Из истории… радиотехники

За первое десятилетие развития радиотехники (1895–1904 гг.) приемное устройство А. С. Попова было усовершенствовано введением в цепь антенны элементов ее настройки на частоту принимаемого сигнала, заменой когерера кристаллическим детектором с нелинейным сопротивлением контакта, а также переходом от автоматической записи телеграфных сигналов к их приему на слух.

Работа одиночного колебательного контура аналитически и экспериментально рассматривалась еще до изобретения радио; в этой области исходными были труды Томсона-Кельвина и Герца.

В начале прошлого века существенные теоретические результаты были достигнуты в анализе работы связанных колебательных цепей. Дальнейшее совершенствование радиоприемной техники базировалось на этих исследованиях. Были обоснованы выбор оптимальной связи между цепями антенны и детектора и резкое улучшение избирательности приемника путем введения промежуточного резонансного контура между этими цепями.

Детекторные приемники, имевшие такой промежуточный контур, по инициативе В. М. Шулейкина нашли применение на наиболее ответственных линиях радиосвязи русского флота.

Получили распространение искровые передатчики.

На рубеже первого и второго десятилетий развития радиотехники произошли два события: изобретение вакуумных диода и трехэлектродной лампы (триода). Диод начал применяться в приемниках в качестве детектора. Применение триода повлекло за собой коренные изменения в радиоприемной технике (1905–1914 гг).

Трехэлектродная лампа, изобретенная Форестом в 1906 году, первоначально предназначалась для усиления колебаний.

В 1907 г. Б. Л. Розинг получил «Привилегию за № 18076» на приемную трубку для «электрической телескопии», что явилось предтечей развития телевидения.

В 1913 году Мейснер открыл возможность самовозбуждения электромагнитных колебаний в схеме, содержащей электронную лампу и колебательный контур.

Возможность усиления и генерации колебаний определила перспективу перехода радиотехники от радиостанций затухающих колебаний к радиостанциям незатухающих колебаний, от детекторных приемников к ламповым.

В 1913 году Э. Армстронг изобрел регенеративный радиоприемник (с обратной связью), а в 1918 году – супергетеродинный радиоприемник, схема которого используется и сегодня.

Радиотехника, основанная на применении электродных ламп, завоевала главенствующее положение в третьем десятилетии (1915–1924гг.).

Вакуумные триоды нашли также широкое применение в усилителях низкой частоты. Также стали использовать гетеродины (маломощные генераторы) в качестве дополнительных устройств к детекторным приемникам для осуществления приема незатухающих радиотелеграфных сигналов, что позволило повысить их чувствительность.

Передатчиками незатухающих колебаний первоначально служили радиостанции с дуговыми генераторами.

С 1918 года большим достижением радиоприемной техники оказался регенеративный приемник. В нем один каскад с применением обратной связи сочетал в себе функции детектора, усилителя и гетеродина и обеспечивал сравнительно высокую чувствительность. Ламповые приемники с использованием регенерации изготовлялись и эксплуатировались в течение двух десятилетий.

Конкурент регенеративного приемника – супергетеродинный приемник был изобретен Армстронгом в 1918 году.

В 1919 году Шоттки изобрел тетрод, который нашел практическое применение лишь в 1924–1929 годах.

В 1922 году О. В. Лосев начал опыты по применению кристаллических приборов для усиления и генерации колебаний.

В 20-е годы радиолюбителями открыто свойство коротких волн распространяться на большие расстояния благодаря преломлению и отражению в верхних слоях атмосферы.

Следующее десятилетие характерно бурным количественным ростом производства радиовещательных и началом практического освоения телевизионного приема сигналов.

В марте 1929 года начались первые регулярные телевизионные передачи в эфир.

Бурное развитие средств радиосвязи привело к появлению большого количества радиоизлучающих средств в достаточно узком диапазоне частот, что привело к появлению помех радиоприему.

Для борьбы с помехами необходимо было не только повышать избирательность и чувствительность приемников, но и осваивать новые более широкие по полосе пропускания диапазоны волн.

