Изобретение радио

Изменение собственной частоты колебаний  в контуре приемника производится обычно изменением электроемкости переменного  конденсатора.

При совпадении частоты вынужденных колебаний  в антенне с собственной частотой колебаний контура наступает резонанс, при этом амплитуда вынужденных колебаний напряжения на обкладках конденсатора контура достигает максимального значения.

Таким образом, из большого числа электромагнитных колебаний, возбужденных в антенне, выделяются колебания нужной частоты.   

С колебательного контура приемника модулированные колебания высокой частоты поступают  на детектор 3 (рис. 77).

В качестве детектора можно использовать полупроводниковый диод, пропускающий переменный ток высокой частоты только в одном направлении.

После прохождения  детектора сила тока в цепи изменяется во времени по закону, представленному  на рис. 78. В течение каждого полупериода  высокой частоты импульсы тока заряжают конденсатор 4, вместе с тем конденсатор медленно разряжается через резистор 5.

Значения  электроемкости конденсатора 4 и сопротивления 5 выбраны таким образом, что через резистор 5 протекает ток, изменяющийся во времени со звуковой частотой, использованной при модуляции колебаний в генераторе.

Для преобразования электрических колебаний в звуковое переменное напряжение звуковой частоты  подается на телефон 6 (рис. 79). 

Для повышения чувствительности в современных радиоприемниках  сигнал с колебательного контура  поступает на вход усилителя высокой  частоты (УВЧ), а с выхода усилителя  высокой частоты электрические колебания поступают на детектор. Для усиления мощности звукового сигнала на выходе радиоприемника электрические колебания звуковой частоты с выхода детектора поступают на вход усилителя низкой частоты (УНЧ). Переменное напряжение звуковой частоты с выхода УНЧ подается на обмотку электродинамического громкоговорителя - динамика. Динамик преобразует энергию переменного тока звуковой частоты в энергию звуковых колебаний. Описана схема простейшего детекторного приемника. В современных радиоприемниках используются довольно сложные электронные микросхемы, включающие в себя генераторы электромагнитных колебаний. Сложение электрических колебаний от внутреннего генератора приемника с колебаниями, возбужденными в контуре приемника электромагнитными волнами от передающих радиостанций, позволяет настраивать приемник на очень узкий диапазон принимаемых частот.

Шкала электромагнитных волн изображена ниже на рис. 80.  

Электромагнитные  волны охватывают огромный диапазон длин волн от 104 до 10-10 м. По способу получения можно выделить следующие области длин волн:

а) радиоволны охватывают диапазон от 106 м до 1 мм. Здесь выделяют область длинных  волн - не более 103 м, средних - от 103 до 100 м, коротких - от 100 м до 10 м, ультракоротких - от 10 м до 1 мм; 

б) область  ультракоротких радиоволн смыкается  с участком инфракрасных лучей. Граница  между ними условная и определяется способом их получения: ультракороткие радиоволны получают с помощью особых генераторов (радиотехнические методы), а инфракрасные лучи излучаются нагретыми телами;

в) за видимым  участком спектра лежат ультрафиолетовые лучи, их длина от 400 нм до 1 нм. Ультрафиолетовые лучи получают с помощью тлеющего разряда, обычно в парах ртути;

г) с коротковолновой границей ультрафиолетовой области смыкается участок, соответствующий рентгеновским лучам. Они охватывают диапазон длин от 1 нм до 0,01 нм;

д) за рентгеновскими лучами идет область гамма-лучей  с длинами волн менее 0,1 нм.  

Область рентгеновских и гамма-лучей частично перекрывается, и различать эти волны можно не по свойствам, а по методу получения: рентгеновские лучи возникают в специальных трубках, а гамма-лучи испускаются при радиоактивном распаде ядер некоторых элементов. Все излучения представляют собой электромагнитные волны, порождаемые электрическими зарядами и токами, изменяющимися со временем.

Обнаруживаются  электромагнитные волны в конечном счете по их действию на заряженные частицы. В вакууме излучения  любой длины волны распространяются с одинаковой скоростью - скоростью света. По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям. Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению веществом. Коэффициент отражения веществом электромагнитных волн также зависит от длины волны.

