабых искорок резонатора, так как Лодж использовал когерер, хорошо улавливающий "лучи Герца", посылаемые вибратором. Это позволило демонстрировать опыты сразу большой аудитории.



Но Лодж, как и Герц и Бранли, абсолютно не думал о применении своего прибора для телеграфирования без проводов и не пошёл дальше лекционных опытов, хотя был в одном шаге от изобретения радио. Лишь 30 лет спустя после изобретения А. Попова, в 1925г., на заседании английского Радиообщества Лодж сознался в своей оплошности и с горечью подтвердил, что считал беспроволочное телеграфирование с помощью электромагнитных волн бредовой мечтой.



Опыты Лоджа, как ранее опыты Герца, повторили все физики мира, как только статья Лоджа с изложением его памятного доклада и комментариями появилась в июльском номере журнала "Electrician". Среди физиков был и преподаватель минного офицерского класса в Кронштадте А. Попов.



Александр Степанович Попов (1859-1906), будучи работником Морского ведомства, хорошо знал о насущной потребности флота в средствах дальней связи, а как физик он был прекрасно осведомлён о всех достижениях в области использования электромагнитных волн. Попов понимал, что для создания беспроводных средств связи нужно решить две важные технические задачи: увеличить чувствительность когерера и создать устройство, возвращающее когереру его чувствительность после приёма каждого сигнала.



Решение первой задачи после многочисленных экспериментов, по изучению металлических порошков, завершилось созданием когерера в виде трубочки с платиновыми контактными листочками, укреплёнными на её внутренних поверхностях с противоположных концов. Трубочка наполовину заполнялась металлическими опилками. Такой когерер оказался из многих испытанных наиболее чувствительным и стабильным.



В результате решения второй задачи была создана такая комбинация элементов приёмного устройства, при которой связь между опилками по приходе сигнала разрушалась немедленно автоматически, тем самым восстанавливая чувствительность когерера для приёма следующего сигнала. Это же устройство являлось звуковым сигнализатором принятых сигналов. В качестве основного автоматического прибора всей комбинации А. С. Попов применил электрический звонок. Молоточек звонка при прямом ходе ударял по чашечке звонка, создавая звук, при обратном же ходе ударял по когереру и встряхивал его, разрушая связь между опилками. В приборе также было использовано электромагнитное реле Сименса, выполняющее роль промежуточного усилителя. Слабый ток когерера заставлял срабатывать чувствительное реле, а уж оно включало звонок, для работы которого требовался значительно больший ток.



7 мая 1895г. А. С. Попов впервые продемонстрировал работу своего "прибора для обнаружения и регистрирования электрических колебаний" на заседании Русского физико-химического общества в ходе обстоятельного доклада. Прибор откликался на посылки волн от "герцевского вибратора", возбуждаемого катушкой Румкорфа, на расстоянии 25 метров. Это была демонстрация первого в мире радиоприёмника, открывшего эру радио.



Ещё отрабатывая схему, Попов обнаружил, что дальность действия значительно увеличивается в случае присоединения к когереру специального длинного и поднятого над землёй провода. Так появилась первая антенна - существеннейшая часть любой радиостанции, хотя сам Попов не считал себя изобретателем антенны, отдавая приоритет Н. Тесле. Им же было применено заземление другого конца когерера.



Также при обработке схемы было обнаружено, что прибор реагирует на грозовые разряды, и был создан специальный радиоприёмник, предназначенный для приёма и регистрации на бумажный носитель сигналов о приближении гроз, названный Поповым "грозоотметчиком". Летом 1895г. такие грозоотметчики, ставшие первыми практически работающими радиоприборами, были установлены в Обсерватории Лесного института в Петербурге, на Нижегородской ярмарке и в ряде других мест. Дальность обнаружения гроз достигала 30 км.



Материалы доклада 7 мая 1895г. с небольшими дополнениями были изложены Поповым в статье "Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний", напечатанной в январском номере "Журнала Русского физико-химического общества" за 1896г.



