История и изобретение радио

РАДИООБОРУДОВАНИЕ И СВЯЗЬ - 1 и 2 лекции

Ра́дио (лат. radio — излучаю, испускаю, radius — луч) — разновидность беспроводной связи, при которой в качественосителя сигнала используются радиоволны, свободно распространяемые в пространстве.

История и изобретение радио

Никола Тесла на лекции демонстрирует принципы радиосвязи, 1891 г.

Приемник Маркони с когерером

Первый патент на беспроводную связь получил в 1872 г. Малон Лумис (Mahlon Loomis), заявивший в 1866 г. о том, что он открыл способ беспроволочной связи; в Германии создателем радио считают Генриха Герца, 1888, в США — Дэвида Хьюза, 1878, а также Томаса Эдисона, 1875, патент 1885, в США и ряде балканских стран — Николу Тесла, 1891, в Беларуси — Якова (Сармат-Яков-Сигизмунд) Оттоновича Наркевича-Иодку (белор. Якуб Наркевіч-Ёдка), 1890, во Франции — Эдуарда Бранли, 1890, в Индии — Джагадиша Чандра Боше, 1894 (или 1895), в Англии — Оливера Джозефа Лоджа, 1894, в Бразилии — Ланделя де Муру, 1893—1894.

Создателем первой успешной системы обмена информацией с помощью радиоволн (радиотелеграфии) в ряде стран считается итальянский инженерГульельмо Маркони (1895).

В России изобретателем радиотелеграфии традиционно считаютА. С. Попова. В первых опытах по радиосвязи, проведённых в физическом кабинете, а затем в саду Минного офицерского класса, приёмник обнаруживал излучение радиосигналов, посылаемых передатчиком, на расстоянии до 60 м. 7 мая 1895г. на заседании Русского физико-химического общества в Петербурге. А. С. Попов продемонстрировал действие своего прибора, явившегося, по сути дела, первым в мире радиоприемником. День 7 мая стал днем рождения радио.

Приемник Попова

Далее радиосвязь была установлена на расстоянии 250 м. Работая над своим изобретением, Попов вскоре добился дальности связи более 600 м. Затем на маневрах Черноморского флота в 1899г. ученый установил радиосвязь на расстоянии свыше 20км, а в 1901г. дальность радиосвязи была уже 150км. Важную роль в этом сыграла новая конструкция передатчика. Искровой промежуток был размещен в колебательном контуре, индуктивно связанном с передающей антенной и настроенном с ней в резонанс. Существенно изменились и способы регистрации сигнала. Параллельно звонку был включен телеграфный аппарат, позволивший вести автоматическую запись сигналов. В 1899г. была обнаружена возможность приема сигналов с помощью телефона. В начале 1900г. радиосвязь была успешно использована во время спасательных работ в Финляндском заливе. При участии А. С. Попова началось внедрение радиосвязи на флоте и в армии России.

В США изобретателем радио считается Никола Тесла, запатентовавший в1893 году радиопередатчик, а в 1895 г. приёмник. Конструкция устройств Теслы позволяла модулировать акустическим сигналом колебательный контур передатчика, осуществлять радио передачу сигнала на расстояние и принимать его приёмником, который преобразовывал сигнал в акустический звук. Такую же конструкцию имеют все современные радио устройства, в основе которых лежит колебательный контур.

Во Франции изобретателем беспроволочной телеграфии долгое время считался создатель когерера (трубки Бранли) (1890) Эдуар Бранли..

В Индии радиопередачу в миллиметровом диапазоне в ноябре 1894 года демонстрирует Джагадиш Чандра Боше.

В Великобритании, в 1894 году первым демонстрирует радиопередачу и радиоприём на расстояние 40 метров изобретатель когерера (трубка Бранли со встряхивателем) Оливер Джозеф Лодж. Первым же изобретателем способов передачи и приёма электромагнитных волн (которые длительное время назывались «Волнами Герца — Hertzian Waves»), является сам их первооткрыватель, немецкий учёный Генрих Герц (1888). Основные этапы истории изобретения радио с точки зрения развития теории и практики радиосвязи выглядят следующим образом.

· 1866 — Малон Лумис (Mahlon Loomis). американский дантист, заявил о том, что открыл способ беспроволочной связи. Связь осуществлялась при помощи двух электрических проводов, поднятых двумя воздушными змеями, один из них с размыкателем был антенной радиопередатчика, второй — антенной радиоприёмника, при размыкании от земли цепи одного провода отклонялась стрелка гальванометра в цепи другого провода.

