НАУКА И МЫ

Медицинские, исторические, технические, социальные и другие научно-исследовательские работы

Образование »  » Электроника

Электромагнитные волны


   История радиоустройств восходит к работам М. Фарадея, заложившего основы учения об электрическом и магнитном полях (1837—46). Фарадей высказал мысль о том, что распространение электрических и магнитных воздействий происходит с конечной скоростью и представляет собой волновой процесс. Эти идеи были развиты Дж. К. Максвеллом, математически описавшим (1864) известные электрические и магнитные явления системой уравнений, из которых следовала возможность существования электромагнитного поля, способного распространяться в пространстве в виде электромагнитных волн, частным случаем которых являются световые волны.
    Электромагнитные волны радиодиапазона (с длиной волны около 1 дм) были впервые получены и изучены Г. Герцем (1886—89), который осуществил их генерирование и излучение при помощи вибратора, возбуждаемого искровым разрядом. При помощи второго вибратора, в котором под действием принимаемой волны проскакивала искра, Герц регистрировал электромагнитные волны. Герц показал, что эти волны способны отражаться, преломляться, интерферировать и поляризовываться подобно световым волнам, однако он не предвидел возможности применения электромагнитных волн для передачи информации. Существенную роль в опытах Герца играло явление резонанса, подробно изученное В. Ф. К. Бьеркнесом (1891). Важнейшая формула для определения резонансной частоты колебательного контура при отсутствии затухания (идеальный контур) была получена ещё в 1853 У. Томсоном (Кельвином). Э. Бранли (Франция) обнаружил (1890) и изучил явление уменьшения сопротивления металлического порошка при воздействии на него электрических колебаний и восстановления исходного высокого сопротивления при встряхивании. О. Лодж (Великобритания) использовал это явление для индикации электромагнитных волн при воспроизведении опытов Герца (1894); прибор в виде заполненной металлическими опилками стеклянной трубки с электродами на концах он назвал когерером.
  А. С. Попов, развивая опыты Герца и стремясь решить задачу беспроволочной связи при помощи электромагнитных волн, усовершенствовал когерер, применив для восстановления его сопротивления автоматическую систему, осуществлявшую встряхивание когерера после воздействия на него электромагнитных волн. Автоматический когерер стал основой первого аппарата для обнаружения и регистрации сигналов (их приёма) в системе беспроволочной связи. Попов также обнаружил, что присоединение к когереру вертикального провода — антенны — приводит к увеличению чувствительности такого приёмного устройства. Свой первый в мире радиоприёмник Попов продемонстрировал в действии 25 апреля (7 мая) 1895 во время доклада на заседании физического отделения Русского физико-химического общества. Примерно год спустя опыты по использованию радиоволн для беспроволочной связи продемонстрировал Г. Маркони, причём его аппаратура в основных чертах совпадала с аппаратурой, разработанной Поповым.
  Начальный период развития радиоустройств — период создания простейших передающих и приёмных радиостанций, работавших на сравнительно коротких радиоволнах, — характеризовался применением сильно затухающих радиоволн — коротких волн, возбуждаемых вибратором Герца. Дальность радиосвязи постепенно увеличивалась благодаря переходу к более длинным волнам, возрастанию мощности передатчиков и размеров (высоты и числа проводов) антенны. Увеличению дальности способствовало и применение заземления или системы низко расположенных проводов («противовеса»). Дальность и избирательность (селективность) приёма также существенно увеличились благодаря переходу на слуховой (телефонный) приём с применением детектора (сотрудники Попова П. Н. Рыбкин и Д. С. Троицкий, 1899).
  Следующий существенный шаг в развитии радиоустройств сделал К. Ф. Браун, предложивший разделить антенну и искровой разрядник
(1899—1900). При этом разрядник помещался в замкнутом колебательном контуре, а антенна связывалась с этим контуром индуктивно, при помощи высокочастотного трансформатора. Схема Брауна позволяла излучать в пространство существенно большую часть энергии, запасённой в первичном колебательном контуре, однако значительная часть её возвращалась обратно из антенны в контур, возбуждая в нём новую искру, что приводило к потерям энергии. В 1906 году М. Вин (Германия) предложил специальный разрядник, препятствовавший возврату энергии из антенны в колебательный контур. При этом колебания в антенне затухали слабо и почти вся энергия излучалась в виде радиоволн.
  Дальнейшим шагом в развитии радиоустройств было применение незатухающих радиоволн, возбуждаемых дуговыми генераторами и машинными генераторами высокой частоты. Удачные образцы машин высокой частоты индукторного типа построил в 1912—1934 гг. В. П. Вологдин. При помощи машин Вологдина в 1925 впервые была осуществлена радиосвязь между Москвой и Нью-Йорком. В начале 20-х гг. О. В. Лосев применил для генерирования электромагнитных колебаний кристаллический детектор.