Но главное  различие между длинноволновыми  и коротковолновыми излучениями  в том, что коротковолновое излучение  обнаруживает свойства частиц. Электромагнитные волны отражаются и преломляются согласно законам отражения и преломления. Для электромагнитных волн можно наблюдать явления интерференции, дифракции, поляризации. Электромагнитные волны - волны поперечные. Объемная плотность энергии электромагнитной волны пропорциональна частоте в четвертой степени (v ~ v4).  
 
 
 
 
 
 

Радио Попова и патент Маркони

В то время, когда в России А.С.Попов успешно  завершил первые опыты по созданию системы телеграфии без проводов, а их результаты были опубликованы в одиннадцати изданиях, в Италии, как стало известно значительно позже, к подобным вопросам проявил интерес Гульельмо Маркони (1874–1937) ставший впоследствии известным деятелем в области радиотехники.

Отсутствие  документальных свидетельств о ранних работах молодого Маркони вынуждало разных авторов оттенять только те или иные технические и бытовые подробности. При этом записи делались спустя много лет, по воспоминаниям самого Маркони или других лиц с его слов. В частности, это были его друг и первый биограф (они встретились только в июле 1897 г.), дочь ученого (родившаяся в 1908 г.) и садовник Марчи в поместье отца, не умевший писать и рассказавший своему сыну о тех днях, когда он помогал экспериментировать «ныне известному Гульельмо Маркони». Сын записал воспоминания и запись передал в Маркониевское общество в Риме [5].

Произведенные Г.Маркони в этот период усовершенствования в передаче сигналов не имеют точно зафиксированных дат. Они не выходили из стен домашней мастерской и оставались его личным достоянием. Его предложение внедрить систему беспроволочного телеграфирования на родине было отклонены итальянским Министерством почт и телеграфов, и в феврале 1896 г. двадцатидвухлетний Маркони отбыл в Англию, на родину своей матери, чтобы попытаться получить патент там. После четырехмесячного пребывания в Лондоне он подал заявку на свое изобретение, тем самым создав первый документальный источник, дающий наиболее точное представление о начальном этапе его деятельности.

После подачи предварительной заявки на изобретение  девять месяцев в жизни молодого изобретателя были заполнены интенсивной  экспериментальной работой в окружении квалифицированных помощников из Почтового ведомства Великобритании. Следовательно, он улучшал предмет своего изобретения. К концу этих работ, 2 марта 1897 г., Г.Маркони направил в патентное бюро полное описание изобретения, приложив 14 схем. (К месту сказать, что А.С.Попов осуществил свое изобретение самостоятельно. Только в испытаниях ему помогал ассистент П.Н.Рыбкин.)

У читателей, сочувствующих молодому изобретателю, возникает вопрос, что мешало ему  защитить с доработкой свой приоритет ранее этой даты, тем более что его отец знал людей, которые могли бы помочь получить итальянский патент? И еще: почему Маркони не спешил с патентованием, находясь четыре месяца в Англии?

В Италии Г.Маркони  занимался у известного физика, профессора Болонского университета Аугусто Риги (1850–1920), который внес некоторые усовершенствования в аппаратуру Г.Герца. А.Риги имел к тому времени переписку с А.С.Поповым и знал предмет изобретения русского коллеги. Не исключено, что именно А.Риги и воспрепятствовал получению патента Г.Маркони в Италии.

Первые четыре месяца пребывания Г.Маркони в Англии, видимо, были связаны с доработкой предмета его изобретения. Впервые  о работах Г.Маркони, относящихся  к телеграфии без проводов, мировая  печать заговорила только летом 1896 г., но без обсуждения каких бы то ни было подробностей технического характера. Эти публикации были связаны с тем, что, приехав в Англию, итальянец продемонстрировал передачу сигналов без проводов сотрудникам телеграфного ведомства Великобритании, а также представителям адмиралтейства и армии, причем использованная им аппаратура держалась в тайне, а ее устройство присутствующим показано не было. Сигналы передавались между зданиями Лондонского почтового управления. Сведения об этой передаче появились в печати как сенсация.

В том же году, в сентябре 1896 г., Маркони осуществил радиосвязь в районе Солсбери на расстоянии 3/4 мили (около километра). В октябре 1896 г. в том же районе дальность  радиосвязи достигла 7 км, в марте 1897 г. – 14 км.

