Владислав Пристинский - 100 знаменитых изобретений
С помощью резонатора Герцу удавалось обнаруживать электромагнитные волны на расстоянии до 16 м от вибратора.
Схема передающей станции Герца была достаточно совершенной и уже после изобретения радио как средства связи почти без изменений просуществовала более десятка лет. Самым слабым местом в опытной установке Герца был приемник – весьма простой по конструкции «резонатор», чувствительность которого была безусловно недостаточной.
Создание более чувствительных индикаторов электромагнитных волн оказалось возможным лишь с изобретением волноуказателей иного, так называемого «когерерного» типа.
Уже давно физики заметили, что при электрическом искрении мельчайшие частицы вещества приобретали удивительную способность сцепления. В 1850 г. Гитар наблюдал, например, соединение частичек пыли в группы во время работы электростатической машины. Подобное же явление с угольным и графитным порошком пришлось наблюдать в 1866 г. английскому электротехнику Варлею. Серию опытов провел для выяснения этого явления в 1884 г. итальянский физик Кальцески-Онести, наполнявший стеклянную трубку металлическими опилками и наблюдавший их сцепление и увеличение проводимости в момент электростатического разряда или замыкания в электрической цепи. Однако впервые высказал идею использования металлических опилок для обнаружения электромагнитных волн французский ученый Эдуард Бранли. Готовясь к защите диссертации о проводимости металлических опилок, он для удобства измерений помещал опилки в стеклянную трубочку с выведенными по концам металлическими контактами. Во время опытов Бранли обнаружил, что опилки не всегда оказывают одинаковое сопротивление прохождению постоянного тока. При возникновении вблизи трубочки с опилками электромагнитных волн, например от искры, получаемой посредством катушки Румкорфа, сопротивление опилок быстро падало и восстанавливалось лишь после их легкого сотрясения. Он назвал свой прибор «радиокондуктором» и указал на возможность его применения для обнаружения лучей Герца. Вскоре прибором заинтересовался английский физик Оливер Лодж, включивший его в качестве индикатора электромагнитных волн в электрическую цепь, составленную из батареи и чувствительного гальванометра. В момент прохождения электромагнитных волн, создававшихся вибратором Герца, сопротивление радиокондуктора резко падало, и стрелка гальванометра отклонялась. В 1894 г. Лодж усовершенствовал свой прибор внесением в него механического молоточка-встряхивателя, возвращавшего опилки в нормальное непроводящее состояние. С помощью такого усовершенствованного радиокондуктора, названного Лоджем «когерером», электромагнитное излучение обнаруживалось на расстоянии до 40 ярдов (около 37 м) от вибратора. Таким образом, Лодж фактически имел под руками все приборы, необходимые для передачи сигналов без проводов и весьма близко подошел к практическому осуществлению радиотелеграфа.
Первым, кто высказал и претворил в жизнь идею телеграфирования без проводов, был преподаватель офицерского минного класса в Кронштадте Александр Степанович Попов.
В 1886 г. Попов решил подвергнуть тщательному исследованию явления короткого замыкания в проводах корабельного освещения и углубился в теорию искры. Узнав в 1888 г. об опытах Герца, Попов понял, какие большие практические возможности таит в себе это научное достижение. Он совершенствует применяемые Герцем приборы и продолжает исследования электромагнитных волн. Собственные представления в этой области Попов излагает в лекциях на тему «Новейшие исследования о соотношении между световыми и электрическими явлениями», сопровождая их экспериментами. Передающее устройство – вибратор Герца – было в тот момент уже достаточно разработано, поэтому Попов обратил особое внимание на усовершенствование приемной части. Ведь Лоджу и всем другим физикам, изучавшим распространение электромагнитных волн, приходилось каждый раз после приема очередного импульса электромагнитных колебаний встряхивать когерер для восстановления сопротивления опилок. Попов решил устранить этот существенный недостаток, сделав встряхивание когерера автоматическим. Он включил в цепь когерера и батареи телеграфное реле, которое при замыкании когерера срабатывало и, в свою очередь, включало цепь, состоящую из обычного электрического звонка. Молоточек звонка при движении ударял о когерер и встряхивал его. Свой приемник электромагнитных волн Попов сначала решил применить в метеорологии для изучения электрических разрядов в атмосфере и определения приближения грозы. Для регистрации отдельных разрядов изобретатель присоединил к приемнику пишущий прибор.
