Історія радіотехніки - Вінницький Технічний Коледж

Велике відкриття підготували теоретичні і експериментальні праці когорти великих вчених. Знаменитий англійський фізик Фарадей (1791—1867) перший зробив припущення, що електричні і магнітні сили розповсюджуються у вигляді коливань з кінцевою швидкістю; він відкрив закон електромагнітної індукції, який розкриває зв'язок між електричними і магнітними явищами. Видатний англійський вчений Максвелл (1831—1879) дав математичний опис процесів, пов'язаних з електромагнітними коливаннями. Знамениті рівняння Максвелла є й тепер основними при вивченні розповсюдження електромагнітної енергії в просторі. Видатний німецький фізик Генріх Герц (1857—1894) здійснив експериментальну перевірку хвильової теорії електромагнітних процесів. О. С. Попов старанно вивчив роботи своїх попередників і особливо Герца.

Оскільки схема передаючого пристрою, яку застосував Герц, була задовільною (вона залишалась майже без змін протягом багатьох років після винаходу радіо), О. С. Попов зосередив увагу на схемі приймальної установки, яка мала надзвичайно низьку чутливість (прийняття ЕМ хвиль у дослідах Герца відмічалось за появою електричних іскор в іскровому проміжку приймального резонатора). У зв'язку з цим викликали інтерес дослідження французького вченого Бранлі, який створив індикатор ЕМ хвиль у вигляді трубки, наповненої металевими ошурками. Англійський фізик Лодж увів механічний струс, який повертав ошурки в стан малої провідності. (Лодж увів термін «когерер»).
Однак попередники О. С. Попова, в тому числі і Герц, не вважали можливим використання ЕМ хвиль для передавання повідомлень на відстань. Це приклад того, як кількісна зміна (підвищення чутливості приймача, порівняно з приймачем Герца) привела до колосального якісного стрибка — появи нового виду зв'язку — радіозв'язку, який поклав початок бурхливому розвитку радіотехніки. Слід також зазначити, що О. С. Попов передбачив появу радіолокації і радіонавігації. Мова йде про відомі досліди О. С. Попова влітку 1897 р. на Балтійському морі. Коли між передавальною і приймальною корабельними станціями був третій корабель, радіозв'язок переривався. 7 травня 1895 р. російський вчений-фізик Олександр Степанович Попов (1859—1906) продемонстрував перший у світі радіоприймальний пристрій—«грозовідмітник». Цей грозовідмітник він демонстрував під час читання своєї доповіді «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям» на засіданні Російського фізико-хімічного товариства у Петербурзі 7 травня 1895 р.
Грозовідмітник О.С.Попова складався з основних елементів радіоприймального пристрою: антени А, в якій енергія електромагнітних хвиль перетворюється у струм високої частоти; пристрою, що перетворює струм високої частоти у сигнал, придатний для реєстрації; реєструючого приладу. Як реєструючий прилад використовувався телеграфний апарат Т; дзвоник Дз сигналізував про наявність приймання. Для перетворення струмів високої частоти О. С. Попов використав когерер (від лат. слова «cohaero» — знаходжусь у зв'язку), що являв собою трубку із скла, наповнену металевими ошурками. Між електродами, виведеними з трубки, внаслідок поганого електричного контакту між окремими частками металевого порошку виникав великий опір. Під впливом ЕМ коливань відбувалось «упорядковування», «злипання» ошурків і внаслідок цього підвищення провідності порошкової маси.Під впливом е. р. с., наведеної в антені, в колі антена — когерер протікає високочастотний струм, внаслідок чого опір між електродами когерера зменшується. Це викликає зростання постійного струму в колі: батарея Б — обмотка електромагніту М1 — когерер К і замикання контакту К1. Тепер батарея Б живить ще одне коло: контакт К1 — обмотка електромагніту телеграфного апарата М2 — обмотка електромагніту дзвоника Міз. Молоточок дзвоника притягується до сердечника електромагніту, розриває друге коло постійного струму К2 і ударяє по когереру. Когерер струшується, його опір різко зростає, набуваючи первісного значення. Якщо електромагнітні хвилі продовжують діяти на антену, процес повторюється, супроводжуючись записом сигналу на телеграфній стрічці. Зникнення високочастотного сигналу приводить до встановлення великого опору когерера, контакт К1 вимикає апарат Т, припиняється запис і удари молоточка по дзвонику.
