Радио Попова

Во второй половине XIX в. передача информации на огромные расстояния по телеграфным или телефонным проводам стала обыденным явлением. Но этой связи не было там, где она была нужна больше всего — в море, на кораблях, куда невозможно протянуть кабель. Открытие электромагнитных волн Генрихом Герцем сделало возможным изобретение беспроводной связи. В 1895 г. Александр Степанович Попов изобрёл радиоприёмник, улавливающий электромагнитные волны.

Александр Степанович Попов

Теория и подтверждение

В 1864 г. английский физик Джеймс Максвелл (изобретатель цветной фотографии) предположил, что электромагнитное поле, возникающее вокруг проводника с током, распространяется в пространстве электромагнитными волнами, движущимися со скоростью света — 300 000 км/с (максимальной из известных скоростей).

Немецкий учёный Генрих Герц сконструировал вибратор (передатчик), создающий электрическое поле, и резонатор (приёмник) для улавливания волн Максвелла. Искра (электрическая дуга), проскакивающая между концами проводника вибратора при прохождении по нему переменного тока высокого напряжения, одновременно возникала и между концами проводника резонатора, находящегося на расстоянии от вибратора и никак с ним не связанного. Это подтвердило возможность беспроводной передачи энергии электромагнитного поля, распространяющейся в атмосфере электромагнитными волнами. Практически одновременное возникновение искр в вибраторе и резонаторе доказывало, что скорость распространения электромагнитной волны близка к скорости света. С открытия Герца началась история создания радио (от лат. radio — излучаю).

Вибратор Герца получал питание от батареи (1). Постоянный ток низкого напряжения от батареи поступал в первичную маловитковую обмотку (2) катушки Румкорфа и намагничивал её сердечник (3). Намагниченный сердечник, притягивая прерыватель (4), разрывал цепь, и поступление тока от батареи прекращалось. Сердечник размагничивался, и контакт восстанавливался. Процесс повторялся, и в первичной обмотке катушки индуцировался прерывистый ток, а её магнитное поле менялось. Под воздействием меняющегося магнитного поля во вторичной многовитковой обмотке (5) индуцировался переменный ток очень высокого напряжения. Этот ток поступал на два медных прутка (6) вибратора, и между их концами — шариками (7) проскакивала электрическая искра (электрическая дуга), излучающая электромагнитные волны (8).

«Ловители» волн

Опыты Герца вдохновили учёных всего мира на создание аппарата беспроводной связи, основанного на излучении и приёме электромагнитных волн. В 1893 г. первый аппарат, с небольшого расстояния передающий и получающий сигналы, созданные колебаниями электромагнитных волн, продемонстрировал Никола Тесла. Он же придумал и радиоантенну, улавливающую электромагнитные волны и индуцирующую электрический ток.

В 1894 г. был усовершенствован когерер — прибор, меняющий сопротивление под воздействием тока, индуцированного электромагнитными волнами. В том же году английский изобретатель Оливер Лодж продемонстрировал свой приёмник, в котором с помощью когерера регистрировались электромагнитные волны.

Когерер Попова. В закрытую стеклянную трубку (а) входят концы проводов от батареи (6) и от антенны (в). Они соприкасаются ' с железными опилками (г), которыми наполнена трубка. Металлические опилки, между которыми есть прослойка воздуха, обладают высоким сопротивлением и не пропускают через себя ток от батареи. Но при прохождении электромагнитной волны к току от батареи присоединяется переменный ток высокого напряжения, индуцируемый в антенне, и искры пробивают воздух между опилками. Опилки спекаются и начинают проводить ток, передавая его дальше по цепи. Так когерер фиксирует улавливание антенной электромагнитной волны. Для фиксирования следующей волны когерер надо встряхнуть, чтобы опилки разомкнулись и прибор вернул утраченное сопротивление.

Русское радио

Ни Тесла, ни Лодж не стали развивать свои идеи для внедрения их на практике. Их наработки собрал воедино, усовершенствовал и воплотил в своём радиоприёмнике русский инженер Александр Степанович Попов. Приёмник Попова с расстояния 25 м антенной улавливал волны, исходящие от искрового передатчика, напоминающего вибратор Герца, и с помощью когерера регистрировал их наличие звонками. Свой аппарат Попов продемонстрировал в 1895 г. на заседании Русского физико-химического общества. В России эту дату считают датой изобретения радио, хотя переданный тогда сигнал ещё не содержал информации.

Радиоприёмник Попова. 1895 г. Ток (1) от батареи (2) постоянно идёт по малой цепи: «+» полюс батареи — когерер (3) — электромагнит (4) реле — « — » полюс батареи. из-за сопротивления когерера сила этого тока мала для срабатывания реле (5), и цепь звонка обесточена. Но когда прохождение электромагнитной волны индуцирует ток в антенне (6), этот ток, складываясь с током от батареи, спекает опилки когерера, его сопротивление уменьшается. Ток в цепи возрастает, и якорь электромагнита реле притягивается к контакту, замыкая цепь (7) звонка. Электромагнит звонка (8), получая ток, притягивает якорь молоточка (9). Молоточек бьёт по чашечке звонка (10), звуком фиксируя прохождение волны в антенне, и, отскакивая, бьёт по когереру, встряхивая его. Опилки рассыпаются, сопротивление когерера восстанавливается, ток падает, и цепь звонка размыкается. Электромагнит опускает молоточек. Прибор готов к принятию следующей волны.

В 1896 г. Попов создал радиотелеграф, в котором электромагнитными волнами кодировали сигналы азбуки Морзе. Подача тока в передатчике радиотелеграфа контролировалась прерывателем — телеграфным ключом, и продолжительностью подачи электромагнитных волн передавали точки и тире. Приёмник фиксировал эти сигналы долгими и короткими звонками. Первой радиограммой, переданной морзянкой с расстояния в 250 м, были слова «Гзнрих Герц» — так Попов почтил вклад Герца в изобретение радио.

С 1897 г. радиотелеграфы Попова стали устанавливаться на кораблях российского флота, и к началу XX в. дальность радиосвязи составляла 50 — 70 км. В 1900 г. благодаря радиосвязи, установленной Поповым на ледоколе «Ермак», удалось спасти 50 рыбаков, унесённых в море на льдине. В 1897 г. свой радиоприёмник, созданный по принципу аппарата Попова, запатентовал итальянский изобретатель Гульельмо Маркони. Хотя первенство Попова было очевидным, Маркони тоже считают «отцом радио» — ему принадлежит заслуга коммерческого распространения радиосвязи в мире. В 1903 г. Маркони первым осуществил радиопередачу через Атлантический океан, а в 1910 г. открыл постоянную трансатлантическую линию радиосвязи.

Радиотелеграф Попова. Вместо молоточка и звонка установлены бобина с лентой и чернильное колёсико. Колёсико притягивается к ленте, когда антенна улавливает электромагнитную волну.

В 1906 г. американский изобретатель Реджинальд Фессенден, использовав генератор высокочастотного переменного тока, получил стабильный радиосигнал. Вставив в передающую линию угольный микрофон, он добился того, что выходной сигнал стал меняться в соответствии со звуковыми колебаниями. Так по радио впервые были переданы звуки — музыка и речь — и положено начало радиовещанию.

Судовая радиоприёмная станция Попова. 1901 г.