Чувствительность прибора повысилась после применения Поповым весной 1895 г. антенны из отрезка проволоки длиной 2,5 м.
Присоединением антенны Попов завершил создание классической принципиальной схемы приемного устройства, которая практически без изменений сохранилась до наших дней. Современные радиоприемные установки имеют и антенну, и волноуказатель (детектор), и регистрирующий прибор на выходе. Позднее к этим основным частям добавились лишь усилительные средства. Электромагнитное устройство, служившее у Попова для встряхивания заключенного в когерере металлического порошка, на современном языке может быть названо системой обратной связи, так как это устройство, воздействовавшее на входную цепь приемника, срабатывало от эффекта, который создавался на выходе (замыкание реле, соединенного с пишущим прибором). Именно использование принципа обратной связи позволило Попову создать качественно отличный от предыдущих прибор – первый практически действующий радиоприемник.
Свой прибор Попов продемонстрировал 7 мая (25 апреля по ст. ст.) 1895 г. на заседании физического отделения Русского физико-химического общества. Он указал, что изобретенный им прибор при дальнейшем усовершенствовании «может быть применен к передаче сигналов на расстояние при помощи быстрых электрических колебаний, как только будет найден источник таких колебаний, обладающий достаточной энергией».
Интерес к опытам Попова проявили ученые и изобретатели из многих стран. Среди них молодой итальянец Гульельмо Маркони. В июне 1896 г. Маркони сделал в Англии заявку на аналогичное изобретение и спустя полтора года, в июне 1897 г., опубликовал первые результаты своих опытов и описание приборов. Хотя схема приемника Маркони ничем по существу не отличалась от приемника, изобретенного Поповым, тем не менее была сделана попытка приписать честь этого открытия Маркони. Объективные данные не оставляли никакого сомнения относительно приоритета Попова, что и было официально засвидетельствовано в 1900 г. на Всемирной электротехнической выставке в Париже присуждением ему почетного диплома и золотой медали.
Изобретение прибора, способного принимать радиотелеграфные сигналы, и первые успешные опыты с ним показали практическую ценность нового средства связи.
В 1899 г. помощники Попова П. Н. Рыбкин и Д. С. Троицкий обнаружили детекторный эффект когерера. На основе этого эффекта Попов построил «телефонный приемник депеш» для слухового приема радиосигналов (на головные телефоны) и запатентовал его. Приемники этого типа выпускались в 1899–1904 гг. в России и во Франции и широко использовались для радиосвязи. В начале 1900 г. приборы Попова были применены для связи во время работ по ликвидации аварии броненосца «Генерал-адмирал Апраксин» у острова Гогланд и при спасении рыбаков, унесенных на льдине в море. При этом дальность связи достигла 45 км. В 1901 г. Попов в реальных корабельных условиях получил дальность связи 148–150 км.
В 1901 г. Маркони, находясь в Ньюфаундледе (Канада), впервые принял сигнал, посланный через Атлантику из английского графства Корнуолла.
Появилась новая область техники, получившая в то время название техники беспроволочной телеграфии. Развитие этой новой отрасли техники и практические нужды очень скоро определили и те специальные требования, которым должна была удовлетворять радиоаппаратура вообще и радиоприемные устройства в частности.
Одно из главнейших требований было самым непосредственным образом связано с дальностью действия радиопередачи. Так как от передающей станции к месту приема доходили лишь ничтожно малые количества электромагнитной энергии, для надежного телеграфирования на далекие расстояния необходимо было, чтобы способность каждого приемника к улавливанию этой энергии, или, как говорят теперь, чувствительность приемного устройства была по возможности высокой.
Другое возникшее вслед за первым техническое требование оказалось не менее важным. Необходимо было найти средства зашиты приемника от воздействия на него других работавших поблизости передающих станций, а также разного рода атмосферных помех. Эта задача, сводившаяся к повышению избирательности (селективности) приемного устройства, стала особенно настойчиво требовать своего разрешения после заметного расширения сети и увеличения мощностей передающих радиотелеграфных станций.
