Традиционные средства связи

Радио и телевидение

Изобретение телеграфа значительно ускорило по сравнению с почтой передачу сообщений - телеграмм, а телефон позволил передавать живую человеческую речь на большие расстояния. Однако телеграфная и телефонная связь требуют прокладки проводов - кабелей. Особые сложности вызвала прокладка подводных кабелей между континентами. Обойтись без проводов при передаче сообщений позволило изобретение радио, в котором есть только радиопередатчик и радиоприемники, связанные между собой радиоволнами. Передатчик их излучает, а приемники принимают. Слово "радио" в переводе с латинского radio означает "излучать".

Одно из величайших изобретений конца XIX века, беспроволочный телеграф, было сделано русским ученым Александром Степановичем Поповым (рис. 3.26) и почти одновременно с ним итальянцем Гульельмо Маркони в 1895 году. В его основе лежало открытие электромагнитного излучения.

Майкл Фарадей в 1831 году открыл электромагнитную индукцию - явление порождения электрического поля переменным магнитным полем и высказал идею существования электромагнитных волн.

Рис. 3.23. Майкл Фарадей

В 60-х годах XIX века Джеймс Максвелл теоретически предсказал существование электромагнитных волн. К 1869 году он установил все основные закономерности поведения электромагнитного поля и сформулировал их в виде системы четырех уравнений, получивших название уравнений Максвелла. Из этих уравнений следовал фундаментальный вывод о конечности скорости распространения электромагнитных взаимодействий. Скорость оказалась равной скорости света в вакууме: 300000 км/с. Отсюда Максвелл сделал заключение, что свет есть форма электромагнитных волн.

В 1886 году Генрих Герц провел эксперимент, подтвердивший это предсказание Максвелла о существовании электромагнитных волн. Для возбуждения электромагнитных волн он разработал вибратор, а для их приема - резонатор.

Рис. 3.24. Джеймс Максвелл

Радиоволны представляют собой одну из разновидностей электромагнитных волн. Другие их разновидности - видимый свет и невидимые инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи. Различаются они между собой частотой, то есть числом колебаний в секунду.

Рис. 3.25. Генрих Герц

Рис. 3.26. А.С. Попов (1859 - 1905/06)

Рис. 3.27. Первый радиоприемник А.С. Попова

Впервые мысль о применении электромагнитных волн для нужд связи высказал А.С. Попов. Он предложил придавать передаваемым сигналам определенную длительность (точки - тире) и с помощью азбуки Морзе передавать сообщения без проводов. Источником электромагнитных колебаний при этом служил вибратор Герца, а регистрировал их прохождение Попов с помощью разработанного в 1891 году Э. Бранли и усовершенствованного им чувствительного датчика - стеклянной трубки с платиновыми электродами, заполненной железными опилками.

Рис. 3.28. Оливер Лодж

К датчику Бранли Лодж добавил прерыватель (trembler), устройство, которое встряхивало опилки, после прохождения разряда. Лодж назвал свое изобретение "когерер". Лодж использовал различные способы приведения когерера в рабочее состояние, в том числе и с помощью смонтированного на одной доске с когерером электрического звонка. А Попов использовал звонок в качестве звукового регистратора поступившего сигнала и одновременно в качестве вибрирующего автомата - прерывателя для приведения когерера в рабочее состояние.

Затем он присоединил к своей схеме телеграфный аппарат Морзе и ввел запись принимаемых сигналов на бумажную ленту. В результате получился первый в мире беспроволочный телеграф, состоящий из передатчика и приемника с записью сигналов с помощью азбуки Морзе.

7 мая 1895 года Попов впервые продемонстрировал работу созданного им радиоприемника. Первая радиограмма состояла всего из двух слов: "Генрих Герц". Сначала он принимал сигналы на расстоянии нескольких десятков метров. При этом Попов заметил, что дальность приема значительно возрастает, если к одному выводу когерера присоединить вертикальный провод, а к другому - заземленный провод. Так он изобрел приемную антенну.

В 1899 году Попов со своим помощником Рыбкиным построил новый радиоприемник, который принимал телеграфные сигналы на телефонные наушники на расстоянии 45 км. Зимой 1899/1900 годов приборы радиосвязи Попова были успешно применены при спасении броненосца "Генерал-адмирал Апраксин", который потерпел аварию у острова Готланд.

