Традиционные средства связи

Р. Фессенден еще в 1900 году разработал принцип "наложения вибрирующих волн звуковой частоты, на постоянную радиочастоту, чтобы модулировать амплитуду радиоволны в форму звуковой "волны". Принцип был назван амплитудной модуляцией (АМ). Провел первые эксперименты по передаче голоса по радио. Осуществил в 1906 году первую официальную передачу голоса по радио.

Рис. 3.30. Реджинальд Фессенден

Решающую роль сыграло изобретение электронной лампы. В 1904 году английский ученый Д.Флеминг, используя открытое Т.А. Эдисоном явление термоэлектронной эмиссии в вакууме, создал двухэлектродную лампу-диод и детектор радиоволн на ее основе.

Рис. 3.31. Джон Флеминг

Рис. 3.32. Диод Флеминга

В 1907 году американский инженер Ли де Форест изобрел трехэлектродную лампу - аудион - с третьей дополнительной управляющей сеткой, впоследствии названную триодом. На ее основе в том же 1907 году он предложил одну из первых схем лампового радиоприемника, в которой триод использовался в качестве усилителя.

Рис. 3.33. Ли де Форест

Рис. 3.34. Аудион Ли де Фореста

Изобретение лампового генератора дало возможность осуществить надежную и высококачественную радиотелефонную связь - передачу по радио речи и музыки.

В 1913 году немецкий радиотехник Мейсснер использовал триод для генерирования незатухающих электрических колебаний.

Рис. 3.35. А. Мейсснер

Рис. 3.36. Ламповый передатчик Мейсснера

Он построил на его основе первый в мире радиотелефонный передатчик и осуществил радиотелефонную связь на расстоянии 36 км между Берлином и его пригородом. Ламповый генератор содержал ламповый триод и колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора.

Через антенну излучаются только мощные электрические колебания высокой частоты, а колебания звуковой частоты возбуждают такие слабые электромагнитные волны, что их нельзя принять на большом расстоянии. Поэтому для осуществления передачи звука мощные колебания высокой частоты лампового генератора изменяют (или модулируют) с помощью колебаний низкой (звуковой) частоты. При этом на высокочастотные колебания генератора накладываются низкочастотные колебания от микрофона и через антенну передаются в эфир. При этом получаются электрические колебания с переменной амплитудой - модулированные колебания высокой частоты. Это так называемая амплитудная модуляция.

С модулированным высокочастотным сигналом, принятым радиоприемником, происходит обратный процесс - детектирование, при котором из него снова выделяют сигнал звуковой частоты. Детектирование осуществлялось с помощью вакуумного диода. После усиления этот сигнал звуковой частоты вызывал колебания мембраны телефона или рупора громкоговорителя. Первые электронные лампы и схема радиоприемника "прямого усиления" были несовершенны.

В 1913 году американский радиотехник Э. Армстронг (1890-1954) разработал более совершенную схему регенеративного радиоприемника (с обратной связью), а в 1918 году - схему супергетеродинного радиоприемника, применяемую и по сей день. В супергетеродинном радиоприемнике принятые радиосигналы преобразуются (с помощью маломощного генератора колебаний радиочастоты - гетеродина) в колебания промежуточной частоты и после этого подаются в детектор. Такие приемники обладают, по сравнению с приемником прямого усиления, значительно большей избирательностью и чувствительностью.

Рис. 3.37. Армстронг

Схема супергетеродина применяется и сегодня во всех современных радиоприемниках (рис. 3.38).

Рис. 3.38. Супергетеродинный радиоприемник СВД-9

Изобретения Э. Армстронга помог реализовать предприниматель Давид Сарнов (Sarnoff) (1891-1971) - американский пионер радио- и телевещания. Он эмигрировал с семьей в США из России в 1900 году и обосновался сначала в Олбани, а затем переехал в Нью-Йорк. Учась в школе, помогал семье: продавал газеты, работал посыльным, пел в синагоге. В 1906 году он оставил школу и устроился курьером в телеграфную компанию.

