Принципы радиосвязи. Изобретение радио А.С. Поповым

 Изобретение радио Поповым 

 В России одним из первых занялся изучением  электромагнитных волн преподаватель  офицерских курсов в Кронштадте Александр  Степанович Попов. Начав с воспроизведения  опытов Герца, он затем использовал  более надежный и чувствительный способ регистрации электромагнитных волн.

 В качестве детали, непосредственно “чувствующей”  электромагнитные волны, А.С. Попов  применил когерер (от лат. - “когеренция” - “сцепление”). Этот прибор представляет собой стеклянную трубку с двумя электродами. В трубке помещены мелкие металлические опилки. Действие прибора основано на влиянии электрических разрядов на металлические порошки. В обычных условиях когерер обладает большим сопротивлением, так как опилки имеют плохой контакт друг с другом. Пришедшая электромагнитная волна создает в когерере переменный ток высокой частоты. Между опилками проскакивают мельчайшие искорки, которые спекают опилки. В результате сопротивление когерера резко падает (в опытах А.С. Попова со 100000 до 1000 - 500 Ом, то есть в 100-200 раз). Снова вернуть прибору большое сопротивление можно, если встряхнуть его. Чтобы обеспечить автоматичность приема, необходимо для осуществления беспроволочной связи, А.С. Попов использовал звонковое устройство для встряхивания когерера после приема сигнала.

 Срабатывало реле, включался звонок, а когерер  получал “легкую встряску”, сцепление  между металлическими опилками ослабевало, и они были готовы принять следующий  сигнал.

 Схема радиоприемника А.С, Попова сделанная им самим:

  Чтобы  повысить чувствительность аппарата, А.С. Попов один из выводов  когерера заземлил, а другой присоединил  к высоко поднятому куску проволоки,  создав первую приемную антенну  для беспроволочной связи. Заземление  превращает проводящую поверхность  земли в часть открытого колебательного  контура , что увеличивает дальность приема .

 Хотя  современные радиоприемники очень  мало напоминают приемник А. С. Попова, основные принципы их действия те же, что  и в его приборе. Современный  приемник также имеет антенну, в  которой приходящая волна вызывает очень слабые электромагнитные колебания. Как и в приемнике А. С. Попова, энергия этих колебаний не используется непосредственно для приема. Слабые сигналы лишь управляют источниками  энергии, питающими последующие  цепи. Сейчас такое управление осуществляется с помощью полупроводниковых  приборов.

 7мая  1895г. на заседании Русского  физико-химического общества в  Петербурге А. С .Попов продемонстрировал действие своего прибора, явившегося, по сути дела, первым в мире радиоприемником. День 7 мая стал днем рождения радио. Ныне он ежегодно отмечается в нашей стране.

 А. С. Попов  продолжал настойчиво совершенствовать приемную аппаратуру. Он ставил своей  непосредственной задачей построить  прибор для передачи сигналов на большие  расстояния.

 Вначале радиосвязь была установлена на расстоянии 250 м. Неустанно работая над своим  изобретением, Попов вскоре добился  дальности связи более 600 м. Затем  на маневрах Черноморского флота  в 1899г. ученый установил радиосвязь на расстоянии свыше 20км, а в 1901г. дальность  радиосвязи была уже 150км. Важную роль в этом сыграла новая конструкция  передатчика. Искровой промежуток был  размещен в колебательном контуре, индуктивно связанном с передающей антенной и настроенном с ней  в резонанс.. Существенно изменились и способы регистрации сигнала. Параллельно звонку был включен телеграфный аппарат, позволивший вести автоматическую запись сигналов. В 1899г. была обнаружена возможность приема сигналов с помощью телефона. В начале 1900г. радиосвязь была успешно использована во время спасательных работ в Финляндском заливе. При участии А. С. Попова началось внедрение радиосвязи на флоте и в армии России.

 Продолжая опыты и совершенствуя приборы, А. С. Попов медленно, но уверенно увеличивал дальность действия радиосвязи. Через 5 лет после постройки первого  приемника начала действовать регулярная линия беспроволочной связи на расстоянии 40 км. благодаря радиограмме, переданной по этой линии зимой 1900г. , ледокол “Ермак” снял со льдины 

 рыбаков, которых шторм унес в море . Радио, начавшее свою практическую историю спасением людей, стало новым прогрессивным видом связи XX в. 

 За границей усовершенствование подобных приборов проводилось фирмой, организованной итальянским инженером Г. Маркони. Опыты, поставленные в широком масштабе, позволили осуществить радиотелеграфную передачу через Атлантический океан. 
 