В 30-е годы прошлого столетия осваиваются метровые радиоволны, распространяющиеся в пределах прямой видимости, прямолинейно, не огибая земной поверхности. Начала создаваться наука о радиоприеме и радиоприемных устройствах.

В 1934 году Э. Армстронг предложил частотную модуляцию (ЧМ), позволившую избавиться от помех и обеспечивавшую высококачественное воспроизведение звука.

В 1939 году Э. Армстронг построил первую радиостанцию, работающую в ЧМ диапазоне радиоволн.

Теория цепей переменных токов, в том числе и токов высокой частоты уже в эти годы находилась на достаточно высоком уровне. Требовалось создание теории работы электронных ламп на базе теории цепей. В этом направлении активно работали Шулейкин и Берг(СССР) и Беркгаузен (Германия).

Появление в тридцатых годах тетродов, а затем и пентодов открыли новые перспективы в развитии радиоприемной аппаратуры. Приемники, выполненные на пентодах, имели хорошую чувствительность даже без применения регенерации.

Стрэтт в США, Сифоров в СССР создали теорию супергетеродина для приема длинных и коротких волн. Успешному применению супергетеродинных приемников содействовал выпуск специальных многосеточных ламп для преобразования частоты. Были внедрены электродинамические громкоговорители, которые резко повысили акустические качества радиоприема.

В середине тридцатых годов была изобретена автоматическая регулировка усиления, значительно улучшающая прием дальних коротковолновых радиостанций. Все эти достижения позволили супергетеродину занять главенствующее положение в технике радиоприема, которое он занимает и в настоящее время.

Также, в середине тридцатых годов, стали известны принципы электронного телевизионного приема и сформированы предпосылки для телевизионного вещания.

С 1935 года расширились теоретические и экспериментальные исследования в области сверхвысоких частот, освоена кварцевая стабилизация частоты.

Разработана теория симметричных и коаксиальных линий. Существенный вклад в эту область внес советский ученый А. А. Пистолькорс. Были предложены конструкции и обосновано применение объемных резонаторов и волноводов.

В качестве электронного прибора для гетеродинов ультракоротких волн был создан клистрон.

Благодаря работам Армстронга, Кобси, Сифорова и других была внедрена частотная модуляция на ультракоротких волнах. Это положило основу для разработки приемников метрового, дециметрового, сантиметрового, а затем и миллиметрового диапазонов волн.

Освоению ультракоротковолновой аппаратуры сопутствовало появление новых областей радиотехники: дальней радиорелейной связи и радиолокации.

Радиолокация (в том числе и локационный прием) стала возможной с развитием техники сверхвысоких частот.

Потребовалась глубокая разработка еще одной отрасли науки, - «импульсная техника».

В послевоенное время радиотехника начинает развиваться ускоренными темпами.

Обобщение научных и практических достижений привело к тому, что эти достижения уже не охватывались старым понятием «радиотехника» – пришлось говорить о чрезвычайно обширной науке – радиоэлектронике, в которую с каждым годом входили и входят новые отрасли знаний и применений.

Отдельные отрасли радиоэлектроники, такие как радиосвязь, радиовещание, радиолокация, телевидение, радионавигация, телеуправление, радиоастрономия и др., предъявляют свои специфические требования к радиоприемным устройствам.

О. В. Лосев (СССР), который в 20-е годы прошлого века изобрел и с успехом применял радиоприемные устройства с кристаллическими (полупроводниковыми) гетеродинами.

Однако активное развитие электровакуумных приборов, а также ограниченность сведений о физике твердого тела не стимулировали дальнейших работ в области полупроводниковых приборов.

С 1915 вплоть до 1950-х гг. аппаратура для радиосвязи развивалась на основе электронных ламп, и только затем были внедрены транзисторы и другие полупроводниковые приборы.

Во время второй мировой войны, в связи с необходимостью обеспечить преобразование частоты в супергетеродинных приемниках сантиметровых волн для радиолокации, были созданы и нашли широкое применение детекторы из полупроводникового элемента кремния.