Рис. 3.39. Д. Сарнов в юности

На первые заработанные деньги Д. Сарнов купил телеграфный аппарат, овладел азбукой Морзе и нашел работу в качестве радиотелеграфиста в компании беспроволочного телеграфа Маркони. Вскоре он стал опытным радиотелеграфистом. Через несколько лет Д. Сарнов стал оператором наиболее мощной в то время радиостанции, установленной на крыше манхэттенского универмага в Нью-Йорке. Там 15 апреля 1912 года он принял радиограмму с парохода "Олимпик", находившегося на расстоянии 2500 км от Нью-Йорка: "Пароход "Титаник" врезался в айсберг и быстро тонет". После этого он трое суток не снимал наушники, окруженный вниманием всего мира. По распоряжению президента У. Тафта все радиостанции на восточном побережье США замолкли на 72 часа, чтобы не мешать единственной радиостанции, поддерживавшей связь с тонущим "Титаником". Оператором этой радиостанции и был 20-летний Д. Сарнов. От него мир узнавал подробности случившейся трагедии, через него организовывались спасательные мероприятия и уточнялись списки спасенных. Разумеется, после этой 72-часовой вахты Д. Сарнов стал известнен всей стране. Вознагражденный компанией Маркони, он вскоре стал ее важным должностным лицом.

В 1919 году была образована Американская радиокорпорация (Radio Corporation of America - RCA) для создания системы национального радиовещания. Ее учредителями стали крупнейшие компании "Дженерал Электрик", "Вестингауз", "Маркони-Америка" и АТТ, а ее коммерческим руководителем стал Д. Сарнов.

В 1921 году Д. Сарнов был назначен генеральным директором RCA.

Рис. 3.40. Д. Сарнов - президент RCA 1930 г.

В 1926 году Д. Сарнов создал Национальную Радиовещательную Компанию (NBC) в качестве отделения RCA. К тому времени он почувствовал потенциал телевидения и в 1928 году запустил экспериментальную телевизионную станцию NBC. В 1939 году он осуществил телевизионную передачу с Всемирной выставки в Нью-Йорке.

Также Д. Сарнов содействовал развитию в СССР телевидения. В 1938 г. он продал Советскому Союзу комплект оборудования, положивший начало регулярному телевещанию в Москве. А в 1949 году, в разгар холодной войны, он активно содействовал поставкам аппаратуры для модернизации Московского телецентра. Кроме того, все лучшие отечественные радиозаводы были созданы на базе аппаратуры, закупленной у корпорации RCA.

Развитие телевизионного вещания было отсрочено Второй мировой войной, во время которой Д. Сарнов был консультантом по средствам связи при штабе генерала Д. Эйзенхауэра и получил звание бригадного генерала.

Д. Сарнов стал президентом RCA в 1930 году, председателем правления - в 1947 году и покинул ее в 1970 году, передав свой пост сыну Роберту. Умер Д. Сарнов в декабре 1971 года в возрасте 80 лет.

Д. Сарнов одним из первых в мире понял, что радиотелеграфной связи недостаточно, и пришел к идее организации радиовещания. Эта идея не возникла у таких корифеев радиотехники, как Г. Маркони, Т. Эдисон и Н. Тесла. Пионером радиовещания стал Д. Сарнов. Сначала он нашел ему применение в политике - во время выбора президента США в 1916 году. Сарнов предложил создать оперативную сеть из 20 мощных радиостанций для освещения хода и результатов выборов. Это были первые в мире политические радиопередачи. Но выборы президента происходят в США только раз в 4 года, и такие передачи снова потребовались только во время новых президентских выборов в 1920 году. Радиостанции снова транслировали предвыборные митинги, съезды партий и речи кандидатов. Однако для привлечения массового потребителя радиовещания этого было мало.

В те же годы Д. Сарнов создал внутри RCA, образованного в 1919 году, мощную индустрию звукозаписи. Музыка тиражировалась на грампластинках фирмы "Виктор" и передавалась в эфир дочерней радиокомпанией NBC (National Broadcasting System). Симфонический оркестр NBC под управлением знаменитого дирижера Артуро Тосканини был признан лучшим в мире. На грампластинки записывались и предвыборные речи. Потом они воспроизводились через громкоговорители на митингах и партийных съездах.

