Этапы развития радиотехники

Фарадей Майкл (1781-1867) − английский физик, основатель современного учения об электромагнитных явлениях, открыл явление электромагнитной индукции, законы электролиза, заложил основу современных представлении об электромагнитном поле. В 1832 г. он высказал мысль о том, что распространение электрической магнитной сил − явление колебательное и происходит с конечной скоростью.

Максвелл Джеймс Клерк (1831−1879) − английский физик, создавший на основе учения Фарадея стройную математическую теорию электродинамики, объясняющую все известные в то время, а также многие открытые впоследствии электромагнитные явления. Он предсказал существование свободных электромагнитных волн, вычислил скорость их распространения (300 000 км/с) и выдвинул гипотезу об электромагнитной природе света.

Герц Генрих Рудольф (1857−1894) − немецкий физик, экспериментально исследовавший свойства электромагнитных волн и блестяще подтвердивший теорию Максвелла. Он разработал теорию излучения воли с помощью элементарного вибратора (вибратор Герца), которая легла в основу современной теории антенн.

Однако никто из предшественников А. С. Попова даже не ставил задачу практического использования электромагнитных волн. Первый приемник А. С. Попова − грозоотметчик − был предназначен для регистрации грозовых разрядов. Он, состоял из антенны, когерера и электрического звонка. Когерер − ампула с металлическими опилками, сопротивление которых уменьшается под воздействием электромагнитной волны, − прообраз детектора. Таким образом, уже грозоотметчик А. С. Попова содержал все необходимые элементы приемника: антенну, детектор и воспроизводящее устройство. Демонстрация этого приемника состоялась 7 мая 1895 г. В дальнейшем А. С. Попов существенно усовершенствовал свой приемник, снабдив его телеграфным аппаратом, что позволило осуществить радиотелеграфную связь, используя искровой передатчик с вибратором Герца. Радиостанциями конструкции А. С. Попова оборудовались корабли русского флота. Уже в 1900 г. начала работать первая в мире линия радиосвязи, дальность связи которой достигала 45 км. А. С. Попову принадлежит ряд таких важнейших изобретений в области радио, как использование электрического резонанса для повышения чувствительности приемника, открытие (совместно с П. Н. Рыбкиным) возможности приема телеграфных радиосигналов на слух, открытие явления отражения радиоволн от кораблей, которое легло в основу радиолокации, и ряд других.

Доламповый период в истории радиотехники (три десятилетия с момента изобретения радио) характеризуется развитием телеграфной радиосвязи, дальность которой увеличивалась в основном за счет наращивания мощности передатчиков.

Искровые передатчики вырабатывали сигнал в виде серии затухающих колебаний, которые создавали значительные помехи в широком диапазоне частот, что значительно затрудняло избирательный прием.

Дуговые передатчики создавали незатухающие колебания и значительно меньшие помехи, однако они могли работать только на длинных и средних волнах и были неудобны в эксплуатации.

Электромашинные передатчики успешно конкурировали с дуговыми, были более надежны и экономичны.

В разработке электрических машин высокой частоты большую роль сыграли работы члена-корреспондента АН СССР В. П. Вологдина. После того как машинные передатчики были вытеснены ламповыми, В. П. Вологдин разработал методы использования и внедрения их в ряд отраслей народного хозяйства, положив начало промышленной электронике.

Электронные лампы начали внедряться в радиотехнику в начале 20-х годов. Малая инерционность, удобство управления анодным током, возможность получения больших мощностей и ряд других достоинств электронных ламп позволили создать ламповые передатчики, которые в короткий срок вытеснили из радиотехники искровые, дуговые и электромашинные передатчики, и высококачественные приемники на принципиально новой основе. Именно благодаря электронным лампам оказалось возможным освоить диапазоны KB и УКВ, осуществить телефонную радиосвязь, телевидение, радиолокацию, создать РПДУ мощностью более 1000 кВт и РПУ чувствительностью в дол микровольта, обеспечить радиосвязь на неограниченные (в пределах Земли) расстоя ния; внедрить электронно-вычислительную и другую электронную технику.

В нашей стране работы по созданию электронных ламп и строительству первы ламповых радиостанций были широко развернуты в Нижегородской радиолаборатории, организованной в 1918 г. Первый концерт по радио, положивший начало радиовещанию, был передан из Нижнего Новгорода в 1923 г. Большой вклад в развитии радиотехники в этот период внесли отечественные ученые.

Бонч-Бруевич Михаил Александрович (1888−1940) (член-корреспондент А СССР) с 1918 г. руководил Нижегородской радиолабораторией, в которой разрабаты вались мощные генераторные лампы с водяным охлаждением анода и радиовещательные станции.

Шулейкин Михаил Васильевич (1884−1939) (академик) − организатор первой нашей стране московской школы радноспециалистов. Его основные исследования от носятся к области антенн, распространения радиоволн, электронных ламп, ламповы генераторов и приемников.