О. С. Попов продовжував напружену роботу над підвищенням чутливості свого радіоприймача. Вже 24 березня 1896 р. він продемонстрував приймання телеграфних сигналів на відстані приблизно 250 м. Перша радіограма, яку передавав П. М. Рибкін і прийняв О. С. Попов, складалася з двох слів: «Генріх Герц». Влітку 1897 р. дальність надійного радіозв'язку між кораблями становила 5 км. Завдяки використанню телефону для реєстрації телеграфних сигналів «на слух» (що було запропоновано О. С. Поповим, П. М. Рибкіним і Д. С. Троїцьким влітку 1899 р.) вона була значно збільшена. У листопаді 1899 р. під час знімання з мілини броненосця «Генерал-адмірал Апраксін» під керівництвом О. С. Попова було встановлено радіозв'язок на відстань близько 50 км. Першу офіційну радіограму, передану по цій лінії, було адресовано командирові криголама «Єрмак». У ній сповіщалось про необхідність подати допомогу рибакам, які опинилися на кризі у відкритому морі.
Винайдення радіо і його практична реалізація принесли О. С. Попову широке визнання. Його запрошували в Америку, Англію, Францію, Німеччину, пропонуючи стати керівником лабораторій і інститутів. Але у 1901 р. О. С. Попов прийняв кафедру фізики в Петербурзькому електротехнічному інституті, де продовжував досліди в галузі радіотелефонії. У жовтні 1905 р. його одноголосно обирають першим виборним директором електротехнічного інституту.
Під час революційних подій 1905 р. О. С. Попова часто викликали для пояснень в Міністерство внутрішніх справ у зв'язку з революційним настроєм частини студентів і професури. Це перешкоджало науковій роботі вченого і погано позначилось на стані здоров'я. Після одного з таких викликів, 13 січня 1906 р. О. С. Попов помер від крововиливу у мозок.
У червні 1896 р., тобто через рік після публічної доповіді О. С. Попова і через півроку після її опублікування (січень 1896 р.), італійський інженер Марконі зробив патентну заявку в Англії на бездротяний зв'язок. Коли у червні 1897 р. було опубліковано схеми приладів Марконі, які він публічно демонстрував після одержання патенту, не розповідаючи про зміст «таємничих» дерев'яних ящиків, стало очевидним - схема Марконі точно копіювала схему Попо¬ва. Деякі країни відмовили Марконі видати патенти. Слід разом з тим віддати належне Марконі: він вніс значний вклад у практичний розвиток радіотехніки. Так, наприклад, у грудні 1901 р. Марконі здійснив передачу радіосигналів через Атлантичний океан [2].
В основу виділення етапів розвитку радіотехніки покладено міркування академіка О. Л. Мінца, викладені в його книжці «Радиозлектроника», Издательство АН СССР, 1963.
І етап (1895—1915). На цьому етапі використовувалися системи затухаючих коливань і іскрові передавачі. Перший етап безпосередньо зв'язаний з діяльністю О. С. Попова та його учнів. У 1910 р. на базі майстерні, створеної О. С. Поповим, було організовано «Радіотелеграфне депо Морського відомства», в якому працювали М. В. Шулейкін, М. М. Цік-лінський, В. П. Вологдін та ін. У цей період було створено перші детекторні приймачі у (1910—1912 рр. М. В. Шулейкін і М. М. Циклінський розробили оригінальний детекторний приймач). Вдалося здійснити трансконтинентальний радіотелеграфний зв'язок (1901). Проте з підвищенням дальності дії радіостанцій і збільшенням їх кількості, завади (особливо внаслідок низької вибірності приймачів і широкого спектра передаваних високочастотних сигналів) знижували ефективність радіозв'язку.