Но Сарнов понимал, что для настоящего успеха радиовещания этого мало, и решил использовать интерес американцев к спортивным зрелищам. В 1921 году Д. Сарнов провел сенсационную радиопередачу матча бокса на первенство мира между тяжеловесами Д. Дэмпси (США) и Ж. Карпантье (Франция), которая показала возможности радиовещания и способствовала его быстрому распространению. Д. Сарнов сотрудничал с Э. Армстронгом и еще в 1916 году предложил для продажи первый промышленный радиоприемник, названный им "музыкальным ящиком". В течение трех лет после сенсационной радиопередачи 1921 года радиокорпорация RCA продала радиоприемников более чем на 80 млн долларов.

В Советской России в 1918 году была создана Нижегородская радиолаборатория (НРЛ), ставшая научно-исследовательским и производственным центром в области радиодела. Руководил ею один из пионеров радиотехники Михаил Александрович Бонч-Бруевич (1888-1940). В НРЛ были созданы мощные генераторные радиолампы, позволившие построить самые мощные в мире радиостанции. В 1922 году в Москве было закончено строительство первой в мире радиовещательной радиостанции имени Коминтерна (РВ-1). Вещание велось с радиобашни на Шаболовке, построенной выдающимся инженером В.Г. Шуховым (1853-1939).

Рис. 3.41. М.А. Бонч-Бруевич

Рис. 3.42. Радиобашня Шухова на Шаболовке в Москве

РВ-1 стала самой мощной передающей станцией того времени. Она имела мощность 12 кВт. В 1922 году в Германии работала Кенигвустергаузенская станция мощностью 5 кВт, во Франции - Эйфелева башня мощностью 3 кВт, в Нью-Йорке - 1,5 кВт. Все они были радиотелеграфными.

В СССР строительством мощных радиостанций в течение многих лет руководил академик Александр Львович Минц (1874-1974).

Рис. 3.43. Александр Львович Минц

Систематическое радиовещание началось в США и Англии в 1921 году, в Германии - в 1923 году, а в СССР - в 1924 году. Вскоре радиовещание превратилось в мощное средство массовой информации. Так, президент США Ф. Рузвельт регулярно выступал по радио с разъяснением своего "нового курса".

Радиовещание ведется на длинных волнах (ДВ - частота 30-300 кГц), средних волнах (СВ - частота 0,3-3 мГц), коротких волнах (КВ - частота 3-30 МГц) и ультракоротких волнах (УКВ - частота 30 МГц-1 ТГц).

Длинные волны распространяются в пространстве вдоль поверхности Земли днем и ночью, однако сильно ослабевают по мере удаления от передатчика. Поэтому на ДВ требуется большая мощность для него.

Средние волны днем сильно поглощаются верхним слоем атмосферы, ионосферой, и быстро ослабевают. Ночью ионосфера их отражает. Поэтому днем на средних волнах слышны только ближние радиостанции, а ночью - и более далекие.

Короткие волны приходят к антенне радиоприемника, отражаясь от ионосферы. На КВ работают судовые, самолетные и радиовещательные станции.

Ультракороткие волны не отражаются и не поглощаются ионосферой. Они проходят сквозь нее подобно лучам света и уходят в космос. Поэтому связь на УКВ возможна только при условии прямой видимости. УКВ используют для телевидения, радиорелейной связи, спутниковой связи и радиолокации, диспетчерской связи на железных дорогах.

В 1933 году Э. Армстронг получил патенты на новую систему радиосвязи - частотную модуляцию (FM) вместо применявшейся до этого амплитудной модуляции (АМ) при передаче речи и музыки. При этом получаются модулированные высокочастотные электрические колебания с переменной частотой (вместо переменной амплитуды). Частотная модуляция позволила избавиться от помех, возникающих в эфире, и добиться гораздо более высокого качества радиопередачи. Однако это требовало коренных изменений в радиопередающей и радиоприемной аппаратуре. В 1939 году Э. Армстронг на свои средства построил первую радиостанцию с использованием частотной модуляции и доказал ее преимущества. Но все же частотная модуляция получила признание только после окончания Второй мировой войны и является теперь основной в радиовещании, телевидении и космической связи, обеспечивающей высокое качество передачи и защиту от помех.

Модуляция звуковых колебаний

Рис. 3.44. Эдвин Армстронг