И все же… И все же следует признать, что настоящий расцвет радиотехники пришел с изобретением ламповых передатчиков. Это случилось 10 апреля 1913 г., когда инженер немецкой фирмы «Tеlefunken» Александр Мейснер получил в немецком патентном бюро свидетельство об изобретении генератора переменного тока на основе триода Либена. Через два месяца Мейснер разработал радиопередатчик и осуществил с его помощью связь на расстоянии 36 км.
В результате выяснилось, что ламповая схема передатчика по всем параметрам превосходит другие известные схемы. В 1915 г. американский инженер Леон Хартли разработал другую схему генератора, которая до настоящего времени известна под названием индуктивная трехточечная схема, или генератор Хартли. Другой американский инженер, Эдвин Колпитц, предложил вариант емкостной трехточки, или генератор Колпитца. «Трехточки», реализованные на современных транзисторах, популярны у нынешних радиолюбителей, конструирующих аппаратуру связи, измерительную аппаратуру.
После окончания Первой мировой войны, когда проблемы военной радиосвязи отошли на второй, план — налаживалась мирная жизнь, — некоторые коммерсанты решили извлечь выгоду не только из производства средств связи. Решено было открыть массовые радиостанции, чтобы люди имели желание покупать радиовещательные приемники. Один из таких предпринимателей, Д. Вестингауз, вместе со своим давним знакомым, радиолюбителем Ф. Конрадом, основал в США первую коммерческую радиостанцию KDKA, которая начала регулярное вещание в 1920 г. В тот год в США проходили президентские выборы и сотрудники радиостанции сообщали о результатах голосования намного раньше газет, привлекая внимание слушателей. В 1924 г. в мире насчитывалось уже более 500 коммерческих радиостанций, люди активно покупали радиоприемники.
А что в России? В это время в России сменилась власть, к руководству пришли большевики, которые, надо отдать им должное, отнеслись к достижениям радиотехники более серьезно, чем царские чиновники. Лидер большевиков В. И. Ленин сразу же оценил могучую силу радио, подписав 21 июля 1918 г. декрет «О централизации радиотехнического дела». По его инициативе в декабре того же года создается первое научное радиотехническое учреждение — «Нижегородская радиолаборатория». Здесь работали в числе прочих известные читателю М. А. Бонч-Бруевич и В. П. Вологдин.
Первая радиовещательная станция, построенная на отечественных электронных лампах, начала работать в Москве в конце 1922 г. Вначале она называлась «Центральная радиотелефонная станция им. Коминтерна», позже ее назвали РВ-1. Излучаемая мощность станции в самом начале вещания не превышала 12 кВт, однако в то время она считалась самой мощной. Для сравнения: станция KDKA излучала тогда мощность 1,5 кВт. В 1933 г. мощность станции РВ-1 доводится до 500 кВт! Серийно выпускается станция «Малый Коминтерн» для установки в небольших городах страны, вводится в строй еще одна станция «Новый Коминтерн» мощностью 40 кВт…
Как ни странно, но произведения искусства — картины, скульптуры, украшения — сохраняются в веках лучше,» чем предметы технической мысли. Многое из того, что было разработано на заре радиотехники, сохранилось лишь в фотографиях, рисунках, формулах, графиках. Многое, к сожалению, утрачено. Но многое хранится до сих пор, составляя фонд достижений нашей истории. Один из таких экспонатов до сих пор стоит в Москве под открытым небом, поскольку ни в один павильон ему не поместиться. Это — знаменитая Шуховская башня, спроектированная инженером Владимиром Григорьевичем Шуховым (1853–1939) для размещения антенны станции РВ-1 (рис. 10.6).
В то время (1922) Шуховская башня имела статус самого высокого в стране сооружения — ее высота и сейчас составляет 148 м. Первоначальный проект предполагал строительство трех таких башен высотой по 350 м и двух — по 275 м. Антенна, размещенная на такой конструкции, беспрепятственно обеспечивала бы связь с Нью-Йорком. Но… удалось построить только эту башню, значительно сократив ее размеры. Шуховская башня считается очень смелым проектом: ее конструкция с виду кажется неустойчивой, а на самом деле являет образец «ажурного монолита». Сегодня Шуховская башня продолжает работу, неся на себе антенны УКВ радиопередатчиков коммерческих радиостанций.
