После того как было открыто электричество, по проводам научились
передавать электрические сигналы, переносившие телеграммы и живую
человеческую речь. Но ведь телефонные и телеграфные провода не протянешь
за судном или самолетом, за поездом или автомобилем.
И тут людям помогло радио (в переводе с латинского radio означает
<излучать>, оно имеет общий корень и с другим латинским словом radius -
<луч>). Для передачи сообщения без проводов нужны лишь радиопередатчик и
радиоприемник, которые связаны между собой электромагнитными волнами -
радиоволнами, излучаемыми передатчиком и принимаемыми приемником.
История радио начинается с первого в мире
радиоприемника, созданного в 1895 г. русским ученым А. С. Поповым. Попов
сконструировал прибор, который, по его словам, <заменил недостающие
человеку электромагнитные чувства> и реагировал на электромагнитные
волны. Сначала приемник мог <чувствовать> только атмосферные
электрические разряды - молнии. А затем научился принимать и записывать
на ленту телеграммы, переданные по радио. Своим изобретением А. С. Попов
подвел итог работы большого числа ученых ряда стран мира.
Важный вклад в развитие радиотехники внес датский ученый X. Эрстед,
который показал, что вокруг проводника с током возникает магнитное поле.
Английский физик М. Фа-радей доказал, что магнитное поле рождает
электрический ток. Во второй половине XIX в. его соотечественник и
последователь Дж. Максвелл пришел к выводу, что переменное магнитное
поле, возбуждаемое изменяющимся током, создает в окружающем пространстве
электрическое поле, которое в свою очередь возбуждает магнитное поле, и
т. д. Изменяющиеся электрические и магнитные поля, взаимно порождая друг
друга, образуют единое переменное электромагнитное поле -
электромагнитную волну. Возникнув в том месте, где есть провод с током,
электромагнитное поле распространяется в пространстве со скоростью света
- 300 000 км/с, занимая все больший и больший объем. Дж. Максвелл
утверждал, что волны света имеют ту же природу, что и волны, возникающие
вокруг провода, в котором есть переменный электрический ток. Они
отличаются друг от друга только длиной. Очень короткие волны и есть
видимый свет.
Более длинные электромагнитные волны впервые сумел получить и
исследовать немецкий физик Г. Герц в 1888 г. А. С. Попов, опираясь на
результаты опытов Герца, создал, как уже говорилось, прибор для
обнаружения и регистрирования электрических колебаний - радиоприемник.
Первый радиоприемник имел очень простое устройство: батарея,
электрический звонок, электромагнитное реле и стеклянная трубка с
металлическими опилками внутри - когерер (от латинского слова cogerentia
- сцепление). Передатчиком служил искровой разрядник, возбуждавший
электромагнитные колебания в антенне, которую Попов впервые в мире
использовал для беспроводной связи. Под действием радиоволн, принятых
антенной, металлические опилки в когерере сцеплялись, и он начинал
пропускать электрический ток от батареи. Срабатывало реле, включался
звонок, сцепление между металлическими опилками в когерере ослабевало, и
к ним поступал следующий сигнал.
Продолжая опыты и совершенствуя приборы, А. С. Попов увеличивал
дальность действия радиосвязи. Через 5 лет после
постройки первого приемника начала действовать регулярная линия
беспроводной связи на расстояние 40 км. Благодаря радиограмме,
переданной по этой линии зимой 1900 г., 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.
Радиоволны - разновидность электромагнитных волн. К электромагнитным
волнам относятся также видимый свет и невидимые лучи - инфракрасные,
ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-излучений (см. Инфракрасная
техника, Рентгеновская техника).
Главное различие разного вида электромагнитных волн - их частота, т. е.
число колебаний в секунду. Единица частоты - герц (Гц) -одно колебание в
1 с. Более высокие частота измеряют в килогерцах (1 кГц= 103 Гц),
мегагерцах (1 МГц =10R Гц), гигагерцах (1ГГц=109 Гц) итерагерцах (1ТГц=
1012 Гц).
Обычно радиоволну характеризуют не частотой колебаний, а длиной -
расстоянием, на которое электромагнитное поле распространяется за время
одного периода колебания тока высокой частоты в антенне передатчика.
Длину радиоволны к в метрах можно вычислить по формуле:
kzvlf= 300 000 (км/с) / f (кГц)
где 300 000 км/с - скорость распространения света, f - частота тока в
антенне.
Первый радиоприемник Попова
Схема радиоприемника Попова
Распространение радиоволн различных типов
Радиоволны длиной 100-10 км (частота 3-30 кГц) и длиной 10-1 км
(частота 30-300 кГц), называемые сверхдлинными (СДВ) и длинными (ДВ)
волнами, распространяются в свободном пространстве вдоль поверхности
Земли днем и ночью и мало поглощаются водой. Поэтому их используют,
например, для связи с подводными лодками. Однако они сильно ослабевают
по мере удаления от передатчика, и поэтому передатчики должны быть очень
мощными.
Волны длиной 1000-100 м (частота 0,3-3 МГц), так называемые средние
волны (СВ), днем сильно поглощаются ионосферой (верхним слоем атмосферы,
имеющим большую концентрацию ионов - заряженных атомов, образующих
ионосферу) и быстро ослабевают, а ночью ионосфера их отражает. Средние
волны используют для радиовещания, причем днем можно слышать только
близкорасположенные станции, а ночью - и очень удаленные.
Волны длиной 100-10 м (частота 3-30 МГц), называемые короткими (KB),
приходят к антенне приемника, отражаясь от ионосферы, причем днем лучше
отражаются более короткие, а ночью - более длинные из них. Для таких
радиоволн можно создавать антенны передатчиков, которые излучают
электромагнитную энергию направленно, фокусируют ее в узкий луч, и таким
образом увеличивать мощность сигнала, идущего к антенне приемника. На
коротких волнах работают большинство станций радиосвязи - судовых,
самолетных и т. д., а также многие радиовещательные станции.
Радиоволны длиной 10 м - 0,3 мм (частота 30 МГц - 1 ТГц), называемые
ультракороткими (УКВ), не отражаются и не поглощаются ионосферой, а,
подобно световым лучам,
пронизывают ее и уходят в космос. Поэтому связь на УКВ возможна только
на таких расстояниях, когда антенна приемника <видит> антенну
передатчика, т. е. когда ничто между антеннами (гора, дом, выпуклость
Земли и т. д.) не преграждает путь этим волнам, Поэтому УКВ используют в
основном для радиорелейной связи, телевидения, спутниковой связи, а
также в радиолокации.
Сегодня средствами радиосвязи оснащены все виды самолетов, морских и
речных судов, научные экспедиции. Все более широкое развитие находит
диспетчерская связь на железных дорогах, на стройках, в шахтах (см.
Диспетчерское управление). Космическая радиосвязь позволяет преодолеть
огромные расстояния, в сотни и тысячи миллионов километров; с ее помощью
мы получаем ценную научную информацию.
Но радио - это не только радиотелефонная и радиотелеграфная связь,
радиовещание и телевидение, но и радиолокация, и радиоастрономия,
радиоуправление и многие другие области техники, которые возникли и
успешно развиваются благодаря выдающемуся изобретению нашего
соотечественника А. С. Попова.