24 марта 1896г. А. С. Попов сделал второй доклад на заседании того же физического отделения РФХО. На этом заседании он демонстрировал передачу на 250 метров первой в мире короткой радиограммы. Вместо сигнального звонка в демонстрируемом приборе был применён аппарат Морзе, с помощью которого была принята депеша, содержащая два слова "Heinrich Hеrtz" - Генрих Герц. Эта короткая радиограмма открыла эру практического телеграфирования без проводов.



2 июня 1896г. молодой итальянский изобретатель Г. Маркони взял предварительный патент на тщательно засекреченное изобретение: "Патент №12039. Г. Маркони. Лондон. Способ передачи электрических импульсов и аппарат для этого". Сенсация мгновенно облетела мир, однако, никаких подробностей ни о принципе, ни об устройстве аппарата не сообщалось. Суть изобретения и схема устройства были открыты лишь в конце 1897г.



Гульельмо Маркони (1974-1937) - будущий известный радиотехник и предприниматель, лауреат Нобелевской премии за 1909г. (совместно с К. Ф. Брауном) - ко времени описываемых событий был вольнослушателем Болонского университета. Опыты профессора этого университета Риги с "лучами Герца", произвели на девятнадцатилетнего Гульельмо сильное впечатление и определили круг его интересов всей дальнейшей жизни. Он тут же начинает, на ферме своего отца, экспериментировать с когерером Бранли и вибратором, сконструированным Риги. Этот вибратор создавал искру в масляном промежутке разрядника с большей интенсивностью, чем воздушные.



К концу 1895 года Маркони получил обнадеживающие результаты и продолжил опыты в Англии, на родине своей матери. Здесь на его опыты обратил внимание главный инженер Правительственных телеграфов профессор сэр Уильямс Прис, сам некогда занимавшийся вопросами телеграфирования без проводов. С его помощью двадцатилетний Маркони не только сделал патентную заявку, но и создал акционерное Общество Беспроволочного Телеграфа, сыгравшее огромную роль в дальнейшем развитии радиотехники. Уже к середине 20-х годов ХХ века "Маркони Интернейшионал Коммуникэйшен Компани" охватывала всю Америку и почти всю Европу и имела представительства более чем в 70 странах по всему миру.



Открытая и опубликованная в 1897г. схема приёмника Маркони схожа со схемой приёмника Попова и основана на тех же принципах. По-видимому, научный и технический уровень исследований в области электромагнитных волн был таков, что неизбежно привёл разных исследователей к сходным результатам.



В последующие годы с убыстряющимся темпом идут совершенствования схем и их натурные испытания. В течение 1897г. Поповым была достигнута дальность связи 5 км. Получено это было за счёт увеличения антенн и мощности передатчиков. Столь большая дальность связи реально поставила вопрос об оснащении военных кораблей радиотелеграфными приборами. Ввиду отсутствия в России собственной электротехнической производственной базы, Морское ведомство приняло решение о заказе приборов Попова владельцу французской фирмы по изготовлению научных приборов, инженеру Дюкретэ, что и было сделано в 1899г.



Продолжая краткий обзор важнейших работ А. С. Попова, следует остановиться ещё на некоторых его изобретениях, имевших чрезвычайно большое значение для радиосвязи. Так, в 1899г. он разрабатывает первую схему детекторного приёмника на базе кристаллического диода, сконструированного им же. Новый прибор был назван "телефонным приёмником депеш", чувствительность его была в несколько раз выше, чем у когерерного. Этот приёмник стал прототипом будущих приёмников амплитудно-модулированных сигналов в радиотелеграфии и радиотелефонии. В 1900г. телефонные приёмники Попова обеспечили работу первой практической линии радиосвязи на 45 км между островом Гогланд и г. Котка, что позволило успешно провести работы по снятию с камней броненосца "Генерал-адмирал Апраксин". Приоритет А. С. Попова в изобретении телефонного приёмника был закреплён рядом патентов в России, Англии, Франции и других странах.