Почти одновременно с А.С. Поповым итальянец Г. Маркони создал свою радиотелеграфную установку и получил на нее английский патент. А.С. Попов, В.Рентген, А.Беккерель, М. Кюри и П. Кюри не брали патентов за свои открытия. Тогда это не было принято. А Маркони был не только талантливым изобретателем, но и энергичным бизнесменом. Он основал собственную компанию для реализации своего изобретения. Это дало ему возможность совершенствовать свой радиотелеграф, повысить его чувствительность, а также избирательность и дальность связи. Так, для осуществления избирательности радиосвязи Маркони использовал явление электрического резонанса и стал настраивать колебательные контуры передающей и приемной станций на одинаковую частоту. Проводя опыты по передаче радиосигналов на большие расстояния, Маркони сделал открытие. Он установил, что выпуклость земного шара не препятствует распространению электромагнитных волн. В 1901 году он со своим помощником Флемингом осуществил первую в историю передачу радиосигналов кодом Морзе через Атлантический океан на расстояние 1800 км. Вскоре были разработаны детекторы для приема радиосигналов.

12 декабря 1901 года в гостинице поселка Сент-Джонс канадской провинции Ньюфаундленд Г. Маркони принял с помощью простейшего приемника с когерером короткое радиопослание - две буквы S. Оно было послано искровым передатчиком с диполем Герца, расположенным на мысе Полду в юго-западной Англии в графстве Корнуэлл. В качестве антенны приемника Г. Маркони использовал провод длиной 150 метров, который он поднял над землей с помощью коробчатого змея собственной конструкции. С тех пор радисты всего мира отмечают дату начала эры дальней радиосвязи, начавшейся 100 лет тому назад.

С этого времени радиотехника начала бурно развиваться. В 1902 году Маркони осуществил прием радиосигналов на расстоянии 2000 км, а в декабре того же года была установлена регулярная двусторонняя радиотелеграфная связь между США и Англией. Президент Т. Рузвельт и король Эдуард VIII послали друг другу приветственные радиограммы.

Большой вклад в практическое освоение радиосвязи внесли военные моряки. Российский адмирал С.О. Макаров и английский адмирал Г. Джексон первыми в самом начале XX века установили системы радиовязи на кораблях.

12 июля 1902 года Г. Маркони на итальянском военном корабле посетил Кронштадт и показал свой приемник А.С. Попову, с которым был знаком по переписке. Два великих изобретателя хорошо понимали друг друга. Известно высказывание А.С. Попова: "Не подлежит, конечно, сомнению, что первые практические результаты по телеграфированию на значительные расстояния были достигнуты Маркони".

В октябре 1907 года фирма Г. Маркони открыла первую радиотелеграфную станцию для передачи сообщений из Европы в Америку. В первый же день частными лицами было передано 14 000 слов.

Наряду с А.С. Поповым и Г. Маркони большой вклад в развитие беспроволочного телеграфа внес немецкий физик и изобретатель Фердинанд Браун (1850-1918).

Рис. 3.29. Карл Фердинанд Браун

В 1874 году он открыл свойство кристаллов сульфидов металлов проводить электрический ток только в одном направлении, а в 1897 году изобрел кристаллический детектор - основу простейшего детекторного приемника и предшественника современных транзисторов. В том же 1897 году он разработал осциллоскоп (трубку Брауна), дающий зрительный образ меняющегося напряжения. На его основе позднее был создан кинескоп.

В конце XIX века Ф. Браун начал исследования в области беспроволочной телеграфии - вскоре после первых опытов Г. Маркони, использовавшего искровой электрический аппарат для генерации радиоволн. Ф. Браун разработал передатчик с безыскровым антенным колебательным контуром. В состав этого контура входил переменный конденсатор. В силу резонанса колебания от радиопередатчика производили максимальный эффект в таком радиоприемнике, у которого частота колебаний совпадала с частотой колебаний передающей станции, т.е., когда они настроены на одну частоту. В результате стало возможным выбирать частоту, на которую откликается принимающая станция, так, чтобы сигналы другой частоты от других радиопередатчиков не мешали ее работе.

В 1899 году Браун взял патент на свое изобретение и основал "Телеграфную компанию профессора Брауна", через которую и внедрял свои изобретения. Среди них и был изобретенный Брауном кристаллический детектор (предшественник транзистора).

Ф. Браун и Г. Маркони получили в 1909 году Нобелевскую премию по физике "в знак признания их вклада в создание беспроволочной телеграфии". В своей нобелевской речи Ф. Браун подчеркнул преимущества безыскровой радиотелеграфии по сравнению с искровой, позволившей значительно увеличить дальность передачи радиосигналов.

Но это был еще только радиотелеграф. Радиовещание речи и музыки началось позднее - в 1919 - начале 1920 года.