· 1868 — Малон Лумис заявил, что повторил свои эксперименты перед представителями Конгресса США, передав сигналы на расстояние 14-18 миль.

· 1872 — 30 июля Малон Лумис получил патент США 129971 «Улучшение в телеграфии» на беспроводную связь. Хотя президент Грант подписал закон о финансировании опытов Лумиса, финансирование так и не было открыто. К сожалению, никаких достоверных данных о характере экспериментов Лумиса, равно как и чертежей его аппаратов не сохранилось. Американский патент также не содержит детального описания устройств, использованных Лумисом.

· 1885 — американский изобретатель Томас Алва Эдисон 23 мая подал патентную заявку № 166455 (утверждена 29 декабря 1891 г., патент США № 465971) на «Способ передачи электрических сигналов». Во время Большой Снежной бури 1888 г. в США эта система передачи использовалась, чтобы послать и получить беспроводные сообщения от поездов, занесенных снегом. Возможно, что это первое успешное использование беспроводной телеграфии, чтобы послать сигналы бедствия. Выведенные из строя поезда смогли поддержать связь через систему телеграфа Т. А. Эдисона.

· 1886—1888 — немецкий физик Г. Герц доказал существование электромагнитных волн, предсказанных Максвеллом математическим путем (опыты при различных взаимных положениях генератора и приёмника). Герц с помощью устройства, которое он назвал вибратором, осуществил успешные опыты по передаче и приёму электромагнитных сигналов на расстояние и без проводов.

· 1890 — французский физик и инженер Эдуар Бранли изобрёл прибор для регистрации электромагнитных волн, названный им радиокондуктор (позднее — когерер). В своих опытах Бранли использует антенны в виде отрезков проволоки. Результаты опытов Эдуара Бранли были опубликованы в Бюллетене Международного общества электриков и отчётах Французской Академии Наук.

· 1891—1892 — главный инженер британского почтового ведомства Уильям Прис (William Preece) успешно экспериментировал с индукционной передачей сигналов азбукой Морзе между прибрежными приемно-передающими станциями (в том числе через Бристольский залив), разнесенными на несколько километров (до 5 км).

· 1891 — Никола Тесла (Сент-Луис, штат Миссури, США) в ходе лекций публично описал принципы передачи радиосигнала на большие расстояния.

· 1893 — Тесла патентует радиопередатчик и изобретает мачтовую антенну, с помощью которой в 1895 г. передаёт радиосигналы на расстояние 30 миль^[13]

· 14 августа 1894 — первая публичная демонстрация опытов по беспроводной телеграфии британским физикомОливером Лоджем и Александром Мирхедом на лекции в театре Музея естественной истории Оксфордского университета. В ходе демонстрации радио сигнал был отправлен из лаборатории в соседнем Кларендоновском корпусе и принят аппаратом в театре (40 мНоябрь 1894 — публичная демонстрация опытов по беспроводной передаче сигнала в миллиметровом диапазоне сэром Джагадишем Чандра Боше в Ратуше города Калькутты. Кроме того, Боше изобрёл ртутныйкогерер, не требующий при работе физического встряхивания

· 7 мая 1895 года на заседании Русского физико-химического общества в Санкт-Петербурге Александр Степанович Попов читает лекцию «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям», на которой, воспроизводя опыты Лоджа c электромагнитными сигналами, продемонстрировал прибор, схожий в общих чертах с тем, который ранее использовался Лоджем. При этом Попов внёс в конструкцию усовершенствования. Отличительной особенностью прибора Попова был молоточек, встряхивавший когерер (трубку Бранли), который работал не от часового механизма, как ранее, а от радиоимпульса^[15]. Таким образом, строго говоря, прибор А. С. Попова следует называть «грозоотметчиком». Сам Попов приспособил прибор для улавливания атмосферных электромагнитных волн, под названием «грозоотметчик»; первым в мае же 1895 года на метеостанции Лесного института установил «грозоотметчик» (или «разрядоотметчик» — такие названия прибору первым дал именно он) основатель физической кафедры учреждения Д. А. Лачинов, который в июле 1895 года во 2-м издании своего курса «Основ метеорологии и климатологии» впервые изложил принцип действия «разрядоотметчика Попова» — это и есть первое описание прототипа. Весна 1895 г. — Маркони добивается передачи радиосигнала на 1,5 км.