Мандельштам Леонид Исаакович (1879−1944) (академик) работал в области оп тики и радиофизики. Совместно с Н. Д. Папалекси возглавил школу советских ради физиков, разработавших теорию нелинейных колебаний. Им проведены фундамен тальные исследования в области распространения радиоволн, параметрнческо возбуждения колебаний, радиоинтерференциониого метода измерения расстояний.

Папалекси Николай Дмитриевич (1880−1947) (академик) с 1914 г. работал области создания электронных ламп, впервые в России осуществил телефонную ра диосвязь, внес большой вклад в разработку проблем нелинейной радиотехники, квар цевой стабилизации частоты, селективного приема, изобрел радиопеленгатор.

Введенский Борис Алексеевич (1893−1969) (академик) занимался теорией ра пространения радиоволн, а также получил расчетные формулы для условий распро странения УКВ.

Минц Александр Львович (1895−1974) (академик) − разработал мощные РПД Под его руководством построены мощнейшие радиовещательные станции, а такж ускорители элементарных частиц.

Академик Берг Аксель Иванович (1893−1979) разработал теорию и методы ра чета ламповых генераторов, руководил строительством ламповых радиостанций, возглавлял работы по радиолокации, кибернетике, вычислительной технике.

Наиболее характерным признаком современного периода развития радиоэлектроники можно считать резкое расширение сферы ее применения. Начало этого перио следует отнести к 40-м годам, когда потребности ПВО и навигации стимулировал быстрое развитие радиолокации, что, в свою очередь, потребовало разработки техник дециметровых и сантиметровых волн, на которых радиолампы и колебательные кон туры уже не могли работать. Происходит техническое перевооружение, появляютс такие новые электронные приборы, как клистроны, магнетроны, лампы бегущей волны, а также новые колебательные системы − объемные резонаторы и новые систем передачи энергии − волноводы. Значительные успехи в области радиолокации − с здание мощных импульсных передатчиков, остронаправленных антенн, сверхчувстви тельных приемников −_: сделали возможным развитие радиоастрономии и космическо радиоэлектроники. Так, радиолокационный комплекс, разработанный под руководством академика Владимира Александровича Котельникова, обеспечивает радиолокацию Венеры. Отраженные с расстояния более 100 млн км сигналы уверенно воспринимаются приемником, реагирующим на мощность сигнала порядка Вт.

В тесной связи с радиолокацией развивалась и кибернетика − наука об управлении. Первые кибернетические задачи возникли как задачи управления локационными системами. Развитие кибернетики, в свою очередь, стимулировало разработку современных средств обработки информации − ЭВМ, которые в короткое время превратились в мощнейший двигатель науки, экономики, технологии.

Следующий шаг вперед в развитии радиоэлектроники − широкое внедрение полупроводниковых приборов (ППП), ставшее возможным благодаря успехам физики твердого тела и потребовавшее полного технического перевооружения электронной промышленности. Транзисторизация позволила резко снизить габаритные размеры и массу, повысить экономичность аппаратуры, что особенно важно для ЭВМ, авиации и космонавтики.

Дальнейшее развитие в этом направлении привело к созданию микромодулей, а затем интегральных микросхем, в которых "плотность упаковки" микроэлементов составляет 1 млрд на 1 дм. Экономичность и надежность таких схем в тысячи раз выше ламповых. Например, как показали испытания, аппаратура на интегральных схемах может работать в течение 80 млн схемочасов без единого отказа.

Наконец, современный период характеризуется дальнейшим расширением диапазона используемых частот. Освоение инфракрасных волн сделало возможным "тепловое видение" − обнаружение объектов по слабому тепловому излучению.

Изобретение лазеров, в частности работающих в оптическом диапазоне, открыло новую научно-техническую область − оптическую радиоэлектронику, которая имеет феноменальные возможности. Например, лазерный локатор измеряет расстояние до Луны с точностью до нескольких сантиметров. Лазерная линия связи "пропускает" одновременно 1 млн телефонных каналов. Лазерный луч "выбивает" отдельные атомы из "длинных" органических молекул, избирательно изменяя их свойства. Лазерная юлография позволяет получать объемные изображения, не отличимые от оригинала. Наша наука занимает в этой области ключевые позиции. Не случайно из трех ученых, которым были присуждены Нобелевские премии за работы в области лазеров, двое − академики Н. Г. Басов и А. М. Прохоров − наши соотечественники.

ВЫВОДЫ

В основу радиотехники положено три принципа: использование радиоволн, применение колебаний радиочастоты н управление радиочастотными колебаниями, в результате которого формируется радиосигнал.

Эти принципы реализуются в канале радиосвязи, состоящем из РПДУ и РПУ.

Линией связи является свободное пространство.

Осуществление радиосвязи стало возможным в результате решения ряда научно-технических задач, которые могут быть сформированы как учебные проблемы, подлежащие решению.

Основные применения радиотехники − это радиовещание и телевидение, радиосвязь, радионавигация и радиолокация, радиотелеметрия и радиоуправление, радиоастрономия. Еще более широк диапазон применения радиоэлектроники. Радиотехника и электроника превратились в один из решающих факторов научно-технического и культурного развития современного общества.