В 1900г. А. С. Попов создал первый кристаллический точечный диод с контактом стальные иголки - угольные шарики и с успехом применил его в своём детекторном приёмнике. Это изобретение на 6 лет опередило аналогичные конструкции американцев Д. Пикарда и, независимо, Г. Данвуда.



Невозможно в кратком обзоре охватить все этапы работы А. С. Попова над совершенствованием радиосвязи. Лучше всего об этом рассказывают сами схемы отправительных и приёмных, телеграфных и телефонных, армейских и флотских станций разных лет, но нельзя не упомянуть ещё об одном открытии. В ходе летних экспериментов на море в 1897г. было обнаружено явление отражения радиоволн от корпуса судна, пересекающего направление связи. Эти наблюдения, нашедшие место в отчётах А. С. Попова, были впоследствии, в 1902-1904гг., развиты немецким инженером Х.Хюльсмайером, сконструировавшим "телемобилоскоп" - некий прототип радара. Таким образом, наблюдения Попова легли в основу будущей техники радиолокации - обнаружения объектов по отражению ими радиоволн.



Не менее впечатляющими были достижения Г. Маркони, получившего солидную финансовую поддержку деловых кругов Англии и других стран в отличие от вечно стеснённого в средствах А. С. Попова. К лету 1897г. Маркони сумел достигнуть дальности связи сначала 6 км, а затем 10 км. Опыты того же года в Италии дали 16 км. В марте 1899г. Маркони осуществил связь между Англией и Францией на 45 км, а в декабре 1901г. буква "S" была передана по радио через Атлантический океан на расстояние около 3700км. Для этих целей был использован передатчик мощностью около 10 кВт и построена весьма сложная антенна.



Велись работы и по ту сторону океана. В 1896г. американский учёный югославского происхождения Николо Тесла (1856-1943) сумел передать сигналы с помощью созданного им высокочастотного резонансного трансформатора на дальность 32 км на суда, двигавшиеся по Гудзону. Но Тесла с успехом применял электромагнитные волны не только для телеграфирования, но и для передачи сигналов телеуправления различными механизмами. Радиосигналы с пульта принимались антенной, установленной на лодке, а затем передавались на механизмы управления. Таким образом, Тесла может быть назван родоначальником телемеханики.



В 1905г. американский изобретатель Форест установил радиосвязь между железнодорожным составом в пути со станциями на дальность 50 км. В 1910г. пароход "Теннеси" получил сообщение о прогнозе погоды из Калифорнии на расстоянии 7,5 тыс. км., а в 1911г. была достигнута связь на 10 тыс. км. Только наличие радиосвязи на гибнущем "Титанике" позволило спасти более 700 человек.



В 1911г. Бэкер в Англии изобрёл портативный радиопередатчик весом около 7 кг и разместил его на самолёте. Дальность связи составила 1,5 км.



К началу мировой войны 1914г. почти все военные суда ведущих держав были оборудованы радиоустановками. Армейская радиосвязь с началом войны также стала развиваться быстрее, хотя традиционно отставала от флотской.



В России в 1914г. для связи с французским и английским командованиями в Москве (на Ходынке) и Петрограде (Царское село) были построены стокиловаттные искровые радиостанции. В дальнейшем мощные станции были построены Военным ведомством также в Николаеве, Ташкенте, Чите и Кушке. В системе Почтово-телеграфного ведомства радиосвязь в России внедрялась гораздо медленнее, было построено лишь несколько искровых радиостанций мощностью порядка 15 кВт, и в целом Россия - родина радио - к началу 20-х годов резко отставала от других государств во внедрении радиосвязи.



Первый период развития радиотехники, вплоть до Первой мировой войны и даже до начала 20-х годов, характеризуется применением преимущественно искровой аппаратуры, хотя на последнем этапе параллельно стали применяться дуговые и электромашинные генераторы высокой частоты. Однако постепенно все эти три типа генераторов были вытеснены ламповыми передающими устройствами, широкое применение которых началось в двадцатые годы.





Информация взята из сайта http://www.rt.mipt.ru