Общие схемы организации  радиосвязи 

 Система передачи информации, в которой сигналы  электросвязи передаются посредством  радиоволн в открытом пространстве, называется радиосистемой. Радиосистемы подразделяются на радиолинии и радиосети.

 Односторонняя радиосвязь, при которой радиопередачу  одной (основной) радиостанции могут  принимать одновременно несколько  корреспондентов, называется циркулярной. Примерами односторонней циркулярной  передачи сообщений являются системы  оповещения, службы передачи сообщений  из пресс-центров редакциям газет, журналов, сети телевизионного и звукового  вещания и т.д. При этом радиопередающая станция, среда распространения радиосигналов (открытое пространство) и каждое радиоприемное устройство, находящееся в зоне действия станции, образуют одностороннюю радиолинию, а совокупность таких радиолиний - сеть радиовещания.

 Двусторонняя  радиосвязь предполагает возможность  передачи и приема информации каждой радиостанцией. Для этого нужны  два комплекта оборудования односторонней  связи, т.е. в каждом пункте надо иметь  и передатчик и приемник. Двусторонняя связь может быть симплексной  и дуплексной (рис. 1.1). При симплексной  радиосвязи передача и прием на каждой радиостанции ведутся поочередно. Радиопередатчики в конечных пунктах линии связи  в этом случае работают на одинаковой частоте, на ту же частоту настроены  и приемники. При дуплексной радиосвязи радиопередача осуществляется одновременно с приемом. Для каждой дуплексной линии радиосвязи должны быть выделены две разные частоты. Это делается для того, чтобы приемник принимал сигналы только от передатчика с противоположного пункта и не принимал сигналы собственного радиопередатчика. Радиопередатчики и радиоприемники обоих корреспондентов дуплексной радиосвязи включены в течение всего времени работы линии радиосвязи.

 Симплексная связь используется, как правило, при наличии относительно небольших  информационных потоков. Для систем передачи с большой информационной нагрузкой характерна дуплексная связь.

 Любая радиолиния передачи информации (связная, звукового  или телевизионного вещания) содержит на концах радиопередающие и радиоприемные  устройства, снабженные антеннами. Передающая антенна излучает электрический  сигнал передатчика в виде радио-волны. Приемная антенна улавливает радиоволну, и с ее выхода электрический сигнал поступает на вход приемника. Линии передачи электромагнитной энергии, соединяющие антенну с радиопередатчиком или с приемником, называются фидерами. Антенно-фидерные устройства - очень важные элементы линии радиосвязи. На практике очень часто применяются антенны, обладающие направленным действием. При передаче направленная антенна излучает энергию радиоволн в определенном направлении. Чем больше направленность антенны, тем при меньшей мощности передатчика возможна радиосвязь. Приемные направленные антенны увеличивают отношение сигнал-помеха на входе приемного устройства, что также позволяет уменьшить необходимую мощность радиопередатчика. 

 Распространение радиоволн в земных условиях 

 В земных условиях радиоволны распространяются в атмосфере. Атмосферу разделяют  по высоте на три области: тропосферу, стратосферу и ионосферу. Нижняя область - тропосфера простирается до высоты 7... 10 км в полярных районах  и до 16... 18 км над экватором. Тропосфера переходит в стратосферу, верхняя  граница которой находится на высоте около 50...60 км. Стратосфера отличается от тропосферы почти полным отсутствием  водяного пара, осадки образуются только в тропосфере. Тропосфера и стратосфера  влияют только на распространение УКВ.

 На высоте более 60 км воздух находится в ионизированном состоянии. Эту область называют ионосферой. Ионосфера в той или  иной степени влияет на распространение  радиоволн всех диапазонов, так как  радиоволны вызывают в ней движение свободных зарядов. Главной причиной ионизации воздуха и образования  ионосферы является излучение Солнца. Установлено, что ионизацию атмосферы  могут вызвать только ультрафиолетовые лучи, имеющие длину волны меньше 0,1 мкм. Ионизация атмосферы вызывается также потоком частиц (корпускул), испускаемых Солнцем. Коротковолновые  ультрафиолетовые лучи и корпускулы не достигают тропосферы, и воздух в ней практически не ионизирован. Ионизация становится заметной на высотах  более 50...60 км.

 Эксперименты  показали, что в ионосфере имеется  несколько слоев, от которых происходит отражение радиоволн, т.е. существуют несколько максимумов электронной  концентрации.