2.1 Радио на начальном этапе

Уровень развития любого общества в значительной степени определяется возможностями получения, обработки, хранения и передачи различной информации. В современном мире уверенные позиции в процессе обработки и доставки информации занимают средства электрической связи. Радиосвязь является одной из составляющих электросвязи, использующей в качестве среды распространения электромагнитных колебаний свободное пространство (не направляющие структуры).

Возникновению радиосвязи предшествовали успехи исследования электричества в целом и развития средств проводной электрической связи в частности. К концу ХIХ века специалисты научились передавать по проводам электрические сигналы, переносившие текст телеграмм и человеческую речь, которые можно было воспроизвести на приемном конце линии связи. В качестве очередной задачи технического прогресса на повестку дня вставал вопрос о создании беспроводного телеграфа.

В свою очередь, развитие практического электричества подталкивало физиков к исследованиям общей природы электрических и магнитных явлений. К этому времени уже было известно, что вокруг проводника с электрическим током возникает магнитное поле (Б. Эрстед). Затем было установлено, что изменяющееся магнитное поле порождает электрический ток (М. Фарадей).

В результате обобщения экспериментальных данных, связанных с взаимным влиянием электрических и магнитных явлений, Д. Максвелл предложил теорию единого электромагнитного поля. В этой теории установлены общие закономерности поведения электрического и магнитного полей. Так, при протекании по проводнику изменяющегося электрического тока вокруг этого проводника возбуждается переменное магнитное поле. Это изменяющееся магнитное поле порождает переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, индуцирует переменное магнитное поле и т.д. Изменяющиеся электрическое и магнитное поля, взаимно порождая друг друга, представляют собой компоненты единого электромагнитного поля. Возникнув в месте протекания по проводнику электрического тока, электромагнитное поле способно «оторваться» от проводника и распространяться в окружающем проводник пространстве в виде электромагнитной волны, заполняя весь объем, окружающий проводник.
Позднее Г. Герц экспериментально подтвердил основные положения этой теории. Однако он считал ее «чистой наукой» и не видел путей ее практического использования. Но к этому времени опыты Г. Герца и попытки других исследователей привели к созданию ряда технических решений, позволяющих как излучать электромагнитные волны, так и обнаруживать наличие электромагнитного излучения.
В качестве источников электромагнитных колебаний Г. Герц использовал искровой передатчик, представляющий собой индукционную катушку с искровым разрядником. Излучающей антенной служил вибратор - два лежащих на одной линии отрезка проводника, между которыми введен искровой промежуток. Детектором электромагнитного поля Г. Герцу служил рамочный вибратор с минимальным искровым промежутком. Недостатком такого приемника явилась невысокая чувствительность детектора, позволяющая обнаруживать электромагнитное поле лишь от близко расположенного излучателя.

Не видел также практического применения своим опытам О. Лодж, ближе всех подошедший к созданию устройств радиосвязи. Изготовленные им приборы служили лишь для демонстрации опытов Г. Герца.

Значительный вклад в становление радиосвязи внес преподаватель электротехники минного офицерского класса в Кронштадте А.С. Попов. Он экспериментально исследовал электромагнитные волны, открытые Г. Герцем. Для обнаружения этих волн он сконструировал радиоприемник: «прибор для обнаружения и регистрации электрических колебаний» (1895). В качестве источника электромагнитных колебаний А.С. Попов использовал вибратор Герца.

Одним из основных элементов приемника был когерер (стеклянная колба с биметаллическими опилками внутри). Когерер был включен в цепь из последовательно соединенных батареи и электромагнитного реле и подсоединялся к антенне. В исходном состоянии сопротивление когерера было велико, и через реле протекал слабый ток, не достаточный для его срабатывания. Под воздействием электромагнитных волн, принятых антенной, сопротивление опилок резко уменьшалось и вызывало срабатывание реле, включающее звонок. Звонок сообщал о принятом сигнале и встряхивал когерер, восстанавливая его исходное состояние, тем самым, подготавливая цепь к приему следующего сигнала.

Седьмого мая (25 апреля по старому стилю) 1895 г. А.С. Попов выступил с докладом о результатах своих исследований на заседании Русского физико-химического общества. Эта дата в России отмечается как день Радио и является профессиональным праздником всех специалистов, связанных с радиоэлектроникой, и многочисленного отряда радиолюбителей.

В результате последующих экспериментов усовершенствовались приборы и техника приема и увеличивалась дальность действия радиосвязи. В марте следующего года, добавив к приемному устройству телеграфный аппарат, А.С. Попов обеспечил возможность записи принимаемых сигналов на телеграфную ленту. Первыми в мире принятыми по радиотелеграфу словами были «Генрих Герц».

В ходе продолжающихся опытов было обнаружено влияние грозовых разрядов на работу приемника. Дополнив приемное устройство прибором для записи на бумажную ленту атмосферных и электрических разрядов, А.С. Попов построил грозоотметчик, применяемый последующие годы в метеорологии.

В 1900 г. начала действовать регулярная линия беспроводной связи на расстоянии более 40 километров для организации работ по снятию с камней броненосца «Генерал-адмирал Апраксин». В ходе этих работ ледокол «Ермак» снял с льдины рыбаков, унесенных в море, благодаря радиограмме, переданной по этой линии.

Исследования в области радиосвязи проводились в это время и в других странах. Из наиболее успешных экспериментов этого периода следует отметить работы Г. Маркони. В июле 1896 г. Г. Маркони оформил заявку, по которой в 1897 г. был выдан патент на устройство беспроволочного телеграфирования. Передающее устройство в этой заявке было выполнено по схеме излучателя Г. Герца, а построение приемного устройства было аналогично приемнику А.С. Попова.

В последующих работах Г. Маркони начал использовать более длинную вертикальную антенну и заземление. Увеличение размеров антенны позволило повысить чувствительность приема и перейти на более длинные волны, чем в опытах Г. Герца. Кроме того, с увеличением длины в большей степени проявляется способность радиоволн огибать препятствия, что обеспечивает дальность связи, намного превышающую пределы прямой видимости. В 1898 г. была установлена линия радиосвязи между Англией и Францией длиной 30 миль, а затем и еще более протяженные. На таких расстояниях чувствительность когерерных приемников была недостаточной, и для регистрации принимаемых сигналов начали использовать головные телефоны.

Дальнейшее развитие техники радиосвязи связано с увеличением мощности передатчика и чувствительности приемника. Для согласования частотных диапазонов работы приемника и передатчика было предложено введение цепей настройки антенных контуров. Для повышения чувствительности приема подбирались наиболее удобные для слуха частоты следования импульсов искровых радиопередатчиков. Для охлаждения мощных передатчиков вводились специальные элементы конструкций.