Подробный доклад о работе Г.Маркони сделал главный инженер телеграфного ведомства  Великобритании В.Прис (1834–1913), оказывавший  ему помощь в работах в Англии. Доклад В.Г.Приса был сделан 4 июля 1897 г. в Королевском институте  и носил название: «Передача сигналов на расстояние без проводов». Невольно возникает вопрос: почему о работе Г.Маркони делал доклад В.Г.Прис, а не сам автор изобретения? Ответ на него мы находим, сравнивая схемы приемника Г.Маркони, доложенной В.Присом в 1897 г., и приемника А.С.Попова, доложенной в мае 1895 г. (указанный на схеме Маркони телеграфный аппарат Прис в докладе не упомянул).

Видно, что  схема приемника Г.Маркони за исключением второстепенных деталей  полностью повторяет схему А.С.Попова 1895 г. Чувствительность приемника А.С.Попова, по словам его автора, была настолько высокой, что дальнейшее ее увеличение было нежелательно, т.к. приводило к возрастанию внутренних помех .

В.Прис в  своем докладе заявил, что Г.Маркони:

– в июне 1896 г. привез в Англию новый проект;

– использует электрические, или герцевские, волны очень высокой частоты;

– изобрел  новое реле для приемника, которое  по тонкости и чувствительности превосходит  все до сих пор известные приборы;

– передатчиком ему служит излучатель Герца, видоизмененный профессором А.Риги;

– реле Маркони  состоит из стеклянной трубки длиной 4 см, в которую плотно вставлены  два серебряных наконечника, отстоящие  друг от друга примерно на 0,5 мм. Этот узкий промежуток заполнен смесью серебряных и никелевых опилок, смешанных  с некоторым количеством ртути. Трубка откачивается до вакуума 4 см рт. ст., затем запаивается. Оливер Лодж назвал этот прибор «когерером». Для декогерирования применяется маленький молоточек, который приводится в быстрые колебания при помощи местного источника тока и весьма эффективно постукивает по стеклянной трубочке, производя при этом звуки, позволяющие легко распознавать знаки Морзе.

Из сказанного Присом в докладе видно, что передатчик Г.Маркони был передатчиком его  учителя А.Риги, а приемник – приемником А.С.Попова. Видимо, поэтому В.Прис в своем докладе об изобретении Г.Маркони вынужден был указать на то, что уже говорилось им ранее: «Г.Маркони не сделал ничего нового. Он не открыл каких-либо новых лучей; его передатчик сравнительно не нов; его приемник основан на когерере Бранли. Колумб не изобрел яйца, но показал, как его поставить на острый конец. Маркони, пользуясь известными средствами, создал «электрический глаз», более тонкий, чем все известные электрические инструменты, и новую систему телеграфии, которая сделает доступными до сих пор недосягаемые места». 

Полемизируя с В.Присом, отметим, что А.С.Попов, создав радиоприемник, впервые дал  миру не «электрический глаз», а «электрическое ухо», чуткое к информации, передаваемой с помощью лучей Герца в  любой точке мира. Он первым, за два года до выдачи патента Маркони, создал систему телеграфии без проводов, систему радиосвязи, что подробно, на основе документов было показано выше.

А.С.Попов  сразу же после опубликования  доклада В.Приса об изобретении  Г.Маркони направил статью в английский журнал «The Electrician», в которой коротко осветил свои работы по созданию системы радиосвязи и отметил, что приемник Маркони не отличается от его грозоотметчика и приемника системы телеграфии без проводов, созданной в мае 1895 г.

Петербургская газета «Новое время» обвинила А.С.Попова в «неуместной скромности», т.к. он мало писал о своем изобретении. Мы знаем причину этого: ученый был связан клятвенным обязательством хранить в тайне создаваемую им систему телеграфии без проводов для военно-морского флота России. В ответном письме в редакцию А.С.Попов писал: «Заслуга открытия явлений, послуживших Маркони, принадлежит Герцу и Бранли, затем идет целый ряд приложений, начатых Минчиным, Лоджем и многими после них, в том числе и мною, а Маркони первый имел смелость стать на практическую почву и достиг в свои опытах больших расстояний усовершенствованием действующих приборов». Г.Маркони в июле 1897 г. основал «Компанию беспроволочного телеграфа и сигнализации», которая уже в 1898 г. поставила несколько радиостанций британской армии. Напомним, что в том же 1898 г. французский инженер-предприниматель Э.Дюкрете приступил к производству радиостанций системы А.С.Попова для российского флота.