II етап розвитку радіотехніки характеризується широки'м використанням незатухаючих коливань (замість іскрових генераторів використовувалися дугові, машинні і лампові). Досить вдалу систему машини високої частоти розробив В. П. Вологдін, створивши серію машин потужністю від 6 до 600 кет. Проте дугові і машинні генератори успішно застосовувалися тільки на довгих хвилях; на хвилях, коротших за 300 м, вони були не досить ефективними. Що ж до короткохвильового і ультракороткохвильового діапазонів, то на них застосування дугових і машинних генераторів було практично неможливим. У зв'язку з цим як дугові, так і машинні генератори практично були витіснені ламповими радіостанціями (1916—1919). Це стало можливим завдяки винаходу електронних ламп (у 1904 р. Флемінг створив діод, а у 1907 р. Лі де Форест — тріод). Істотні зміни відбулися і в приймальних пристроях. У 1913 р. Армстронг запропонував схему регенеративного прийому (одна лампа виконувала функції детектора і підсилювача із зворотним зв'язком), яка давала можливість різко підвищити чутливість і вибірність приймача. З кращих вітчизняних регенеративних приймачів слід відмітити приймачі типу ЛБ-2, розроблені В. М. Лебедєвим. Армстронг запропонував також метод суперрегенеративного прийому. Проте регенеративні (а почасти і суперрегенеративні) приймачі мають істотні недоліки, насамперед невисоку стабільність роботи і якість відтворення передачі, і створюють значні завади. У 1918 р. Армстродг і Леві запропонували метод супергетеродинного прийому. Цей метод і зараз є найкращим, бо він дає змогу дістати високу вибірність разом з високою якістю відтворення сигналу. Успішний розвиток електронних ламп сприяв широкому використанню приймачів прямого підсилення (1922—1925), в яких основне підсилення здійснюється на частоті сигналу, що приймається. Ці приймачі з відносно високою чутливістю були значно простіші, ніж супергетеродинні, проте поступались їм у вибірності і якості відтворення. Тому в міру збільшення кількості станцій, які одночасно працюють, переваги супергетеродинних приймачів ставали все більш вагомими.
Початок III етапу розвитку радіотехніки—середина 20-х років. Він зумовлений освоєнням діапазону коротких хвиль. Досить велику роль в освоєнні діапазону КХ відіграли радіоаматори, які першими виявили можливість встановлення зв'язку на досить великих відстанях при використанні малопотужних передавачів КХ діапазону. У зв'язку з інтенсивними «завмираннями», які є в КХ діапазоні, у радіоприймальних пристроях широко застосовують автоматичне регулювання підсилення, реалізується також автоматичне підстроювання частоти. Для радіозв'язку у цьому діапазоні часто використовують спрямовані антени.
IV етап розвитку радіотехніки зв'язаний з виникненням і розвитком телебачення і радіолокації, які вимагають досить широкої смуги частот у зв'язку з передаванням коротких сигналів. Це в свою чергу вимагало освоєння діапазону УКХ, характерною особливістю якого є обмеження радіуса дії в межах прямої види'мості. Тому для забезпечення передачі на великі відстані використовують радіорелейні лінії з ретрансляційними станціями. Для розвитку радіолокації треба було створити антени, радіопередавачі і радіоприймачі дециметрового, сантиметрового і міліметрового діапазонів. В апаратурі дециметрового і сантиметрового діапазонів поряд з тріодами спеціальних конструкцій (маячкові, металокерамічні лампи) широко застосовують магнетронні генератори, лампи біжучої хвилі (ЛБХ), за допомогою яких можна дістати велике підсилення на частотах (аж до міліметрового діапазону).
Після перемоги Великої Жовтневої соціалістичної революції пролетарська держава виявила особливе піклування про радіотехніку. В. І. Ленін приділяв велику увагу радіотехнічній справі. У липні 1918 р. В. І. Ленін підписав декрет «Про централізацію радіотехнічної справи»; у грудні 1918 р. підписав другий декрет — про створення Нижегородської радіолабораторії, яку очолив М. О. Бонч-Бруєвич. Ця радіолабораторія відіграла велику роль у розвитку не тільки радянської, а й світової радіотехніки. Тут проводилися теоретичні дослідження. Було розроблено найкращі і найпотужніші для того часу генераторні лампи. Великих успіхів було досягнуто також у створенні приймально-підсилювальних ламп. Проводились глибокі теоретичні дослідження М. О. Бонч-Бруєвичем, який заклав основи сучасної теорії тріода.