  Коренные изменения во все области радиоустройств внесло развитие и применение электронных ламп. В первом ламповом детекторе, предложенном Дж. А. Флемингом (1904), был использован эффект Эдисона — одностороннее прохождение электрического тока в вакууме от накалённой нити (катода) к металлической пластинке (аноду). Но этот детектор, как и приёмная трёхэлектродная лампа Л. де Фореста, уступал по чувствительности кристаллическому детектору, который широко применялся до середины 20-х гг. и вышел из употребления лишь после усовершенствования усилительных радиоламп. Ламповый генератор незатухающих колебаний был изобретён почти одновременно несколькими учёными. Приоритет (1913) принадлежит
А. Мейснеру (Германия). Существенный вклад в теорию и разработку электронных ламп и схем с их применением внесли М. В. Шулейкин, И. Г. Фрейман, М. А. Бонч-Бруевич, А. И. Берг, А. Л. Минц, Л. И. Мандельштам,
Н. Д. Папалекси и др., а также Г. Баркгаузен и Г. Мёллер. Центром исследований в области приёмно-усилительных и генераторных радиоламп в СССР была Нижегородская радиолаборатория (1918—28), вошедшая в 1928 в состав Центральной радиолаборатории. Надёжный приём незатухающих радиоволн в условиях различных помех стал возможным после появления гетеродинного метода. Однако существенным шагом в увеличении чувствительности радиоприёмников было появление схемы регенеративного, а затем супергетеродинного приёма (Э. Х. Армстронг, 1913, 1918; Л. Леви, Франция, 1918). Теория радиоприёма разработана в трудах Армстронга, а также В. И. Сифорова и многих других.
  Развитие радиоустройств сопровождалось освоением различных диапазонов радиоволн. Период от изобретения радио до освоения дуговых и машинных генераторов был связан с постепенным увеличением длины радиоволн от нескольких дм до нескольких км, потому что удлинение радиоволн обеспечивало увеличение дальности и устойчивости радиосвязи как за счёт более благоприятных условий распространения радиоволн, так и вследствие одновременного увеличения излучаемой мощности. Применение радиоламп позволило эффективно генерировать радиоволны в диапазоне от сотен метров до нескольких километров.
  В начале 20-х гг. наряду с радиотелеграфной связью возникло радиовещание. Увеличение количества связных и вещательных радиостанций и стремление к работе на длинных волнах привело к взаимным помехам, к «тесноте в эфире» и необходимости строгого соблюдения международных соглашений о распределении радиоволн, для которых были выделены радиоволны короче 100 м, обнаружили возможность связи на этих волнах на больших расстояниях при помощи маломощных радиопередатчиков. Исследование законов распространения радиоволн коротковолнового диапазона позволило применить их для связи и радиовещания. Были созданы специальные радиолампы КВ и УКВ (метрового) диапазонов, специальные схемы, а также антенны, предназначенные для этих диапазонов, и фидеры для соединения антенн с передатчиками и приёмниками. Для изучения законов распространения радиоволн много сделали Б. А. Введенский, А. Н. Щукин, В. А. Фок, А. Зоммерфельд и др. Современные радиовещание осуществляется на ультракоротких, коротких, средних и длинных волнах. В создании мощных радиовещательных станций и синхронных сетей СССР занимала ведущее место в мире (А. Л. Минц и др.). Важнейшее значение приобрело появление электронного телевидения, ставшего массовым в середине XX века. Большой объём информации при передаче движущихся изображений может быть реализован только при помощи очень высокочастотных колебаний, соответствующих метровым и более коротким волнам. Помимо телевизионного вещания, телевизионная аппаратура применяется для наблюдения за процессами, протекающими в условиях, недоступных для человека (космос, большие глубины, зоны повышенной радиации и т.п.), а также в условиях малой освещённости (при астрономических наблюдениях, при наблюдениях в ночное время и т.п.).
  Современное развитие радиоустройств характеризуется проникновением практически во все области человеческой деятельности. Радиосвязь при помощи обычного и быстродействующего буквопечатающего телеграфирования, радиотелефонная связь и передача изображений, чертежей, рисунков, газетных матриц, факсимиле стали доступными при любых расстояниях. Развитие космических исследований потребовало обеспечения надёжной радиосвязи с искусственными спутниками Земли и автоматическими космическими аппаратами, направленными к планетам или находящимися на их поверхности, передачи научной информации и изображений на Землю и передачи команд для управления этими аппаратами. Общеизвестно значение радиоустройств в обеспечении космических полётов человека. С другой стороны, искусственные спутники Земли сами входят в состав линий связи в качестве ретрансляционных станций для осуществления надёжной связи между удалёнными пунктами, для передачи телевизионных программ, сигналов точного времени и т.п. Ввиду того, что ультракороткие волны плохо огибают земную поверхность, для передачи телевизионных изображений и для дальней связи используются радиорелейные линии, специальные высокочастотные кабельные линии и ретрансляторы, в том числе установленные на искусственные спутники Земли.

Новые технологии на страже водосбережения

 »  »  » 
Вышивка одежды
Симметрия, Диссимметрия, Асимметрия
Приливные электростанции - ПЭС
Швейные машины в России
Поиск