· Сентябрь 1895 — по некоторым утверждениям, Попов присоединил к приёмнику телеграфный аппарат и получил телеграфную запись принимаемых радиосигналов. Однако никаких документальных свидетельств об опытах Попова с радиотелеграфией до декабря 1897 г. (то есть до опубликования патента и сообщений об успешных опытах Маркони) не существует. 24 апреля 1897 — Попов на заседании Русского физико-химического общества, используя вибратор Герца и приёмник собственной конструкции, передаёт на расстояние 250 м первую в России радиограмму: «Генрих Герц».

· 2 июля 1897 — Маркони получает британский патент № 12039, «Усовершенствования в передаче электрических импульсов и сигналов в передающем аппарате». В общих чертах приёмник Маркони воспроизводил приёмник Попова, (с некоторыми усовершенствованиями), а его передатчик — вибратор Герца с усовершенствованиями Риги. Принципиально новым было то, что приёмник был изначально подключён к телеграфному аппарату, а передатчик соединён с ключом Морзе, что и сделало возможным радиотелеграфическую связь. Маркони использовал антенны одной длины для приёмника и передатчика, что позволило резко повысить мощность передатчика; кроме того детектор Маркони был гораздо чувствительнеедетектора Попова, что признавал и сам Попов.^[24]

· 6 июля 1897 — Маркони на итальянской военно-морской базе Специя передаёт фразу Viva l’Italia из-за линии горизонта — на расстояние 18 км.^[25]

· Ноябрь 1897 — строительство Маркони первой постоянной радиостанции на о. Уайт, соединённой с Бормотом (23 км.)

· 1898 — Маркони открывает первый в Великобритании «завод беспроволочного телеграфа» в Челмсфорде, Англия, на котором работают 50 человек.

· 3 марта 1899 — Радиосвязь впервые в мире была успешно использована в морской спасательной операции: с помощью радиотелеграфа спасены команда и пассажиры потерпевшего кораблекрушение парохода «Масенс» (Mathens)

· 1900 — Радиосвязь была успешно использована в морской спасательной операции в России. По инструкциям Попова была построена радиостанция на острове Гогланд, возле которого находился севший на мельброненосец береговой обороны «Генерал-адмирал Апраксин». Радиотелеграфные сообщения на радиостанцию острова Гогланд приходили с находящейся в 25 милях передающей станции Российской Военно-Морской базы вКотке, которая телеграфной линией была связана с Адмиралтейством Санкт-Петербурга. Приборы, использовавшиеся в спасательной операции, были изготовлены в мастерских Эжена Дюкретэ. В результате обмена радиограммами ледоколом «Ермак» были также спасены финские рыбаки с оторванной льдины в Финском Заливе^.

· 12 декабря 1901 Маркони провёл первый сеанс трансатлантической радиосвязи между Англией и Ньюфаундлендом на расстояние 3200 км (передал букву S Азбуки Морзе). До того это считалось принципиально невозможным

· 1909 — Присуждение Маркони и Ф.Брауну Нобелевской премии по физике «в знак признания их заслуг в развитии беспроволочной телеграфии»

· Итальянский изобретатель Гульермо Маркони в числе первых разглядел в радиосвязи коммерческий потенциал. На рубеже 19 и 20 веков именно он начал производство радиоаппаратуры в промышленных масштабах, ради чего переехал в Англию. Именно его компания за шесть лет добилась тысячекратного увеличения дальности передачи сигнала. В 1897 дальность передачи составляла 10 км, в 1899 — уже 100, ещё через год — целую 1000, а в 1903 довели показатели до 10 000 км, что позволило передавать данные между материками.

· В 1934 г. Итальянская академия наук избрала Маркони своим президентом, а спустя три года изобретателя не стало. В день похорон Маркони, 21 июля 1937 г., радиостанции всего мира прервали передачи. Так мир прощался с последним (или первым?) пионером радиотехники.

Изобретение радиосвязи дало начало таким научно-техническим направлениям, как радиоастрономия ,радиометрология, радионавигация, радиолокация, радиоразведка.

Радиоволны — частичка общего «семейства» электромагнитных волн, «родные сестры» видимых световых лучей и невидимых — инфракрасных, ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма-излучений.