У 1919-1920 роках М. О. Бонч-Бруєвич створив перший радіотелефонний ламповий передавач, а вже 17 березня 1920 р. В. І. Ленін підписав постанову «Про будівництво центральної радіотелефонної станції» (радіус дії — 200 верст). За пропозицією В. І. Леніна 25 травня 1922 р. Політбюро ЦК РКП(б) прийняло рішення про додаткове Фінансування робіт Нижегородської радіолабораторії. Надаючи радіомовленню великого політич¬ного значення, В. І. Ленін бачив у ньому газету без паперу і віддалі.
У роки відбудови народного господарства і передвоєнних п'ятирічок наша радіотехнічна промисловість досягла такого рівня, що змогла у суворі роки Великої Вітчизняної війни забезпечити Радянську Армію необхідними радіотехнічними засобами. Особливо інтенсивно розвиваються радіотехніка і електроніка протягом останніх десятиріч. Про це говорить високий рівень наукових робіт радянських вчених, які займають передові рубежі у світовій радіоелектроніці, промисловий потенціал і об'єм випуску радіотехнічних виробів, асортимент приймачів, телевізорів, радіотоварів широкого вжитку, широка мережа радіостанцій, телевізійних центрів і систем, зростання підготовки наукових і інже¬нерно-технічних кадрів, значна кількість наукової, навчальної і популярної літератури з радіоелектроніки і т. ін. Проте найбільш наочно демонструють високий рівень розвитку радянської радіоелектроніки успішні запуски штучних супутників Землі і Місяця, безпілотних і пілотованих космічних кораблів, передача на Землю зображення невидимої поверхні Місяця та ін. Тільки одна найрозвиненіша капіталістична країна США була спроможна суперничати з Радянським Союзом у галузі космічних досліджень.За визначні наукові роботи і винаходи у галузі радіо золотою медаллю імені О. С. Попова (встановленою Радою Народних Комісарів СРСР від 2 травня 1945 р.) нагороджені такі радянські вчені: В. П. Вологдін, Б. О. Введенський, О. Л. Мінц, А. І. Берг, М. О. Леонтович, О. О. Пістолькорс, С. М. Ритов, С. Е. Хайкін. Ряд вчених удостоєні Ленінських і Державних премій. Нобелівська премія присуджена вченим М. Г. Басову і О. М Прохорову за визначні праці в галузі кван¬тових оптичних генераторів.
V етап розвитку радіотехніки зумовлений застосуванням напівпровідникових приладів. Електронні лампи, маючи багато чудових якостей, разом з тим мають ряд значних недоліків: порівняно великі габарити, велика споживана потужність, відносно малий строк служби, не досить висока механічна міцність. Слід зазначити, що напівпровідникові діоди порівняно давно застосовувались у радіотехніці як випрямлячі змінного струму і детектори. Винайдення у 1948 р. транзистора (напівпровідникового тріода), а також теоретичне і експериментальне вивчення напівпровідників зробили технічне застосування напівпровідникових приладів у радіотехніці досить перспективним. Вперше приймач на напівпровідниковому приладі запропонував О. В. Лосєв у 1922 р., назвавши його «кристадином».
Завдяки постійному піклуванню КПРС і Радянського уряду про розвиток радіоелектроніки і напруженій праці робітників, вчених і інженерів, значно збільшився об'єм продукції, що виробляли радіотехнічна і електронна галузі промисловості. Це дало можливість значною мірою задовольнити постійно зростаючий попит на радіоапаратуру народного господарства і населення країни, а також сучасні потреби в радіообладнанні Радянської Армії.
Радіомовлення і телебачення досягли високого розвитку в усіх 15 союзних республіках, в тому числі і в УРСР, стали могутніми засобами комуністичного виховання мас. Якщо у 1940 р. було випущено 160,5 тис. радіоприймачів, а у 1958— 3,9 млн., то у 1968 р.—понад 6,8 млн. радіоприймачів. У 1940 р. річний випуск становив тільки 300 телевізорів, у 1958 р—979 тис., а у 1968 р.— близько 5,6 млн. Телевізорів.
Першим штучним супутником Землі, який облетів її в космосі 1957 р., був радіозонд. Вершиною розвитку радіоавтоматики в Радянському Союзі стало посилання автоматичного апарата “Луноход” на Місяць, автоматичних радіоапаратів на Марс і Венеру.