После войны были разработаны полупроводниковые триоды (п/п) с применением кристаллического германия, и для их массового производства развивалась технологическая база. Полупроводниковые триоды позволяют осуществлять в приемниках усиление, генерацию и детектирование колебаний, т. е. заменяют собой электронные лампы.

В сочетании с антеннами и колебательными системами п/п явились основой для создания высокочувствительных приемников. Они применялись в радиолокации, радиоастрономии, линиях радиосвязи.

Послевоенное развитие радиоэлектроники позволило поставить и решить задачу радиоприема без поиска корреспондента и без подстройки на его частоту. Научными предпосылками для этого явились достижения в деле стабилизации частоты автогенераторов и автоматического регулирования.

Проблема стабилизации частоты стимулировали разработку теории автоматического регулирования, нашедшей в настоящее время применение в разнообразных областях механики, энергетики и радиоэлектроники.

Задача теории передачи сообщений состоит в изыскании путей разработки экономичных и надежных способов передачи (приема) сообщений и построения аппаратуры связи.

Начало общей теории связи было положено в работах Купфмюллера (Германия), Котельникова (СССР) и развиты Шенноном (США). \

Математической основой этих исследований служит теория вероятностей. В настоящее время разработаны принципиально новые методы радиоприема, способные повысить эффективность и надежность воспроизведения сообщений.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Истоки и начало развития (Википедия)

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A5%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F_%D1%80%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BE

Предыстория радио (19-й век)

• 1820: Ганс Христиан Эрстед обнаружил связь между электричеством и магнетизмом в очень простом эксперименте. Он продемонстрировал, что проволока, по которой течёт электрический ток, вызывает отклонение магнитной стрелки компаса.
• 1831: Майкл Фарадей начал серию экспериментов, в которых обнаружил явление электромагнитной индукции. Фарадей дал математическое описание этого явления (закон Фарадея), которое впоследствии стало одним из четырех уравнений Максвелла. Фарадей предположил, что в пространстве вокруг проводника с током действуют особые электромагнитные силы, но не завершил работ, связанных с этим предположением.
• 1861—1865: Джеймс Максвелл провёл ряд экспериментов с электромагнитными волнами и на их основе создал теорию электромагнитного поля, которую сформулировал в виде системы уравнений (уравнения Максвелла).

1887. Эксприментальная установка аппарата Герца.

• 1872: Малон Лумис получил первый в мире патент на беспроводную связь.
• 28 ноября 1875: Томас Эдисон объявил прессе, что в ходе экспериментов с телеграфом он замечал явление, которое он назвал «эфирными силами». Он бросил эти исследования, потому что Элиу Томсон, среди прочего, высмеял эту идею.
• 1878: Дэвид Хьюз был первым, кто передал и принял радиоволны, когда заметил, что индуктивный маятник вызывает шум в приемнике его телефона.
• 1880: Дэвид Хьюз продемонстрировал свое открытие в Королевском обществе, но было сказано, что это просто индукция.
• 1884: Итальянец Фемистокл Кальчецци-Онести изобрёл трубку наполненную железными опилками, названную «когерер».
• 1884—1886: Француз Эдуард Бранли создал усовершенствованную конструкцию когерера.
• 1885: Эдисон получил патент на систему радиосвязи между судами, который он затем продал Гульельмо Маркони.
• 1886—1888: Генрих Герц экспериментально подтвердил теорию Максвелла. Он продемонстрировал, что радиоизлучение обладает всеми свойствами волн, которые стали называть электромагнитными волнами или волнами Герца. Он обнаружил, что уравнения, описывающие электромагнитное поле, можно переформулировать в виде дифференциального уравнения в частных производных, названного волновым уравнением.
• 1885—1892: Фермер из Кентукки Натан Стаблфилд претендовал на изобретение радио, но его устройство, похоже, работало на индуктивном принципе, а не на приёме-передаче радиосигнала.
• 1893—1894: Бразильский священник и ученый Роберто де Мора провел эксперименты по беспроводной связи, но не опубликовал свои достижения до 1900 года.