Дальнейшая история радиотехники — это история электрических схем, комплектующих элементов, история математического осмысления получаемых результатов, история уменьшения габаритов, повышения эффективности, снижения стоимости. Новую историю, однако, рассказывать очень сложно — она пестрит обилием интересных фактов, потрясающих идей, обилием имен и названий фирм. Следы этой истории есть в доме и у вас — это ламповые или транзисторные телевизоры и радиоприемники, это беспроводные и сотовые телефоны, это спутниковые телевизионные системы. Возможно, когда-нибудь вы, уважаемые читатели, внесете вклад в развитие этой области человеческой деятельности.
Особенности распространения радиоволн
Глядя на мир, нельзя не удивляться
Козьма Прутков
Историю открытия электромагнитных волн вы теперь знаете хорошо. Но что собой представляет электромагнитная волна, радиоволна, как она распространяется в пространстве, что влияет на распространение, какие волны и почему используются в радиотехнике — об этом предстоит узнать сейчас.
Как устроена электромагнитная волна? Очень просто — взгляните на рис. 10.7.
Рис. 10.7. Распространение электромагнитной волны
Мы уже знаем, что переменное электрическое поле рождает переменное магнитное поле и наоборот. Вспомните также детскую игру «хождение по болоту», когда участникам дают два маленьких коврика, на которые они должны наступать. Поэтому, чтобы совершать движение, нужно постоянно эти коврики передвигать — то один, то другой. Так и электромагнитная волна. Она напоминает отрезок цепи, в котором имеется два колечка, причем заднее колечко всегда норовит встать вперед. Колечко «Н» — магнитного поля, «Е» — электрического. Возникнув в пространстве, например «уйдя» с антенны, кольцо «Е» выдвинет вперед себя кольцо «Н», затем кольцо «Е» исчезнет. А кольцо «Н» выдвинет вперед себя кольцо «Е». Вот так электромагнитная волна распространяется в пространстве. Поскольку электромагнитную волну рождают только переменные поля, графическое представление волны несколько изменяют, переходя от «колец» к синусоидам (рис. 10.8).
Рис. 10.8. Физическая сущность электромагнитной волны
Вертикальное поле в данном случае — поле электрическое, горизонтальное — магнитное. Впрочем, положения полей могут быть и другими — например, электрическое поле может быть горизонтальным или наклонным. Это свойство называется поляризацией электромагнитной волны.
Конечно, амплитуда электрической и магнитной составляющих волны, распространяющейся в какой-нибудь среде, например в воздухе или в кирпичной кладке домов, постепенно уменьшается. Говорят, что в веществе электромагнитная волна постепенно затухает. Но в вакууме волна может распространяться без затухания неограниченно долго. Интересный пример в данном случае являет нам космическое реликтовое излучение, открытое совсем недавно. Как известно, появившаяся в 20-х гг. XX в. теория возникновения Вселенной в результате большого взрыва предполагала обнаружение в пространстве остатков этого процесса — электромагнитных волн. Сегодня реликтовое излучение обнаружено. Реликтовые электромагнитные волны прошли путь, равный миллиардам световых лет (!). Это — слепки молодой Вселенной, ее следы.
Но вернемся к делам земным. Чуть выше мы упоминали о том, что разработчики радиостанций постоянно стремились повысить излучаемую мощность. Эта мощность переносится электромагнитной волной. Как видно из рис. 10.8, компоненты электромагнитной волны — магнитная и электрическая — имеют колебательный характер, значит, в качестве характеристики волны можно ввести ее частоту. Однако, поскольку волна распространяется в пространстве, точки А и В, в которых колебания имеют одинаковую фазу, отстоят друг от друга на определенном расстоянии, очевидно, связанном с частотой. Понятно также, что скорость волны не равна бесконечности, а ограничена. Чем быстрее распространяется волна, чем больше будет ее скорость, тем дальше будут отстоять друг от друга точки А и В, тем меньше будет ее частота и больше длина. Очевидно, что частота, длина и скорость волны связаны между собой! Помните, еще в опытах Герца было выяснено, что скорость распространения электромагнитной волны равна скорости света. Чуть позже установили — в среде, отличной от вакуума, волна распространяется немного медленнее. Если обозначить скорость буквой с, частоту — f, а длину — λ, то получим простое соотношение для связи перечисленных характеристик:
