АКАДЕМИЯ НАУК СССР
ИНСТИТУТ ИСТОРИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ И ТЕХНИКИ


РАДИОЭЛЕКТРОНИКА В ЕЕ ИСТОРИЧЕСКОМ РАЗВИТИИ
Редакционная коллегия
член-корреспондент АН СССР В. И. СИФОРОВ (председатель), академик Ю. Б. КОБЗАРЕВ,
член-корреспондент АН СССР А. А. ПИСТОЛЬКОРС, доктор технических наук В. Т. ОВЧАРОВ, кандидат технических наук В. М. РОДИОНОВ, кандидат технических наук А. С. ФЕДОРОВ


В. М. Родионов
ЗАРОЖДЕНИЕ
РАДИОТЕХНИКИ
Ответственный редактор
член-корреспондент АН СССР В. И. СИФОРОВ
МОСКВА «НАУК А» 1985


УДК 621.37—621.396(091)
Родионов В. М. Зарождение радиотехники. М.: Наука, 1985.
В книге дан исторический анализ развития научно-технических идей в радиотехнике. Показано, как в процессе эволюции связи — от звуковой и световой сигнализации до радиосвязи — возникли основные принципы передачи информации. Исследованы особенности становления радиотелефонии и радиовещания. Вплоть до 20-х годов XX в. прослежены логические линии развития радиотехники как новой области науки и техники.
Книга предназначена для инженеров-радиотехников, историков техники, студентов и аспирантов.
Рецензенты:
Л. И. ФИЛИППОВ, Ю. Б. ТАТАРИНОВ
Владимир Михайлович Родионов
ЗАРОЖДЕНИЕ РАДИОТЕХНИКИ
Утверждено к печати Институтом истории естествознания и техники АН СССР
Редактор Н.Б. Прокофьева
Художник Л.А. Григорян. Художественный редактор Н.А. Фильчагина Технический редактор И.И. Джиоева. Корректор Т.И. Шеповалова
ИБ № 29126
Подписано к печати 13.05.85. Т — 01119. Формат 60 х 90 1/16
Бумага офсетная № 1. Гарнитура литературная (фотонабор) . Печать офсетная
Усл.печ.л. 15,0. Усл.кр.-отт. 15,0. Уч.-изд.л. 19,5, Тираж 5100 экз.
Тип. зак. 196. Цена 1р. 60к.
Ордена Трудового Красного Знамени издательство ’’Наука”
117864 ГСП-7, Москва В-485, Профсоюзная ул., д. 90
Ордена Трудового Красного Знамени 1-я типография издательства ’’Наука” 199034, Ленинград, В-34, 9-я линия, 12
Р
2402010000-297 042(02)-85
288-85-III
© Издательство «Наука», 1985


ОТ РЕДАКТОРА
Радиоэлектроника — одно из важнейших направлений науки и техники. Она настолько глубоко пронизывает нашу жизнь, настолько естественно стала неотъемлемой частью всего современного мира, что порой, особенно людям молодым, представляется как нечто само собой разумеющееся, чуть ли ни данное природой. А ведь все, что сейчас связывается с этим понятием, зародилось и развивалось на глазах одного, двух, максимум трех поколений. Но, несмотря на столь малые сроки, в истории радиоэлектроники накопилось много поучительного и интересного.
Работы по истории радиоэлектроники представляют для нас значительный интерес и могут принести непосредственную пользу прогрессу науки и техники. Кроме того, это материал увлекательный и поучительный по самому своему характеру. История знакомит современного ученого и инженера со множеством технических находок, здесь можно натолкнуться на оригинальные идеи прошлого и вызвать их к жизни в новых условиях.
Одна из важных задач советской науки состоит в сочетании исторических исследований в конкретных научно-технических областях с современными разработками. Задуманный в Институте истории естествознания и техники АН СССР трехтомный труд «Радиоэлектроника в ее историческом развитии», как нам кажется, отвечает этой задаче. Он даст возможность радиоспециалисту и, вообще, любознательному читателю заглянуть в прошлое радиоэлектроники. Будут прослежены пути развития этой области и ее направлений и показано, как формировалась здесь научная мысль. Тем самым появятся возможности по-новому осмыслить побудительные силы развития радиоэлектроники наших дней и предвидеть ее закономерности в будущем.
Исследование охватывает время от появления простейших средств связи до современных приборов. Соответственно трем этапам развития радиоэлектроники ее история будет изложена в трех книгах. Первый этап — от возникновения дистанционной связи до середины 20-х годов XX в. Ему посвящена настоящая книга «Зарождение радиотехники». Второй этап — с середины 20-х до середины 50-х годов XX в. В это время происходило становление радиоэлектроники как области техники, комплексно использующей электромагнитные и электронные явления. Об этом процессе будет рассказано во второй книге «Формирование радиоэлектроники». Третий исторический этап — с середины 50-х годов по настоящее время. Он отличается далеко выходящими за информационные рамки задачами применения радиоэлектроники в науке, технике и производстве, а также широким использованием достижений кибернетики. Этот этап будет описан в третьей книге «Современная радиоэлектроника».
Предлагаемая читателю первая книга этого труда, написанная В. М. Родионовым, начинается с рассмотрения древних средств связи человека
5


для простейшей звуковой и световой сигнализации. Затем анализируется логическая преемственность заложенных в них принципов, таких, как ретрансляция и кодирование сигналов в последующих системах электрической связи, а после открытия электромагнитных волн — в радиосвязи. Подробно изложена история радиотехники в первую четверть века ее существования, когда сложилось специальное радиотехническое научное знание и определились основные применения его в технике связи и радиовещания, возник теоретический аппарат для проектирования радиоприборов и расчета их основных элементов.
Задуманное трехтомное историческое исследование имеет многоплановый характер. В нем принимают участие ведущие советские радиоспециалисты. Оно предназначено для ученых, инженеров, аспирантов, учащихся электротехнических специальностей, которые через призму истории смогут более глубоко осмыслить процессы развития науки и техники наших дней. Этот труд, возможно, станет полезным пособием в курсах «Введение в специальность» в радиотехнических вузах. Нам кажется, что он будет иметь и социально-политическое значение, показывая вклад в радиотехнику ее творцов — ученых и инженеров нашей страны и других государств.
Член-корреспондент АН СССР В. И. Сифоров


ВВЕДЕНИЕ
Люди XX в. живут в мире радиотехнических и электронных средств, которые используются всюду, начиная с повседневного быта. Их значение одинаково велико и в производстве, и в науке, и в сфере культуры, и в общественно-политической жизни. Современное радио стало сильнейшим социальным фактором. Именно в радио — в первых опытах и экспериментальных аппаратах 20-х годов — В. И. Ленин сумел увидеть ростки нового эффективного средства агитации и пропаганды масс, «газету без бумаги и ,,без расстояния“» *.
Радиоэлектронные средства большую роль играют в современной оборонной технике. Радиоэлектронике придается большое значение при создании и совершенствовании радиотехнической базы, развитии систем радиосвязи, радиовещания, телевидения, радиолокации, навигации и т. п. Но наиболее важной и бурно развивающейся областью применений современной радиоэлектроники является электронная вычислительная техника, в которой электроника составляет принципиальную основу и элементную базу. Посредством вычислительной техники происходит широкая автоматизация производства, осуществляются процессы управления и интенсификация научной деятельности. Перед советской наукой и техникой партия поставила важную задачу — на основе новейших вычислительных средств «осуществить автоматизацию производства, обеспечить широчайшее применение компьютеров и роботов, внедрение гибкой технологии, позволяющей быстро и эффективно перестраивать производство на изготовление новой продукции» [8, с. 10].
Радиоэлектроника достигла высокого уровня совершенства и превратилась в разветвленную область науки и техники с глубокими научными основами и прочной технической базой. Чтобы четко представлять особенности и пути ее развития в настоящем и будущем, лучше понимать ход технического прогресса, процесс формирования научной мысли и научиться оценивать решения конкретных задач, современному ученому и инженеру необходимо знать о развитии радиотехнических областей на различных их этапах в прошлом, т. е. следует обратиться к истории радиотехники, взять на вооружение историзм как метод научного исследования.
Историзм ставит целью показать не только то, что было достигнуто в прошлом, но и как, благодаря чему оно было достигнуто [76]. Кроме того, и это весьма важно, историзм, история науки и техники имеют для ученых и инженеров — творцов современной техники непреходящее значение как средство воспитания на фактах истории критического мышления и формирования творческих способностей.
Попытки исторически рассмотреть ход развития радиотехники делались почти с момента изобретения радиосвязи. Сперва это были немногочислен¬
* Ленин В. И. Поли. собр. соч., т. 51, с. 130.
7


ные отдельные работы по частным вопросам — до середины 20-х годов XX в. систематических исторических исследований не проводилось. К этому времени относится несколько небольших книг и статей, посвященных предыстории радио и первым приборам связи. В качестве примера отметим русские работы И. Визента и В. Лебединского [35, 69] и зарубежные Д. Блейка, Д. Фаи, А. Стори, посвященные истории ранней радиотехники [171, 213, 346].
С середины 20-х годов до начала Великой Отечественной войны в нашей стране в связи с развернувшимся индустриальным строительством возникает интерес к истории отечественной техники. Выходит первый популярный исторический очерк развития техники связи [68], появляется ряд исследований по истории радиотехники, написанных видными отечественными радиоспециалистами А. Петровским, А. Чернышевым, В. Баженовым и др. Среди зарубежных работ этого периода отметим обзор наиболее значительных музейных экспонатов по истории радио [300].
Во время Великой Отечественной войны и в первые послевоенные десятилетия интерес к истории и достижениям русской техники в нашей стране значительно усиливается. Советскими историками техники было открыто много новых источников, отражающих развитие русской и зарубежной радиотехники. Приблизительно с середины 50-х годов появляются обобщающие исторические труды, в которых анализируются тенденции прогресса радиотехники, делаются попытки выявить характерные этапы ее развития и вскрыть причины появления тех или иных радиосредств. В советской историографии по радиотехнике этот период отличается возросшей научностью и объективностью исторических исследований. За это время, представленное многими интересными работами [70, 71,79, 84, 128, 135, 177, 296], сформировалось самостоятельное направление по истории электросвязи, радиотехники и электроники.
В 1960 г. Институт истории естествознания и техники АН СССР выпустил книгу, в которой на основе исторических первоисточников была сделана попытка проанализировать развитие радиотехники в нашей стране и за рубежом [88]. В ряде последующих изданий Института также содержатся разделы по истории радиотехники и электросвязи [89, 90]. В 1979 и 1982 гг. вышли первые две книги исследования «Техника в ее историческом развитии», которые содержат главы по истории мировой связи и радиотехники [118, 119].
В настоящее время по истории радиотехники имеются книги и статьи нескольких тысяч наименований. Но среди этого количества еще очень мало работ, в которых анализу подвергаются не частные вопросы, а общие проблемы развития мировой радиотехники в ее причинно-следственных связях. Этот пробел стал особенно заметным в последние годы, когда в науке возросла роль таких аналитических трудов. Поэтому перед историками техники нашей страны встала задача создания обобщающей работы по истории радиоэлектроники, где в мировом развитии радиоэлектроники были бы выявлены важнейшие линии и узловые моменты эволюции научного знания, заложенного в основу радиотехнических систем и приборов.
Предлагаемая вниманию читателей книга является одной из попыток хотя бы частично решить эту сложную задачу и тем самым в какой-то мере удовлетворить насущным требованиям исторической науки. Предметом нашего исследования является история радиотехники, история ее научных
8


основ и важнейших технических идей. Мы поставили задачу нарисовать общую картину развития радиотехники до середины 20-х годов XX в. и показать, как под действием требований практики возникали ключевые идеи и изобретения, как воплощались они в технические устройства, как суммировался и рос коллективный научный и инженерный опыт в этой области техники.
Если предлагаемая книга вызовет у читателя интерес и желание продолжить знакомство с историей радиотехники, мы будем считать свои усилия ненапрасными.
Автор выражает благодарность за ценные советы всем, кто прочитал книгу в рукописи; хочется также отметить, что без поддержки коллег- историков и радиоспециалистов эта книга не могла быть написана. С чувством глубокой признательности вспоминается также деятельное участие в замысле этой работы и в обсуждении многих ее аспектов И. В. Бренева, уже ушедшего из жизни, с которым автора связывала многолетняя дружба.


ГЛАВА ПЕРВАЯ
СРЕДСТВА СВЯЗИ ДОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПЕРИОДА
РАННИЕ СРЕДСТВА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
Передача информации на расстояние была одной из важных задач, которая с незапамятных времен стояла перед человечеством и объяснялась социальными потребностями людей, необходимостью общения в условиях, исключающих непосредственный зрительно-речевой контакт. Для ее решения были использованы сначала звук и свет — хорошо известные людям явления, определенными знаниями о которых они располагали. При этом в весьма отдаленные исторические времена уже сложились принципы осуществления связи на расстоянии — использование акустического резонанса, отражения света, передача сообщений посредством эстафеты (ретрансляция), кодирование, т. е. использование условных сигналов, и др. Эти принципы легли в основу многих систем связи, в том числе и современных.
Характерным примером ранней звуковой сигнализации является древнейший «язык свистов» [24] (который, кстати сказать, применяется до сих пор в ряде регионов Австралии, Турции, Канарских островов, в Пиринеях, на Урале, Кавказе и других местах *). По-видимому, еще ко времени палеолита относятся способы сигнализации звуком — посредством барабанов, рупоров, колотушек, свистков, а также светом — с помощью факелов и костров. С освоением металла, в частности бронзы и меди, появляются гонги и колокола.
Термин «связь» возник очень давно и приобрел одинаковый смысл во всех языках для обозначения способов передачи информации, в основном с применением каких-либо технических средств.
Проблема передачи информации, применение средств связи оказались тесно связанными с развитием транспорта, с необходимостью перемещать на расстояние людей и грузы. С помощью гонцов (как пеших, так и всадников) можно было передавать развернутую устную и письменную информацию. Приручение голубей сделало возможной голубиную почту. Характерно, что эти виды связи обеспечили относительную секретность передаваемой информации. Так зародилась почтовая связь, но почта имела малую скорость передачи сообщений, в то время как звуковая и световая сигнализация делали это весьма быстро. Каждый из этих видов связи имел свою специфику, а развитие звуковой и световой связи приобрело определенную самостоятельность.
Уже в глубокой древности сформировался основной круг целевых задач, которые должны были решаться средствами связи. Эти задачи определили
* Историки высказывают предположение, что в прошлом язык свистов был одной из языковых форм, может быть даже предшествовавших речи. Весьма характерная особенность языка свистов в том, что передача информации происходит путем варьирования частоты повторения, высоты и продолжительности звуковых сигналов.
10


поиски и находки в технике связи на многие последующие годы и столетия.
Важнейшая и, по-видимому, исторически первая такая задача связи состояла в передаче сигналов на возможно большее расстояние. При этом необходимо было, чтобы в процессе передачи не возникало искажений сигналов. Это требование поставило вторую задачу связи — надежность передачи" информации, достоверность воспроизведения в месте приема переданных сигналов. В решении этих двух задач получил практическое воплощение весьма важный принцип эстафетности, или ретрансляции, связи, когда вся дистанция между пунктами связи, превышающая возможность конкретного средства связи (например, с помощью костров), разделялась на участки с промежуточными пунктами приема-передачи. В пределах каждого участка связь осуществлялась с максимально достижимой надежностью и достоверностью, а затем «эстафетно», т. е. последовательно в пространстве и времени, повторялась на следующем участке и т. д. Методы ретрансляции лежат в основе современной связи, широко применяются до настоящего времени и, вероятно, еще надолго останутся в практике.
Задача надежности решалась в древних системах связи путем резервирования и передачи избыточной информации. Это уменьшало вероятность потери информативности.
О применении ретрансляции при сигнализации светом можно найти сведения уже в эллинских источниках. Так, в драме Эсхила «Агамемнон» (V в. до н. э.) описана (по-видимому, действительно имевшая место) передача сигнала о падении Трои на расстояние около 550 км через семь ретрансляционных участков с горы Ида близ Трои на гору Архнейпе близ Микен (рис. 1). Как отмечает Эсхил, весь процесс передачи одного условного сигнала был осуществлен за одну ночь [48, с. 73—76].
В тех случаях, когда при световой сигнализации ретрансляция была невозможна (например, при передаче сигналов через большое водное пространство, в горах или через территорию, занятую противником), увеличение дальности достигалось размещением пунктов связи на большой высоте: на деревьях, вершинах гор и холмов, на вышках и башнях. Таким образом, задолго до того, как человек получил достоверные представления о шарообразности земли, он интуитивно понял, как можно преодолевать влияние кривизны земной поверхности. До нас дошли сведения о многих исчезнувших сооружениях, предназначенных для поднятия над землей сигнальных огней, о сигнальных башнях-маяках на море. В их числе — знаменитая башня-крепость, одно из семи чудес света — маяк на о-ве Фарос при входе в восточную гавань Александрии (Древний Египет, III в. до н. э.). Фаросский маяк не сохранился, но, согласно историческим источникам, это было грандиозное сооружение высотой около 160 м. В хорошую погоду маяк позволял оповещать световыми сигналами (от масляных светильников) ночью и зрительно обнаруживать днем корабли на расстоянии до 40 км [140]. Во многих государствах и поныне существуют архитектурные памятники в виде высоких башен, большинство из которых предназначалось в свое время для связи.
Исторические источники дают описание различных древних способов световой и звуковой сигнализации. Еще на очень ранних ступенях развития человек понял, что звуковая сигнализация в отличие от световой является средством ближней связи, в то время как световые сигналы способны преодолевать большие расстояния. Тогда и возникли понятия «ближняя» и
11


Рис. 1. Схема передачи сигналов о падении Трои (V в. до н. э.)
«дальняя» сигнализации. При этом понятие дальней связи стало применяться чаще к сигнализации на расстояние с применением ретрансляции.
Простейшие способы звуковой сигнализации почти без изменения дошли до нас со времен далекой юности человечества. Позже в Древней Греции, Риме, государствах Азии для подачи сигналов применяли музыкальные инструменты (духовые, ударные): трубы, рога, флейты, барабаны, гонги, тимпаны и др. В развитии акустических средств связи большую роль сыграло практическое освоение человеком физического явления акустического резонанса, позволяющего усиливать звуки подбором размеров и формы сигнальных инструментов. В средние века эти звуковые приборы особенно часто применялись в качестве ближних сигнальных средств во время военных действий, парадов, охоты. Звуковые средства сигнализации хороши были в условиях сильных помех и шума во время сражений, да и расстояния, на которых они хорошо действовали, были для этих целей приемлемыми [47, с. 373—374].
Использование звуковых и световых технических средств сигнализации поставило новую проблему: замену речевой информации условными сигналами, применение сводов условных сигналов, заранее известных на передающей и на приемной стороне. Такие условные сигнальные своды известны с незапамятных времен. С помощью барабанов, колоколов, гонгов сигнализировали, изменяя длительность и частоту повторения звуков, их ритмику.
12


Применение же духовых музыкальных инструментов, в том числе труб, в значительной мере расширяло возможности сигнализации: можно было изменять и высоту тона. Из средневековья пришли в наше время многие кодовые наборы звуковых сигналов, подаваемых трубами и барабанами. Некоторые из них применяются и по сей день (в военном деле, спорте, во время торжественных событий, парадов и пр.).
Одно из первых упоминаний-о звуковой военной сигнализации барабанами и бубнами в древней Руси относится к 907 г., ко времени похода Олега на Царьград [95]. История звуковой сигнализации тесно переплетается с историей музыкальной культуры всех народов [14].
Следует сказать несколько слов об использовании для сигнализации сирен и подобных им средств (ревунов и др.), где звук рождается быстро- вращающимися предметами. Они также имеют древние исторические корни, уходящие в начало каменного века, когда для сигнализации человек использовал звук от вращавшегося предмета, например привязанного к веревке камня. Сирены и ревуны дошли до наших дней, претерпев сильные видоизменения, — они стали очень мощными. Есть сирены, генерирующие звуки огромной силы, слышимые даже в сильный шторм на большом расстоянии. Например, во время второй мировой войны в качестве морских звуковых маяков применялись сирены, приводившиеся в действие мощными дизелями.
Изобретение пороха и появление огнестрельного оружия • позволило ввести в арсенал средств звуковой сигнализации также стрельбу из пушек, мортир, мушкетов и т. п., что прежде всего увеличило дальность сигнализации. Пушечные выстрелы и по сей день применяются как сигнальное средство. Вот уже более 300 лет в Ленинграде в полдень пушечным выстрелом из Петропавловской крепости подается сигнал времени.
История колокольной сигнализации не столь давняя и связана с овладением металлами. Есть основания предполагать, что колокольная сигнализация была известна в Ассирии и Древней Греции. В раскопках, относящихся к Ассирии эпохи Саламансара II (860—831 гг. до н. э.), найдены небольшие бронзовые колокольчики высотой около 8 см. Бронзовые колокольчики были найдены также при раскопках древних Помпей. Лишь в средние века, когда литейному производству стало под силу изготовление крупных предметов, появились большие сигнальные колокола. Известны многие рекордные по размерам и массе колокала, изготовленные в то время, например «эрфуртский» весил 10,4 т, а «пекинский» — около 49 т. [122, с. 245].
Первые упоминания в летописях о больших русских колоколах относятся к 988 г. Их использовали как сигнальное средство в Новгороде и Полоцке, Пскове и Киеве, Москве и ряде других городов Руси. Большие успехи в изготовлении литых колоколов были достигнуты московскими мастерами. В 1347 г. в Москве был отлит колокол массой около 1,6 т, в 1533 г. — 16 т. В 1622 г. литейщик Андрей Чохов создал колокол «Реут» массой 35 т. В 1653 г. был отлит первый «царь-колокол» массой 128 т, который действовал до пожара 1701 г. В 1735 г. мастера литейного дела Иван и (его сын) Михаил Моторины закончили переделку этого колокола и выполнили отливку сохранившегося и поныне в Московском Кремле «царь-колокола» массой 190 т. [122, с. 244, 249—250].
Развитие общества, рост его экономических требований выдвигали новые задачи для сигнализационных систем. Прежде всего возникла необ¬
13


ходимость передачи не только условных сигналов, но и сообщений произвольного содержания. С появлением письменности эта задача была связана с умением «читать» на расстоянии сообщения, передаваемые сигналами, соответствующими знакам письменности (знаки алфавита, слова, иероглифы и др.). Этот весьма важный в развитии связи момент определялся разработкой методов передачи любой информации сочетанием ограниченного круга-условных сигналов.
Впоследствии в технике связи XIX—XX вв. все эти проблемы объединились понятием «кодирование» и вылились в самостоятельную область знания, одинаково нужного как при разработке технических систем связи для передачи информации на расстояние, так и для целей ее засекречивания.
В письменных источниках древности один из ранних известных нам примеров применения кодирования сигналов относится к V в. до н. э. Греческий историк Полибий в своей многотомной «прагматической» истории [38, с. 282—284] описывает способ сигнализации между военными укреплениями с помощью групп факелов, которые в определенной последовательности поднимались над сигнальной стенкой (рис. 2). При этом Полибий ссылается на Демоклета и Клеоксена, изобретателей из Александрии.
Их система позволяла передавать буквы греческого алфавита и составлять из них любое сообщение. Конечно, передача информации таким способом требовала достаточно много времени, тем не менее она была универсальной в информационном отношении.
В эллинской культуре зародился и еще один важный принцип техники связи, который много веков спустя лег в основу ряда систем и аппаратов сигнализации, в особенности электрической, — это использование синхронизации. Уже упомянутый Полибий сообщает об оригинальном способе посылки информации путем одновременного (синхронного) прочтения одних и тех же знаков в однотипных гидромеханических устройствах, греческих водяных часах, иногда называемых «клепсидрами» [48, с. 73—76]. Использование сигналов синхронизации позволило передавать сообщения со значительно большей информативностью.
Синхронность работы водяных часов навела на мысль использовать этот принцип для сигнализации. Вместо часовых делений на рейках двух клепсидр могли изображаться буквы алфавита, цифры и другие знаки, расположенные в одинаковом порядке. Один такой прибор был передающим, другой приемным. По сигналу с передающей стороны (например, звуковому или световому) оба прибора одновременно запускались (открывалось сливное отверстие). Когда на передающем приборе у края сосуда оказывался предназначенный для передачи знак, подавался еще один сигнал и сливные отверстия обоих приборов закрывались. Так как приборы работали синхронно, то на приемном приборе прочитывался такой же знак, как на передающем. Для передачи следующего знака сосуды вновь наполнялись водой, и процедура повторялась для передачи другого знака и т. д. Расстояние между приемным и передающим пунктами связи определялось дальностью передачи управляющих (стартового и остановочного) сигналов.
Полибий не сообщает, нашла ли практическое применение эта система связи, или это был всего лишь один из заинтересовавших его проектов древнего мира. Нам кажется, что последнее предположение более вероятно, так как в других исторических источниках тех времен не встречается упоминаний об этой системе связи. Для истории связи весьма характерно, что это
14


было наиболее ранним описанием использования уже готовых технических средств, работающих по принципу синхронизации их действия с целью передачи информации.
Древние технические системы сигнализации развивались очень медленно, так как в отличие от средств повседневного общения (посылки гонцов и пр.) не были жизненно необходимыми, человек легко обходился и без техники, ограничиваясь простейшей световой и звуковой сигнализацией. Например, система факельной сигнализации, применявшаяся в период франкийского короля Карла Великого во время его войны с саксами (772—808 гг.), мало чем отличалась от той, которая за тринадцать веков до этого была использована греками для передачи сообщения о падении Трои (V в. до н. э.).
Система Карла Великого в отличие от древнегреческой была стационарной и представляла собой ряд факельных постов вдоль стратегической дороги (Hellweg) от Дуйсбурга на Рейне через Дортмунд, Унну, Зоэст до Падерборна [47, с. 35]. Эта дорога не только выполняла транспортные функции, но и служила для связи методом ретрансляции световых сигналов. Скорость передачи сообщения вдоль дороги, длина которой равнялась 135 км, была значительно больше, чем с помощью гонцов.
В средние века большое развитие и широкое распространение получила флажная сигнализация, особенно широко применявшаяся на море. Ее эволюция связана с разработкой и совершенствованием кодов и сигнальных языков, которых было предложено множество. В 1614 г. был составлен свод сигналов для папских галер, который, по-видимому, был одним из первых таких узаконенных кодовых сводов для флажной сигнализации, а в 1694 г. на европейских флотах применялись сигнальные коды маршала Турвилля (были переведены на русский язык).
В 1750 г. появляется десятичная система кодирования при флажной сигнализации, разработанная французом Бурдонне. Ее суть была в том, что при небольшом числе употребляемых сигнальных средств (например, флагов) получалось большое число переданных сигналов. В системе Бурдонне было 10 вымпелов, расположенных четырьмя ярусами. Комбинация этих вымпелов давала огромное количество неповторяющихся сочетаний сигналов, а следовательно, позволяла передавать обширную информацию. Сперва эта система не получила широкого практического применения, и лишь спустя пол века вновь возродилась в России в телеграфе Бутакова.
В 1699 г. Петр I ввел систему «сигналопроизводства» (т. е. кодирования) в России. Это было описание способа подачи сигналов флагами и фонарями, выстрелами и барабанным боем. В 1710 г. был издан сборник сигналов русского флота, а в 1724 г. свод сигналов был введен в Морской устав.
15


В начале XIX в. для нужд флота стал применяться так называемый «переговорный телеграф», который отличался от применявшегося ранее свода сигналов значительным разнообразием лексики. «Переговорные книги» (т. е. кодовые таблицы) для этого вида связи не только имели наборы цифровых сигналов для обозначения большого числа употребительных слов, но и учитывали их грамматические изменения (падежные окончания, глагольные формы и т. д.). Передача сигналов с помощью этих методов требовала довольно большой затраты времени на отыскание в книге цифрового сочетания сигналов, соответствующих необходимой команде, набор флагов сигнальщиком, подъем их, опускание и т. д. Поэтому во всех крупных морских странах (главным образом в России, Великобритании и Голландии) в этот период появляется множество систем кодирования для флажной сигнализации (флаги различных цветов и формы), направленных на расширение лексики и увеличение скорости передачи сигналов.
Особенно заметный вклад в развитие систем морской сигнализации был сделан русскими моряками, среди которых нужно назвать имена Г. Г. Ку- шелева, Д. Н. Сенявина, А. Н. Бутакова, А. С. Грейга, П. Е. Чистякова и др. Так, например, А. Н. Бутаков в 1814 г. составил простой и универсальный код, представлявший комбинации флагов для наиболее употребительных слов и фраз. Ему легко удавалось вести достаточно разнообразный «разговор» между кораблем и портом.
А. Н. Бутаков разработал также цифровой код для побуквенной передачи сигналов («алфавитный телеграф», 1830) *. Его способ нашел впоследствии наиболее удачное воплощение в так называемой «семафорной» сигнализации, когда слова передавались побуквенно последовательной сменой расположения двух небольших флагов в руках сигнальщика. С 1895 г. по почину вице-адмирала С. О. Макарова этот метод широко распространился на русском флоте, а затем и на флотах других государств. Применяется «флажной семафор» по сей день.
Говоря о методах «переговорного», или «алфавитного», телеграфирования, нельзя не отметить оригинальную идею звуковой сигнализации, разработанную в 30-х годах XIX в. известным русским литературным и музыкальным деятелем В. Ф. Одоевским. Установив экспериментально, звуки каких частот легче всего распознавались на слух и хорошо различались друг от друга. Одоевский создал своеобразную музыкальную азбуку, с помощью которой можно было переговариваться на расстоянии слышимости звуков трубы. Из 35 букв русского алфавита он выбрал 16, с помощью которых построил наиболее употребительные фразы (не по их написанию, а по звучанию слогов разговорной речи) [82]. Музыкальный язык Одоевского в России применения не нашел, однако во Франции его метод был доработан и усовершенствован настолько, что получил распространение на флоте.
Весьма характерной стороной в развитии световой сигнализации было применение ракет. Их возникновение связано с изобретением пороха и относится, nö-видимому, к IX—X вв. Но в качестве средств сигнализации ракеты стали применяться лишь с конца XVII—XVIII в. Ракеты давали возможность значительного подъема светового сигнала над землей и одновременно как бы выполняли функции высоких башен и сигнальных огней. В России начало применения ракетных средств световой сигнализации свя¬
* См.: Главные действия вице-адмирала Грейга по Черноморскому департаменту, флоту и портам. — ЦГАВМФ, ф. 8, д. 34, л. 42.
16


зано с именем Петра I и относится к 1680 г. Применение ракет позволяло сочетанием сигналов разных цветов, количеством сигнальных огней, длительностью их горения и т. п. производить различное кодирование и расширять сигнальные возможности.
Сигнализация ракетами получила в России большое развитие; одновременно шло развитие фейерверочного искусства как развлекательного средства, а также разработка ракетной сигнализации [129]. Этот вид сигнализации дошел до нашего времени и получил значительное распространение во многих сферах деятельности людей.
ТЕХНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВИЗУАЛЬНОЙ СВЯЗИ
Становление капиталистического способа производства, промышленный переворот конца XVII—начала XVIII. в. послужили сильным толчком к развитию средств транспорта и связи. Рост производства и расширение торговых отношений во многих странах способствовали возникновению и совершенствованию новых технических средств, в том числе и средств связи. Сначала появились так называемые оптические телеграфы, т. е. технические устройства, специально предназначенные для передачи информации путем усиления эффекта оптических ^влений, улучшения подачи и различения условных знаков сигнализации визуальными методами.
Мы будем пользоваться термином «оптический телеграф» применительно к первым техническим системам визуальной связи, основанным на использовании как механических устройств, так и светотехнических приборов. Термин «оптический телеграф» зародился и применялся в конце XVIII в., а затем вышел из употребления. В современной технике он (а точнее, «оптическая связь») вновь вошел в обиход, но применительно к радиоэлектронным системам на специальных приборах для генерирования, передачи и приема электромагнитных колебаний и волн светового диапазона. Как видно, первый термин — «оптический телеграф» — и второй — «оптическая связь» — совершенно различны. В рассматриваемый исторический период к оптическим телеграфам мы относим также и так называемые «семафорные» телеграфы.
По-видимому, одним из пионеров применения оптических телеграфов в Европе был известный английский естествоиспытатель Роберт Гук, сделавший в 1684 г. доклад на заседании Лондонского королевского общества о своих работах. Его система телеграфа имела деревянную раму или щит большого размера, где подвешивались различные, хорошо видные издали геометрические фигуры, служившие закодированными сигналами. Оптические телеграфы Гука получили применение на Британских островах и в английском военно-морском флоте [199].
Почти целое столетие после опытов Гука в оптическом телеграфировании не появлялось ничего принципиально нового, были лишь отдельные усовершенствования его системы. Только к концу XVIII в. в ряде стран (Франция, Англия, Россия) возникли новые идеи в конструировании оптических телеграфов.
Термин «телеграф» был введен в обиход в конце XVIII в. в связи с появлением оптической системы сигнализации Клода Шаппа. Французский священник, изобретатель и естествоиспытатель Шапп после многих опытов
2 Заказ 196
17


и испытаний создал и в 1791 г. продемонстрировал в действии систему для сигнализации, основанную на передаче видимых изображений. В системе Шаппа применялось специальное техническое устройство, состоящее из щита, поднятого на высоких столбах над землей, на котором было устроено подобие часового циферблата [187, с. 125]. По окружности циферблата на белом поле были изображены хорошо различимые издали фигуры и символы. В центре циферблата была стрелка, которую оператор с земли с помощью шкива и троса поворачивал по кругу и указывал на то или иное изображение (рис. 3). На расстоянии прямой видимости был расположен еще такой же щит со стрелкой, а затем следующий. Расстояние между щитами определялось возможностью различать нанесенные на циферблате изображения непосредственно невооруженным глазом или с помощью зрительной трубы. Специальные кодовые книги, которые имелись на каждом пункте связи, позволяли составлять из немногих изображений такие комбинации сигналов, которые соответствовали передаваемой информации. В этой системе, как легко видеть, использовалось кодирование и ретрансляция.
Весьма интересно отметить, что, работая над оптическими телеграфами, К. Шапп сначала хотел использовать принцип синхронной работы механизмов, т. е. пойти по тому же пути, по которому шли древнегреческие авторы проекта применения для связи водяных часов. В 1790 г. Шапп начал опыты по связи, использовав одинаковые часовые механизмы с секундными стрелками *. На циферблатах таких «секундомеров» были изображены в одинаковой последовательности кодовые символы. По стартовому звуковому сигналу операторы на приемном и передающем пункте в одно и то же мгновение запускали «секундомеры». По второму сигналу с передающего пункта, когда стрелки оказывались против нужного знака, механизмы останавливались, переданный знак фиксировался на приемном пункте и стрелки переводились в исходное (нулевое) положение, а затем передавался следующий знак. Неизвестно, знал ли Шапп о предложении древних греков использовать принцип синхронной работы часов, но, как легко видеть, принцип работы его первого'сигнального устройства был таким же.
В качестве звукового «старт-стопорного» сигнала Шапп пользовался ударами по обычной кастрюле — первому попавшемуся в его опытах подручному средству. Увеличивая расстояние, он убедился, что на больших дистанциях, когда время распространения стартового звукового сигнала равнялось или превышало секундный промежуток, возникали ошибки на приемной стороне в виде сдвига на один или несколько знаков по ходу стрелки. По этой причине Шапп отказался от звуковой сигнализации. Световыми сигналами он не воспользовался, а, как ни странно, попробовал применить в качестве старт-стопного сигнала электростатические заряды, которые пытался передавать по проводу. Но у него возникло множество трудностей, и он перешел от синхронных часовых телеграфов к более простым, т. е. визуальным, системам со щитами и указательными стрелками, которые поворачивались вручную.
Оптический телеграф Шаппа с большими щитами и стрелками имел в сравнении с системой Гука преимущество в скорости передачи информации: стрелки легко и быстро указывали на нужный символ. Но, как и у Гука, символы были видны на небольших расстояниях, ретрансляцион-
* Об этом говорит в своей книге J. J. Fahie [212, примеч. 14], ссылаясь на источник: Histoire Administrative de la Télégraphie Aérienne en Françe. P., 1861, p. 7.
18


Р и с. 3. Стрелочный оптический телеграф Шаппа (1791 г.)
ные участки были короткими и на длинных линиях связи их требовалось много, поэтому этот телеграф Шаппа так и не вышел из стадии эксперимента.
Через год, в 1792 г., изобретатель (совместно со своими братьями) разработал новую систему для оптического телеграфирования, которую представил в Законодательное собрание Франции. Новый телеграф уже не имел циферблатов и стрелок (рис. 4). Он представлял собой семафорное устройство — плоскую штангу длиной около 3,5 м, закрепленную в середине шарнирно на высоком шесте или мачте [187, с. 127]. Системой шкивов и тросов штанга могла поворачиваться в вертикальной плоскости и занимать различные пространственные положения. На концах штанги шарнирно к ней были прикреплены (с каждой стороны по одному) «крылья» меньших размеров (около 2 м). Крылья также приводились в движение шкивами и тросами и независимо от положения штанги могли занимать относительно нее различные положения. В ночное время на концах крыльев укреплялись фонари. Штанга и крылья были видны на значительно больших расстояниях, чем циферблаты и стрелки в предшествующей конструкции телеграфа Шаппа. Сочетания пространственных положений штанги и крыльев образовывали различные фигуры, посредством которых кодировались определенные слова. Для этого были составлены специальные кодовые таблицы. Эта семафорная система нашла применение на линии связи между


Рис. 4. Семафорный телеграф Шаппа (1792 г.)
Парижем и Лилем (225 км) Передача сигнала длилась около двух минут [187, с. 128]. В 1795 г семафорные телеграфы Шаппа были использованы в Испании и Италии.
Из оптических систем телеграфирования того времени следует отметить также английский телеграф (1795 г ) *, по принципу действия напоминающий систему Гука. Он представлял собой большую раму, имеющую три яруса квадратных ячеек по две в каждом. В этих ячейках на горизонтальных осях симметрично были расположены тонкие щиты. Они поворачивались сигнальщиком посредством шкивов и тросов и могли занимать каждый два положения: либо закрывать просвет ячейки, либо располагаться «в профиль» В последнем случае их издали не было видно и ячейка казалась пустой. Этот телеграф использовал код комбинаций из шести открытых или закрытых ячеек (рис. 5). Таким телеграфом была оборудована линия Лондон—Дувр—Портсмут.
Почти одновременно в Швеции использовалась такая же система телеграфирования, которая позже была переработана Эндельранцем. Шведский телеграф имел 10 ячеек также с поворотными щитами, он применялся на линии Стокгольм—Дроттнингольм [187].
Из ранних средств визуального телеграфирования заслуживает внимание предложение Кесслера использовать световой источник, помещенный в светонепроницаемый кожух. Одна стенка кожуха могла открываться и закрываться сигнальщиком [187]. По-видимому, это была одна из ранних попыток использовать сигнализацию источником света в виде комбинации длительных и коротких сигналов и пауз, т. е. последовательным неравномерным кодом.
После этих начальных попыток применения оптические телеграфы стали быстро входить в жизнь, росло их количество, строились линии связи все большей протяженности. В 1798 г. вступил в строй дальний оптический (семафорный) телеграф, соединивший Париж, Страсбург и Брест. Затем появилась линия Париж—Тулон протяженностью более 1000 км. Время прохождения сигнала по этой линии составляло 20 мин и по сравнению с возможностями транспорта того времени поражало воображение, показывая широкие перспективы оптических средств связи. Наибольшее применение в Европе и на Американском континенте, а также в странах Азии нашли телеграфы системы Шаппа и ее модификации В 1823 г.
* В ряде исторических источников автором этого телеграфа называют лорда Дж. Муррея [187, с. 171 — 176].
20


Рис. 5. Телеграф Муррея (1795 г.)
в Индии была сооружена линия семафорного телеграфа между Калькуттой и крепостью Чунар. В это же время был построен аналогичный телеграф в Египте между Каиром и Александрией [67]. К 1823 г. относится сооружение линии оптического телеграфа в Пруссии (Берлин—Потсдам— Магдебург—Трир). Здесь была применена конструкция, напоминавшая железнодорожные семафоры начала XX в. Прусский телеграф имел мачту с отходившими от нее в стороны шестью семафорными крыльями, которые могли занимать различные пространственные положения, и из них был составлен телеграфный код.
В России первые оптические телеграфы (или, как их у нас сначала называли, «дальноизвещающие машины») были применены в 1824 г. между Петербургом и Шлиссельбургом, где они проработали до 1833 г. [109]. Эта линия телеграфа была построена Ф. А. Козеном по проекту Фитингофа. Конструкция телеграфов напоминала аппараты Шаппа [75].
Надо отметить, что тёлеграфы системы Шаппа в их оригинальном виде в России не применялись. Кроме телеграфов Фитингофа—Козена, в нашей стране использовались телеграфы системы П. Шато — ученика и последователя К. Шаппа. Ими были оснащены общегосударственные линии большой протяженности. Так, например, по системе Шато были устроены линии Петербург—Ораниенбаум—Кронштадт (1833 г.), Петер-
21


бург—Царское Село—Гатчина (1835 г.). Самой протяженной была линия Петербург—Псков—Динабург—Вильна—Варшава, имевшая 149’ретрансля- ционных участков (1835—1839 г.). В Петербурге телеграфное устройство находилось в «обсервационной комнате» на крыше Зимнего Дворца.
Принципиально телеграфы Шато не отличались от телеграфов Шаппа, но были иными по конструкции. Они имели подвижную штангу другой формы — в виде легкой Т-образной металлической фермы, которая могла поворачиваться вокруг центра в вертикальной плоскости и занимать восемь различных положений. На концах фермы имелись фонари для работы ночью. К этому семафорному телеграфу Шато создал очень простой код, где кодировались слова и группы слов [132]. Телеграфы системы Шато просуществовали в России до 1854 г. и были заменены электрическими.
В 30-х годах XIX в. началось строительство железных дорог. Этот процесс охватил все страны, в том числе и Россию. Железные дороги остро нуждались в средствах связи для организации движения и управления. Оптические телеграфы были в то время единственно пригодным для этого средством. Например, вдоль первой русской железной дороги между Петербургом и Царским Селом (1838 г.) существовала линия семафорного телеграфа [56].
Среди систем оптических телеграфов семафорного типа следует упомянуть телеграф И. П. Кулибина — известного русского изобретателя и искусного мастера. Над проектом этого устройства Кулибин начал работать в 1795 г. Принцип действия кулибинского телеграфа был таким же, как и у телеграфа Шаппа. Однако русский изобретатель имел лишь краткие сведения о конструкции французского телеграфа и, по-видимому, пришел к своей системе самостоятельно. Оба телеграфа различались конструктивно, и, кроме того, И. П. Кулибин разработал оригинальный телеграфный код, в котором кодировались не слова и отдельные фразы, а составляющие их слоги [57].
В телеграфе Кулибина в помещении, где находился оператор, было штурвальное управляющее устройство, представлявшее собой по форме уменьшенную копию подвижных внешних частей семафора. Это было подобие, как сейчас сказали бы, «монитора», который давал возможность, не выходя из операторской, точно представлять взаимное положение внешних частей семафора. Такое приспособление ускоряло процесс передачи сигналов. Надо сказать, что аналогичное устройство имелось и в семафорных телеграфах Шаппа, но, по-видимому, оба изобретателя пришли к необходимости использования «мониторного» устройства самостоятельным путем. Идея синфазного контроля за положением элементов механической системы оказалась плодотворной для дальнейшего развития технических средств: некоторое время спустя она нашла воплощение в судовых телеграфах, в железнодорожных семафорах и системах для дистанционного перевода стрелок, а также в современных средствах синхронного электро- машинного привода (в последних, правда, уже не на механической, а на электромагнитной основе).
До нас дошло мало сведений о судьбе телеграфов Кулибина. Исследования советских историков техники, проведенные в последнее время, дают косвенные данные, позволяющие предположить, что телеграф Кулибина применялся в Севастополе в 30—50-х годах XIX в. [30].
Одновременно с уже рассмотренными системами оптических (семафорных) телеграфов стационарного типа, предназначенных для постоянно
22


действующих линий связи, применялись и более мобильные устройства. Наибольшую потребность в них испытывали флот и, отчасти, сухопутные войска. На флоте издавна установились, а к началу XIX в. стали традиционными системы флажной сигнализации, о которых уже было упомянуто. Сначала флажная сигнализация производилась вручную или подъемом флагов на мачтах. В начале XIX в. появляются первые попытки оснастить корабли специальными сигнальными устройствами.
С 1803 г. на английском военно-морском флоте применялось флажное- сигнальное блочное устройство (которое долгое время держалось в большой тайне). Суть его состояла в том, что на специальных блоках, укрепленных на мачте, поднимались цветные флаги соответственно специально разработанному коду.
В 1815 г. офицер русского флота А. Н. Бутаков предложил аналогичный английскому корабельный «переговорный телеграф», состоящий из планки со шкивами (от 12 до 16 штук), которая поднималась с корабля на бизань-рее или на берегу на шесте либо мачте. Под планкой на палубе (или на земле под мачтой) располагалась другая планка или ящик с таким же количеством шкивов. Верхние шкивы соединялись фалами с нижними, к фалам были постоянно прикреплены флаги или фигуры различной формы и цвета. Десять флагов означали цифры от 0 до 9. Остальные флаги или фигуры указывали, к какому разряду относится данная цифра (единицы, десятки, сотни или тысячи). Таким образом можно было передавать цифры от 0 до 9999. Цифры соответствовали закодированным словам, отдельным командам. Для улучшения одновременной видимости флагов они поднимались каждый на разную высоту. Флажный телеграф А. Н. Бутакова был введен на флоте и широко распространился в России в середине 10-х годов XIX в. [32].
А. Н. Бутаков пытался внедрить свой флажный телеграф и в армии, сконструировав для этого «складные шесты». А в 1833 г. он издал книжку, в которой описал устройство простейших флажных телеграфных устройств для бытовых, мирных применений. Он полагал, что его телеграфы могут быть полезным средством сообщения между соседними помещичьими усадьбами, расположенными в пределах прямой видимости [33].
Оригинальную систему для ночной сигнализации с помощью фонарей предложил в 1815 г. в России титулярный советник Понюхаев. Он использовал шесть фонарей, поднятых на мачтах и расположенных по вершинам шестиугольника, в центре которого помещался седьмой фонарь. Перед каждым фонарем предполагалась заслонка, управляемая веревочной тягой с земли. Для передачи букв алфавита и цифр был разработан код, составленный из пространственного сочетания незаслоненных фонарей [108]. В этом проекте, как видно, нашла воплощение идея Кесслера — сигнализация методом затенения света, хотя Понккаев с работами Кесслера знаком не был.
Устройство для сигнализации, предназначенное для использования в воинских частях, предложил в 1824 г. капитан-лейтенант П. Е. Чистяков. Его система была переносной и допускала быстрое развертывание. Для связи применялись три шеста, на каждом из которых вверху было по два подвижных крыла. В ночное время на концах крыльев на специальных подвесах укреплялись фонари. Кодирование было как цифровое, так и побуквенное и задавалось взаимным расположением крыльев и сочетанием сигналов на трех мачтах. Оптический телеграф П. Е. Чистякова применялся во время русско-турецкой (1827—1828 гг.) и Крымской (1835— 1856 гг.) войн.
23


ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ И ИСТОЧНИКИ СВЕТА В РАННИХ СРЕДСТВАХ СВЯЗИ
Существенная проблема, связанная с развитием оптических телеграфов, определялась изысканием возможностей хорошо различать на достаточно большом расстоянии сигнальные знаки как днем, так и ночью. Задолго до появления оптических телеграфов как специализированных технических средств была изобретена зрительная труба, или телескоп. Это изобретение, сделанное в первом десятилетии XVII в., чаще всего связывают с именем нидерландского оптика Иоганнеса Липперсгея (1608 г.) [273], хотя в ряде исторических источников называют более раннюю дату появления зрительной трубы, а именно 1590 г. [73]. Первые применения телескопа были сделаны Галилео Галилеем в 1609 г. Зрительные трубы очень быстро распространялись почти по всем странам и с первой половины 'XVII в. стали широко применяться как в научных целях (астрономические исследования), так и для практических нужд, в том числе для мореходного и военного дела. Возникает техническая оптика как область практического знания о принципах действия и построении оптических приборов.
С 1614 г. зрительные трубы стали известны и в России. А при Петре I небольшие телескопы и зрительные трубы уже широко использовались в русской армии и на флоте.
Развитие оптики привело к изобретению Яном Гевелием в 1637 г. перископа (названного сначала «полемоскопом» — от греческого «поле- мос» — война и «скопео» — смотреть), который также сыграл определенную роль в совершенствовании оптических средств связи. Большое значение для применения в системах оптической связи имело изобретение в 1756 г. М. В. Ломоносовым так называемых «ночезрительных» труб и биноклей с большими светосильными .объективами. Они давали возможность достаточно хорошо видеть удаленные предметы в ночное время. Зрительные трубы, перископы, бинокли стали широко применяться и в средствах сигнализации и связи. Их использование на флоте позволило значительно увеличить дистанцию, на которой действовали средства флажной сигнализации днем и фонари ночью. Использование зрительных труб на линиях стационарного оптического телеграфа позволило разносить промежуточные станции на значительно большие расстояния, чем при наблюдении невооруженным глазом.
Еще одной задачей, возникшей в процессе развития оптических средств связи, было создание искусственных источников света, которые можно было бы применить для дальней сигнализации в ночное время. Приблизительно с XVI в. начинают применяться специально разработанные для этих целей фонари. Однако и в более далекие времена люди много выдумки проявили для поисков горючих материалов, позволяющих получать в системах световой сигнализации яркое пламя от костров, факелов, масляных светильников и т. п.
Попытки создать специализированные сигнальные источники света свидетельствовали, с одной стороны, о четко осознанной практической задаче и понимании требований к таким средствам, а с другой — о начале формирования конкретных подходов, технологических приемов, о становлении изобретательского мышления в этом направлении. В ряде исторических источников имеются разрозненные сведения о том, что уже древние греки с целью дальней сигнализации использовали бронзовые отшлифованные
24


Рис. 6. Сигнальный фонарь Кулибина (1778 г.)
зеркала для концентрации солнечных лучей и света факелов. Но, хотя у Евклида описаны опыты с оптическими линзами, достоверных сведений о древних оптических системах связи у нас нет [63, с. 63—64].
В 1779 г. И. П. Кулибин изобрел прожектор с зеркалами для отражения в строго заданном направлении света сальной свечи или масляного светильника. Он собрал отражатель из многих плоских зеркал, расположенных так, что они составляли подобие вогнутой поверхности, в фокусе которой располагался источник света (рис 6).
С помощью такого зеркала (диаметром около 70 см) свет обычной свечи удалось так фокусировать, что лучи распространялись дальше чем на полкилометра и делали на таком расстоянии ясно различимыми предметы в ночное время. Свет кулибинского фонаря, поднятого на достаточно большую высоту, был виден на расстоянии до 30 км [65, с. 418]. Прожектор Кулибина прошел успешные испытания и даже был выпущен в продажу, однако остался в условиях России того времени всего лишь забавной игрушкой. (Во всяком случае, пока не удалось найти сведений о применении его в системах оптического телеграфирования )
Основной принцип фонаря — концентрация зеркалами слабого света в одном направлении — нашел дальнейшее развитие в самостоятельной технической области, связанной с созданием приборов дальнего освещения (или, в более поздней терминологии, — прожекторостроении). При этом весьма плодотворной оказалась идея Кулибина заменить вогнутое зеркало системой расположенных по поверхности параболоида или сферы небольших плоских, а не криволинейных зеркал, что было технологически очень удобно. Этот прием дожил до нашего времени и используется в конструкциях небольших прожекторов, предназначенных, в частности, для освещения театральных сцен. В радиоэлектронике он используется для остронаправленных систем канализации радиочастотной энергии: из очень большого количества однотипных плоских металлических зеркал, расположенных касательно по поверхности параболоида, состоят антенны многих радиолокационных станций и радиотелескопов.
Самостоятельное направление в развитии сигнальных средств составили усовершенствования самих источников неэлектрического света. Одной из ранних попыток усилить яркость свечения масляного светильника было приспособление Леонардо да Винчи (1480 г.) в виде металлической трубы над пламенем, которая увеличивала тягу воздуха, вследствие чего горение масла резко улучшалось. Заметный след в создании технических средств дальнего освещения оставило изобретение швейцарского физика Э. Арганда. В 1782 г. он сконструировал круглую горелку с двойной тягой и поместил ее в фокусе сферического, а потом параболического зеркала В дальнейшем развитии средств дальнего освещения очень большую роль сыграли развитие
25


фундаментальных основ физической оптики, научный подход к экспериментальным работам. Так, в частности, труды французского физика О. Френеля привели в 20-х годах XIX в. к разработке первых «катодиоптрических» систем из преломляющих стеклянных элементов для создания параллельных пучков света. Эти «линзы Френеля» по сей день находят самое широкое использование в технической оптике и, в частности, в приборах дальнего освещения. Применяются построенные по этому принципу устройства и в антенной технике сверхвысоких частот для канализации радиоволн.
Источниками света до середины XIX в. служили почти исключительно масляные лампы, а затем сальные и стеариновые свечи. Во второй половине
XIX в. стали применять керосиновые и скипидарные калильные горелки, а позже пламя ацетилена [131]. В 1826 г. появился новый источник, так называемый «друммондов свет». Это была лампа, в которой известковый цилиндр раскалялся в пламени кислородно-водородной горелки и излучал сильный белый свет. Это изобретение лейтенанта английского флота Т. Друм- монда оказалось весьма удачным и быстро распространялось как в Европе, так и в Америке [83]. Свет друммондова цилиндра от прожектора с зеркальным рефлектором был виден на расстоянии до 100 км.
Друммондову лампу использовал русский изобретатель А. И. Шпаков- ский, создавший несколько конструкций зеркальных прожекторов для световой сигнализации (1865 г.). Резкий скачок [12] в развитии прожекторного дела произошел с появлением источников электрического света.
Создание источников дальнего освещения очень быстро составило самостоятельную техническую область, достижения в которой, как это ни парадоксально, весьма мало повлияли на развитие самих оптических телеграфов. Укажем на применение гелиографов, т. е. приборов, которые с помощью зеркал отражали в нужном направлении солнечные лучи. Передача информации производилась путем посылки «вспышек» солнечного света различной продолжительности и частоты повторения. Подобие гелиографов, по-види- мому, было известно еще в эллинской культуре, но широкое распространение этот вид сигнализации получил только в XIX в. В 1821 г. опыты с ними производил К- Гаусс. В F870 г. гелиограф усовершенствовал англичанин Мане, а с 1876 г. гелиографическая сигнализация стала использоваться в России (первая команда гелиосигналистов была сформирована во время Ахал-Текинской экспедиции 1877—1879 гг.).
Новые достижения в технике связи, основанные прежде всего на использовании электрических явлений, отодвинули на задний план старые методы звуковой и световой сигнализации. Но многие из этих старых методов получили свежие стимулы для продления жизни и дальнейшего развития. Такие стимулы возникли, в частности, после изучения и более глубокого понимания информационных процессов, что позволило разработать впоследствии весьма совершенные методы кодирования, методы «свертывания» информации. Научные открытия в области инфракрасной оптики привели к созданию принципиально новых, очень совершенных и удобных средств световой связи с помощью невидимых инфракрасных лучей. В середине
XX в. изобретение лазера открыло недостижимые до этого возможности в методах дальней связи: мощные когерентные узкие световые лучи могут распространяться на очень большое расстояние с малым пространственным рассеянием, а сама природа лазерного светового луча позволяет передавать информацию большой плотности.
26


И тем не менее наряду с новой техникой связи по сей день находят применение звуковые и световые сигнальные приборы, сохранившиеся в почти первозданном виде, — свистки и сирены, фонари и ракеты, прожекторы и гелиографы. Благодаря отточенной веками простоте конструкции, надежности и доступным почти каждому методам использования они, по-видимому, еще не скоро уйдут из практики.
Общей особенностью ранних средств связи доэлектрического периода было использование четырех принципиально важных приемов, которые не только позволили достигнуть определенного прогресса в ранних системах связи, но и легли в основу многих дальнейших средств передачи информации на расстояние. Это, во-первых, применение ретрансляции сигналов при передаче их на далекие расстояния; во-вторых, употребление условных знаковых языков, на которые переводились речевые сигналы, т. е. кодирования; в-третьих, использование физического явления звукового резонанса; в-четвертых, использование отражения света в светосигнальных средствах. Резонанс и отражение займут еще более важное место и в более поздних средствах связи, в особенности когда станет известно, что эти явления присущи не только механическим колебаниям, но также и электрическим, в том числе электромагнитным.
ГЛАВА ВТОРАЯ
СТАНОВЛЕНИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ
К концу XVIII—началу XIX в. относятся первые попытки создания новых технических средств связи, основанных на использовании электрических явлений. Эпоха электрической связи насчитывает немногим более 200 лет, в течение которых электросвязь достигла столь большого совершенства и широкого развития, что без нее уже невозможно представить жизнь современного общества, подобно тому как нельзя понять и описать прогресс человечества без освоения им огня.
Мы не ставим целью подробное изложение истории формирования физических основ электросвязи. Будут лишь рассмотрены важнейшие вехи в изучении электрических явлений, возникновение и развитие принципиальных научных положений, которые легли в основу технических средств электросвязи.
ПЕРВЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
И МАГНИТНЫХ ЯВЛЕНИЙ
Наблюдение и изучение электрических и магнитных явлений заняло в физике многовековую эпоху осмысления свойств «электрической материи» и «магнетической силы», прежде чем появилась возможность практического применения этих явлений и, тем более, использования их для целей связи. О существовании электрических и магнитных явлений люди знали еще в VI—V вв. до н. э. Было замечено, что некоторые природные вещества при натирании их рукой, кожей или тканями обретали способность при¬
27


тягивать мелкие сухие предметы. Одним из таких веществ был янтарь (по гречески — электрон), наблюдения над которым относятся ко временам Фалеса Милетского (около 625—547 г. до н. э.), а много веков спустя, по-видимому, от этого слова произошел термин «электричество». Египтянам и древним грекам было известно о существовании в природе «электрических рыб»—ската, сома, прикосновение к которым вызывало сильный удар, но связи между этим явлением и свойствами янтаря они не увидели.
Столь же древнюю историю имеют и первые наблюдения над магнитами, относящиеся к древнекитайской цивилизации. Китайцы не только располагали знаниями о существовании природных магнитных веществ (железных руд), но и нашли практические применения этим веществам в виде «указателя юга», который являлся первым компасом [51].
Знали о магнитных веществах древние греки и римляне. Во всяком случае, упоминания об этом мы находим в книге Тита Лукреция Кара (I в. до н. э.) [72]. В Древней Греции и Риме электрические и магнитные свойства материи практического применения не нашли. Свойства магнита притягивать небольшие железные предметы впервые были применены в древнеиндийской медицине.
В европейской культуре первые упоминания о компасе можно найти в книге английского естествоиспытателя Неккема «О природе вещей» (около 1190 г.) [73], а затем (1269 г.) в трактате французского ученого Пьера Перегрина из Марикура [306].
Таким образом, до раннего средневековья натурфилософская Европа не знала ничего об электрических и магнитных явлениях. Только к XVII в. относятся первые серьезные научные исследования электричества и магнетизма, связаны они с именем крупнейшего ученого средневековья английского врача и естествоиспытателя Уильяма Гильберта. Он ввел представление (1600 г.), что наша Земля является «большим магнитом», и с этих позиций взаимодействие с Землей намагниченной стрелки компаса рисовалось в новом научном свете [44]. Кроме того, Гильберт экспериментально доказал, что нельзя разделить полюса магнита, что в природных магнитных телах не существует отдельно северный и отдельно южный полюса.
Изучал Гильберт и электрические явления. В частности, сумел подметить, что степень электризации таких тел, как янтарь, смола, сера, не только зависит от силы их натирания, но определяется и влажностью воздуха. Гильберт ввел также термин «электрическая сила». Он делал попытки наэлектризовать металлические предметы, держа их в руках, но это ему не удалось. Исходя из своих экспериментов, он разделил все тела на «электрики» и «неэлектрики». Несмотря на множество экспериментальных данных о магнетизме, длительное время они не получали непосредственного практического выхода, за исключением навигационных применений (компас) .
В этом отношении научное исследование электрических явлений дало значительно большие результаты. В 1650 г. немецкий физик Отто Герике построил электростатическую машину, в которой шар из серы (около 15 см в диаметре) натирался ладонями рук и приобретал сильный электрический заряд. С этого времени конструирование электростатических машин, в том числе таких, которые генерировали заряды непрерывно, составило определенное направление в экспериментальной физике. К середине XVIII в. относится создание электростатической машины со стеклянным вращаю¬
28


щимся диском. Эта конструкция (1755 г.) дожила до наших дней и входит в оснащение всех учебных физических кабинетов.
Герике обнаружил, что заряженные электрические тела испытывают взаимодействие, и в частности отталкиваются.
Существенным шагом в изучении электростатических явлений было открытие Стивеном Греем (1729 г.) и Шарлем Дюфе (1735 г.) способности электрических зарядов передаваться («течь») по металлическим проводникам на расстояние. Грею удалось передать электрический заряд по проводу длиной около 230 м. Это свойство электричества в дальнейшем легло в основу почти всех его практических применений от силовой электротехники до электросвязи.
Весьма характерной была высказанная Дюфе в 1737 г. догадка об электрической природе молнии. Дюфе впервые разделил электричество на два вида: «смоляное» и «стеклянное» (т. е. положительное и отрицательное) [203]. Им была проведена также более четкая граница между веществами, удерживающими заряд (непроводниками), и проводниками, т. е. веществами, проводящими его.
Прогресс в разработке электростатических машин позволил получать заряды большой величины. В 1745—1746 гг. нидерландский физик (из г. Лейдена) Питер Мушенбрук смог получить «электричество такой силы», что оно вызвало разряд в виде небольшой молнии и ощущение болезненного удара в руку. Важным в этих опытах с электричеством было изобретение в 1745 г. Мушенбруком накопителя зарядов, так называемой «лейденской банки», или «конденсатора» в современной терминологии [238].
НАЧАЛО СИСТЕМАТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Весьма эффективно изучением электрических явлений занимался американский естествоиспытатель Бенджамен Франклин. Он изучил электрическую природу молнии, предложил громоотвод (1750 г.), объяснил действие лейденской банки и построил первый плоский конденсатор. Ему принадлежит разработка так называемой «унитарной теории» электричества, основанной на представлении, что электрические явления передаются особой «тонкой жидкостью», пронизывающей тела. Многое сделал Франклин и для изучения теплопроводности, распространения звука. В своих изысканиях он пришел к заключению, что сильный электрический разряд способен «уничтожать намагниченность и даже переместить полюсы магнита». Это важнейшее наблюдение, связывающее природу электричества и магнетизма, было впоследствии развито лишь Дж. Генри, а для остальных прошло незамеченным и долго не исследовалось.
Большой вклад в изучение атмосферного электричества сделали русские ученые Л. Эйлер, М. В. Ломоносов и Г. В. Рихман. Последнему принадлежит изобретение электроскопа («электрогномона»), с помощью которого впервые появилась возможность в исследованиях по электричеству проводить необходимые измерения [106]. М. В. Ломоносов в 1753 г. в известной речи, произнесенной в Академии наук, сформулировал основные положения теории атмосферного электричества, объясняющей механизм заряда облаков восходящими потоками влажного воздуха и пыли.
Вторая половина XVIII в. характеризуется более глубоким исследованием
29


электрических и магнитных явлений, и главным образом проведением их количественного анализа, началом точных измерений в этой области физики.
В период с 1750 по 1756 г. наряду с уже ранее существовавшими теориями «истечения» электричества появляются две новых теории: Франклина, рассматривающая возникновение электричества как следствие изменения или перемещения заряда, и Эйлера, сводящая электростатические явления к сгущениям и разрежениям эфира, к изменениям внутренней энергии эфира.
В 1759 г. петербургский физик Э. Эпинус развил теорию Франклина [142], высказав мысль, что величины электростатических (и магнитостатических) взаимодействий «изменяются обратно пропорционально квадратам расстояний». Эпинус впервые высказал весьма плодотворную догадку о колебательном разряде лейденской банки и ввел понятие электрического потенциала и электрической емкости. В 1773 г. независимо от Эпинуса существование обратной квадратичной зависимости предположил также и английский физик Г. Кавендиш [186].
ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРОСТАТИКИ И ГАЛЬВАНИЗМА
Экспериментальное исследование взаимодействия электрических зарядов предпринял в 1784 г. Шарль Огюстен Кулон, которому принадлежит слава установления точной количественной зависимости взаимодействия электрических зарядов — закона, носящего его имя. Этот же закон ему удалось обнаружить и при взаимодействии магнитных полюсов. Весьма интересным практическим открытием Кулона было установление распределения электрических зарядов по поверхности. Работами Кулона завершился начальный период развития учения об электричестве, связанный с электростатикой.
Последнее десятилетие XVIII в. ознаменовалось открытием и изучением новых электрических явлений, получивших название гальванических по имени итальянского профессора анатомии Луиджи Гальвани, который обнаружил, что мышцы свежепрепарированной лапки лягушки сокращаются не только при подведении к ней зарядов от лейденской банки или электростатической машины, но и при прикосновении к нерву лапки незаряженных проводников, если они сделаны из неодинаковых металлов. Гальвани не понял наблюдаемого им явления и предположил, что живые ткани обладают биофизическими свойствами вырабатывать свое, особое, «животное» электричество. Он предположил, что мускул лягушки как бы обладал микростроением, аналогичным лейденской банке [64, 234].
Взгляды Гальвани встретили резкие возражения со стороны уже известного в то время итальянского физика Алессандро Вольты. Он сумел доказать, что «органы животных пассивны» электрически, а возбудителями электрической силы являются сами металлы, притом разнородные. Вольта утверждал, что лягушка у Гальвани была не источником электричества, а всего лишь очень чувствительным электрометром, измеряющим электрическую силу, которую вырабатывают разнородные металлы при соприкосновении. Вольта развил теорию контактного электричества, согласно которой при соприкосновении двух разнородных металлов происходит разложение их естественного внутреннего электричества так, что заряд одного знака собирается на одном металле, а противоположного — на другом. Вольта расположил металлы в определенный ряд по «разности напряжений»
30


так, что наиболее удаленные друг от друга в этом ряду металлы, составляющие пару, давали наибольшую «электрическую силу». В 1800 г. Вольта построил первый источник электричества неэлектростатического типа, так называемый «вольтов столб», который состоял из чередующихся между собой медных и цинковых кружков, разделенных суконными прокладками, смоченными подкисленной водой или кислотой [40, 366]. Вольтов столб был первым химическим источником электричества, потенциал которого был постоянен во времени и не требовал каких-либо приемов электризации для его возобновления. Вольтов столб, составленный из большого количества кружков, имел на концах достаточно высокий потенциал, который можно было обнаружить не только измерительными приборами (в частности электроскопом), но и прикоснувшись к крайним кружкам руками. При этом ощущался сильный электрический удар, как от лейденской банки. Существование неизменного высокого потенциала на вольтовом столбе было явлением для того времени совершенно новым. Вольта ввел понятие электрического тока, или «электрического флюида», в замкнутой цепи, соединяющей металлическим проводником крайние кружки столба.
Открытие Вольты очень быстро распространилось в физике, стало предметом дальнейших исследований. В 1800 г. У. Никольсон и Э. Карлейль, а затем Г. Деви и И. Риттер с помощью вольтова столба обнаружили электрохимическое действие тока, и в частности разложение под действием тока воды на кислород и водород. В 1805 г. прибалтийский профессор Т. Гротгус развил теорию электролиза, а в 1807 г. русский физик Ф. Ф. Рейс открыл явление электроосмоса. Изучение электрохимических действий тока составило самостоятельную область фундаментальных исследований (как в физике, так и в химии), которая в дальнейшем дала практический выход, в частности в металлургии и в металлообработке. На более ранних этапах развития науки электрохимические явления были использованы Зёммерингом и другими учеными для создания телеграфов (о которых будет рассказано дальше).
Опыты с гальваническими элементами позволили обнаружить, кроме химических, и другие новые свойства тока, в том числе его тепловое и магнитное действие. В 1802 г. русский физик — профессор медико-хирургической академии В. В. Петров и, независимо, английский химик Г. Деви (1810 г.) открыли тепловое и световое действия тока в виде электрической дуги, возникающей при соприкосновении и последующем разведении угольных электродов, соединенных с гальванической батареей больших размеров (большого потенциала) [91]. Так, в батарее Петрова количество медных и цинковых кружков доходило до 4200.
Тепловые, световые и магнитные действия тока глубоко изучались физиками, а для техники последующих периодов открытие Вольты явилось важнейшим этапом, так как дало источник постоянного электрического тока. Электрические батареи вольтова типа и многие их модификации и разновидности вводились в практику физических исследований, а также составили энергетическую основу зарождавшейся электротехники.
31


ОБНАРУЖЕНИЕ СВЯЗИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ЯВЛЕНИЙ
Следующим крупным шагом в физике, породившим ряд интересных практических применений, было изучение связи электрических токов с магнитными явлениями. Первые разрозненные наблюдения в этой области были обобщены в работах датского физика X. К. Эрстеда и французских физиков,Ф. Араго и А. М. Ампера. В 1820 г. Эрстед экспериментально показал, что ток в прямолинейном проводе отклоняет магнитную стрелку, а Араго в том же году наблюдал притяжение токонесущим проводом железных опилок, как это было с природными постоянными магнитами. Ампер, узнав о работах Араго, высказал предположение, что магнитные действия тока могут быть усилены, если одиночный провод заменить несколькими параллельными проводами. В это же время французские ученые Ж.-Б. Био и Ф. Савар, а также П. Лаплас вывели количественный закон, связывающий математически напряженность магнитного поля с током в прямолинейном проводнике (закон Био-Савара).
Научные исследования Эрстеда пронизывала выдвинутая им идея о взаимосвязи между различными физическими явлениями. Он руководствовался ею при изучении электрических эффектов, а также акустических явлений, где также пытался (хотя и безрезультатно) обнаружить возникновение электричества за счет звука. Заслуженную славу принесло Эрстеду экспериментальное открытие действия электрического тока на магнитную стрелку, которое легло в основу новой области физики — электромагнетизма. Из опытов следовало, что сила взаимодействия между током, текущим по проводу, и магнитным полюсом направлена не по соединяющей их прямой, как следовало из ньютоновской теории взаимодействия, а по нормали к этому направлению. Это была, как тогда говорили, «сила поворачивающая» (внесшая первую «трещину» в ньютонову модель мира). Непреходящее значение опыта Эрстеда состоит в том, что он показал существование в природе сил неньютоновского, т. е. негравитационного, типа.
Выдающееся значение в науке имеют труды Ампера по электродинамике. Ознакомившись с опытами Эрстеда и Араго, он сделал весьма важные - обобщения о существовании притяжения и отталкивания электрических токов. По его воззрениям (1820 г.), все магнитные взаимодействия сводятся к взаимодействию скрытых в телах круговых электрических молекулярных токов, каждый из которых эквивалентен «магнитному листку», т. е. элементарному постоянному магниту. Этот взгляд составил существо теоремы, носящей его имя.
Ампер посвятил ряд своих работ изучению связи электрического тока и магнетизма. Он обнаружил, что два проводника с током испытывают взаимное воздействие — притяжение или отталкивание в зависимости от направления в них токов. Своими работами он заложил основы электродинамики. Он предложил термин «электрический ток» и ввел понятие о его направлении, совпадающем с движением положительного электричества. Ампер ввел в обиход закон, или правило («правило пловца»), согласно которому протекающий в направлении от наблюдателя электрический ток вызывает отклонение северного полюса магнитной стрелки вправо, если стрелка расположена вдоль провода северным полюсом от наблюдателя [153].
32


ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМА
Опыты Эрстеда и Ампера послужили серьезным основанием пред- положить существование в природе единства характера физических сил. Этот принцип в дальнейшем развивался многими естествоиспытателями и привел к открытию электромагнитной индукции и электромагнитных волн.
Практическим выходом экспериментальных и теоретических исследований Ампера было создание им в 1820 г. соленоида — многовитковой катушки, которая проявляла сильные магнитные свойства при протекании через нее электрического тока. В 1820 г. произошло еще одно событие в науке, важное для практики. После опубликования работ Эрстеда немецкий физик, профессор Галльского университета И. Швейггер предложил физический прибор — чувствительный индикатор электрического тока, так называемый «мультипликатор» (от латинского «multiplex» — многократный) — соленоид с помещенной внутри него магнитной стрелкой [73]. При протекании через мультипликатор даже слабого тока магнитная стрелка отклоняется.
Мультипликатор явился чувствительным прибором для измерения величины электрического тока (или потенциала) и в то же время получил практическое использование в первых электромагнитных телеграфах.
Недостаток мультипликатора состоял в том, что на стрелку прибора оказывало воздействие магнитное поле Земли и от пространственной ориентации мультипликатора зависели его показания. В 1821 г. Ампер придумал способ, устраняющий действие магнитного поля Земли: он совместил на одной оси две стрелки, магнитные полюса которых были направлены в противоположные стороны. Такое устройство получило название астатической магнитной пары стрелок. В 1828 г. Л. Нобили совместил астатическую пару с мультипликатором и получил очень чувствительный прибор для измерения малых электрических токов, на который земное магнитное поле не влияло. Для этого Нобили расположил одну стрелку пары внутри мультипликатора, а другую — снаружи. Так как магнитное поле тока внутри мультипликатора направлено в одну сторону, а вне его, естественно, в другую, то стрелки астатической пары испытывали при этом вращательный момент одного знака. Кроме того, Нобили использовал демпфер для устранения вращательных колебаний стрелки, представлявший собой металлическую лопасть, погруженную в чашечку со ртутью. Этот прибор был прообразом гальванометра [73].
В том же 1828 г. английский изобретатель В. Стерджен создал первый электромагнит с сердечником из мягкого железа. С этого времени применению электромагнитов был открыт широкий путь в экспериментальной физике и электротехнической практике.
Для изучения и применения электрических и магнитных явлений много сделал известный американский естествоиспытатель Дж. Генри [127], вклад которого в науку и практику длительное время недооценивался в Европе. Между тем Генри независимо изобрел электромагнит (слаботочный, но очень сильный), создал электрический звонок и, что весьма ценно, высказал предположение (подтвердив его опытами) о возможности применить электрический ток для сигнализации на расстояние с помощью электрического звонка. Кроме того, Генри обнаружил, что разряд лейденской банки — колебательный.
3 Заказ 196
33


ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Следующим важным этапом исследований электрических и магнитных явлений, имевших большое практическое значение, было открытие и изучение законов постоянного электрического тока. Одним из первых в этой области следует назвать немецкого физика Георга Ома.
В 1827 г. Ом сформулировал основополагающий количественный закон, связывающий величины электрического тока, электродвижущей силы батареи и сопротивления простой электрической цепи, составленной из батареи и соединяющих ее полюса последовательно включенных разнородных проводников. Кроме того, он обнаружил, что различные вещества оказывают электрическому току различное сопротивление. Такую же догадку несколько раньше высказал Дэви, но значения ей не придал. Ом экспериментально установил, что в последовательной цепи, составленной из нескольких участков с проводниками разного сопротивления, ток во всех участках одинаков, различна только разность потенциалов на проводниках, которую Ом назвал «падением напряжения». Чрезвычайно интересным в исследованиях немецкого физика было то, что он попытался подвести под свои экспериментальные работы теоретическую основу, использовав аналогию — представляя электрический ток как поток жидкости определенного напора через трубы с различным внутренним трением и различным поперечным сечением [301, 302]. Это позволило Ому вывести математическую зависимость между током, сопротивлением проводника и падением напряжения на нем.
В 1832 г. петербургский академик Э. X. Ленц провел исследования закономерностей протекания тока в простой цепи и показал, что закон Ома справедлив и для цепей с индукционными токами, расширив тем самым рамки применимости закона и показав его универсальность. Ленц исследовал явление электрической индукции, измерил индуцированные токи баллистическими методами.
Следующим шагом в изучении законов электрических токов было исследование разветвленных цепей (с последовательно и параллельно включенными проводниками). Наибольшую ценность здесь имели работы немецкого физика Густава Кирхгофа. В 1845 г. Кирхгоф сформулировал два закона («правила») разветвленных цепей: 1) алгебраическая сумма токов в точке разветвления цепей равна нулю и 2) алгебраическая сумма электродвижущих сил (ЭДС) и напряжений в замкнутом контуре равна нулю [365]. Закон Ома и закон Кирхгофа впервые дали возможность производить расчеты электрических цепей и легли в основу зародившейся электротехники.
Практическая электротехника нуждалась в методах измерений электрических величин и в соответствующих измерителях. Существенную роль в становлении и развитии электрической метрики сыграли исследования Ампера, Гаусса, Вебера, Якоби, Уитстона и других, составившие научную основу электрической метрологии. Сначала сложились методы измерения силы тока, напряжения, а затем и сопротивления проводников. Особенно важны были работы К- Ф. Гаусса. Он не только предложил ряд измерительных (в том числе электрических) приборов, но в 1832 г. совместно с В. Вебером разработал универсальную систему абсолютных единиц, основанную на трех основных единицах — миллиграмме, миллиметре, секунде; через них выражались все остальные единицы его системы, в том числе единицы силы тока, напряжения и сопротивления. Позже абсолютная система Гаусса-
34


Вебера была несколько видоизменена и упрощена. В ее основу легли грамм, сантиметр, секунда. Она применялась в электротехнике и физике до середины XX в., а затем стала вытесняться системой СИ.
Были усовершенствованы гальванометры (Поггендорф, 1821 г.), изобретены электродинамометр (Вебер, 1846 г.), вольтаэлектрометр (Фарадей, 1834). Предложены методы измерений — баллистический (Ленц, 1832 г.) и компенсационный (Поггендорф, 1841 г.). Существенное значение для электротехники имели труды Ч. Уитстона, который в 1840 г. разработал (и в 1843 г. опубликовал) способ измерения электрического сопротивления проводников, независимый от ЭДС источника, и построил удобный измеритель сопротивления, так называемый «мостик Уитсона».
В первые две трети XIX в. в электрическую метрику был введен ряд эталонов для упрощения и уточнения процесса измерений. Например, эталоны сопротивления разработали Ленц (1838 г.), Уитстон (1843 г.). Эти эталоны были выполнены из калиброванной медной проволоки. В 1860 г. В. Сименс предложил эталон сопротивления в виде ртутного столба. В 1861 г. был образован специальный международный комитет по электрическим эталонам, и в частности по эталонам сопротивления. В 1870 г. он предложил следующие практически удобные единицы: для измерения ЭДС — равную 108 абс. ед. («Вольт»); для измерения сопротивления — равную 109 абс. ед. (названную сперва «омада», а впоследствии «Ом»); для измерения емкости— равную КГ9 абс. ед. («Фарада»). Единица тока («Ампер») и единица количества электричества («Кулон») были связаны по системе Гаусса—Вебера и составляли по 10-1 абс. ед.
Весьма важные исследования законов теплового действия тока проделали независимо Дж. Джоуль (1841 г.) и Э. Ленц (1843 г.), что привело к открытию одного из основополагающих законов физики, связывающего время, электрический ток, протекающий по проводнику, и количество теплоты, — знаменитый закон Джоуля—Ленца.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
РАННИЕ СРЕДСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВЯЗИ
ПЕРВЫЕ ОПЫТЫ ПО ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМУ ТЕЛЕГРАФИРОВАНИЮ
Одной из важных сторон развития науки и техники конца XVIII—начала XIX в. было углубление взаимосвязей между теоретическими представлениями об электрических и магнитных явлениях и их техническими применениями. Действительно, с конца XVIII в. ряд явлений из области электричества и магнетизма начал использоваться в технических устройствах, нашедших применение на практике. Многие из них впоследствии прочно вошли в жизнь общества. Среди таких социально необходимых технических средств оказались электрические машины — электродвигатели и генераторы электрического тока, трансформаторы и преобразователи. Далее следует указать на применение электрохимических действий тока при разложении воды, получении металлов, гальванопластике. Были использованы тепловые действия тока сначала в военном деле для создания «галь¬
з*
35


ванических» мин с электровзрывателями, а позже на этой основе стали работать приборы для освещения.
Весьма характерно, что естественнонаучные знания в области электричества одно из первых применений получили для целей связи. Одной из побудительных причин этого послужило то обстоятельство, что существовавшие оптические телеграфы конца XVIII—начала XIX в. были весьма несовершенны, а необходимость в надежных средствах связи диктовалась быстрым развитием мореплавания, освоением новых земель, расширением торговых отношений между государствами. Поэтому ученые и изобретатели обратились к новым научным достижениям, чтобы попытаться найти им применение прежде всего для передачи информации.
Такие попытки впервые были сделаны еще в то время, когда в физике было известно только статическое электричество. Они связаны с именем француза Луи Гийома Лемонье [73]. В 1746—1747 гг. он провел опыты передачи по металлическим проводам статического электричества с целью осуществления сигнализации на расстоянии. Конечно, экспериментатор столкнулся с целым рядом существенных практических трудностей и его опыты не дали практического выхода, они представляют интерес лишь как первая попытка создания электросвязи.
В феврале 1753 г. в одном из шотландских периодических изданий было опубликовано письмо в редакцию, подписанное инициалами «С. М.», в котором излагался проект системы для телеграфирования на расстояние с помощью электростатических зарядов, которые предполагалось передавать по проводам [190]. Автор письма предлагал протянуть между пунктами связи «столько металлических проводов, сколько букв в алфавите». На концах каждого изолированного провода предполагалось подвесить на электропроводной нити легкий шарик рядом с пластинкой, на которой изображена буква. Прикосновение на передающем пункте заряженным предметом (например, кондуктором электрической машины или лейденской банки) к соответствующему проводу должно было вызывать отклонение шарика у переданной буквы. Историки науки и техники пока не смогли достоверно ответить на вопрос, кто скрывался за инициалами «С. М.». В ряде работ называют Чарльза Моррисона, школьного учителя из Ренфрю (Шотландия), что нам кажется наиболее вероятным, другие считают автором изобретателя Чарльза Маршалла из Ренфрю [212]. К первой версии склоняется, в частности, современник события Фрэнсис Рональде, о котором будет сказано дальше.
В 50—60-е годы XVIII в. появляется ряд высказываний и проектов по использованию статического электричества для связи. Среди них заслуживает упоминания идея учителя из Рима Иосифа Бозолуса использовать между пунктами связи два изолированных металлических провода для передачи электростатических зарядов1 на расстояние. В месте приема предполагалось наблюдать за появлением электрических искр, количество и сочетание которых должно было составлять телеграфный код. Проект Бозолуса был предложен не позднее 1767 г. [212, примеч. 6].
В 1777 г. А. Вольта высказал мысль о том, что искрой от лейденской банки, переданной по проводам, можно взрывать горючий газ или порох и тем самым производить сигнализацию [212, примеч. 8]. Ясно представляя трудность осуществления хорошей изоляции металлических линий связи, Вольта высказал предположение, что голые металлические провода можно
36


Рис. 7. Электростатический телеграф Рональдса (1816 г.) а — схематическое изображение; б — диск; в — экран с диском
подвешивать на столбах на изоляторах [212, примеч. 9]. История сохранила сведения о подобных же проектах электростатической сигнализации, предложенных Лесажем, Ломондом и др. [212, примеч. 10—13].
Все эти предложения представляют для истории связи определенный интерес, показывая реальные попытки практического применения для целей связи совершенно нового физического явления — статического электричества. Не менее важно и то, что в этих попытках была высказана мысль о передаче электричества на расстояние по металлическим проводам. Это
37


предложение тем более интересно, что в то время металлические провода практически вообще не использовались, а в физических опытах с электричеством применялись короткие цилиндрические отрезки металла или тонкие и не очень длинные металлические цепочки. Факт этот приобретает совершенно особое значение прежде всего потому, что в дальнейшем развитии электрических средств связи металлические проводные линии займут прочное место как важнейшее звено систем связи.
После появления проектов, основанных на простейших идеях и принципах действия электрических систем связи, расширились экспериментальные исследования по электросвязи и появились действующие устройства. Одна из первых попыток построить электрическую систему связи принадлежит испанскому инженеру Франсиско де Сальва. Есть сведения, что он в 1796—1798 гг. передавал статические заряды на расстояние по проводной линии, построенной С помощью А. Бетанкура. Линия состояла из двух металлических проводов, прикрепленных к столбам посредством изоляторов. Связь проводилась между Мадридом и Аранхуэсом на расстоянии около 50 км. О своих работах де Сальва сделал доклад в Барселонской академии [326, с. 110].
К началу XIX в. относится еще одна попытка построить действующий электростатический телеграф. Френсис Рональде, состоятельный житель Лондона, увлекавшийся физическими экспериментами, разработал оригинальную систему телеграфирования с помощью электрических зарядов от электростатической машины. Весьма характерно, что им был использован метод синхронизации механизмов, о котором мы упоминали в связи с применением в Древней Греции водяных часов и первыми опытами Шаппа. В третий раз в истории техники изобретательская мысль обратилась к этому принципу, как дающему определенные возможности создания простых сигнальных систем. Как мы увидим, этот принцип и в дальнейшем найдет воплощение в технических средствах связи — в телеграфах Б. С. Якоби.
Рональде в 1816 г. построил действующие аппараты. Его телеграф (рис. 7) был устроен следующим образом [320]. Часовой механизм приводил во вращение диск с нанесенными на нем 20 наиболее употребительными буквами алфавита, служебными командами и цифрами. Диск был закрыт непрозрачным экраном с окошком, в котором были видны последовательно проходящие знаки. Перед экраном на нитях висели легкие шарики, связанные проводом с электростатической машиной, находящейся на передающем пункте. С приемного пункта можно было посредством такой же электростатической машины передавать сигналы обратно на передающий пункт, где также имелся приемный аппарат. Перед началом работы по специальному сигналу от электростатической машины часовые механизмы, приведенные заранее к «нулевому» положению, одновременно запускались. Далее происходило синфазное вращение дисков на передающем и приемном пунктах, в окошках аппаратов последовательно появлялись одинаковые знаки. Для передачи нужного знака в момент его прохождения в окошке с передающего на приемный пункт поступал электростатический сигнал: шарики расходились. В этот момент часовые механизмы останавливались, а переданный знак фиксировался. В качестве вызывного устройства использовался газовый пистолет, приводимый в действие на расстоянии электростатическим разрядом.
Это интересное устройство не удалось внедрить в широкую практику:
38


английские власти отказали Рональдсу в помощи, не видя необходимости в электрическом телеграфировании. Однако для историков техники важно, что Рональде сумел соединить в своем .проекте многие из известных в то время принципов техники связи: применение синхронизма, использование вызывного устройства, проволочную изолированную линию и, главное, электричество как энергию, с помощью которой передавалась информация.
Вскоре попытки применить электростатические явления для телеграфирования были оставлены ввиду их очевидной бесперспективности, определяемой трудностями создания высоковольтных линий большой протяженности, по которым без потерь можно было бы передавать статическое электричество.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕГРАФЫ
После появления электрических батарей и открытия У. Никольсоном и А. Карлейлем электрохимического действия электрического тока сразу начали делаться попытки использовать гальваническое электричество. Наиболее ранние опыты связаны с именем уже упоминавшегося Ф. де Сальва. Сначала он предполагал (1800 г.) построить электрохимический телеграф, использовав в качестве индикаторов электрохимического тока лапки лягушки, как в опытах Л. Гальвани. В системе, представлявшей предложенный им ранее многопроводный электростатический телеграф, он хотел использовать ток от гальванической батареи, который на конце линии воздействовал бы на лапки лягушки, помеченные буквами алфавита, сокращение лапок под действием тока дало бы возможность телеграфирования. Однако этот способ не вышел из экспериментальной стадии, Сальва провел лишь опыты с линией связи длиной около 300 м [212].
В 1802 г. де Сальва построил телеграф с индикаторами другого типа — электрохимического (электролитического). Он воспользовался так называемыми «вольтаметрами» — приборами для лабораторного измерения количества электричества, т. е. сосудами с подкисленной водой и опущенными в нее золочеными электродами. При пропускании тока от гальванической батареи (вольтова столба) через такой сосуд на его электродах вследствие электролиза воды начинали выделяться пузырьки газа. Де Сальва построил телеграф с числом сосудов по количеству букв алфавита. Сначала их было 32, а затем 25 — минимально необходимых для передачи сообщений [213, с. 346]. Линия связи имела столько же проводов и еще один общий провод. Об этих своих работах де Сальва сделал доклад в Барселонской академии наук. Об опытах де Сальвы в то время за пределами Испании ничего известно не было. Почти столетие спустя историки науки обнаружили в каталонских архивах рукописи де Сальвы, поражавшие воображение оригинальностью технических идей автора, высказавшего их в то время, когда явления электричества лишь начали изучать [326].
Значительно большую известность в истории электрических телеграфов получили работы мюнхенского анатома и естествоиспытателя С. Зёммеринга. В 1809 г. он построил действующую модель электрохимического телеграфа, по принципу действия почти не отличавшуюся от аппаратов де Сальвы, но имевшую сложный, хотя и более удобный индикатор, в котором Зёммеринг использовал электрохимическое действие тока, т. е. его способность вызывать
39


разложение воды [342]. Первый вариант электрохимического телеграфа Зёммеринга представлял собой линию передачи из 35 проводов (по числу букв — 25 — немецкого алфавита и 10 цифр) и одного общего провода. В качестве индикатора использовалась стеклянная ванна с подкисленной водой, в которую были опущены маркированные буквами алфавита концы многопроводной линии связи. Присоединение на передающем пункте гальванической батареи к одному из проводов вызывало появление пузырьков газа у соответствующего провода индикатора на приемном пункте. В телеграфном индикаторе Зёммеринга было оригинальное вызывное устройство, работающее по следующему принципу. Выделяющийся газ у конца вызывного провода на приемном индикаторе попадал в особую чашечку, поднимал ее и системой рычагов приводил в действие вызывной звонок.
29 августа 1809 г. Зёммеринг сделал доклад о своем телеграфе в Мюнхенской академии наук и продемонстрировал действие его простейшего варианта. Ученый в это время провел экспериментальную связь на расстоянии в несколько километров. Через год Зёммеринг усовершенствовал свой аппарат, ввел уже упомянутое вызывное устройство, клавишный передатчик.
Эксплуатационные неудобства электрохимического телеграфа Зёммеринга, определяемые многопроводной линией и сложным индикатором с несколькими десятками штырьков, на которых оператор должен различать выделение газа, подтолкнули изобретательскую мысль искать пути технического упрощения этой системы телеграфирования. Прежде всего появились предложения уменьшить число проводов в линии и передавать знаки алфавита и цифры не непосредственной индикацией каждой из них в приемном аппарате (по выделению пузырьков газа), а комбинацией меньшего количества таких же электрохимических сигналов, передаваемых по меньшему числу линейных проводов. Есть сведения, что эту мысль высказал сам Зёммеринг. Впоследствии она была развита несколькими изобретателями, усовершенствовавшими конструкции электрохимических телеграфов путем использования кодирования из сочетания нескольких сигналов. Среди них И. Швейггер (1811 г.), Б. Шарп (1813 г.), Р. Кокс (1816 г.) и др. Проявил большой интерес к электрохимическим телеграфам в момент их появления русский ученый П. Л. Шиллинг, который находился в составе русского посольства в Мюнхене [145] и принял участие в опытах Зёммеринга в 1810 г.
Весьма характерно, что к опытам над электрохимическими телеграфами Зёммеринг приступил после того, как ему Мюнхенской академией наук, членом которой он состоял, было поручено разработать новую конструкцию семафорного телеграфа для Баварского королевства. Зёммеринг справедливо считал семафорные телеграфы крайне несовершенными техническими средствами, не видел особых перспектив для их дальнейшего развития, больше веря в будущее электрических систем, хотя представляя, что на пути их применения имеются многие трудности и технические препятствия.
В создании электрохимических систем телеграфирования особых успехов достигнуто не было. Важной особенностью поисков в этом направлении было то, что в первом десятилетии XIX в. в технике связи уже сложились определенные практические оценки возможностей известных к тому времени физических явлений и основанных на этих явлениях технических устройств, предназначенных для целей связи.
Во-первых, семафорные, оптические телеграфы, нашедшие достаточно широкое применение в ряде стран, после изучения основных свойств электричества стали представляться как средства в значительной мере несовершен¬
40


ные и устаревшие, их недостатки стали более очевидны. Тем не менее в процессе их развития сложился важный для дальнейшего принцип: для создания наиболее эффективных систем связи необходимо было использовать кодирование информации — и это упрощало технические проблемы. Реализация этого принципа в первых же электрических системах связи позволила уменьшить количество изолированных проводов в дорогостоящих линиях связи и повысить скорость передачи сообщений.
Во-вторых, применение электростатических систем телеграфирования привело к выводу о практической непригодности их и о бесперспективности применения для целей связи электростатических зарядов.
В-третьих, стало очевидным, что только исследование свойств электрического тока давало возможность ожидать в этой области определенных успехов, хотя электрохимические телеграфы как первые устройства оказались неудачными.
ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ТЕЛЕГРАФОВ
Идея применения электромагнетизма для телеграфирования была высказана вскоре после опытов Эрстеда (лето 1820 г.), обнаружившего действие электрического тока на магнитную стрелку. Через несколько месяцев (2 октября 1820 г.) Ампер предложил использовать магнитную стрелку для телеграфирования как индикатор электрического сигнала, посылаемого по линии. Многие изобретатели занялись разработкой телеграфных систем, основанных на электромагнетизме. Особенно много усилий в этом направлении приложили английские исследователи, так как в Англии применение оптических телеграфов было особенно трудным из-за туманов и частого ненастья. Впрочем, как и в любом новшестве, были и здесь свои скептики. Так, например, английский физик П. Барлоу весьма отрицательно отнесся (1824 г.) к возможности реализации предложения Ампера [165].
Наиболее ранние опыты, завершившиеся созданием действующей модели, проделал в Англии У. Ритчи (1830 г.) [212]. Шотландский изобретатель из Эдинбурга В. Александер использовал уже мультипликаторы Швейггера и в 1837 г. сделал модель с клавишным передатчиком (30 клавиш) и приемником, имевшим доску, на которой располагались 30 мультипликаторов (по шесть штук в пять рядов) [212]. Соответственно этому было и число соединительных проводов. На стрелках мультипликаторов закреплялись легкие латунные экранчики, закрывавшие нанесенные на доску буквы алфавита. При срабатывании мультипликатора нужная буква открывалась. Но Александеру не удалось осуществить телеграфирование на большие расстояния — мешали сопротивление проводников и их плохая изоляция друг от друга.
Наиболее успешные практические результаты в области электромагнитных телеграфов были получены русским ученым П. Л. Шиллингом. Прежде чем описать его аппараты, обратим внимание на ряд обстоятельств, определивших успех работ П. Шиллинга. Совместная работа с Зёммерингом над электрохимическими телеграфами убедила Шиллинга, что только электромагнитные приборы и гальванические источники тока могут безотказно служить целям практического телеграфирования. Поэтому в основу своих телеграфов он положил принцип действия мультипликатора Швейггера. Шиллинг занялся также решением другой задачи, без которой, как он понял, электромагнитные телеграфные аппараты, даже самой совершенной конструкции, никогда не перестанут быть лишь демонстрационными устрой-
41


ствами для физических опытов. Эта задача заключалась в создании хороших проводных линий большой протяженности. Зная о работах своих предшественников, Шиллинг понимал ответственную роль проводной линии связи, отдав себе отчет, что ее следует делать низкоомной и хорошо изолированной, чтобы устранить ненужные потери энергии в ней и тем самым увеличить дальность действия телеграфа. В то же время он не меньшее значение придавал и хорошему конструктивному выполнению линии.
Шиллинг разработал прообраз современных кабелей в форме медных проводников, обмотанных шелком и покрытых каучуком. Кабели состояли из нескольких изолиро- Павел Львович Шиллинг (1786—1837) ванных подобным образом жил,
скрученных и покрытых снаружи пеньковыми волокнами и каучуком. Получалось весьма надежное и долговечное изделие. В 1813 г. Шиллинг изготовил для своих опытов изолированный кабель длиной около 65 м. На Парижской выставке 1881 г. демонстрировался образец кабеля из восьми изолированных жил. Для прокладки кабелей в земле и под водой Шиллинг предполагал еще бронировать их. Экспериментальная восьмипроводная кабельная линия для телеграфов, прошедшая успешные испытания, была проложена в 1836 г. вокруг здания Адмиралтейства в Петербурге.
Кроме кабелей, Шиллинг экспериментировал и с оголенными проводами, укрепленными на столбах посредством стеклянных изоляторов. Этот вид линий показал хорошие электрические качества и, кроме того, был значительно дешевле кабелей. Шиллинг весьма четко представлял сферы применения и кабелей, и воздушных проводов. Первые, как он считал, предназначались главным образом для преодоления водных препятствий, а воздушные провода на столбах — для использования на суше. Правительственные учреждения России того времени, имевшие крайне смутное представление об особенностях применения электрических телеграфов, отнеслись к идее воздушных проволочных линий с абсолютным непониманием. Один из представителей властей ответил Шиллингу: «. . .ваше предложение — безумие, ваши воздушные проволоки поистине смешны» [143]. Однако история показала, что развитие телеграфной техники пошло по пути применения «смешных» воздушных проводов и изолированных кабелей именно в тех областях, которые были предсказаны русским ученым. П. Л. Шиллинг на опыте предшественников убедился, что надежные системы электрических телеграфов не могут быть получены путем последовательной передачи сигналов по отдельным проводам, число которых соответствовало числу букв. Он пришел к выводу, что путь упрощения и увеличения надежности телеграфных систем заключается в применении кодирования при небольшом количестве одновременно передаваемых сигналов.
42


Как уже упоминалось, в качестве основного элемента своих телеграфов Шиллинг взял мультипликатор, а точнее, его более чувствительную модификацию с астатическими стрелками. Каждая пара стрелок мультипликатора была жестко связана с небольшим легким диском, одна сторона которого была белой, а другая — черной. Когда ток в мультипликаторе протекал в одном направлении, диск был повернут к наблюдателю белой стороной. При перемене направления тока диск вместе со стрелкой поворачивался на 180° и наблюдатель видел черную сторону диска. В отсутствие тока диск устанавливался к наблюдателю ребром. Шиллинг использовал, таким образом, сигнализацию путем вариации трех положений диска: «черное», «белое», «нейтральное».
Сначала (1829 г.) он построил и испытал экспериментальный телеграф с одним мультипликатором (одним диском), в котором управление положением диска производилось переключателем в форме штепсельной четырех- штеккерной вилки. Приемная и передающая станции имели одинаковые переключатели, гальванические батареи и мультипликаторы с дисками.
Затем в 1832 г. Шиллинг разработал свою основную конструкцию с шестью мультипликаторами (рис. 8). Седьмой мультипликатор служил для приведения в действие вызывного звонка с часовым механизмом. В этой конструкции передатчик был выполнен уже в форме клавишного манипулятора, состоящего из 8 клавиш (4 белых и 4 черных). Линия передачи имела 8 проводов. Шесть пар клавиш были связаны проводами с соответствующими шестью мультипликаторами. Одна пара — с вызывным устройством. Имелась еще одна «общая пара» клавиш для переключения полярности гальванической батареи.
Порядок расположения клавиш в передающем приборе и мультипликаторов в приемном был один и тот же. Работа телеграфа Шиллинга проходила следующим образом. Если нужно было передать сигнал «белое», оператор нажимал белую клавишу, соединенную с соответствующим мультипликатором. При этом следовало также нажать белую клавишу «общей пары». Соответственно при нажатии черной клавиши (и такой же в «общей паре») передавался сигнал «черное». Ненажатые клавиши соответствовали положению «нейтральное».
Устройство телеграфов П. Л. Шиллинга не отличалось новыми принципиальными особенностями, за исключением применения специальных многожильных кабелей с хорошей изоляцией. В телеграфах Шиллинга использовались уже известные в науке и технике мультипликаторы с демпфером и астатической парой стрелок, клавишное передающее устройство, прообраз которого был применен де Сальвой и Зёммерингом, и вызывной механизм (принцип которого был разработан Зёммерингом в 1811 г.). И тем не менее телеграф Шиллинга благодаря научному синтезу всех составляющих его элементов и использованных принципов стал совершенно новым техническим устройством, вполне пригодным для практического решения проблем дальней связи.
Следует еще раз подчеркнуть, что Шиллинг очень серьезно отнесся к проблеме кодирования сигналов и правильно оценил, что качество кодирования либо сделает телеграфы удобными для использования, либо, если код будет сложным, станет препятствием к их широкому распространению. Кстати сказать, большинство предшествующих средств оптических и электрических телеграфов жизнь отклонила и из-за несовершенства кодовых систем. Опыт работы Шиллинга в области шифрования и тайнописи в период
43


Р и с. 8. Электромагнитный телеграф Шиллинга (1832 г.)
его дипломатической службы, а также научный анализ всех известных систем кодирования сообщений позволили ему разработать удобные и емкие коды, которые и с современных позиций выглядят совершенными. Код, созданный им для телеграфирования одним мультипликатором с чернобелым диском, состоял из сигналов, разделенных по времени, т. е. это был по сути дела один из исторически ранних последовательных неравномерных кодов. Он составлялся из комбинации двух типов сигналов («черное» и «белое») и паузы («нейтральное»).
Однако для того времени неравномерный код показался трудным в употреблении, так как требовал специально выработанного умения выделять комбинации сигналов, соответствующие каждой букве или цифре. Последующее исследование систем кодирования привели Шиллинга к созданию еще одного кода, примененного им в шестистрелочном телеграфе. Для передачи букв, цифр и служебных команд в этом коде использовались шесть одновременных комбинаций из тех же трех сигналов. Таким образом, это был равномерный шестизначный код.
В 1835 г. специально для демонстрации своего телеграфа на Боннском съезде естествоиспытателей и врачей Шиллинг построил аппарат с пятью мультипликаторами и разработал для этого другой, также равномерный (пятизначный) код. Это было вызвано тем, что латинский алфавит, который был использован в этих опытах, имел меньшее количество букв, чем русский.
После Шиллинга многие исследователи посвятили свои работы созданию и изучению различных кодов, чем было положено начало новому направлению, связанному с более глубоким анализом проблемы кодирования, в том числе с применением математического аппарата.
9 (21) октября 1832 г. П. Л. Шиллинг в своей петербургской квартире на Марсовом поле показал в действии шестистрелочный телеграф. Эта
44


дата считается началом электромагнитного телеграфирования. В 1836 г. он проложил экспериментальную кабельную линию связи протяженностью около 5 км у здания Адмиралтейства (о которой уже упоминалось) и применил свои шести стрел очные аппараты для опытов внутриправитель- ственной связи. Несмотря на явные успехи, телеграфы Шиллинга не получили в России широкого применения. Но идеи русского ученого широко распространились в Европейских странах после его смерти (1837 г.) и легли в основу многих конструкций электромагнитных телеграфов.
Работы П. Л. Шиллинга явились как бы рубежом в истории электрической телеграфии. Успех русского ученого определялся тем, что он хорошо понимал и правильно оценивал требования жизни, отсюда точная постановка им технических задач связи с учетом всех достижений науки и техники своего времени. Этому способствовали глубокая эрудиция и разносторонность интересов.
Вклад Шиллинга в развитие электрических средств связи имеет несколько составляющих. Во-первых, это создание надежно действующих приемного и передающего телеграфных аппаратов, которые и с позиций современной техники были достаточно совершенны. Во-вторых, разработка и практическая апробация кабельных и воздушных телеграфных линий. В-третьих, понимание им важной роли вопросов кодирования в решении задач телеграфирования, разработка .практически удобных и простых кодов, которые легли в основу дальнейших работ по телеграфному кодированию.
Сравнивая достижения П. Л. Шиллинга с результатами многих изобретателей, работавших после него в области телеграфии, можно видеть, сколь далеко пошел русский ученый и как много им было сделано. Большинство его последователей лишь развивали технические принципы его аппаратов и воплощали в практику его решения, не добавляя почти ничего принципиально нового.
РАЗВИТИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ТЕЛЕГРАФОВ
Первыми в Европе в 1833 г. (еще при жизни Шиллинга) применили свой магнитометр, принципиально подобный чувствительному мультипликатору с укрепленным на стрелке зеркальцем, К. Гаусс и В. Вебер для опытов по телеграфированию в Геттингенском университете [327, с. 33—38]. Магнитометр был соединен двухпроводной линией с батареей или индуктором постоянного тока. В 1837 г. конструкцию телеграфа Шиллинга почти без изменений повторил в Англии Уильям Кук. Он использовал клавишное передающее устройство и четыре мультипликатора в приемнике. В том же году он образовал совместно с известным английским физиком Ч. Уитстоном фирму по производству и эксплуатации телеграфной аппаратуры. Благодаря Уитстону эта фирма быстро усовершенствовала стрелочные телеграфные аппараты и в 1837—1838 гг. получила патенты на два варианта оригинальных телеграфных устройств с передающим клавишным аппаратом и мультипликаторным четырехстрелочным приемником (рис. 9). Стрелки были расположены на вертикальной доске таким образом, что сочетание пространственных положений трех из них указывало на изображенные на доске буквы и цифры. Этот тип аппаратуры Кука и Уитстона применялся в Англии с 1839 до 1843 г. на Большой западной железной дороге.
45


Р и с. 9. Стрелочный электромагнитный телеграфный аппарат Кука и Уитстона (1840 г.)
Кроме того, Кук и Уитстон разработали довольно сложную в эксплуатации пятистрелочную конструкцию телеграфа (1839 г.),
а затем двухстрелочную (1840 г.). В 1841 г. между компаньонами возник конфликт и фирма распалась. Имя Кука вскоре перестало встречаться в технической хронике, а Уитстон еще долгое время оставался продуктивным творцом физической'науки. Работал он и в области телеграфии, в частности в 1845 г. создал однострелочный аппарат с последовательным неравномерным кодом.
Новым техническим приемом в пятистрелочном телеграфе Кука и Уитстона был более удобный способ расшифровки сигналов. Этот способ лег в основу ряда конструкций других авторов (Бреге, Сименс, Якоби и др.). Он давал возможность непосредственного прочтения передаваемых букв и цифр по указаниям стрелок, не требовал многопроводных линий связи. Но однострелочные системы телеграфирования, как это показал еще Шиллинг, требовали квалифицированного обслуживающего персонала, изучившего последовательный неравномерный код. Поэтому в стрелочных системах телеграфов произошло изменение: стал использоваться принцип синхронного вращения стрелок, а затем их шаговое перемещение.
В истории техники известны случаи использования принципов действия й технических средств техники прошлого для решения новых задач, когда техника еще не располагала новыми средствами для этого. При этом часто находили применение уже устаревшие или отвергнутые при решении конкретных задач конструктивные приемы и аппараты, которые в новых условиях для решения новых задач оказывались пригодными и могли приводить к неожиданным положительным результатам. Будем называть такие случаи вынужденного возврата к техническим приемам прошлого «ретроспективными паллиативами». Однако, как правило, ретроспективные паллиативы были нестойкими и со временем все-таки заменялись новыми, более эффективными решениями, основанными на новых технических принципах.
В этой связи следует упомянуть об идее использовать в электрической телеграфии принцип индикации, который применялся в семафорных аппаратах Шаппа, и, соответственно, его телеграфный код. Такую попытку, в частности, сделали А. Фой и Л. Бреге во Франции. Они создали телеграфный приемник, похожий в миниатюре на семафор Шаппа. Штанга семафора была горизонтальной и неподвижной, а на концах ее помещались обычные шапповские «крылья», которые с помощью мультипликаторов и храпового механизма могли принимать, как в шапповском телеграфе, восемь положений
46


каждое. Приемник соединялся с передающим пунктом двухпроводной линией (третьим проводом была земля). Работа на телеграфе производилась поворотом ручки специального коммутатора, который посылал в линию столько импульсов тока, сколько требовалось для перемещения электромагнитами обоих крыльев. Положение ручки соответствовало положениям штурвала в семафорах Шаппа. Телеграф Фойя-Бреге, который был испытан в 1845 г., имел преимуществу перед телеграфом Шаппа в том, что мог работать на значительно больших расстояниях и с более высокой скоростью. Кроме того, он позволял использовать контингент уже обученных для системы Шаппа телеграфистов. Последнее обстоятельство было очень важным для одного из авторов проекта: А. Фой являлся директором французских телеграфов и был заинтересован в максимальном использовании всех имевшихся у него технических и людских ресурсов [145].
Опыт практического использования электрических телеграфов выдвинул одно важное требование (которое впоследствии стало неотъемлемым свойством всех телеграфных систем) : необходимость фиксации переданных сигналов. Возникает новая тенденция развития и конструирования телеграфной аппаратуры — разработка пишущих аппаратов, которые записывали телеграмму условными знаками, а впоследствии — буквами на специальном носителе (как правило, на бумажной ленте).
Одним из первых построил модель мультипликаторного пишущего телеграфа ученик К. Гаусса, в дальнейшем известный ученый и мастер по астрономическим инструментам К. А. Штейнгель [344]. Важным звеном телеграфа Штейнгеля (1838 г.) были два постоянных магнита, которые в зависимости от направления тока в мультипликаторе усиливали или ослабляли свое действие и перемещали два трубчатых пера, наполненных чернилами. Перья прикасались к движущейся бумажной ленте и оставляли на ней расположенные в два ряда точки. Комбинации из двух рядов точек (максимально по четыре в каждом ряду) составляли буквенно-цифровой код.
Штейнгель впервые применил пищущее перо трубчатой конструкции. В передающем аппарате вместо гальванической батареи он использовал индуктор Э. Кларка, представляющий собой небольшую динамомашину постоянного тока с приводом от руки через повышающий редуктор. Позже такие индукторы стали использоваться для приведения в действие взрывателей и запалов в электроминном деле. При повороте ручки индуктора по часовой стрелке во внешней цепи протекал ток одного направления, при обратном движении — ток противоположного направления. Соответственно в приемном аппарате срабатывал то один магнит с трубчатым пером, то другой — со вторым пером. Приемный и передающий аппараты были объединены, и станции приема и передачи имели совершенно одинаковые элементы, в каждой были мультипликатор, пишущее устройство с приводным лентопротяжным механизмом и индуктор Кларка. Линия связи имела два провода. Аппаратура Штейнгеля использовалась на ряде железных дорог, но широкого распространения не получила.
В процессе исследований электрических телеграфов Штейнгель в 1838 г. открыл, что земля хорошо проводит электрический ток [319, с. 351]. Это позволило заменить один провод линии землей. Но он ошибочно полагал, что проводимость земли уменьшается с расстоянием, и думал, что пользоваться землей вместо второго провода можно только на коротких дистанциях.
47


Несколько позже, в 1844 г., русский физик Б. С. Якоби доказал, что проводимость земли не зависит от расстояния.
Вслед за Штейнгелем в 1839—1840 гг. Якоби построил пишущий аппарат, в котором впервые применил электромагнит с железным сердечником. Это был весьма надежный телеграфный приемный аппарат, положивший начало применению электромагнитов в телеграфии. Якорь электромагнита приводил в движение молоточек звонка и одновременно перемещал в вертикальном направлении рычаг с мягким карандашом, который оставлял ломаную линию на матовом стеклянном экране, равномерно перемещавшемся горизонтально часовым механизмом с помощью рельсовой каретки.
В этом телеграфе Якоби использовал разработанный им код из сочетания ломаных линий. Может показаться, что в какой-то мере этот код внешне напоминал код Шаппа. Но принципиально это был совершенно другой вид кода — неравномерный.
Пишущий телеграф Якоби в 1841 г. работал на линии правительственной связи между Главным штабом и Зимним дворцом в Петербурге, а в 1842 г. между Зимним дворцом и Главным управлением путей сообщения. В 1843 г. телеграф этого типа соединил Петербург с Царским Селом (25 км). Для линии связи использовались кабели разработанного Шиллингом типа [144].
Применение электромагнита для телеграфирования позволило ввести в технический оборот одно очень важное практическое средство — релейные станции. В 1832 г. в США Дж. Генри, исследуя работу электромагнитов, включал мощный сильноточный электромагнит посредством чувствительного слаботочного вспомогательного электромагнита. Идею Генри в дальнейшем развили Якоби и Уитстон.
В 1843 г. на телеграфной линии Петербург—Царское Село Якоби применил промежуточный электромагнит, который срабатывал от слабых передаваемых по линии посылок электрического тока. Электромагнит включал цепь местной, более мощной батареи, которая, в свою очередь, приводила в действие приемный телеграфный аппарат, находящийся на дальнем конце линии. Это позволило значительно увеличить протяженность телеграфных линий. Промежуточный электромагнит получил наименование «реле» (от французского «relais», что в то время означало «сменные лошади», «подстава», «промежуточная почтовая станция»). С тех пор электрические реле стали широко применяться. Разнообразное употребление они нашли в электрических телеграфах, а впоследствии и во многих других электротехнических устройствах.
Важно отметить, что применение реле и промежуточных релейных станций дало возможность распространить хорошо известный в технике связи того времени принцип ретрансляции также и на электрические телеграфы, при этом введя элемент автоматизма. Стало возможным сооружать линии электрических телеграфов большой протяженности (практически неограниченной длины) путем разбиения их на несколько ретрансляционных участков. Ретрансляционные пункты состояли из чувствительных реле, т. е. входных электромагнитов, которые срабатывали от слабых линейных телеграфных сигналов и включали в последующий участок линии ток от местной батареи. Применение реле и разделение телеграфной цепи на «линейную» и «местную» явились очень важным шагом в развитии электрических телеграфов и это было быстро подхвачено во всем мире. Телеграфы 40-х годов XIX в. (Уитстона, Морзе, Сименса, Юза и др.) уже имели обязательным элементом реле (а то и несколько для включения вспомогательных


Рис. 10. Телеграфный пишущий аппарат Морзе (1837 г.)
цепей). Реле явилось важным составным элементом и в первых радиоприемных приборах А. С. Попова, а также аппаратуры Г. Мар- кони, Д. Боса, А. Слаби и других пионеров радиосвязи. Несомненно, реле следует рассматривать как первый электрический прибор на пути развития средств электрической автоматизации.
Идея применения электромагнита и создания пишущих телеграфных аппаратов оказалась очень перспективной и вызвала появление многих изобретений. Более всего повезло американскому профессору живописи С. Морзе, которому удалось добиться успеха в создании действующего телеграфного аппарата пишущего типа, работающего от электромагнита. Начав свои работы с весьма несовершенной и неработоспособной конструкции еще в 1832 г., Морзе к 1844 г. получил от Американского конгресса существенные денежные ассигнования и, построив с помощью ряда ученых, в том числе Дж. Генри, конструктивно более зрелые аппараты, добился коммерческого успеха. Его телеграфы быстро стали распространяться как на Американском континенте, так и в Европе [182].
В первом телеграфном приемном аппарате Морзе (1837 г.), который был смонтирован на раме ткацкого станка, электромагнит притягивал вертикальный маятниковый рычаг (рис. 10). Укрепленный на его нижнем конце грифель вычерчивал ломаную зигзагообразную линию на бумажной ленте, которая приводилась в движение гиревым приводом. Таким образом, как и у Б. С. Якоби, телеграмма составлялась из комбинаций зигзагообразных знаков в соответствии с последовательным кодом. Позже Морзе разработал удачный последовательный код в виде сочетания коротких и длительных посылок тока (коротких и длинных отметок на движущейся ленте) [263, с. 66].
Неискушенность в электротехнике и в области электрической телеграфии привела Морзе к использованию в качестве передающего устройства (ключа) весьма своеобразного приспособления. Это была планка, напоминающая наборную типографскую линейку («верстатку»), в которую помещались штифты с зубчиками. Линейка с набранными штифтами (соответственно передаваемому сигналу) перемещалась в специальном станочке под электрическим контактом, который замыкал цепь батареи и электромагнита, приводящего в действие пишущий рычаг приемного аппарата. Применение наборного способа составления сигналов не ускорило передачу телеграммы в первых экспериментальных аппаратах Морзе. Гораздо удобнее оказалось пользоваться ручными замыкателями — ключами («ключ Морзе»), которые
VWW“\WW WW
T jT & 7 'i 'T T
4 Заказ 196
49


впоследствии были сконструированы инженерами организованной Морзе фирмы. Тем не менее идея предварительной подготовки к передаче телеграммы (накапливание телеграфных знаков на каком-то носителе) в дальнейшем дала неожиданные плоды и была проведена в жизнь. Во второй половине XIX в. были созданы специальные устройства (перфораторы), которые пробивали на телеграфной ленте комбинации отверстий, а передача сигналов проводилась очень быстрым пропусканием такой перфоленты через контактное передающее устройство. Передающее наборное устройство Морзе было первым шагом автоматизации процессов в электрической телеграфии.
В 1844 г. на американской телеграфной линии Вашингтон—Балтимора Морзе применил телеграфные аппараты с электромагнитным приводом пишущего механизма и пружинным лентопротяжным устройством. Запись телеграммы производилась на бумажной ленте в виде коротких и длинных продольных черточек и пробелов между знаками (троичный телеграфный неравномерный код). Этот телеграфный код, модернизированный в 1854 г. Европейским телеграфным союзом, находит применение до настоящего времени в качестве международного, сохранив свое название «код Морзе». Телеграфы Морзе распространились во всех странах. Известно- много их конструктивных модификаций, в том числе самые существенные, произведенные фирмой «Сименс-Гальске» (1852 г.) и Европейским телеграфным союзом (1870 г.).
СИСТЕМЫ ПРОВОДНОГО ТЕЛЕГРАФИРОВАНИЯ
Параллельно с развитием пишущих методов телеграфирования шло конструирование таких аппаратов, в которых передаваемая информация могла считываться визуально, без расшифровки кодов. Первым, кому удалось построить телеграф такого типа, был уже упоминавшийся Ч. Уитстон. Его аппарат с пятью мультипликаторами (1839 г.) довал возможность сразу прочитывать по указаниям пяти стрелок буквы алфавита. Однако система Уитстона требовала пяти линейных проводов (и земли). И эта ее сложность не позволила ей широко распространиться. В 1840 г. Кук и Уитстон пытались реализовать систему телеграфирования, работающую по принципу Рональдса. Отличие было в том, что старт-стопный сигнал давался посредством электрического тока. Конструкторов постигла та же неудача, что и Рональдса: часовые механизмы, работающие независимо друг от друга, очень быстро выходили из синхронизма, т. е. возникало фазовое расхождение и в передачу вносились ошибки.
Чтобы устранить этот недостаток, Кук и Уитстон попытались усовершенствовать систему, введя сначала стрелочный механизм с круговым вращением стрелки посредством шагового ее перемещения двумя электромагнитами. Конструкция не получилась. Тогда Уитстон применил вращение стрелки часовым механизмом, в котором было использовано шаговое перемещение стрелки анкерным устройством, приводимым в действие двумя электромагнитами. Необходимость в трехпроводной линии по-прежнему препятствовала внедрению этой системы.
В 1841 г. Б. С. Якоби, как уже отмечалось, начал работы по созданию стрелочных телеграфов. Он использовал все научные знания и изобретатель¬
50


ские идеи, накопленные его предшественниками, четко представив технические требования к таким системам. Как он понял, решение состояло в создании телеграфов с вращающимися стрелками, а перемещение стрелок должно быть шаговым за счет применения электромагнитов. В то же время линия передачи должна иметь минимальное число проводов.
Якоби работал до этого над созданием электродвигателей и генераторов и добился определенных успехов. В реализации идеи стрелочных электрических телеграфов он пришел к новому принципу импульсного управления электромагнитами с помощью хорошо изученных им коммутаторов, или коллекторов, — необходимого элемента электрических машин. Якоби предложил весьма изящное решение для осуществления принципа импульсношагового движения стрелок телеграфов. В 1842 г. он разработал модель действующего стрелочного телеграфа с горизонтальным расположением стрелок и циферблатов, а на протяжении 1843—1845 гг. построил и практически опробовал несколько типов таких устройств различной конструкции.
Принцип действия импульсно-шагового стрелочного телеграфа Якоби, схематическое устройство которого показано на рис. 11, состоял в следующем. Часовой пружинный привод развивает вращательный момент на валу телеграфного аппарата, в верхней части которого укреплена стрелка. Стрелка обходит горизонтально расположенный циферблат с нанесенными на нем буквами и цифрами. В нижней части вала расположен коллектор- прерыватель, составляющий важнейший элемент телеграфа. Когда стрелка указывает на любую букву или цифру, прерыватель замыкает цепь батареи и в телеграфную линию посылается ток. Посылка тока прекращается, когда стрелка находится между знаками циферблата. Таким образом при непрерывном вращательном движении стрелки на передающей станции в линию посылаются импульсы постоянного тока. На приемной станции имеется аналогичное устройство со стрелкой, но движение последней совершается не непрерывно, а шагово, под действием часового пружинного привода и анкерного (точнее, храпового) механизма. Храповой механизм приводится в действие электромагнитом, якорь которого притягивается под действием импульсов тока, поступающих по линии. Линия состоит из одного провода (с землей).
Перед началом работы специальными, очень простыми механическими устройствами стрелки устанавливаются в «нулевое» положение. Телеграфист на передающей станции запускает стрелку. По линии начинают передаваться импульсы постоянного тока. Под действием одного импульса, т. е. при перемещении стрелки на один знак, срабатывает приемный электромагнит, он воздействует на храповой механизм, и стрелка приемного аппарата перемещается на один знак. При движении стрелок не происходит нарушение синфазности. Передающий телеграфист с помощью специального штифта, вводимого в отверстие у нужного знака, останавливает свою стрелку именно у этого знака. На приемной станции стрелка также останавливается у такого же знака. Таким же образом передается следующий знак. Надо заметить, что в телеграфах Якоби оба аппарата — приемный и передающий — были совершенно одинаковые по конструкции. При работе любого аппарата на передачу в нем отключались шаговый электромагнит и храповое устройство, движение стрелки производилось равномерно-вращательно, а коммутатор посылал в линию ток от местной батареи. В приемном аппарате, наоборот, отключались коммутатор и местная батарея, а движе-
4-
51


Рис. 11. Стрелочный телеграфный электромагнитный аппарат Якоби (1845 г.)
ние стрелки осуществлялось шаговым электромагнитом в импульсно-шаговом режиме от посылаемого по линии прерывистого тока.
От простейшего способа передачи знака посредством введения штифта в отверстия на циферблате Якоби впоследствии перешел к стрелочному телеграфу с передатчиком клавишной конструкции. Клавиатура с нанесенными на ней буквами и цифрами имела механический
приводной механизм, который при нажатии на нужную клавишу останавливал стрелки против одноименного знака. Принцип же действия этих телеграфов был оставлен без изменения. Подобное же клавишное устройство, не отличавшееся в своей основе от клавишного телеграфа Якоби, применил В. Сименс (1847 г.).
При появлении пишущих телеграфов возникает мысль создать такие аппараты, которые производили бы непосредственную печать знаками алфавита и цифрами, что давало бы документальное подтверждение переданных сообщений. В этот же период возникли и попытки передачи изображений средствами электрической телеграфии, в том числе письменного текста, рисунков, факсимиле и пр. Такие попытки были сделаны средствами электрохимических телеграфов. Мы имеем в виду изобретение итальянским аббатом Д. Казелли в 1855 г. так называемого «пантелеграфа». Свое изобретение Казелли значительно усовершенствовал в 1862 г. и довел его до пригодной к эксплуатации формы [75].
Подобные же аппараты были предложены А. Беном и Ф. Бэквеллом [162, 163]. Не останавливаясь подробно на их описании, отметим, что принцип действия всех этих приборов был одинаковым и состоял в следующем. В передающем аппарате на специальном проводящем материале (например, оловянной фольге, натянутой на поверхности цилиндра — у Бэк- велла — или на часть цилиндра — у Казелли) наносились изображения и надписи с помощью особой непроводящей ток краски. На приемной станции на такой же цилиндрической поверхности помещалась бумага, пропитанная раствором красной кровяной соли, темнеющим под действием электрического тока. Над этими поверхностями на маятниковых рычагах качались легкие пружинные контакты. Один из них (на передатчике) перемещался по оловянному листу с изображением. Другой (на приемнике) скользил по бумаге. Батарея была включена в цепь пружинного контакта приемного аппарата. Передающий контакт через линию передачи включался параллельно приемному и шунтировал его. Когда передающий контакт проходил по слою непроводящей краски, шунтирующее действие отсутствовало и через приемный контакт протекал полный ток батареи, вызывая
52


потемнение бумаги. Когда передающий контакт перемещался по оловянной фольге, он шунтировал приемный контакт и через последний протекал незначительный ток, не вызывая потемнение бумаги. Таким образом на светлом фоне бумаги получалось темное изображение, в точности соответствующее передаваемому.
Синхронное построчное движение контактов на передающем и приемном аппаратах, а также синхронное перемещение контактов на толщину строки (после прохождения контактом каждой строки) осуществлялось электромагнитами по тому же принципу, как в стрелочных телеграфах, например у Б. Якоби. Следует обратить внимание на то, что в пантелеграфе (Казелли, Бэквелл) впервые была использована идея разложения на отдельные строчки цельного изображения, а также передача и воспроизведение частей изображения (сигнала) по линии с разделением по времени между приемным и передающим аппаратами. Именно этот принцип впоследствии лег в основу телевидения, хотя методы передачи и получения изображения были не электрохимическими, а светоэлектрическими.
Пантелеграф не получил распространения. Для этого были веские технические причины: сложность построения аппаратов, использование специальных химических веществ и тщательное проведение электрохимических процессов, производство специальной бумаги, чувствительной к воздействию электрического тока, и др. Имелись также и другие причины: по-видимому, общественное мнение было еще не готово к новой технике и социальное восприятие этого изобретения оказалось негативным. Пантелеграф Казелли был приобретен русским правительством для осуществления телеграфной связи с Китаем, чтобы иметь возможность передавать этим способом иероглифы. Однако после экспериментального применения пантелеграфа на линии Петербург—Москва в 1866 г. от его дальнейшего использования отказались.
Развитие телеграфии, кроме решения чисто практических задач передачи информации, дало толчок к изучению законов протекания тока в электрических цепях. Максвелл в 1873 г. хорошо выразил это обстоятельство, сказав, что «важные приложения учения об электромагнетизме к телеграфии оказали воздействие на чистую науку, придав коммерческую ценность точным электрическим измерениям и предоставив электрикам возможность пользоваться аппаратами в таких масштабах, которые далеко превосходили масштабы любой обычной лаборатории» [287, с. 3].
Эксплуатация телеграфных линий, и прежде всего подводных кабелей, выявила сильную зависимость скорости телеграфирования от электрической емкости линии связи. Телеграммы приходилось передавать медленно, в противном случае возникали искажения. А при передаче по трансатлантическому кабелю (проложенному в 1866 г.) ослабление сигнала было настолько велико, что пишущие аппараты не могли фиксировать информацию, их чувствительность была ниже 10 мА и прием проводился на слух с помощью телефонов.
С одной стороны, потребовались телеграфные приемные аппараты большой чувствительности. Их создал в 1866 г. Уильям Томсон (лорд Кельвин). Они имели пишущее устройство с сифон-рекордером и срабатывали от тока порядка 0,02 мА. С другой — в то время активно изучалось влияние на скорость передачи параметров линий, и прежде всего емкости и индуктивности. Было найдено, что воздушные провода обладали меньшей емкостью
53


по сравнению с кабелями и позволяли передавать сообщения с большей скоростью. В начале XX в. был предложен способ введения в телеграфную линию катушек индуктивности, чтобы компенсировать вредное влияние емкости и тем самым увеличить дальность связи. Этот способ был предложен в 1902 г. М. Пупином и получил название «пупинизации».
Необходимость увеличения пропускной способности телеграфных линий связи поставила важную проблему — обеспечение высокой скорости передачи телеграфных знаков. Способности человека-оператора ограничивали скорость передачи 250—300 знаками в минуту. Возросшие потребности в передаче информации такая скорость не удовлетворяла. Стало ясно, что качественный сдвиг можно ожидать только в результате автоматизации процесса передачи и приема.
Появившиеся первые автоматические устройства передачи сигналов работали по принципу накопления кодовых комбинаций и последующей передачи их с постоянной высокой скоростью. Этот принцип был применен в первых телеграфных аппаратах Морзе. Однако таким образом удавалось накапливать очень малое число знаков, что делало этот способ неработоспособным. На смену ему пришел метод использования перфорированной ленты. Бумажная лента заранее перфорировалась кодовыми комбинациями, причем скорость этого процесса могла быть небольшой. Затем лента быстро пропускалась через контактное устройство — ключ. В этом методе скорость ограничивалась только пропускной способностью линии связи и особенностями приемного аппарата. Система была разработана Ч. Уитстоном в 1867 г. [373] и получила в дальнейшем широкое распространение. Следующим шагом в автоматической телеграфии было появление буквопечатных систем — главным образом благодаря трудам Ф. Крида. Он предложил клавиатурные перфораторы, позволившие упростить подготовку перфоленты к передаче в специальном устройстве с клавиатурой, как в пишущей машинке.
Идея увеличения пропускной способности каналов телеграфной связи нашла развитие также в системах «многократного» телеграфирования. Основная мысль, которая была заложена в основу этих систем, заключалась в том, чтобы использовать паузы после передачи отдельных знаков телеграфного кода и перерывы между телеграммами для передачи в эти моменты дополнительных сигналов. Впервые она возникла в 1853 г. у Г. Фар- мена (Великобритания) и была реализована его соотечественником Д. Барнетом в 1860 г. Последний разработал специальную клавиатуру для одновременной передачи двух сообщений пятизначным равномерным кодом через особый распределитель. Для неравномерного кода подобные же системы были предложены в 1863 г. русским изобретателем В. Струбинским, а в 1872 г. — Б. Мейером (Германия). Эти изобретения давали сравнительно небольшой выигрыш в уплотнении линии передачи и требовали конструктивно сложной аппаратуры, которая отличалась ненадежностью.
Э. Бодо (Франция) в 1872 г. также пытался осуществить двухкратную передачу с помощью аппаратов Юза для импульсного кода. Однако он пришел к выводу о непригодности импульсного кода для уплотнения каналов связи. Бодо избрал в дальнейшем пятизначный код и построил надежные телеграфные двухкратные аппараты (патент 1874 г.). В 1876 г. он запатентовал пятикратный аппарат, который получил широкое распространение во многих странах. Производительность аппаратов Бодо достигала 360 знаков в минуту. Появившиеся впоследствии четырех- и шестикратные системы
54


имели производительность соответственно в два и три раза большую. Работы Бодо были важным вкладом в решение проблемы многократного автоматического телеграфирования. В знак признания больших заслуг Бодо Международный комитет по телеграфии назвал его именем в 1927 г. единицу скорости телеграфирования — «Бод».
Во второй половине XIX в. проблема уплотнения телеграфных каналов получила новое решение в виде дуплексного телеграфирования. Мысль о дуплексном способе телеграфирования впервые высказали чешский электрик Ф. Петржина и австрийский механик Ю. Гинтль. В 1853 г. они предложили схему телеграфа, в котором сопротивление телеграфного провода было уравновешено резистивными балансами и приемный аппарат каждой станции не реагировал на работу собственного передающего аппарата, но принимал сигналы от другой телеграфной станции. Идея Петржины и Гинтеля была конструктивно воплощена в 1854 г. Э. Сименсом и К. Фришеном. Принцип действия этого аппарата, названного дифференциальным, сам по себе был хорош, но конструктивно выполнить его было чрезвычайно трудно. Дело в том, что в момент, когда телеграфный ключ переходит от положения покоя в рабочее, его контакты на короткое время оказываются разомкнутыми. Эта принципиально неустранимая особенность делала дифференциальную схему в момент перехода ключа неработоспособной.
Русский математик 3. Я. Слонимский в 50-х годах XIX в. разработал систему встречного телеграфирования (квадруплексную), позволившую устранить указанное затруднение, а в 1871 г. американский инженер Д. Стирнс ввел в эксплуатацию упрощенную систему дифференциального дуплексного телеграфирования. У Стирнса телеграфный ключ управлял специальным вспомогательным реле с переходными контактами. И только в 1874 г. Томасом Эдисоном была реализована идея квадруплексного телеграфирования в практически пригодной аппаратуре. Эдисон совместно с Д. Прескотом предложил мостовую квадруплексную схему, в основе которой лежал принцип работы электрического моста Уитстона. При балансе моста токи в диагоналях были независимы.
В решении проблемы уплотнения телеграфных линий выделяется идея частотного телеграфирования. Этот принцип впервые был высказан еще в 1837 г. Ч. Пейджем, обратившим внимание на то, что при включении и выключении тока в соленоиде, находящемся между полюсами магнита, возникает звук вследствие колебаний магнитного сердечника катушки в магнитном поле. Это явление изучали О. Де ла Рив и Г. Вертгейм. В результате были изобретены зуммеры — приборы, издающие звук вследствие колебаний пружинного ферромагнитного сердечника с прерывателем. Ф. Петржина применил усовершенствованный им зуммер в качестве телеграфного аппарата для приема телеграмм на слух.
В 1860 г. учитель физики Э. Лаборд сделал доклад в Парижской академии наук, в котором изложил свои мысли об использовании резонанса механических колебаний сердечника электромагнита для телеграфирования по одному и тому же проводу токами различной частоты. Это и было положено в основу частотного телеграфирования. Он предложил передатчик в виде электромагнита с пружинным якорем, который посредством ртутных контактов прерывал ток в телеграфной линии с определенной частотой, зависящей от массы и упругости якоря. На приемной станции имелся электромагнит с якорем точно таких параметров. При включении тока
55


приемный якорь приходил в колебательное движение. Лаборд включил в один телеграфный провод несколько пар таких передающе-приемных аппаратов, настроенных на различные частоты, осуществив тем самым многоканальное частотное телеграфирование.
В развитии частотного телеграфирования существенный шаг сделал в 1869 г. профессор Харьковского университета Ю. И. Морозов. Он отказался от сигнализации прерывистым током, а применил переменный ток, частота которого изменялась особым жидкостным модулятором. В сосуде с подкисленной водой Морозов поместил два электрода, включенных последовательно с батареей в телеграфную линию. Один электрод был неподвижный, второй, выполненный в форме легкой пружины, мог колебаться под действием звуков. При этом расстояние между электродами изменялось и в телеграфную линию посылался ток, близкий по форме к синусоидальному. Частота тока определялась частотой колебания пластины. Легко видеть, что устройство Морозова по принципу действия представляло собой прообраз микрофона, хотя изобретатель не довел до реализации идею микрофона*.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ РАДИОТЕХНИКИ
ИССЛЕДОВАНИЯ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИЕ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ
Одним из первых ученых, систематически применявших в своих исследованиях принцип «единства физических сил», был английский физик Майкл Фарадей. После работ Эрстеда и других физиков, обнаруживших влияние электрического тока на магнитную стрелку и тем самым предугадавших взаимосвязь электрических и магнитных явлений, Фарадей приступил к экспериментам, следствием которых было открытие им в 1831 г. электрической индукции.
Фарадей предположил, что и магнит должен влиять на электрический ток. В своих опытах (ставших классическими и демонстрирущихся по настоящее время в любой учебной физической лаборатории) он использовал крайне простые приборы. На железном кольце были намотаны две много- витковые обмотки. Одна из них соединялась с батареей, другая с гальванометром. Включение тока в первой обмотке вызывало отклонение стрелки гальванометра во второй, после чего стрелка возвращалась на нулевую отметку. При выключении тока Фарадей наблюдал движение стрелки в обратную сторону и ее возвращение вновь на нуль. Он справедливо предположил, что появление тока во второй обмотке происходит в момент нарастания и падения магнитных сил, создаваемых первой катушкой.
Следствием предположений Фарадея был еще один его опыт, в котором экспериментатор перемещал постоянный магнит внутри многовитковой катушки — соленоида. Как он и ожидал, при введении магнита в катушке возникал ток одного направления, при выведении — противоположного.
* ЦГИАЛ, ф. 289, д. 2830, 1869 г.
56


Фарадей предлагает понятие магнитных кривых, т. е. магнитных сил, окружающих постоянный магнит или электромагнит, несколько позже получивших название «магнитные силовые линии». Фарадей использует понятие уменьшения и увеличения интенсивности магнитных кривых при изменении в катушке тока от батареи. Пересечение проводом этих магнитных кривых, по Фарадею, является причиной появления в нем тока, направление которого определяется направлением движения проводов, а величина — скоростью движения проводов и интенсивностью магнитных кривых, т. е. силой магнита.
Фарадей пришел еще к одному важному выводу, историческое значение которого, пожалуй, не менее важно, чем открытие законов электромагнитной индукции. Фарадей предположил, что силы электрического и магнитного поля передаются в пространство не мгновенно, а распространяются с конечной скоростью. Это предположение показалось ему самому настолько новым, оно столь сильно выходило за рамки представлений, сложившихся в современной ему науке, что он не решился выступить с сообщением на эту тему перед своими коллегами и учеными, исследующими электрические явления, а сформулировал свои взгляды в закрытом письме в Лондонское королевское общество от 12 марта 1832 г. Это письмо он предполагал вскрыть после экспериментального подтверждения своего вывода, обеспечив тем самым приоритет в открытии нового закона. Однако письмо пролежало в архиве Общества более 100 лет и было обнаружено лишь в 1938 г. [139].
В то же время Фарадей не владел математическим методом анализа физических явлений и даже избегал такого подхода. Несмотря на это, его блестящая интуиция и опыт экспериментатора давали поразительные результаты, привели его к многим выдающимся физическим открытиям. Роль Фарадея настолько велика, что можно говорить об эпохе Фарадея в физике.
Независимо от Фарадея явление электромагнитной индукции обнаружил примерно в то же время (1831 г.) американский исследователь Джозеф Генри, преподаватель гимназии в Олбани. Генри делал опыты с электромагнитами, в конструировании которых он достиг больших успехов, и построил весьма мощные образцы, способные удерживать массу до 350 кг. Однако работы американского ученого были известны лишь узкому кругу, в то время как опыты Фарадея регулярно освещались в научной печати. Генри экспериментально показал, что токи, индуцированные статическим электричеством и полученные гальваническим электричеством, имеют одну и ту же природу и подчиняются одним и тем же законам. Фарадей и Генри встречались в Англии в 1837 г. и обнаружили глубокое взаимопонимание и общность во взглядах на изучаемые явления.
В 1834 г. русский физик Э, X. Ленц заметил, что правила Фарадея для определения направления индуцированных токов могут быть сведены к единому закону (закон Ленца). Ф. Нейман применил в 1845 г. закон Ленца и закон Ома к исследованию индуцированных токов и предложил свою теорию индукции, заложив теоретическую основу наблюдавшимся Фарадеем и Генри явлениям. Эту теорию в 1846 г. развил В. Вебер, а затем Гельмгольц.
Наконец, в развитие теоретических взглядов на явление индукции внес свой вклад С. Пуассон, распространивший в 1811 г. теорию потенциала на явления электростатики, а в 1824 г. — на магнетизм. Английский мате¬
57


матик Г. Грин продолжил работы Пуассона, применив математический анализ для создания теории электричества и магнетизма. Он ввел понятие «потенциальная функция» и независимо от Фарадея сформулировал теорему полной индукции. Но эта его работа осталась незамеченной, не знал о ней и Фарадей. Много лет спустя, в 1850 г., У. Томсон обнаружил ее, издал и обратил внимание ученых на ее важность.
Видное место в развитии обобщенных взглядов на электромагнитные явления имели наблюдения колебательных электромагнитных процессов. В 1842 г., исследуя разряд лейденской банки, Генри пришел к выводу о колебательном характере такого разряда, о том, что ток в соединяющем обкладки проводе быстро меняет во времени направление. Его вывод и 1847 г. подтвердил Гельмгольц. Эти работы легли в основу дальнейших исследований электромагнитных явлений. В 1853 г. У. Томсон дал формулу для расчета периода электромагнитных колебаний тока в контуре, состоящем из индуктивности и емкости, без учета сопротивления проводов.
Новый шаг в развитии знаний об электричестве и магнетизме составили труды Д. К- Максвелла, который пошел дальше своих предшественников и, стремясь завершить работу Фарадея (подобно тому, как Ампер суммировал труды Кулона и Пуассона), достиг выдающихся результатов. Максвелл открыл законы общности между электрическими, магнитными и световыми явлениями.
Надо отметить, что этот результат не отвечал требованиям науки того времени, в которой сложились устойчивые и четко ограниченные взгляды. Работы Вебера, Гельмгольца, Неймана и др. требовали, казалось бы, лишь вывода всех следствий из существующей физики электромагнитных явлений и нахождения их практических применений. Между тем они принципиально не только не позволили понять и объяснить явление индукции, но и, в силу игнорирования роли среды и допущения мгновенного действия на расстоянии, прямо противодействовали фарадеевским взглядам.
Работы Фарадея казались физикам-экспериментаторам слишком абстрактными и необъяснимыми, а теоретики, воспитанные на математической точности работ Лапласса, Пуассона и Ампера, воспринимали их как слишком неопределенные. Таким образом, Максвелла толкала на углубленное изучение взглядов Фарадея не логическая необходимость физической науки, а интуитивно возникшие догадки об аналогиях в явлениях электричества и магнетизма и острое желание искусного математика облечь воззрения Фарадея в математическую форму.
С 1865 по 1871 г. Максвелл работает над своим знаменитым «Трактатом об электричестве и магнетизме» [287]. С целью математического выражения идей Фарадея Максвелл сперва занялся электродинамикой диэлектриков, полагая, что их роль в электромагнитных процессах особенно велика. Он принял концепцию Моссотти о том, что электричество представляет собой единый «флюид» (эфир), присутствующий с различной степенью плотности во всех молекулах. При воздействии на молекулу сил электрической индукции этот эфир перемещается в молекуле, концентрируясь на одном ее конце и стекая с другого, приводя тем самым к появлению положительной силы на одном конце и отрицательной — на другом.
Максвелл вводит понятие электрической поляризации диэлектриков как состояния «электрической деформации» их молекул под действием электро¬
58


движущей силы. Эту деформацию Максвелл назвал электрическим смещением, производимым электрической силой, которая в проводнике вызывает электрический ток. В непроводящей среде ток не протекает, а возникает электрическое смещение. Максвелл установил, что величина электрического смещения измеряется количеством электричества, пересекающего единицу поверхности при возрастании смещения от нуля до максимума, и это есть мера электрической поляризации.
Максвелл четко определил, что изменение электрического смещения вызывает электрические токи, которые существуют лишь во время изменения смещения. Поскольку смещение не может превысить некоторого конечного значения (при котором происходит пробой в диэлектрике), эти токи не могут продолжаться бесконечно в одном направлении в отличие от токов в проводниках. Введя понятие «напряженность поля» как количественное истолкование фарадеевского представления «поля сил», Максвелл сумел записать в математической форме соотношение между электрическим смещением и током смещения. Максвелл представил движение электричества как движение несжимаемой жидкости. Он показал, что энергия электризации сосредоточена в диэлектрической среде и существует в форме электрической деформации среды (электрической поляризации), вызванной электродвижущей силой. Эта энергия в единице объема в данной точке численно равна «натяжению по линиям идукции» или напряжению в среде, возникающему во всех направлениях, перпендикулярных линиям индукции.
Следуя идее Фарадея, Максвелл со всей ясностью и математической точностью подчеркнул в трактате, считая это самым главным своим выводом, что среда (гипотетически постулированная им) занимает в рассматриваемых явлениях важное место. На основе этой концепции он стал пытаться математически конструировать «рациональное представление о всех деталях ее действия».
Имея в руках плодотворную концепцию математической индукции и математическое ее выражение, Максвелл перенес эти понятия на явления магнетизма и создал аналогичную теорию электромагнитной индукции. Все свои теоретические представления он выразил в уравнениях, которые стали основополагающими во всей дальнейшей науке об электромагнетизме и носят его имя. О своих выводах Максвелл доложил в 1864 г. Лондонскому королевскому обществу.
Уравнения Максвелла показывают, что изменения электрического заряда в диэлектрической среде создают переменное электрическое поле, а изменения электрического поля порождают поле магнитное. Они показывают состояние поля во времени и пространстве в любой его точке, а также, что эти переменные электрические и магнитные поля неотделимы друг от друга, поляризованы ортогонально и перемещаются в пространстве с постоянной скоростью (в вакууме эта скорость равна скорости света). Это перемещение есть поперечная электромагнитная волна (с плоскостью колебаний, перпендикулярной направлению распространения волны).
Приведем эти краеугольные для науки об электромагнетизме уравнения Максвелла. Первое уравнение отражает закон Био—Савара:
L
S
59


Из него следует, что циркуляция вектора напряженности магнитного поля Н вдоль замкнутого контура L равна полному току через произвольную поверхность S, ограниченную этим контуром. Здесь jn — проекция вектора плотности тока проводимости J на нормаль к элементарной площадке cts, входящей в поверхность S. Член есть проекция вектора плотности тока
смещения на ту же нормаль. Постоянная с — скорость света в вакууме. Второе уравнение выражает закон электромагнитной индукции Фарадея:
L S
Оно показывает, что циркуляция вектора напряженности электрического поля Е вдоль замкнутого контура L, т. е. ЭДС самоиндукции, равна скорости изменения потока вектора магнитной индукции через поверхность 5, ограниченную контуром L. Здесь Вп — проекция на нормаль к площадке ds вектора магнитной индукции В. Знак «минус» соответствует правилу Ленца для направления индукционного тока.
Из третьего уравнения следует, что магнитное поле порождается только электрическими токами:
ф Énds — 0.
s
Оно показывает, что магнитные силовые линии замкнуты.
Наконец, четвертое уравнение, часто называемое законом Гаусса, есть обобщенный закон Кулона для взаимодействия неподвижных электрических зарядов:
ф DÄds =2= 4тс I рdu,
8 V
Оно утверждает, что поток вектора электрической индукции D через замкнутую поверхность S определяется электрическим зарядом р, находящимся внутри этой поверхности в объеме V.
Позже эти уравнения Максвелла стали записывать через дифференциальные операторы «ротор» и «дивергенция», действующие на векторы H, В, Е, D. Эти векторы, определяемые так называемыми «уравнениями состояния»:
D = D(E); В = В(Н); J = J(E),
— описывают свойства конкретной среды:
4тс
1 dB
гоШ = —— J + — ~тг, rot Е =
1 дВ
с dt ’
divB = 0, divD = 4rcp.
Из уравнений Максвелла следует, что электрическое воздействие при определенных условиях представляет собой электромагнитную волну, распространяющуюся в пространстве как в реальной среде, так и в вакууме. Последнее обстоятельство вызвало бурную дискуссию. Введенное Максвеллом понятие о «поляризации вакуума» долго не воспринималось современниками, равно как и само существование электромагнитных волн. Его
60


уравнения многими рассматривались лишь как математическая абстракция, далекая от физической реальности. Однако в трактовке Максвеллом свойств вакуума был заложен глубокий смысл. Подобно Фарадею, он никогда не считал вакуум «пустотой», а представлял его как физическую среду, своеобразный диэлектрик. Как показала история, это воззрение оказалось верным. В 1861 —1862 гг. Максвелл приходит к выводу, что «свет состоит из поперечных колебаний той же самой среды, которая является причиной электрических и магнитных явлений» [74, с. 175].
Воззрения Фарадея далеко не сразу завоевали признание современных ему физиков. Потребовались годы, пока они нашли отклик в науке. Одним из первых, поверивших в идеи Фарадея, был Максвелл. Но и его теория, которая складывалась в течение 20 лет, тогда не сразу была воспринята. По выражению Л. Больцмана, она долгое время оставалась «книгой за семью печатями». И только после преодоления барьера непонимания ее развитие и практическое использование пошли быстрыми темпами. Сначала оно касалось лишь сферы решения новых выдвигаемых физикой задач электродинамического характера. Позже стали пытаться найти ей экспериментальное подтверждение главным образом в доказательстве единства световых и электромагнитных явлений.
Кольрауш и Вебер (1855 г.) экспериментально измерили входящую в уравнения Максвелла константу с и обнаружили поразительное совпадение ее по величине со скоростью света. В 1855 г. Г. Кирхгоф теоретически исследовал скорость распространения электрического возмущения по проводу. Он получил так называемое «телеграфное уравнение» для случая равномерного распределения электрического тока по сечению провода конечного радиуса, предполагая, что электрический заряд (потенциал U) сосредоточен на его поверхности. Из уравнения Кирхгофа следует, что возмущение распространяется вдоль проводов со скоростью с, входящей в уравнение
d2U 1 dU
дхъ ~~ с2 dt2 *
Как ни странно, но и эти выводы не привлекали внимания физиков на протяжении многих лет, вплоть до 1864 г., когда Максвелл выдвинул предположение об электромагнитной природе света.
Громадное значение теории Максвелла состояло в том, что его уравнения не только описывали уже установленные явления, трактовали экспериментальные факты. Теория Максвелла предсказывала еще неизвестное явление — существование электромагнитных волн. Среди ученых, сразу поверивших в идеи Максвелла, были Д. Пойнтинг и О. Хевисайд.
В 1884 г. Д. Пойнтинг вывел уравнение для энергии, переносимой электромагнитным полем в свободном пространстве (вектор Умова—Пойн- тинга). Вслед за Пойнтингом в 1885 г. О. Хевисайд начал публикацию работ по анализу электромагнитных процессов в проводных линиях электросвязи. Он, как и Пойнтинг, получил и для интересовавшего его случая выражение вектора плотности потока энергии электромагнитного поля. Пойнтинг еще в 1883 г. вычислил величину электромагнитной энергии кольцевого переменного тока и пришел к заключению, что она растет обратно пропорционально четвертой степени периода колебаний, т. е. пропорционально четвертой степени частоты тока. Это, по-видимому, было одно из
61


ранних высказываний о роли высокой частоты при получении мощного внешнего элекромагнитного поля (а в дальнейшем и для задачи излучения электромагнитных волн).
Среди теоретических работ по осмыслению волновых процессов в природе следует отметить труды русского физика, профессора Московского университета Н. А. Умова. В работе, опубликованной в 1874 г., он пришел к выводам большой важности, показав, что энергия переносится средой от одной точки к другой посредством волны. Он доказал теорему, что количество энергии, проходящее через элемент поверхности тела (или любой непроводящей среды) в единицу времени, равно силе давления или напряжения, действующей на этот элемент, умноженный на скорость распространения энергии. Идеи Умова оказали серьезнейшее влияние на дальнейшее развитие представлений о распространении энергии в свободном пространстве.
Труды Максвелла, Пойнтинга и Умова впервые показали, что возможен обобщенный подход к явлениям природы, относящимся к различным видам материи и энергии. Пойнтинг и Умов пришли к выражению количества энергии, проходящей в пространстве через элемент поверхности. В этом нашел проявление диалектико-материалистический принцип мышления человека, познания мира. И если работы Максвелла легли в основу нового направления науки и техники — радио, то положения, развитые Умовым в области упругих механических колебаний в механической среде, нашли практическое применение, например в использовании звуколокации и акустических систем связи.
Между тем работы Максвелла, Пойнтинга и Хевисайда были сделаны как бы «на кончике пера». Экспериментального подтверждения существования электромагнитных волн все еще не было, хотя притягательная сила максвелловской теории была настолько велика и ее структура отличалась такой стройностью, что все большее число физиков становится на ее сторону. Одними из первых разделили взгляды Максвелла физики русской школы во главе с А. Г. Столетовым.
Почти три десятилетия спустя Генрих Герц с восторгом скажет: «Нельзя изучать эту чудесную теорию, чтобы порой не возникло ощущение, что математическим формулам присущи самостоятельная жизнь и собственный разум, что они умнее нас, умнее даже открывшего их, что они дают больше, чем в них ранее было вложено» [45, с. 80].
И тем не менее Герц сперва был далек от того, чтобы разделять теоретические представления Максвелла. Профессор Высшей технической школы в Карлсруэ понимал, что ни теоретическая мысль, предшествующая Максвеллу, ни весь накопленный экспериментальный материал физики не говорят в пользу взглядов английского теоретика. «Основные гипотезы теории Максвелла противоречили обычным воззрениям и не могли опираться как на доказательства на точные опыты», — напишет в 1892 г. Генрих Герц [45, с. 67]. Но между тем именно Герцу суждено было экспериментально доказать существование в природе предсказанных Максвеллом электромагнитных волн.
На первый взгляд может показаться, что его открытие носило случайный характер, так как сначала он не ставил задачу экспериментального подтверждения теории Максвелла, а занялся другим исследованием. Дело в том, что в 1879 г. Берлинская академия наук выдвинула кон-
62


Генрих Рудольф Герц (1857—1894)
курсную задачу — установить экспериментальное наличие связи между электродинамическими силами и диэлектрической поляризацией. Эта задача была предложена Г. Гельмгольцем, которому хотелось подтвердить классическую теорию старой школы мгновенного действия, развитую Вебером и Нейманом.
Надо сказать, что Гельмгольц, весьма увлеченный также и теорией Максвелла, ставил ее в один ряд с упомянутыми теориями. Он не смог избежать участи своих современников и сперва старался опровергнуть теорию Максвелла. Гельмгольц развил теорию Неймана и хотел, чтобы кто-то из молодых физиков взялся за ее детальное экспериментальное исследование.
Основное дополнение его к теории Неймана состояло в учете роли промежуточной среды, влияния ее магнитной и электрической поляризации. Гельмгольц полагал, что это влияние можно экспериментально проверить либо путем обнаружения электродинамических сил, возбуждаемых процессами в изоляторах, либо путем обнаружения поляризации изоляторов под действием сил электрической индукции [45, с. 69].
Г. Герц решил попробовать решить гельмгольцеву задачу и в 1886 г. приступил к экспериментам. Для создания «электродинамических сил» необходим был источник. Герц создал чрезвычайно простой и очень эффективный прибор, получивший название «вибратор» (рис. 12). Этот прибор состоял из двух прямолинейных соосных металлических проводников с пластинами на дальних концах и шариками электрического разрядника на сближенных концах. Герцу было известно, что при разряде лейденской банки в соединительном проводе возникают токи колебательного характера. Он ожидал, что и в его вибраторе при разряде предварительно заряженных до высокого потенциала проводов и пластин в них возникнут колебательные токи с частотой, определяемой геометрическими размерами проводников и пластин.
Вибратор, который работал от катушки Румкорфа, оказался надежным и удобным прибором. В нем возникали быстропеременные токи. Частота этих колебаний составляла 107—108 в секунду в соответствии с формулой У. Томсона. Согласно Фарадею, эти колебания можно было навести через индукцию в другом контуре, настроенном в резонанс с первым, и таким образом их обнаружить. Герц воспользовался резонатором в виде круглой металлической петли с маленьким искровым промежутком внутри нее. Круглая форма резонатора была выбрана потому, что ее резонансную частоту
63


гг
Рис. 12. Один из видов вибратора (а) и резонатор (б) Герца
легко было рассчитать. В разряднике резонатора, расположенного в непосредственной близости от вибратора и настроенного на его частоту, проскакивали маленькие искры в те самые моменты, когда происходили разряды между шариками вибратора.
Герц решил проверить, на каком максимальном расстоянии будет обнаруживаться индукция резонатором, и стал перемещать его в пространстве вокруг вибратора. И здесь начались вещи, совсем не предвиденные ни Герцем, ни Гельмгольцем. Обнаружилось, что «поле индукции» уменьшается значительно меньше в направлении, перпендикулярном вибратору, чем в других направлениях. Это обстоятельство поразило Герца. Оно противоречило теориям мгновенного действия и могло быть объяснено лишь существованием электромагнитных волн, отходящих от вибратора в направлениях, перпендикулярных к нему.
К полученным результатам Герц отнесся очень осторожно. Он послал отчет о своих работах в журнал, написал письмо Гельмгольцу, в весьма осторожных выражениях сообщив о достигнутом. Он исследовал картину стоячих электромагнитных волн, возникших внутри лабораторной комнаты, измерил их длину, вычислил скорость распространения. В вычислении скорости он допустил ошибку (у него получилось 2 • 105 км/с), и это обстоятельство долго смущало Герца. Он даже предположил поначалу, что в теории Максвелла есть неточность. Тем не менее достигнутые им результаты были настолько важными, что имя Герца быстро прославилось, а весть об его опытах сразу же стала достоянием физической науки. Многие ученые повторяли опыты Герца.
Герц занялся дальнейшим исследованием электромагнитных волн. Он понял, что чем короче будет длина волны, тем легче проделать опыты по исследованию их отражения, поляризации, преломления. Все это было задумано им для того, чтобы убедиться в аналогии открытого явления
64


со светом. Он построил вибратор из двух толстых стержней длиной около 9 см и поместил его в фокусе двухметрового параболического зеркала. Для изучения поляризации использовал большую и очень тяжелую призму из асфальта. Длина волны в этих опытах составляла около 60 см.
Опыты блестяще удались: показали, что электромагнитные волны обладают всеми свойствами, присущими световым. Тем самым Герц экспериментально подтвердил важный вывод теории Максвелла о том, что электромагнитные волны и свет имеют физическое родство, общую природу, общий характер. Эти опыты Герц закончил в октябре 1887 г., опубликовав результаты в 1888 г. [250]. В другой публикации он, отдавая должное теории Максвелла, напишет, что эти опыты могут служить обоснованием для той теории электродинамических явлений, которую создал Максвелл, основываясь на воззрениях Фарадея [45, с. 94].
Открытие Герца почти сразу же поставило проблему практического использования электромагнитных волн как явления, которое позволяет электрическому возмущению далеко распространяться в пространстве. Л. И. Мандельштам отмечал: «То, что открытие Герца, доказавшее существование электромагнитных волн, поставило на очередь проблему их использования для практических целей передачи сигналов, можно, конечно, утверждать наверное. Несколько труднее конкретно указать, какой именно своей стороной это открытие привлекло внимание изобретателей. Мы уже видели, что фактически преимущество лежит в законе убывания действия с расстоянием. Мне кажется, что вряд ли будет ошибкой сказать, что именно это свойство и дало необходимый толчок, хотя и не непосредственно, а путем аналогии со светом, где сравнительно медленное убывание интенсивности с расстоянием уже давно входило в инстинктивное знание каждого экспериментатора» *.
И, действительно, сразу же после открытия Герца многие ученые и изобретатели не только повторяли его опыты, но и высказывали мысль о возможности использовать электромагнитные волны для связи на расстоянии без проводов. Эти высказывания будут рассмотрены дальше. Здесь же следует сказать несколько слов о распространенном заблуждении, утверждающем, будто сам Герц весьма определенно (отрицательно) относился к возможности практического использования своего открытия. Через три года после смерти Герца некий инженер Губер из Мюнхена опубликовал в «Elektrotechnische Zeitschrift» письмо Герца, полученное в ответ на заданный им Герцу письменный вопрос. Приведем полный текст этого письма.
«Милостивый государь!
Я с удовольствием отвечаю на Ваше любезное письмо от 1 дек[абря].
Силовые магнитные линии распространяются подобно лучам, так же как и электростатические силовые линии, только тогда, когда их колебания достаточно быстры; в этом случае оба типа силовых линий неотделимы друг от друга и лучи, или волны, о которых идет речь в моих исследованиях, могли с одинаковым правом быть названы как магнитными, так и электрическими. Но колебания трансформатора или телефона намного более медленны. Предположим, что у нас 1000 колебаний в секунду, что уже представляется высоким числом колебаний; этому соответствовала бы в эфире волна длиной в 300 км; фокусные расстояния применяемых зеркал  * 5* Из предыстории радио. М.: Изд-во АН СССР, 1948, с. 31.
5 Заказ 196
65


должны были бы иметь размеры того же порядка. Если бы Вы были в состоянии построить вогнутые зеркала размером с материк, то Вы могли бы отлично поставить опыты, которые Вы имели в виду. Но с обычными зеркалами практически сделать ничего нельзя, и Вы не сможете обнаружить ни малейшего действия. Так по крайней мере я думаю.
С совершенным уважением, преданный Вам Г. Герц» [45, с. 167].
Авторы многих работ о Герце трактуют это письмо как отрицание им возможности практического применения электромагнитных волн. Это, по-видимому, неверно. Хотя письмо Губера Герцу не найдено, по характеру ответа можно предположить, что Губер спрашивал о возможности беспроводного телефонирования посредством излучения с помощью зеркал электромагнитных волн частоты звуковых колебаний или, что также вполне вероятно, интересовался перспективами передачи на расстояние электрической энергии переменного тока промышленной (т. е. весьма низкой) частоты. На это Герц, конечно, отвечал отрицательно. Об использовании же для телефонирования колебаний очень высоких частот, с которыми экспериментировал Герц, речь в этой переписке, по-видимому, не шла.
Из этого ответа видно вполне четкое представление Герца о роли высокой частоты в излучении электромагнитных волн, о том, что излучение эффективно происходит только на высоких частотах. Кроме того, Герц хорошо представлял соотношение между размерами зеркала, и частотой колебаний, при котором будет наблюдаться направленное излучение. Что касается практического применения открытого им явления, то немецкий физик, по-видимому, просто не думал об этом. Во всяком случае, прямых высказываний Герца о возможности либо отрицании практического применения электромагнитных волн в истории науки пока не найдено.
ТЕХНИЧЕСКАЯ БАЗА
ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
И ЭКСПЕРИМЕНТОВ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ВОЛНАМИ
Герц в своих экспериментах пользовался приборами, уже имевшимися к тому времени в физической экспериментальной науке и в электротехнике. Это были весьма характерные приборы, в которых использовались известные в физике явления, и прежде всего самоиндукция — возникновение в катушках с железным сердечником наведенной электродвижущей силы в момент резкого нарастания или быстрого разрывания протекающего по виткам электрического тока.
В 30-х годах XIX в. появились первые электрические машины, основанные на пересечении магнитных силовых линий вращающимися витками обмотки. Первыми такими машинами (1832 г.) были генераторы И. Пиксии, А. Йедлика, Б. Якоби, Д. Генри. Развитие электрических машин как постоянного, так и переменного тока имеет свою интересную историю, которая, однако, выходит за рамки поставленных в этой книге задач.
Весьма важным событием в физике и зарождающейся электротехнике было появление индукционных машин, которые, по сути дела, являлись трансформаторами высокого напряжения. Это были электромагниты с двумя обмотками (подобно фарадеевским). Ток в первой обмотке прерывался периодически тем или иным способом, при этом во второй обмотке возникал индуцированный ток (точнее, ЭДС самодиндукции). Первые «транс¬
66


форматоры», нашедшие практическое применение, имели разомкнутую магнитную систему. Они относятся к 70—80-м годам XIX в., и их появление связано с именем П. Яблочкова, И. Усагина, Л. Голяра, Э. Гиббса и др.
По-видимому, одним из первых, кто получил усовершенствованную конструкцию машины-генератора с высоким выходным напряжением, был К. Кларк (60-е годы). Уже в первой половине XIX в. умели получать переменный ток от магнитоэлектрических машин. Значение переменного тока в электротехнике было оценено значительно позже.
В 1837 г. появляются индукционные машины, или «катушки», созданные А. Массоном. Эти машины работали с быстрым прерыванием тока. Использовался прерыватель в форме зубчатого колеса, которое во время вращения касалось через равные интервалы металлической щетки. Прерывание тока порождало ЭДС самоиндукции, и на выходе машины появлялись импульсы высокого напряжения и достаточно большой частоты. Эту машину Массон применял для медицинских целей.
В 1848 г. известный мастер физических приборов Генрих Румкорф (имевший в Париже мастерскую по производству аппаратов для физических опытов) заметил, что напряжение в машине Массона можно значительно увеличить, если обмотку сделать с большим количеством витков и сильно увеличить частоту прерываний. В 1852 г. он сконструировал катушку с двумя обмотками: одна — с толстым проводом и небольшим числом витков, вторая — с тонким проводом и очень большим числом витков. Первичная обмотка питалась от батареи через прерыватель вибрационного магнитного типа, при этом во вторичной наводилось напряжение большой величины (рис. 13). Такая катушка стала называться «индукционной» и получила имя ее создателя Румкорфа. Это был весьма полезный физический прибор, необходимый при проведении опытов, а впоследствии ставший неотъемлемой частью первых радиосистем и рентгеновских аппаратов. Парижская академия наук высоко оценила заслугу Румкорфа и наградила его большой денежной премией имени Вольта.
Несколько раньше (в 1838 г.) американский инженер Чарльз Пейдж, также занимавшийся совершенствованием индукционных катушек, добился хороших результатов — его устройства давали достаточно высокие напряжения. Однако в Европе о работах Пейджа ничего не было известно, и исследования здесь шли самостоятельным путем. Если первые модели индукционных катушек давали напряжение, вызывавшее искры длиной около 2 см, то в 1859 г. Л. Ритчи получал искры длиной до 35 см, а Румкорф вскоре построил индукционную катушку с длиной искр до 50 см. Индукционная катушка Румкорфа почти без каких-либо принципиальных изменений дошла до наших дней. Изменялись лишь размеры катушек, изоляция и т. д. Наибольшие изменения коснулись конструкции и принципов действия прерывателей тока в первичной цепи индукционной катушки.
Одним из первых типов прерывателей, использованных в катушках Румкорфа, был так называемый «молоточек Вагнера», или «молоточек Нефа». Этот весьма интересный прибор появился приблизительно в 40-х годах XIX в. и представлял собой электромагнит, питаемый от батареи через подвижный ферромагнитный лепесток с контактами. При включении прибора лепесток притягивался к сердечнику электромагнита, контакт разрывал цепь питания электромагнита, после чего лепесток отходил от сер-
5*
67


Рис. 13. Катушка Румкорфа (60-е годы XIX в.)
дечника в первоначальное положение. Далее процесс повторялся с частотой, определяемой размерами деталей системы, жесткостью и массой лепестка и рядом других факторов. Прибор Вагнера—Нефа впоследствии превратился в электрический звонок и представлял собой одну из первых электромеханических колебательных систем, ставшую прообразом многих электро- и радиоприборов ранней радиотехники. Кроме того, этот прибор позволял преобразовывать постоянный ток от батареи в прерывистый ток. Примененный в катушке Румкорфа электромеханический прерыватель Вагнера—Нефа приводился в действие магнитными силами притяжения сердечника самой катушки. Он составлял с ней конструктивно одно целое. Недостатком .прерывателя Вагнера—Нефа была его маломощность, т. е. неспособность прерывать большие токи, при которых контакты обгорали; кроме того, эти прерыватели не могли обеспечить высокую частоту прерывания тока.
Для разрыва больших токов в мощных индукционных катушках Румкорфа были сконструированы прерыватели иных типов. Мы отметим лишь три типа конструкций, основанных на разных физических принципах, в то же время имеющих общность в том, что вместо металлических твердых контактов были применены жидкие, в том числе ртутные. Принцип действия одной конструкции состоял в том, что металлический, достаточно толстый стержень перемещался возвратно-поступательно в вертикальной плоскости, погружаясь в чашку со ртутью. Механический привод преобразовывал вращательное движение (от руки или посредством часового механизма или электромотора) в линейное возвратно-поступательное, поэтому частота прерываний могла изменяться в широких пределах. В одной из ранних конструкций такого прерывателя, предложенной Ж. Фуко, привод осуществлялся с помощью электромагнита, как в молоточке Вагнера—Нефа, а твердые контакты были заменены ртутными. К концу XIX в. наибольшее распространение получили конструкции фирм «Дюкрете» и «Мак-Коль». Эти прерыватели обеспечивали частоту прерываний порядка 1000—2000 в минуту и допускали приведение их в действие вручную. В последнем
68


Рис. 14. Резонанс-трансформатор Теслы (90-е годы XIX в.)
а—схема включения в генераторе электромагнитных волн; б — общий вид прибора фирмы «Дюкрете»
случае можно было получить однократные разряды катушки Румкорфа.
Другой тип прерывателей работал по струйному принципу и назывался иногда турбинным. Эти прерыватели действовали следующим образом. Небольшая высокооборотная турбинка накачивала ртуть из резервуара в верхнюю часть турбины, откуда ртуть под действием центробежной силы выбрасывалась через сопло в виде вращающейся струи. На стенках прерывателя имелись электроды, расположенные через равные интервалы, которые задевала ртутная струя при ее движении. Так происходили замыкание и размыкание достаточно сильных токов.
Нашел применение и еще один тип прерывателей — электролитический, основанный на явлении, открытом русским профессором Н. П. Слугино- вым в 1884 г. Принцип действия прерывателя состоял в том, что при пропускании тока через сернокислый электролит между свинцовым массивным и платиновым электродами на платиновом (положительном) электроде, который представлял собой тонкую изолированную стеклом проволоку с острым концом, возникали пузырьки газа, периодически препятствующие протеканию тока, и ток прерывался. Электролитические прерыватели давали частоту прерываний до 500—800 в секунду.
Освоение переменных токов в электротехнике в начале XX в. ввело в арсенал физики и уже зародившейся радиоэлектроники новые возможности. Машины переменного тока стали применяться для питания катушек Румкорфа переменным синусоидальным, током, что позволяло более широко использовать явление резонанса во вторичной обмотке, а в дальнейшем и в качестве источников токов высокой частоты, которые можно было непосредственно использовать для излучения.
Одним из первых ученых, заинтересовавшихся свойствами токов высокой частоты и высокого напряжения, был Никола Тесла, внесший неоценимый вклад в развитие электротехнической науки. Этому талантливому ученому и изобретателю принадлежит множество практически полезных и оригинальных нововведений. После изобретения радио он первый сконструировал модель управляемого по радио судна, разработал газосветные лампы, сконструировал индукторную высокочастотную электрическую машину и др. Количество его патентов достигает 800. По словам американского радиотехника Эдвина Армстронга, одного только открытия многофазных
69


токов и индукторного двигателя было бы вполне достаточно, чтобы навеки обессмертить имя Теслы.
Создание Теслой прибора (рис. 14), сыгравшего очень большую роль в развитии самых различных отраслей электротехники и получившего название «резонанс-трансформатор», или «трансформатор Теслы», относится к 1891 г. От высоковольтной индукционной катушки Румкорфа происходит разряд на лейденскую банку. Последняя заряжается до высокого напряжения и затем разряжается через первичную обмотку резонанс-трансформатора. При этом на его вторичной обмотке, настроенной в резонанс с первичной, возникает очень высокое напряжение. Тесла получал высокие напряжения (около 100 кВ) с частотой около 150 кГц. Эти напряжения вызывали пробой в воздухе в форме кистевого разряда длиной до нескольких метров.
ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ТОКОВ
ДЛЯ СОЗДАНИЯ СИСТЕМ СВЯЗИ ИНДУКЦИОННОГО ТИПА
Освоение технических средств получения больших напряжений высокой частоты (о которых было рассказано) шло несколькими путями, в том числе они применялись для демонстрации физических явлений в преподавании курса физики, получения рентгеновских лучей, электромагнитных волн в опытах Герца и при многочисленных повторениях и дальнейшем изучении открытых Герцем явлений.
Однако еще до опытов Герца, и тем более до изобретения радиосвязи были предприняты попытки использовать для передачи информации электрическую индукцию и токи высокой частоты. По терминологии того времени, это были попытки осуществить «беспроводную передачу» сигналов, хотя термин «беспроводная» в дальнейшем стал применяться к системам с электромагнитными волнами.
По-видимому, одним из самых ранних опытов «беспроводной» передачи (в терминологии того времени) было предложение С. Морзе (1842 г.) передавать телеграфные сигналы через реку по обычной для телеграфии схеме. На одном берегу реки имелись большая гальваническая батарея и телеграфный ключ. Линия передачи подводилась к металлическим электродам, опущенным в воду на достаточно большом расстоянии один от другого. На противоположном берегу реки в воде имелись такие же электроды, к которым присоединялась приемная линия с гальванометром. Дальность связи такой «водяной» линии достигала около 1,6 км [171, с. 9].
Полстолетия спустя аналогичную попытку передавать сигналы «без проводов», используя для этого токи в земле, предпринял в 1899 г. в России подполковник инженерных войск Е. Пилсудский. Однако в системе Пилсуд- ского было важное отличие от системы Морзе. Он использовал для передачи токи от катушки Румкорфа. Система Пилсудского получила некоторое применение в первую мировую войну в русской армии для ближней связи [29, с. 198—205].
Из ранних попыток использовать высокочастотные токи следует упомянуть американского профессора из Бостона А. Долбира (1882 г.) [213, с. 99]. Он использовал высоковольтную катушку Румкорфа, питаемую через микрофон от батареи. Один из выводов катушки заземлялся, другой присоединялся к подвешенному над землей длинному изолированному
70


проводу. Этот провод создавал поле индукции в окружающем пространстве и тем самым выполнял функции витка связи. На расстоянии от этого устройства имелся телефон, включенный последовательно с батареей между землей и таким же длинным изолированным проводом. Долбир отмечает, что слова, сказанные в микрофон на приемном аппарате, были хорошо слышны на расстоянии километра. При замене микрофона телеграфным ключом расстояние увеличивалось до 20 км. По-видимому, это был типичный случай передачи высоковольтных сигналов в зоне электрической индукции от токов частоты человеческой речи (или частоты телеграфных посылок).
Многое в изучении и применении явления индукции для передачи сигналов сделал главный инженер Британского почтового ведомства В. Прис. Он обнаружил в 1885 г., что телеграфные, изолированные трубами провода, проложенные под лондонскими улицами, воздействуют на телефонные цепи, проходящие над ними на столбах и над крышами домов, на расстоянии до 25 м, что открытые телеграфные линии способны наводить сигналы в открытых телефонных цепях на расстоянии до 600 м. Телефонный же разговор хорошо прослушивался в других линиях на расстоянии до 400 м, а в ряде случаев и до 2 км. Сперва Прис предположил, что эти «наводки» связаны с проводимостью земли, но вскоре понял, что их природа — электромагнитная индукция. Серия опытов 1886—1887 гг. отчетливо выявила это. В 1892 г. Прис передал сигналы через Бристольский канал (под водой) на расстояние свыше 5 км (между Пенартом и Флэтхолмом). В 1895 г. он осуществил индукционную связь на участке между Обеном и островом Мэлл, где был поврежден морской кабель (рис. 15). Прис поместил в воду в конечных пунктах изолированные линии, по которым передавались прерывистые токи от батареи, полученные с помощью вращаемого прерывателя. Телефонная связь от микрофона, включенного в цепь прерывателя, наблюдалась на расстоянии около 500 м [55, с. 91]. Эти опыты легли в основу способов морской навигации, когда по дну залива или канала прокладывался изолированный кабель и по нему передавались реперные (опорные) сигналы, которые улавливались проходящим над кабелем кораблем.
Весьма интересны работы в области беспроводной высокочастотной связи известного американского изобретателя Т. Эдисона. Он использовал высоковольтную электромагнитную индукцию для передачи сообщения между берегом и кораблем (1895 г.) и между движущимся поездом и станционным зданием [117]. Передающее устройство Эдисона имело индукционную катушку без железного сердечника с прерывателем, который создавал в первичной обмотке прерывистый ток. Во вторичной обмотке индуцировались напряжения большой величины с частотой прерываний. Вторичная обмотка соединялась одним концом с «землей» (с водой на корабле и с колесами и рельсами в случае железнодорожного вагона), другой конец присоединялся к подвешенной на мачте корабля металлической сетке или металлическому шару, а на железнодорожном вагоне — к его изолированной крыше.
Приемное устройство состояло из телефонной трубки, соединенной с водой и с сеткой (шаром) на мачте корабля или с колесами и крышей вагона. Станция приема и передачи на берегу для морской связи имела поднятые на мачте шар или металлическую сетку, которая служила, как и у Долбира, «антенной» для создания высокочастотного поля индукции.
71


Рис. 15. Схема индукционной связи Ириса (1892 г.)
Рис. 16. Схема индукционной железнодорожной связи Эдисона (1886 г.)
Станция приема и передачи на железнодорожном вокзале имела такое же устройство, как на движущемся вагоне, но вторичная обмотка индукционной катушки соединялась-одним концом с рельсами, другим — с телеграфными проводами, проходящими вдоль железнодорожного пути (рис. 16). Телеграфный ключ присоединялся параллельно прерывателю, и при его нажатии прерывание тока прекращалось. Использовался код Морзе.
При передаче сигналов на море максимальное расстояние, которого достиг Эдисон, не превышало 200 м, что согласуется с результатами других исследователей индукционных средств связи. На железнодорожном индукционном телеграфе расстояние между поездом и станцией было не ограничено, так как электрическая индукция осуществлялась между крышей вагона и телеграфными проводами, между которыми расстояние было неизменным.
В 1888 г. профессор Петербургского университета И. И. Боргман [23] опубликовал работу, в которой описал электрическую индукцию, или, как он называл, «распространение электричества через воздух» на расстояние до 19 м с помощью катушки Румкорфа.
Во всех описанных опытах и построенных системах для передачи сигналов посредством электрической и электромагнитной индукции индукционные катушки работали как с прерывателями в первичной цепи, так и без них (иногда они заменялись микрофонами). Но, главное, во вторичной цепи катушек не было искрового разряда и тем самым исключалась возможность возбуждения колебательных внешних цепей и образования коротких электромагнитных волн. Без искрового разряда во вторичной обмотке катушек возбуждались только индуцированные напряжения достаточно высокой частоты и величины.
Все опыты «беспроводной передачи» сигналов, описанные выше, проводились в зоне индукции, где поле убывает квадратично, поэтому и расстояния, на которые передавались сигналы, были небольшими. Спектр индуцированных частотных составляющих высоковольтного сингнала от катушки Румкорфа был достаточно широким и определялся частотой прерываний. Чем она была выше (и, разумеется, чем выше были напряжения), тем дальше можно было обнаружить при равных условиях поле индукции. Определяющую роль при этом играла скорость изменения тока, т. е. его первая производная по времени.
72


ПРЕДЫСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ РАДИОСВЯЗИ
После того как Герц в 1888 г. опубликовал результаты своего открытия, во многих лабораториях мира начались эксперименты с электромагнитными волнами. Открытие Герца очень быстро завладело умами ученых, став достоянием не только профессионалов, но и любителей (к сожалению, Максвелл не дожил до этого момента).
Многие исследователи стали повторять и модифицировать опыты Герца, получать электромагнитные волны различной длины, главным образом очень короткие, чтобы более точно сравнить и изучить сходство электромагнитных волн и световых. Среди тех, кто после Герца занимался экспериментальными исследованиями свойств электромагнитных волн, прежде всего нужно назвать имена английских физиков О. Лоджа, И. Томсона, М. Минчина, Э. Резерфорда, французских ученых Э. Бранли, Р. Блондло, итальянца А. Риги, индийца Д. Боса, немецких физиков Э. Лехера и А. Слаби, серба М. Пупина, русских физиков А. Столетова, Н. Егорова, И. Боргмана, О. Хвольсона, П. Лебедева и, конечно, А. Попова, которому принадлежит честь изобретения радиосвязи. О работах Н. Теслы мы уже упоминали и вновь вернемся к ним дальше, так как его роль в освоении техники применения высокочастотной индукции, а затем и электромагнитных волн — особая.
Опыты Герца, произведшие сенсационное впечатление, естественно, вызвали мысль, как можно скорее найти новому явлению практическое применение. И, конечно, таким применением виделось использование его для беспроводной связи.
Необходимость в беспроводной связи была крайне остра, поэтому для данной цели пытались применить любое вновь открытое явление, в том числе электромагнитную индукцию. Кроме того, схема опытов Г. Герца, суть его экспериментов, когда в одном месте возбуждались электромагнитные волны, а на некотором расстоянии осуществлялась их индикация, принципиально «подсказывали» способ связи без проводов с помощью электромагнитных волн. Поэтому мысль об использовании электромагнитных волн для беспроводной связи, т. е. для передачи с их помощью информации, в последнее десятилетие XIX в. «носилась в воздухе».
Одним из первых высказал мысль о практическом использовании для связи электромагнитных волн американский профессор электротехники Илайю Томсон в лекции «О переменных токах и электрических волнах», прочитанной в 1889 г. в Линне (Массачусетс). Годом позже, в 1890 г., аналогичная мысль была высказана в журнале «Электричество» в примечании редакции к статье русского физика О. Д. Хвольсона об опытах Герца. В заключительном абзаце этой статьи автор писал: «Опыты Герца пока кабинетные; что из них разовьется дальше и не представляют ли они зародыш новых отделов электротехники — этого решить в настоящее время невозможно». Редакция снабдила эти слова сноской: «Например, телеграфия без проводов наподобие оптической» [125, с. 2].
В 1892 г. в лондонском популярном научно-техническом журнале была опубликована пространная статья видного английского физика Вильяма Крукса, в которой он писал: «Здесь раскрывается поразительная возможность телеграфирования без проводов, телеграфных столбов, кабелей и всяких других дорогостоящих современных приспособлений» [196]. Он
73


считал, что принципиальные возможности такой связи уже имеются благодаря опытам Герца и что для технического воплощения их в новые приборы нужно разработать: во-первых, более эффективные и удобные способы генерирования электромагнитных волн различной длины; во-вторых, способы их улавливания и разделения по длине (т. е. то, что в радиотехнике связано с понятием «настройка»); в-третьих, способы направленно пространственной канализации электромагнитных волн.
Выдающийся ученый-электрик Никола Тесла в лекции «О световых и других высокочастотных явлениях», прочитанной 24 февраля 1893 г. во Франклиновском институте в Филадельфии, также вполне определенно высказался о применении электромагнитных волн: «Я хотел бы сказать несколько слов о предмете, который все время у меня на уме и который затрагивает благосостояние всех нас. Я имею в виду передачу осмысленных сигналов и, быть может, даже энергии на любое расстояние вовсе без помощи проводов. С каждым днем я все более убеждаюсь в практической осуществимости этой схемы». И далее: «Мое убеждение установилось так прочно, что я рассматриваю этот проект передачи энергии или сигналов без проводов уже не просто как теоретическую возможность, а как весьма серьезную проблему электротехники, которая должна быть решена со дня на день» [126, с. 161 —162; 353, с. L—138].
Экспериментируя с колебаниями высокой частоты и пытаясь осуществить идею беспроводной передачи высокочастотной энергии, Н. Тесла, как никто до него, много сделал в этой новой области электротехники. Он построил ряд приборов, в частности трансформатор, представляющий высоковольтную индукционную катушку, с искровым разрядником, с настроенной в резонанс вторичной обмоткой, который предполагал применить для возбуждения поднятого высоко над землей проводника-излучателя, обладающего относительно земли определенной емкостью, чтобы вносить изменения в электрическое поле земли и таким образом передавать энергию на расстояние. Излучатель Теслы, несомненно, представлял собой антенную систему, без которой невозможна радиосвязь. Не удалось Тесле разработать лишь приемник колебаний высокой частоты. Идеи беспроводной передачи энергии и информации настолько завладели изобретателем, что уже в 1894 г. он в беседе с Ф. Муром говорил: «После того, как осуществят сигнализацию с любой точки на любую другую точку земного шара, следующим шагом будет посылка сигналов к другим планетам» [354, с. LS—41].
Говоря о развитии научно-технической мысли, предшествовавшей изобретению беспроводной связи, следует упомянуть о проекте, предложенном киевским преподавателем В. П. Добровольским (по его словам, в 1892 г.). Автор этого неосуществленного проекта в письме в редакцию журнала «Электричество» привел схему передающего и приемного устройств для беспроводного телеграфирования с помощью электромагнитных волн, которая в общих чертах была схожа с появившимися позже искровыми аппаратами связи. Однако этот проект до его публикации в 1903 г. [49] не был известен и не повлиял на практическое решение задачи беспроводной связи.
Повторяя и изучая опыты Герца, многие исследователи поняли одно важное обстоятельство. Если герцевский вибратор электромагнитных волн был для своего времени достаточно удобным и мощным источником излучения, то примененный Герцем резонатор являлся очень несовершенным
74


устройством. Он представлял собой круговой виток проволоки с небольшим искровым промежутком. Электромагнитное поле при резонансе наводило в этом витке электродвижущую силу*, вследствие чего через воздушный промежуток проскакивала искра. Визуальное наблюдение искры в резонаторе свидетельствовало об электромагнитных волнах. Чувствительность такого индикатора была крайне низкой. Искровой зазор был очень небольшим — доли миллиметра, и искровой разряд трудно было заметить. Условия облегчались лишь в достаточно затемненном помещении. Чтобы показывать опыты в большой аудитории, например учебной, нужен был более удобный индикатор электромагнитных волн.
Некоторые ученые занялись поисками таких индикаторов. Наиболее успешными были опыты французского физика Эдуарда Бранли. В 1890 г. он обратил внимание на то, что мелкие металлические опилки, помещенные на стеклянной пластине тонким слоем, обладают свойством резко изменять свое электрическое сопротивление в момент искрового разряда расположенного вблизи электростатического индуктора или разрядника индукционной катушки [25, 26].
Бранли использовал это явление в разработанном им лабораторном приборе для обнаружения электромагнитных волн, который назвал радиокондуктором. Этот прибор в его окончательном виде представлял собой небольшую стеклянную трубку с двумя металлическими электродами, между которыми были насыпаны металлические опилки. Электроды радиокондуктора включались в цепь электрической батареи и гальванометра. Электрическое сопротивление опилок в обычном состоянии было велико, и гальванометр не давал отклонения. При воздействии на прибор электромагнитной волны сопротивление опилок резко уменьшалось и стрелка гальванометра отклонялась. Опилки сохраняли низкое сопротивление и после прекращения электромагнитного излучения. При встряхивании или нагревании опилок их сопротивление вновь повышалось. Радиокондуктор Бранли позволял по отклонению стрелки гальванометра судить о приходе электромагнитной волны. Он оказался более удобным и более чувствительным индикатором электромагнитных волн, чем резонатор Герца, и широко применялся в лабораторных опытах.
Явление, которое привлекло внимание Бранли, наблюдалось и до него, однако ему не придали значения. Так, например, еще в 1835 г. шведский ученый Мунк оф Розеншольд наблюдал изменение проводимости оловянного порошка под действием разрядов лейденской банки [295], а в 1866 г. братья Барлей исследовали влияние электрических разрядов на угольный порошок [213, 219, с. 306]. Наконец, незадолго до работ Бранли итальянский физик Ф. Кальцекки-Онести (1884 г.) исследовал изменение проводимости различных металлических порошков под действием искрового электрического разряда или сильного прерывистого тока [181].
В 1894 г. английский физик О. Лодж опубликовал лекцию, прочитанную им в Лондонском королевском обществе, об открытии Г. Герца и о своих опытах в этой области, где описал усовершенствованный им радиокондуктор Бранли. Лодж придал ему удобную форму переносного физического прибора для показа опытов с герцевскими волнами и сделал к нему механическое устройство для встряхивания опилок (часовой механизм, молоточек электрического звонка). Лодж назвал свой индикатор
75


электромагнитных волн «когерером» — от латинского cohesion — сцепление, спаивание [275].
Из всех ученых, занимавшихся опытами с электромагнитными волнами, Н. Тесла и О. Лодж, несомненно, ближе других были к изобретению нового средства связи. Но если ни Бранли, ни Лодж не ставили перед собой практических целей и впоследствии недвусмысленно заявили об этом [55, с. 158, 255], то Тесла много лет вынашивал идею беспроводной передачи энергии на расстояние методом возбуждения Земли как большого колебательного контура. Он увлек этой мыслью многие умы, разработал источники высокочастотной электромагнитной энергии и ее излучатели, но у него не было важнейшего звена электромагнитной волновой связи — приемника, чувствительного индикатора.
Заслуга в изобретении нового средства связи — радио — принадлежит русскому физику Александру Степановичу Попову.
ГЛАВА ПЯТАЯ
ВОЗНИКНОВЕНИЕ РАДИОСВЯЗИ
СОЗДАНИЕ А. С. ПОПОВЫМ «ПРИБОРА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ
И РЕГИСТРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ»
После первых сообщений в печати об открытии Герцем электромагнитных волн одним из многих ученых, заинтересовавшихся новым явлением, был преподаватель физики Минного офицерского класса в Кронштадте А. С. Попов. Он стал воспроизводить опыты Герца сперва в читаемом им курсе физики, а затем с целью применения волн Герца для беспроводной сигнализации на расстоянии. По-видимому, эта мысль сформировалась у него в начале 90-х годов. H. Н. Георгиевский, ряд лет проработавший ассистентом А. С. Попова, впоследствии вспоминал, что «еще до 1891 г. А. С. Попов в тесном кругу близких ему лиц высказывал мысль о возможности использовать лучи Герца для передачи сигналов на расстояние» [101, с. 183]. Идея о практическом применении электромагнитных волн вполне естественно и логично приняла у А. С. Попова форму четко сформулированной технической задачи — разработать средство беспроводной связи.
В период обучения А. С. Попова в Петербургском университете преподавание физики, поставленное профессором Ф. Ф. Петрушевским на уровень передовой науки того времени, вели молодые педагоги, ставшие впоследствии видными учеными, — И. И. Боргман и О. Д. Хвольсон. Они были сторонниками новых представлений об электромагнетизме, пропагандировали учение Фарадея—Максвелла. Эти научные взгляды были глубоко восприняты А. С. Поповым: к окончанию университета он подготовил кандидатскую диссертацию «О принципах магнито- и динамоэлектрических машин постоянного тока».
В 1883 г. Попов занял должность преподавателя физики Минного офицерского класса, располагавшего в отличие от университета лучшим физическим кабинетом, хорошо оснащенным приборами, обладавшего обширной библиотекой, которая постоянно пополнялась новинками литературы
76


в России, где наряду с теоретическими исследованиями проводились работы по внедрению достижений электротехники в морскую практику.
Хорошая научная подготовка, глубокая эрудиция в новейшей физике и благоприятные условия для экспериментальной работы позволили А. С. Попову в 1894—1895 гг. подойти к выдающемуся изобретению — радиосвязи.
Чтобы понять логику прихода А. С. Попова к мысли о применении электромагнитных волн для беспроводной связи и правильно оценить исторические события того времени, следует иметь в виду три обстоятельства. Во-первых, А. С. Попов как сотрудник военно-морского технического учебного заведения прекрасно понимал, что именно флот в первую очередь испытывает нужду в беспроводном средстве связи, что существующие методы визуальной сигнализации не всегда эффективны, а посредством электрической индукции не удалось обеспечить нужных расстояний. Во- вторых, творчески изучив работы Герца и его последователей, он убедился, что именно открытие Герца дает принципиальные возможности для решения задачи беспроводной связи. Весьма характерно, что А. С. Попов, как и Герц, хорошо осознал, что для возникновения электромагнитных волн и их распространения в пространстве необходимы электромагнитные колебания достаточно высоких частот. Герц для этого воспользовался искровым возбуждением колебательных контуров ультравысоких частот разработанного им типа — «электрическими вибраторами». В-третьих, из многочисленных опытов с электромагнитными волнами А. С. Попов хорошо представлял (и это определяло исходные позиции его дальнейших работ), что основные принципиальные элементы, с помощью которых можно производить беспроводную сигнализацию на электромагнитных волнах, уже существуют: созданы Герцем и его последователями. Но предстояла трудная задача.усовершенствовать их и приспособить для конкретных практических целей — для связи. Поэтому Попов занялся планомерными и настойчивыми поисками технических решений для создания беспроводного средства морской связи.
Надо сказать, что обстановка в Минном офицерском классе способствовала этим поискам. Благоприятствовали этому творческая инициатива, глубокое проникновение в сущность научных явлений и вместе с тем стремление применить новые открытия на практике, характерные для русской электротехнической науки конца XIX в., прославившейся многими известными именами ученых и изобретателей. Высокому уровню научного знания соответствовал и уровень электротехнического образования в русских учебных заведениях. Минный офицерский класс в Кронштадте был в этом отношении в числе передовых. Это учебное заведение, призванное готовить для флота специалистов минного дела и руководящий офицерский технический состав, играло в русской науке более важную роль, чем требовали нужды флота. В его стенах,, кроме учебного процесса, велись также серьезные научные исследования и разрабатывались новые образцы техники. Минный класс давал флоту и промышленности России квалифицированных электриков, хорошо подготовленных механиков [54].
Анализируя те средства, которыми уже располагала наука, А. С. Попов убедился, что в качестве источника электромагнитных волн для передачи сигналов на расстояние вполне пригоден генератор, использованный Герцем,
77


«вибратор Герца» или его модификации, например предложенные А. Риги, О. Лоджем и др. Вибратор Герца был прост, а работал достаточно надежно и устойчиво. В процессе физических опытов А. С. Попов убедился, что его можно использовать для сигнализации, если с помощью любого включателя (например, телеграфного ключа) первичную обмотку индукционной катушки присоединять к источнику питания в соответствии с кодом передаваемого сигнала.
Столь же очевидным для Попова было и то, что главные условия в экспериментальной работе должны быть направлены на создание надежного и устойчиво работающего индикатора электромагнитных волн. Лабораторные приборы, индикаторы электромагнитных волн, примененные ^859аН^906),ТеПатВИЧ П°П0В Э. Бранли и О. Лоджем, были, конеч-
' ^ но, значительно удобнее, чем резона¬
тор Г. Герца. Тем не менее они в их тогдашнем виде еще не могли быть использованы для выполнения целей связи. Встряхивание трубочки «радиокондуктора» Бранли для приведения его в чувствительное состояние производилось вручную в произвольные моменты времени. В когерере О. Лоджа встряхивание происходило по «жестокой программе» механическим устройством. В обоих случаях прием сигнала в промежутки времени между предшествующим срабатыванием и последующим встряхиванием был невозможен. Кроме того, и это, пожалуй, главное, — радиокондуктор Бранли и когерер Лоджа были весьма несовершенны, имели низкую чувствительность и нестабильность параметров и срабатывали ненадежно, далеко не от каждого электромагнитного сигнала.
А. С. Попову пришла идея связать моменты встряхивания когерера с,приходом посылок электромагнитных волн. Это была мысль автоматизировать работу когерера, чтобы приходящая электромагнитная волна приводила бы к восстановлению его чувствительности. Так родился принцип автоматического «декогерирования».
Начиная работать над решением проблемы создания беспроводной связи (весна 1895 г.), А. С. Попов поставил перед собой две задачи, которые определили два этапа его экспериментов.
Первая задача состояла в создании достаточно чувствительного и безотказного в работе индикатора, способного действовать на больших расстояниях от вибратора. Путь решения этой задачи был чисто экспериментальным. Попов обследовал множество веществ, как металлов, из которых делал опилки, так и неметаллических материалов (графит). Он изучил влияние формы частиц, их количества, окисленности опилок на способность изменять проводимость под воздействием электромагнитных волн. Попов стремился отыскать такую конструкцию когерера, при которой он был бы
78


чувствителен и вместе с тем работал устойчиво. В начале 1895 г. ему, наконец, удалось сконструировать достаточно чувствительный и надежный когерер, представлявший собой стеклянную трубку с платиновыми электродами и мелкими железными опилками. Из многих обследованных порошков, опилок и свинцовой дроби он предпочел мелкие железные опилки, показавшие в эксперименте наибольшую чувствительность и стабильность действия когерера.
О второй своей задаче А. С. Попов говорит следующее: «Добившись удовлетворительного постоянства чувствительности при употреблении трубки с платиновыми листочками и железным порошком, я поставил себе еще другую задачу: добиться такой комбинации, чтобы связь между опилками, вызванная электрическим колебанием, разрушалась немедленно, автоматически» [96]. Осуществление автоматизма восстановления чувствительности когерера, как уже отмечалось, было одним из важных моментов работы А. С. Попова.
В начале 1895 г. Попов сконструировал переносный прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний. Он был хорошим экспериментатором и сконструировал именно переносный прибор, а не стационарный, так как переносный прибор с автономным питанием от батарей можно было не только легко использовать в лекционной работе, но и проводить с ним опыты по связи, перемещать его из одного места в другое (когда опыты продолжались вне помещений, это было особенно удобно).
Схема прибора показана на рис. 17. Стеклянная трубка с опилками (когерер) горизонтально подвешена на легкой часовой пружине. Над трубкой помещен электрический звонок так, что его молоточек при движении вниз ударял по трубке, защищенной от разрушения при ударе резиновым кольцом. Последовательно с когерером включены батарея и чувствительное реле, которое срабатывало, когда на когерер воздействовала электромагнитная волна и его сопротивление уменьшалось. Замыканием контактов реле в цепь той же батареи включался электрический звонок. Якорь звонка притягивался вверх, и молоточек ударял по чашечке звонка. При этом цепь звонка размыкалась и молоточек при движении вниз ударял по трубке, встряхивал опилки и возвращал когереру чувствительность и высокое сопротивление, а реле размыкало контакты. После этого прибор был готов к приему новой посылки электромагнитной волны. Каждое срабатывание прибора вызывало самовосстановление его работоспособности.
Чтобы устранить влияние на чувствительный когерер любых искровых разрядов и тем самым повысить надежность и устойчивость работы прибора, Попов использовал индуктивность свернутых в спираль соединительных проводов, идущих к когереру. Как видим, прибор Попова существенно отличался от лабораторных индикаторов Бранли и Лоджа, которые не предназначались для технических нужд. Прибор Попова был первым средством индикации электромагнитных волн, практически пригодным для целей связи. Четко понимая роль достигнутого автоматизма действия прибора, А. С. Попов писал: «.. .такая комбинация, конечно, удобнее, потому что будет отвечать на электрические колебания, повторяющиеся одно за другим» [54, с. 64].
Оценивая введение А. С. Поповым метода декогерирования, О. Лодж впоследствии заметит: «Я действительно использовал для восстановления чувствительности когерера автоматический молоток или иной встряхива- тель, приводимые в действие часовым или каким-либо иным механизмом. Од-
79


Рис. 17. «Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний» Попова (1895 г.)
а — схема; б — внешний вид прибора
а
нако Попов первый заставил сам сигнал вызывать обратное воздействие, и я считаю, что этим нововведением мы обязаны Попову» [54, с. 262].
Первые опыты весной 1895 г. в помещении физического кабинета Минного офицерского класса показали, что индикатор электромагнитных волн действует четко, сигнализируя звонком на любые комбинации посылок электромагнитных волн. «На одиночное колебание (имеется в виду одиночная посылка электромагнитных волн — В. Р.) прибор отвечает коротким звонком; непрерывно действующие разряды спирали (т. е. индукционной катушки. — В. Р.) отзываются довольно частыми, через приблизительно равные промежутки следующими звонками», — пишет Попов об этом в своем отчете об опытах [54, с. 65].
Таким образом, А. С. Попов к весне 1895 г. уже имел прибор, позволяющий ему осуществить сигнализацию без проводов на расстояниях, значительно превышающих размеры учебных помещений. Продолжая работу, он вместе со своим ассистентом П. Н. Рыбкиным перенес эксперименты в сад Минного класса. В качестве излучателя (передатчика) электромагнитных волн Попов использовал модифицированный вибратор Герца, а также вибратор Риги, работающий от большой катушки Румкорфа с ртутным прерывателем Фуко. Еще в 1890—1893 гг. во время лабораторных опытов с герцов-
80


скими волнами Попов употреблял излучатель, представляющий собой вертикальный симметричный герцевский вибратор, с закрепленными на концах квадратными металлическими листами со стороной 40 см. Теперь этот генератор электромагнитных волн он использовал в опытах по связи. Мощности такого вибратора было вполне достаточно для новых опытов. В приемнике А. С. Попов присоединил к когереру вертикальную проволоку. Это позволяло увеличить чувствительность прибора и тем самым давало возможность обнаружить электромагнитные волны на значительно больших расстояниях — «до 30 сажен» (около 60 м).
Чтобы осуществить автоматическое декогерирование, основанное на принципе обратной связи, Попов применил чувствительное реле, с помощью которого включался электрический звонок. Принцип включения посредством реле любого источника вторичной энергии, любого прибора, будь то звонок, телеграфный аппарат или иное устройство, оказался очень важным и получил в дальнейшем широкое применение во многих радиотехнических приборах. А. С. Попов так отмечал эту особенность: «Мой прибор отвечает звонком на электрические волны, и с ним можно производить все опыты... т. е. произвести выстрел, взрыв и т. п. — все, что может сделать энергия электрического тока, потому что в этом приборе электрическая волна действует на телеграфное реле, а при помощи реле можно ввести в цепь какую угодно постороннюю энергию» [54, с. 80].
А. С. Попов реально оценивал возможности прибора служить для беспроводной связи благодаря воплощенному в нем принципу декогерирования. В 1897 г. он отмечает: «Для того, чтобы было возможно телеграфировать, нужно сделать дальнейший шаг, который и был сделан в моем приборе в 1895 г.» [54, с. 121].
Опыты в саду Минного класса весной 1895 г. показали, что прибор А. С. Попова реагировал не только на электромагнитные колебания от вибратора Герца, но и на грозовые разряды, происходившие на значительном расстоянии. Для исследования этого явления Попов летом 1895 г. строит другой, специальный прибор, в котором сигналы от гроз записывались на бумажной ленте так называемого «барабана Ришара», приводимого в действие часовым механизмом. Этот прибор в отличие от первого впоследствии был назван «разрядоотметчик», или «грозоотметчик» (рис. 18) *. Наблюдения над электрической активностью атмосферы показали, что грозоотметчик может предупреждать о грозах, т. е. сигнализировать об их начале, когда гроза происходит далеко и только еще приближается к месту наблюдения. Кроме того (и это было важным знанием в решении задачи беспроводной электромагнитной связи), стало ясно, что атмосферное электричество не составляет серьезной помехи для беспроводной связи.
Закончив первый этап работ, А. С. Попов решает выступить с сообщением о своих опытах перед аудиторией ученых. Его доклад состоялся на заседании физического отделения Русского физико-химического общества, которое происходило в помещении физической аудитории Петербургского университета 25 апреля (7 мая) 1895 г. А. С. Попов подробно рассказал о результатах своих опытов и продемонстрировал действие «прибора для обнаружения и регистрирования электрических колебаний» от герцевского
* Грозоотметчик А. С. Попова, как и прибор для обнаружения и регистрации электрических колебаний, находится в экспозиции Центрального музея связи им. А. С. Попова в Ленинграде.
6 Заказ 196
81


Рис. 18. Грозоотметчик Попова (1895 г.)
вибратора, включенного во вторичную обмотку катушки Румкорфа; в первичной цепи катушки имелся выключатель.
Первое печатное сообщение о докладе и работах А. С. Попова было помещено в морской газете «Кронштадский вестник» 30 апреля (12 мая) 1895 г. В заметке говорилось: «Уважаемый преподаватель А. С. Попов, делая опыты с порошками, комбинировал особый переносный прибор, отвечающий на электрические колебания обыкновенным электрическим звонком и чувствительный к герцевским волнам на открытом воздухе на расстоянии до 30 сажен.
Об этих опытах А. С. Поповым в прошлый вторник было доложено в физическом отделении Русского физико-химического общества, где было встречено с большим интересом и сочувствием.
Поводом ко всем этим опытам служит теоретическая возможность сигнализации на расстоянии без проводников, наподобие оптического телеграфа, но при помощи электрических лучей» [54, с. 51—52]. Словами «теоретическая возможность» выражена мысль о том, что такая возможность уже была предсказана наукой.
В декабре 1895 г. Попов подготовил подробную статью о своих работах, которая была опубликована в январской книжке «Журнала физико-химического общества». В этой статье он подробно изложил ход своих исследований, в том числе наблюдения над влиянием атмосферного электричества на его прибор. Он описал устройство генератора электромагнитных волн и «прибора для обнаружения и регистрирования электрических колебаний».
Подчеркивая высокую чувствительность построенного прибора, Попов отмечает, что он «может служить для различных лекционных опытов с электрическими колебаниями и, будучи закрыт металлическим футляром, с удобством может быть приспособлен к опытам с электрическими лучами». И далее говорит еще об одном, метеорологическом применении прибора, если его присоединить к проводнику громоотвода, «когда этот проводник подвергается действию электромагнитных пертурбаций, происходящих
82


в атмосфере». Полагая, что дальнейшее развитие работ по использованию прибора для беспроводной связи на большие расстояния будет связано с совершенствованием также и передающего устройства, т. е. с увеличением его мощности, А. С. Попов заканчивает статью следующими словами: «В заключение могу выразить надежду, что мой прибор при дальнейшем усовершенствовании его может быть применен к передаче сигналов на расстояние при помощи быстрых электрических колебаний, как только будет найден источник таких колебаний, обладающий достаточной энергией» [54, с. 70].
Таким образом, весной 1895 г. А. С. Попов разработал технические средства, пригодные для осуществления задачи беспроводной сигнализации с помощью электромагнитных волн на расстоянии, сделал сообщение об этом в научном обществе, во время которого продемонстрировал с помощью действующих приборов принципы нового вида связи.
Другое направление в его работах составили исследования электрической активности атмосферы. В этой области им были получены исчерпывающие результаты, показывающие, что его прибор улавливает атмосферные разряды далеких гроз задолго до их приближения, и что атмосферное электричество не представляет существенной помехи «опытам с электрическими лучами», т. е. передаче сообщений. Подводя итог своим двухлетним метеорологическим исследованиям, А. С. Попов пишет в 1897 г.: «Грозовые тучи и даже облака, давая электрические разряды, служат источниками электромагнитных волн, которые могут вызвать действие приемного прибора помимо станции отправления, и при частых разрядах во время грозы телеграфирование невозможно. Помимо же грозовых разрядов, электрические колебания хотя и возникают иногда, но сравнительно редко, как показывают двухлетние наблюдения на метеорологической обсерватории Лесного института, производимые над прибором, подобным приемнику, а потому не могут мешать сигнализации» [54, с. 141].
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРИБОРА
И ПЕРВАЯ ПРАКТИЧЕСКАЯ РАДИОСВЯЗЬ
Зимой 1895—весной 1896 г. А. С. Попов занимался усовершенствованием своих приборов. Он подвесил когерер на плоской часовой пружине, использовал более высокую антенну. Применял он и излучатель с рефлектором в форме параболического цилиндра с вибратором Риги.
Работу своих аппаратов Попов демонстрировал на двух лекциях: 19 (31) января и 12 (24) марта 1896 г. Особенно важным было первое выступление на заседании Кронштадского отделения Русского технического общества. На этом заседании присутствовали главным образом моряки и руководящие лица Морского ведомства, которым Попов показал действие своих приборов. Он отметил важное назначение созданных им приборов как нового средства беспроводной связи, которое может и должно быть использовано на флоте. А. С. Попов во время этого доклада показывал именно сигнализацию, а не просто «опыты Герца». Электромагнитные волны получались от герцевского вибратора, установленного в одном из залов помещения Кронштадтского отделения Русского технического общества, а «прибор, носимый по аудитории и удаленный в заключение в крайние комнаты здания, все время отвечал на заранее определенные звонковые сигналы» [42, с. 211].
6*
83


Второй доклад (в марте 1896 г.) был сделан на заседании физического отделения Русского физико-химического общества, т. е. в тех же стенах, где состоялось основное сообщение А. С. Попова весной 1895 г. Попов демонстрировал опыты Герца, которые лежали в основе изобретенного им средства связи. Он использовал вибратор системы Риги с небольшими цилиндрами в масле. Приемник был таким же, как при первой демонстрации, за исключением того, что вместо приемного провода применялся короткий штырек (соответственно малой длине волны, излучаемой вибратором Риги), помещенный в фокусе параболического цилиндра. Об устройстве этого приемника можно составить представление из письма Попова к Дюкрете, в котором он приводит рисунок приемника [102].
Значительный для истории радиотехники интерес представляет доклад профессора В. В. Скобельцына в Электротехническом институте 2 (14) апреля 1896 г. о работах А. С. Попова. Скобельцын продемонстрировал аппаратуру Попова для сигнализации на расстоянии. В журнальном отчете об этом событии сообщается: «. . .докладчик произвел опыты с вибратором Герца, который был поставлен в соседнем флигеле, на противоположной стороне двора. Несмотря на значительное расстояние и каменные стены, расположенные на пути распространения электрических лучей, при всяком сигнале, по которому проводился в действие вибратор, звонок прибора громко звучал» [111].
Сообщения о докладах А. С. Попова появились в пяти русских печатных . изданиях, и специалисты высоко оценили достижения ученого.
К весне 1897 г. А. С. Попов подготовил программу испытания своих приборов на кораблях учебно-минного отряда Балтийского флота. Программа включала задачи увеличения дальности связи за счет повышения мощности источника волн и чувствительности приемника, определение влияния на связь метеорологических условий, а также очень важный пункт — испытание действия приборов связи в реальной судовой обстановке, т. е. определение влияния такелажа, мачт и металлических частей корабля на связь. Опыты проводились П. Н. Рыбкиным и специальной комиссией морских офицеров. Общее руководство осуществлял А. С. Попов (который хотя и находился в это время в Нижнем Новгороде, но внимательно следил за опытами и поддерживал связь с экспериментаторами).
Результаты опытов показали, что увеличение расстояния достигается «увеличением энергии волны, величина же этой энергии определяется размерами вибратора и действующей разностью потенциалов, в свою очередь обусловливаемой мощностью индукционной спирали и длиной разрядной искры в вибраторе» [54, с. 140]. Кроме того, было доказано, что дальность сигнализации зависит от высоты передающей антенны.
Проблема, связанная с изучением работы приемных аппаратов в условиях реального корабля, включала изучение влияния оснастки корабля на прием электромагнитных сигналов антенной. Исследовались разные типы приемных антенн. Прием сигналов производился на различных расстояниях и при разных ракурсах корабля. Связь осуществлялась между транспортным судном «Европа» и крейсером «Африка», на котором размещался приемник с антенной высотой 20 м. Дальность связи достигала 5 км.
А. С. Попов получил экспериментальные данные о том, что оснастка судна сильно влияет на работу системы связи, антенные провода надо располагать таким образом, чтобы это влияние было наименьшим. Попов упоминает о весьма важном наблюдении, сделанном в 1897 г.: «Наблюдалось
84


также влияние промежуточного судна. Так, во время опытов между ,Европой“ и „Африкой“ попадал крейсер „Лейтенант Ильин“, и если это случалось при больших расстояниях, то взаимодействие приборов прекращалось, пока суда не сходили с одной прямой линии» [54, с. 142]. Попов объясняет это явление двумя видами взаимодействия судна с электромагнитными волнами — интерференцией и отражением.
На основе этих наблюдений А. С. Попов высказал идею о возможности применения источника электромагнитных волн на морских маяках в добавление к световым или звуковым сигналам, чтобы обнаруживать такие маяки с помощью приемников электромагнитных волн в условиях плохой видимости в тумане, ночью и в бурную погоду. При этом он предполагал определять направление на такой маяк: «пользуясь свойствами мачт, снастей и т. д., задерживать электромагнитную волну, так сказать затенять ее» [54, с. 143].
Испытания 1897 г. показали, что поставленная задача решена успешно: флот получал новое средство беспроводной связи, которому суждено было открыть эпоху в развитии электросвязи.
Опыты летом 1898 г. в Минном отряде проводились с применением нового типа антенн, которые представляли разветвленную двухъярусную сеть проводников. Станции располагались на берегу и на кораблях. Передающая станция на берегу имела одноярусную антенну. Корабельные антенны были двухъярусными.
А. С. Попов пришел к важному выводу, что при использовании большой разветвленной антенны можно обходиться вообще без вибраторов, возбуждая высоковольтным разрядом индукционной катушки колебания в антенне, т. е. присоединяя разрядник непосредственно к антенне. В отчете об опытах А. С. Попов заключал: «В настоящее время вопрос о телеграфировании между судами эскадры может считаться решенным... В недалеком будущем, вероятно, все большие океанские суда будут иметь приборы для телеграфирования без проводников, чем значительно будут уменьшены шансы столкновения судов во время тумана, и тогда будет уместно снабжать такими же приборами и маяки вдобавок к их световым источникам» [54, с. 191].
РАБОТЫ Г. МАРКОЙ И
Летом 1896 г. в зарубежной печати появились сообщения об опытах с электромагнитными волнами, которые проводил итальянец Гульельмо Мар- кони. Маркони получил домашнее образование и в юношеские годы прослушал курс лекций об электромагнитных волнах у известного итальянского физика Аугусто Риги.
Проведя ряд опытов с электромагнитными волнами, Маркони решил применить их для создания системы беспроводной связи. В 1896 г. он приехал в Англию, где ему удалось заинтересовать своей идеей английское Почтовое ведомство и Адмиралтейство. Директор британских телеграфов, физик и электротехник В. Прис принял деятельное участие в опытах Маркони и помог ему провести работы по осуществлению опытов беспроводной связи.
В сентябре 1896 г. в газетах сообщалось о беспроводной передаче сигналов, проведенной Маркони в районе Солсбери Плейн на расстоянии около 7 км. Весной 1897 г. Маркони достиг в Бристольском канале дальности около
85


16 км. Эти опыты привлекли внимание представителей деловых кругов Великобритании, и в 1897 г. Маркони организовал крупное акционерное общество «Маркони и К0», много сделавшее для развития беспроводной связи.
В июне 1896 г. Маркони подал в Британское патентное ведомство заявку на «усовершенствования в передаче электрических импульсов и сигналов на расстояние и в аппаратуре для этого», а в июле 1897 г. получил патент [280]. После этого в докладе, сделанном В. Присом в Королевском институте были описаны приборы Маркони и стал ясен их принцип действия (рис. 19) [54, с. 84—97; 312].
За исключением второстепенных деталей, аппаратура Маркони по схеме и принципу действия была пол-
Гульельмо Маркони (1874—1937) ностью аналогична приборам для беспроводной связи, которые разработал А. С. Попов за 14 месяцев до этого. Использовал он и автоматическое восстановление чувствительности когерера. В качестве передатчика Маркони пользовался вибратором А. Риги с излучателем (в форме шаров в масле), работавшим на волнах длиной около 120 см.
Надо подчеркнуть, что сходство первых приемных аппаратов А. С. Попова (1895 г.) и Г. Маркони (1896 г.) было еще и в том, что индикация сигналов производилась на слух по звукам электромагнитного ударника, встряхивающего когерер (у Попова — молоточка электрического звонка, у Маркони — специального электромагнитного ударника). Включение встряхивателя и у Попова, и у Маркони производилось чувствительным телеграфным реле, которое было включено последовательно с батареей в цепь когерера. Некоторые незначительные отличия были у них в конструкции когерера. Когерер Попова представлял собой стеклянную трубку с полуцилиндрическими платиновыми электродами, между которыми был небольшой зазор. В трубке находились мелкие железные опилки. У Маркони когерер был также в виде стеклянной трубки с плотно введенными в нее с двух сторон цилиндрическими серебряными электродами. Обращенные друг к другу торцевые поверхности этих электродов были плоско скошены, образуя зазор, минимальное значение которого было около 0,5 мм, зазор был заполнен смесью из серебряных и никелевых опилок. Для получения более стабильных параметров когерера воздух из трубки был откачен.
А. С. Попов сначала не придавал особого значения виду индикации передаваемых сообщений. Его заботило лишь, чтобы такая сигнализация была надежной и производилась на достаточные расстояния (традиции и практика морского дела способствовали именно такому подходу). Поэтому Попова вполне удовлетворяла звуковая сигнализация с помощью электрозвонка. Маркони же старался приспособить свою аппаратуру для нужд
86


d
Рис. 19. Схема приемного устройства Маркони (1896 г.)
почтово-телеграфного ведомства и пришел к необходимости применения стандартных телеграфных аппаратов с записью сигналов на ленту. Запись сигналов на бумажную ленту А. С. Попов применил в своем грозоотметчике в 1895 г. В приемнике для сигнализации он использовал запись на ленту несколько позже, хотя в первых же опытах убедился, что с помощью реле можно приводить в действие любые приборы — от телеграфного аппарата до электромииного взрывателя.
ТЕЛЕФОННЫЙ ПРИЕМНИК А. С. ПОПОВА
Лето 1899 г. было ознаменовано открытием в методе приема электромагнитных волн, сделанным сотрудниками Попова — П. Н. Рыбкиным и Д. С. Троицким.
Проверяя исправность монтажа приемника форта «Милютин» в Кронштадтской крепости при передаче из форта «Константин», Троицкий и Рыбкин пользовались телефонными трубками. Когерер не срабатывал. Когда они подключили трубки непосредственно к когереру, то ясно услышали сигналы передатчика форта «Константин».
Исследовав явление в лабораторных условиях, экспериментаторы выяснили, что на слабые сигналы когерер не реагирует, т. е. реле и звонок не срабатывают. В то же время в этих условиях присоединенные к когереру телефонные трубки позволяют слышать передаваемые сигналы непосредственно без встряхивания когерера. Это означало, что при новом способе приема можно было либо уменьшить мощность передатчика, либо значительно увеличить дальность связи. И июня эти предложения подтвердились: поместив приемник в селении Лебяжье на южном берегу Финского залива, на расстоянии 28 км от форта «Константин», экспериментаторы ясно слышали сигналы «Константина». Они поняли, что открыли важное для практики новое явление.
Дальнейшее изучение Поповым обнаруженного эффекта (детекторное действие когерера с металлическим окисленным порошком при очень малых токах) показало, что дальность связи можно было уверенно довести до 40 км.
В 1901 г. А. С. Попов получил русскую привилегию («Nb 6066, группа XI с приоритетом 14 (26) июля 1899 г.) на принципиально новый тип «телефонного приемника депеш, посылаемых с помощью какого-либо источника электромагнитных волн по системе Морзе». Подобные же патенты А. С. Попову выдали во Франции и Англии. В дальнейшем приемники этого типа изготовлялись в течение некоторого времени французской фирмой «Дюк- рете» (рис. 20) и Кронштадтской мастерской беспроволочного телеграфа.
87


Рхг. /
9*хг. £
Щ
■MKSQOOOoq^.
а
Рис. 20. Телефонный приемник Попова (1901 г.)
а — рисунок из патента к привилегии; б — внешний вид приемника, изготовленного фирмой «Дюкрете»


«ЗАВОЕВАНИЕ ПРОСТРАНСТВА» РАДИОСВЯЗЬЮ
Весьма серьезным испытанием нового средства связи было его использование во время работ по спасению броненосца «Генерал-адмирал Апраксин», который из-за навигационной ошибки сел на камни в Финском заливе у острова Гогланд осенью 1899 г. Телеграфная линия, которая была оборудована А. С. Поповым, его помощниками П. Н. Рыбкиным, И. И. Залевским, А. А. Реммертом и другими моряками-электриками (под общим руководством Реммерта) между островами Гогланд и Кутсало на расстоянии около 45 км, работала четко и безупречно, что во многом способствовало успешному завершению спасательных работ [29, с. 93—111].
С конца XIX в. технически развитые страны стали вести интенсивные работы в области радиосвязи. В Германии с 1897 г. такие работы проводил А. Слаби в содружестве с инженером Г. Арко. Им удалось организовать при участии известных в Германии фирм AEG («Всеобщая электротехническая компания») и «Сименс и Гальске») новую радиотехническую компанию «Телефункен» (с 1903 г.). «Телефункен», как и фирма
«Маркони», консолидировала силы видных ученых и инженеров своей страны и способствовала интенсивному развитию техники радиосвязи. Велись также аналогичные работы во Франции (А. Блондель, Г. Ферье, К. Тиссо и др.). Многое для развития приборной базы беспроводной связи там сделала фирма «Дюкрете», имевшая тесный контакт с А. С. Поповым. В 1898 г. Дюкрете осуществил первую во Франции радиосвязь на аппаратуре Попова— Дюкрете между Эйфелевой башней и Пантеоном в Париже. В России в начале XX в. организуется производство радиоаппаратуры в Кронштадтской мастерской (1900 г.), а затем в Радиотелеграфном депо Морского ведомства в Петербурге (1911 г.), преобразованном в 1915 г. в Радиотелеграфный завод.
К 1901 г. относится важная веха в истории радиосвязи. Инженерами компании «Маркони» была осуществлена радиосвязь через Атлантический океан на расстояние около 3500 км. Это событие связано со многими инженерными поисками и техническими находками, огромным энтузиазмом и упорным трудом большого коллектива инженеров и техников.
В Англии в Корнуолле (местечке Полдью) в декабре 1901 г. была сооружена антенная система, состоящая из 50 вертикальных медных проводов, укрепленных вверху на горизонтальном поддерживающем проводе, растянутом между двумя мачтами высотой по 48 м. Провода антенны веером сходились внизу и соединялись с передатчиком. Сама по себе задача создания такого сложного инженерного сооружения была достаточно трудной (построенная за два месяца перед этим, коническая многопроводная антенна была разрушена штормом).
В Америке в Ньюфаундленде находилось приемное устройство когерер- ного типа, работавшее без встряхивания (т. е. в режиме детектирования). Когерер включался непосредственно в антенну или во вторичную обмотку повышающего трансформатора (так называемого «джиггера», принцип действия которого будет рассмотрен ниже). Приемная антенна поднималась воздушным змеем. Печать того времени отмечала, что первая трансатлантическая передача проводилась аппаратами, резонансные свойства у которых были выражены весьма слабо. 21 декабря 1901 г. в Ньюфаундленде был зафиксирован четкий прием переданной несколько раз азбукой Морзе буквы 5. Этот телеграфный знак был выбран потому, что составлялся простейшим
89


набором посылок электромагнитных волн в виде трех точек. Измеренная (весьма приближенно) длина волны в этой передаче была более 360 м. Мощность (подводимая) передатчика составляла около 25 кВт. Вскоре антенные системы в Полдью и Ньюфаундленде были модернизированы, увеличены в размерах и передача стала более уверенной. Опыт показывал, что таким методом (искровой передатчик и когерерный детекторный приемник) увеличить дальность передачи и получить уверенное прохождение сигнала легче путем увеличения размеров антенной системы, чем мощности передатчика.
Связь посредством электромагнитных волн стала входить в жизнь на всех континентах. И если в период своего рождения радиосвязь пробивала дорогу, конкурируя с хорошо развитыми и технически совершенными проводными телеграфными и телефонными системами, то очень скоро она обрела право на широкое применение и всеобщее признание.
Вначале для обозначения нового средства связи использовались термины «беспроводная связь», «сигнализация без проводов». В 1903 г. на Международной конференции по беспроводному телеграфированию был рекомендован термин «радиотелеграфия». В это же время стал применяться термин «радио» как обобщенное понятие, связанное с техникой беспроводной связи. Постепенно он вошел в употребление и в настоящее время применяется повсеместно [104].
Возникает вопрос: почему А. С. Попов, обосновывая свой приоритет, указывал (в отличие от Маркони) на разработку им только радиоприемника, или, как он называл, «прибора для обнаружения и регистрирования электрических колебаний», и не ставил себе в заслугу создание других звеньев радиосвязи? Будучи эрудированным ученым, он знал, что большинство таких элементов радиосвязи уже существовало к 1895 г. Это были различные модификации вибратора Герца, возбуждаемого индуктивной катушкой с прерывателем тока в первичной цепи, а также включатель для осуществления передачи кодированных по длительности сигналов; вибратор Герца сам по себе являлся простейшей передающей антенной. Творческий синтез этих элементов и применение принципа автоматического встряхивания когерера от принятого сигнала позволили А. С. Попову создать новое по своему качеству устройство — радиоприемник.
А. С. Попов не взял патента на свое изобретение и (в отличие от Маркони) не придавал значения коммерческой стороне дела, что было характерно для русской науки того времени. По меткому определению И. В. Бре- нева, А. С. Попов, не запатентовав свое изобретение и широко опубликовав результаты своих работ в научной печати, сделал тем самым его достоянием всего человечества, лишив права на приоритет других претендентов [29, с. 120]. Между тем Г. Маркони, на 31 год переживший А. С. Попова, стал основателем фирмы, которая вначале была монопольным производителем радиоаппаратуры. Труд многих талантливых специалистов — сотрудников фирмы дал миру ряд крупных нововведений и технических достижений в радиотехнике, способствовал ее быстрому прогрессу. Маркони был свидетелем и участником многих триумфов радиотехники — появления радиотелефонии, радиовещания, телевидения, радионавигации и др. В 1909 г. ему была присуждена Нобелевская премия. Популярность Маркони быстро росла, имя его стало известно всему миру. И как-то постепенно стало забываться, стираясь из памяти молодых поколений, имя действительного изобретателя радио — А. С. Попова.
90


Русская научно-техническая общественность еще до Октябрьской революции многое сделала, чтобы отстоять заслуги А. С. Попова и не предавать забвению его имя. Известные ученые В. К- Лебединский, В. Ф. Миткевич, А. А. Петровский выступали с докладами и статьями, в которых востанав- ливали исторический ход событий, определяли ведущее место А. С. Попова в истории изобретения радио. Физическое отделение Русского физикохимического общества организовало после его смерти специальную комиссию (под председательством профессора О. Д. Хвольсона), поставив перед ней задачу — документально разобраться в событиях и показать роль Попова как изобретателя радио. Результаты работы комиссии, подтвердившей приоритет А. С. Попова, были опубликованы в 1909 г. [55, с. 248—263]. Решение комиссии завершалось приложением свидетельств известных ученых, непосредственно способствовавших зарождению радио, — О. Лоджа и Э. Бранли. Они полностью подтвердили приоритет А. С. Попова, а не Г. Мар- кони.
Вопрос о приоритетах того или иного открытия или изобретения не является по своему значению одним из первостепенных в истории науки и техники. Гораздо более важно воссоздать общий ход исторических событий, развития научной и технической мысли, провести анализ особенностей как эволюционного процесса, так и быстрых качественных изменений, носящих характер революционных переходов. Очень важно проследить, как зарождались и возникали первые ростки нового направления науки и техники. В изобретении радио также важно понять, что определило рождение нового средства связи, почему оно могло возникнуть в России, хотя она была экономически далеко не самой развитой страной в мире.
Возникновение радиосвязи не было случайным. Не случайно возникла она и в России. Как нам кажется, можно назвать по крайней мере четыре причины этого. Первая — определилась глубокими историческими корнями, выдающимися достижениями, которые имелись в русской науке об электрических явлениях со времен М. В. Ломоносова и Г. В. Рихмана, а также работами плеяды выдающихся электриков русской электротехнической школы, внесших огромный вклад в мировую электротехнику. Вторая причина состоит в том, что в России хорошо было поставлено электротехническое образование, специалисты-электрики получали высокую квалификацию на уровне передовой науки того времени. Третья причина определялась тем, что развитие капитализма в Росси в конце XIX в. требовало создания сильного русского военно-морского флота. Флот быстро развивался, вследствие чего возникла острая потребность в надежном средстве беспроводной связи. Четвертая (но далеко не второстепенная) причина — А. С. Попов был человеком творческим, глубоко мыслящим, имевшим экспериментаторский талант. Он живо откликался на все новое и прогрессивное и к тому же точно знал требования флота к необходимым средствам связи.
91


ГЛАВА ШЕСТАЯ
НАЧАЛО РАДИОТЕХНИКИ ЗАТУХАЮЩИХ КОЛЕБАНИЙ
МЕТОДЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЗАТУХАЮЩИХ КОЛЕБАНИЙ
И УПРАВЛЕНИЯ ИМИ
В период до 1910—1915 гг. использовалось несколько методов получения затухающих колебаний. Наиболее простым был метод непосредственного возбуждения искровым разрядом колебаний в заряженной до высокого потенциала антенне. Метод, предложенный К. Ф. Брауном, состоял в возбуждении с помощью искрового разряда колебаний в контуре с сосредоточенными параметрами, электрически связанным с антенной. Нашли применение еще два способа возбуждения затухающих волн: метод М. Вина с дисковыми «быстрогаснущими» разрядниками и возбуждение колебаний в контурах посредством вращающихся разрядников.
Исторически первым нашел техническое применение метод возбуждения электромагнитных колебаний посредством искрового разряда в заряженном до определенного потенциала проводнике. Именно этот метод использовал Г. Герц в своих опытах. В первые годы после появления радиосвязи способ Герца был единственным и воплощался с теми или иными видоизменениями разными экспериментаторами в генераторах электромагнитных волн. По- своему принципу действия искровые генераторы могли создавать только посылки затухающих электромагнитных колебаний, следующих друг за другом во времени в соответствии с принятым кодом передачи информации. Накопленная в вибраторе энергия была пропорциональна квадрату электрического потенциала, при котором происходил искровой пробой, что в конечном итоге определялось свойствами разрядника. Чем электрически более прочной была среда, в которой помещались шарики разрядника, и чем больше расстояние между ними, тем выше был пробивной потенциал и больше энергия колебаний. Однако еще Герц показал, что, несмотря на эти соображения, наиболее интенсивные колебания получались в разрядниках с небольшим искровым промежутком. Как стало впоследствии ясно, причина заключалась в том, что более длинная искра имела большее сопротивление и вибратор излучал сильно затухающие волны. Поэтому длина искрового промежутка имела оптимальную величину для конкретных генераторов.
Разрядники с малым зазором иногда помещались в масляную ванну, чтобы повысить пробивное напряжение и в то же время при малом зазоре иметь небольшое, вносимое в колебательный контур затухание. Одной из ранних конструкций вибраторов для физических экспериментов с масляным разрядником был вибратор Э. Сарасена и О. де ла Рива [328].
Для получения электромагнитных волн малой длины использовались вибраторы малых размеров: у некоторых исследователей (О. Лодж, П. Лебедев, А. Риги) они превратились в два шарика, которые получали энергию от индукционной катушки через вспомогательные разрядники между шарами и полюсами катушки. Накопленная энергия вызывала разряд между шарами и излучение электромагнитных волн. Среди таких приборов, получивших распространение в физических лабораториях, можно отметить вибратор А. Риги с масляным разрядником, предложенный им в 1893 г. [317]. На рис. 21 показан вариант вибратора Риги.
Среди устройств для генерирования .высокочастотных электромагнитных
92


Рис. 21. Схематическое устройство вибратора Риги (1893 г.)
колебаний следует также отметить (уже описанный выше) прибор, разработанный Н. Теслой в 1891 г., так называемый «трансформатор Теслы», во вторичной обмотке которого вследствие резонанса возникали се- ^ рии затухающих высокочастотных колеба- ^ ний очень высокого напряжения, порядка ^ нескольких миллионов вольт [349]. Подоб- ^ ный резонансный трансформатор был неза- ^ висимо предложен в 1892 г. американским электриком И. Томсоном [358, 359].
В первых системах радиосвязи, и в том числе в приборах А. С. Попова, применялись вибраторы Герца в виде линейных проводников различной длины, присоединенных к искровому разряднику и имеющих иногда на концах металлические пластины, шары, диски, тарелки конической формы и т. п. Такие приспособления ’ увеличивали емкость вибратора, а это, в свою очередь, повышало мощность. Пользовался Попов также и вибраторами Риги.
Важнейшей задачей радиосвязи, вытекающей из самой ее сути, т. е. из передачи на расстояние информации, было увеличение дальности действия систем связи. Еще А. С. Поповым в его опытах с электромагнитными волнами было отмечено влияние на дальность связи металлического проводника (антенны), присоединенного к вибратору. Чем выше был поднят проводник и чем он был длиннее, тем больше была дальность связи. При этом сам вибратор уже переставал выполнять свою первоначальную роль, т. е. генерировать и излучать электромагнитные волны (мощность которых определялась его геометрическими размерами, емкостью и квадратом напряжения) — практически длина волны определялась параметрами антенны. Антенна становилась новым колебательным контуром и излучателем одновременно, а вибратор как таковой вырождался в искровой разрядник. Поэтому практическая радиосвязь с первых шагов своего развития стала осуществляться на более длинных электромагнитных волнах, чем в опытах А. С. Попова: стали использовать волны средние (гектометровые) и длинные (километровые).
Этот переход в длинноволновую область не был простой случайностью, связанной с присоединением к вибратору антенных систем. Эксперименты подтвердили, что электромагнитные волны распространяются на большие расстояния при использовании антенн, состоящих из большого числа разнесенных в пространстве проводов, поднятых на мачтах или башнях. И хотя в первые годы еще мало были изучены особенности распространения радиоволн различной длины, уже было хорошо известно, что высокие антенны и мощные искровые генераторы позволяют достигать значительных расстояний, что на дальность большее влияние оказывают высота и разветвленность антенн, равно как и мощность передатчика. Это и определило дальнейшую тенденцию в мировой радиосвязи к применению все более длинных волн. Если проследить хронологически увеличение длин радиоволн, применяемых
93


Рис. 22. Рост дальности радиосвязи и длины волны (1897—1904 гг.)
для дальней радиосвязи, то зависимость представится почти прямой возрастающей линией. «Завоевание пространства» происходило следующим образом: в 1897 г. была получена максимальная дальность около 10 км, в 1899 г. — до 100, в 1900 г. — до 1000, а в 1903 г. — 10 000 км [107, с. 20] (рис. 22).
В качестве источника напряжения для вибраторов использовались высоковольтные индукционные катушки, одна из конструкций которых была предложена Румкорфом. Катушки небольших размеров имели электромагнитный механический прерыватель. Ток в первичной цепи катушек большой мощности прерывался ртутным прерывателем, рассчитанным на большие токи, или электролитическим прерывателем Венельта. Поскольку первичный ток больших катушек достигал нескольких ампер, для включения и выключения катушки при манипуляциях в первичной цепи, например кодом Морзе, обычный телеграфный ключ не годился и применялись специальные сильно- точные манипуляторы.
Для станций небольшой мощности, питаемых от машин постоянного тока, применялись так называемые ключи Брауна. Принцип действия их состоял в том, что при нажатии ключа через контакты протекал большой «пусковой» ток. Этот ток проходил через электромагнит, который удерживал ключ в замкнутом состоянии до тех пор, пока ток не спадал (влияние самоиндукции) до величины достаточно низкой. Тогда электромагнит отпускал ключ. Такая конструкция приводила к передаче телеграфных точек с заданной длительностью. Иногда применялись (особенно в мощных станциях) ключи, присоединенные параллельно катушке индуктивности, что позволяло уменьшить обгорание контактов. Таким же целям служили и конденсаторы, присоединенные параллельно контактам ключа. Кстати сказать, этот способ искрогашения и по сей день используется в электротехнической практике в манипуляторах с не слишком большими токами. Из искровой радиотехники он перешел в другие области техники, в частности используется в тракторах и автомобилях — в распределителях зажигания, осуществляющих прерывание тока в первичной обмотке катушки зажигания.
В очень мощных искровых станциях с большими (200—300 А) токами в первичной обмотке индукторов применялись иногда специальные реле, срабатывающие от телеграфного ключа и управляющие угольными контактами. Причем использовалось несколько последовательно включенных контактов.
94


В ранней радиосвязи быстро сложилась типичная форма искрового передающего устройства, состоящего из высоковольтной катушки, источника питания, прерывателя, манипулятора и излучающего провода, одновременно являющегося частотозадающей колебательной системой. Источник питания постоянного тока (батарея) с первых лет XX в. стал заменяться электрической машиной как повышенной, так и обычной промышленной частоты.
В период зарождения искровой радиотехники техника радиоизмерений только возникала. Длина волны, как правило, не измерялась, и связь осуществлялась чисто эмпирически, подбором параметров приборов. О порядке величины длины волны судили по размерам антенны. Однако техника радиоизмерений довольно быстро обретает силу, стимулируемая практикой радиотехники. Уже в ранней радиотехнике появляются приборы для измерения длины волны. Длина волны в дециметровых и метровых диапазонах измерялась с помощью «линии Лехера» — прибора, появившегося вскоре после открытия Герца. А. С. Попов в ранних опытах по измерению на электромагнитных волнах пользовался лехеровскими линиями. В конце XIX—начале XX в. в практику вошел резонансный прибор — волномер, предложенный А. Слаби (так называемый «жезл Слаби») [141]. В 1904—1905 гг. появились волномеры фирмы «Телефункен».
Антенный провод, примененный в качестве колебательного контура генератора электромагнитных волн, не позволял запасти значительную энергию, поэтому емкость антенны искусственно увеличивали. Для этого в ее верхней части сооружали дополнительные провода, появилась так называемая «горизонтальная часть» антенны.
Использование антенны (с искровым разрядником в ней) в качестве частотозадающего колебательного контура или отдельного контура, связанного с антенной, но имеющего в себе искровой разрядник, не позволяло получать дальние передачи. Увеличение напряжения на контуре для повышения мощности требовало удлинять искру в разряднике, а это приводило к внесению больших потерь в контур и ослабляло все усилия по увеличению мощности. Поэтому стали искать способы одновременного повышения напряжения на контуре и уменьшения затухания в нем. Конструкторская мысль создателей искровых передатчиков пошла по пути отделения частотозадающей колебательной системы, которой являлась антенна, от контура, в котором происходил искровой разряд.
Применение отдельного контура с сосредоточенными параметрами давало возможность более четко осуществлять настройку изменением и подбором параметров контура. Производилась настройка и антенн включением в антенный провод емкостей и индуктивностей. И все же практика показывала, что использование сильно затухающих волн, амплитуда которых резко уменьшалась во времени и через десяток периодов падала почти до нуля, не позволяло достигать дальней связи, так как энергия каждой такой посылки была небольшой. Было установлено также, что при сопоставимых условиях менее затухающие «пакеты», или посылки радиоволн, можно было принимать на большем расстоянии. Позже выяснилось и еще одно немаловажное для связи обстоятельство: чем больше применялось передатчиков затухающих волн, тем больше возникало от них помех радиоприему соседних станций. В дальнейшем, по мере роста количества радиосредств, это стало серьезным недостатком в технике связи.
Поэтому вполне естественно возникли исследования с целью построить такие передатчики, которые излучали бы посылки радиоволн, затухающие во
95


Рис. 23. Схема ударного возбуждения затухающих колебаний
времени как можно слабее. Одной из плодотворных попыток в этом направлении были применение связанных колебательных контуров и перенесение искрового разрядника из антенной цепи в отдельный контур (рис. 23). В технической литературе того времени передающие устройства с двумя связанными колебательными контурами и разрядником, вынесенным из антенной цепи, иногда называли «отправителями колебаний по сложной схеме», чтобы подчеркнуть их отличие от ранних «простых» схем, где в качестве частотозадающего колебательного контура использовалась антенна, в которой находился разрядник. В числе исследователей, экспериментировавших со «сложными схемами», в первую очередь должно быть названо имя К. Ф. Брауна, который сделал весьма существенный вклад не только в радиотехнику, но и в физику. Он сконструировал катодную трубку с магнитным управлением (1897 г.) —предшественницу современных кинескопов. Его метод возбуждения колебаний посредством искрового разряда явился важным шагом в развитии ранней искровой радиотехники. В 1906 г. Брауну удалось обнаружить униполярную проводимость кристаллов сернистого цинка, перекиси свинца, карборунда и др., и он применил это свойство для создания кристаллических детекторов, сделавших эпоху в радиоприемной технике. За заслуги в развитии радиотехники в 1909 г. Браун (вместе с Г. Маркони) был удостоен Нобелевской премии.
В начале 1900 г. Браун построил экспериментальный передатчик, в котором колебательный контур был связан с антенной трансформаторно, а разрядник находился в этом контуре. Система работала от высоковольтной индукционной катушки. В антенной цепи, имевшей малые потери, возникали слабозатухающие колебания [27, 175]. Связанные колебательные цепи Браун применил и в приемниках для более острого резонанса.
При искровом возбуждении колебаний в системе двух связанных контуров энергия, поступавшая из возбуждающего контура в антенну, определялась связью между ними. При слабой связи получалось наименьшее затухание колебаний в антенне, но поступающая в антенну мощность была мала. Сильная связь позволяла передать достаточную мощность при небольшом затухании, однако возникало явление двухволнистости, т. е. двух резонансных частот («частот связи»), и связанная система была способна работать на любой из них или на обеих частотах одновременно. Экспериментаторы, обнаружив это явление, очень быстро дали ему теоретическое обоснование, пользуясь простейшим тригонометрическим анализом, применяемым в электротехнике того времени. Вследствие сильной связи в системе возникали биения электромагнитных колебаний на частотах связи, а при достаточно больших амплитудах возникали повторные пробои искрового разрядника, так как энергия переходила из возбуждающего контура в антенный и обратно.
Антенная цепь, когда из нее убирался разрядник, имела достаточно высокую добротность и в то же время сильную трансформаторную связь
96


с разрядным контуром. Разрядник же, помещенный в этом контуре, сильно снижал добротность контура. Общее затухание в системах Брауна определялось потерями как в контуре, так и в антенне и степенью связи между ними. Практически оно не превышало 20—30 %. При сильной связи затухание возбужденных колебаний было больше, чем в отдельно взятой антенне, но значительно меньше, чем в таких же системах с разрядником, помещенным в антенну. Затухание колебаний в системах Брауна составляло на нижней частоте связи меньшую величину, чем в случае работы антенны с включенным в нее искровым разрядником.
В самом начале XX в. радиопередатчики Брауна получили широкое распространение. По системе Брауна изготовлялись радиостанции во Франции (фирма «Дюкрете»), Германии («Телефункен») и в ряде других стран. Применялись станции системы Брауна и в России. Это были зарубежные образцы аппаратуры, изготовленные упомянутыми фирмами, а также станции отечественного производства, сделанные в Кронштадтских мастерских. А. С. Попов для создания искровых передающих систем в аппаратах, изготовленных в Кронштадтских мастерских в 1901 г., также использовал связанные контуры.
Главный недостаток систем Брауна — повторные зажигания разрядника и разделение излученной энергии между двумя частотами — приводил к существенным неудобствам в применении систем связи. Инженерная мысль работала над устранением этих особенностей искровых передатчиков. Производились поиски таких методов искрового возбуждения колебательных контуров, чтобы воздействие возбуждающего контура было бы кратковременным и прекращалось сразу после того, как амплитуда в антенне достигла максимального значения, с тем чтобы отсутствовали биения и излученные колебания меньше затухали во времени. Именно такой метод получил наименование «метода ударного возбуждения». В русской технической литературе начала XX в. этот метод назывался «реформированный искровой метод».
Первым шагом на новом пути было введение в возбуждающий контур поглощающего сопротивления, чтобы колебания в нем быстро прекращались и таким образом антенный контур получал кратковременное (ударное) возбуждение. Искровые передатчики такого типа излучали пакеты радиоволн с меньшим затуханием во времени, а их радиус действия был больше по сравнению с передатчиками простейших типов. Такая станция была, например, построена в Полдью (Англия) и имела радиус действия до 2000 км. Главный недостаток этих систем состоял в заметных потерях мощности в возбуждающем контуре.
Развитие идеи кратковременного воздействия на антенну посредством отдельного возбуждающего контура с разрядником привело к конструированию специальных искровых разрядников с быстрой деионизацией. Предполагалось, что если бы разрядник особой конструкции после пробоя погасал в момент первого нуля биений и не зажигался вновь, пока колебательный процесс полностью не прекратился, то такие условия соответствовали бы идеальному ударному возбуждению антенны (или частотозадающего контура) .
Исследованию режимов искрового разряда и конструированию разрядников с быстрой деионизацией (по терминологии того времени — «быстрогас- нущих») были посвящены работы многих физиков и электриков. По-види-
7 Заказ 196
97


мому, одной из первых попыток создать такой разрядник, были эксперименты Купер-Юитта (Великобритания). Ему удалось построить ртутный искровой разрядник с малым временем деионизации, который был способен работать на напряжениях около 70 кВ [194]. Он также попытался теоретически осмыслить экспериментальные результаты. Препятствием для широкого внедрения ртутных разрядников в практику были малый срок службы этих приборов и сильная неустойчивость их параметров, зависящих от многих физических факторов, и в частности от температуры.
Большие мощности в искровых передатчиках, а следовательно и достаточно большой радиус действия, как уже отмечалось, можно было получить тремя путями: увеличением рабочего напряжения (пропорционально его квадрату), увеличением емкости контура и увеличением частоты разрядов. Значительно увеличивать емкость колебательных контуров было нельзя — это приводило в область очень длинных волн и сопровождалось значительными конструктивными трудностями. Длины волн искровых радиостанций очень быстро достигли десятков километров.
В искровых передатчиках раннего периода мощность увеличивалась в основном повышением рабочих напряжений и частоты повторений разрядов. Для этого потребовались специальные разрядники с высоким пробивным напряжением и быстрой деионизацией, а также высоковольтные источники питания высокой частоты. В создании разрядников очень плодотворной оказалась идея разбиения общего искрового разрядника на ряд вспомогательных искровых промежутков, расположенных последовательно один за другим. Эта мера позволила облегчить физические условия работы разрядника, так как рабочее напряжение каждого промежутка было уменьшено пропорционально их количеству. При невысоком рабочем напряжении легче было выполнить меры по отводу тепла, что упрощало решение задачи улучшения деионизации, позволяло быстрее погасить разряд.
В 1906 г. немецкий физик и электрик М. Вин сконструировал «многократный» разрядник (рис. 24), который состоял из набора медных дисков, разделенных между собой изоляционными прокладками небольшой толщины (около 0,2 мм). Число дисков выбиралось из условия, чтобы на каждый зазор приходилось около 1000 В рабочего напряжения. В качестве изоляционных прокладок применялась слюда. Диски имели радиаторы большого диаметра для отвода тепла в окружающее пространство [375].
Благодаря хорошему уплотнению между прокладками и дисками каждый разрядный промежуток был герметизирован и после нескольких разрядов в нем образовывалась обедненная кислородом атмосфера, что улучшало условия деионизации и защищало от повторных паразитных разрядов. Разрядник предложенного М. Вином типа с достаточно большим числом «дисков» мог хорошо работать и на малых мощностях. Для этого подключалось меньшее число разрядных промежутков.
Многократные дисковые разрядники довольно быстро распространились в искровых радиостанциях. Ряд конструктивных усовершенствований в них был сделан немецкой фирмой «Телефункен», и дисковый разрядник типа «Телефункен» нашел широкое применение в искровых радиостанциях многих стран. Впоследствии появилось много разновидностей дисковой конструкции, принципиально аналогичных разряднику Вина (разрядники Г. Боаса, Дж. Стоун-Стоуна и др.).
В России дисковые разрядники разрабатывались в период 1912—1914 гг.
98


Рис. 24. Дисковый искровой разрядник Вина (1906 г.)
Рис. 25. Типовая схема искрового передатчика «Ходынка» (1913 г.)
Радиотелеграфным депо Морского ведомства — первым русским радиозаводом, возникшим на базе Кронштадтских радиомастерских А. С. Попова.
Следующий шаг в развитии разрядников состоял в том, что расстояние между электродами делалось переменным. Это были вращающиеся разрядники. Между неподвижными электродами вращался диск с зубцами или стержнями, разряд происходил в моменты сближения зубцов и электродов. Этот тип разрядника был предложен Н. Теслой еще в 1896 г. [351]. Частота разрядов задавалась числом зубцов и скоростью вращения диска. Максимальное напряжение в колебательном контуре определялось расстоянием между электродами и зубцами в момент их сближения. Вращающиеся разрядники получили значительное распространение в искровых радиостанциях. В некоторых конструкциях с целью улучшения деионизации искрового промежутка для получения минимального времени разряда принимались специальные меры — в станциях большой мощности использовался обдув разрядника.
Один из путей повышения мощности искровых радиостанций, как уже говорилось, заключался в увеличении частоты разрядов. В ранних радиостанциях увеличение частоты разрядов достигалось увеличением частоты прерываний в первичной цепи высоковольтного трансформатора-индуктора или посредством питания его от переменного тока повышенной частоты (например, от специальных электрических машин-генераторов). Позже, в 900-х годах, стали использоваться специальные мощные высоковольтные источники питания, или источники, составленные из аккумуляторов либо из последовательно соединенных машин постоянного тока. В этом случае, как правило, использовались вращающиеся разрядники и частота повторения разрядов задавалась параметрами разрядника. Примером радиостанции последнего типа является искровой передатчик на Ходынке в Москве мощностью 100 кВт (рис. 25). Он имел 12 однотипных аккумуляторных батарей, каждая напряжением 1000 В, которые были хорошо изолированы от земли и соединены между собой последовательно. Параллельно аккумуляторам
7*
99


были включены 12 высоковольтных машин постоянного тока. Радиостанция могла работать как от машин, так и от аккумуляторов. Частота повторений определялась скоростью вращения разрядника [107, с. 29].
Исторический период использования искровых разрядников для генерирования затухающих электромагнитных волн связан главным образом с методом передачи информации посредством телеграфирования. Телеграфная манипуляция осуществлялась в первичной цепи замыканием и размыканием тока. В мощных станциях коммутация тока составляла сложную задачу, поэтому в технике радиотелеграфирования использовались технические приемы и аппараты сильноточной электротехники. Так, например, в уже упоминавшейся Ходынской радиостанции телеграфная манипуляция осуществлялась в высоковольтной цепи посредством особого релейного устройства, размыкавшего и замыкавшего цепь в четырех местах одновременно. Дуга, возникавшая на контактах в момент разрыва тока, гасилась сжатым воздухом.
К первому десятилетию радиосвязи относятся и первые опыты радиотелефонирования — передачи телефонных сигналов с помощью затухающих радиоволн. По-видимому, одним из пионеров радиотелефонирования следует считать инженера С. Я. Лифшица, который работал под руководством изобретателя радио А. С. Попова. На Третьем Всероссийском электротехническом съезде в 1904 г. он сделал доклад о своих опытах по радиотелефонной модуляции искрового передатчика. С. Я. Лифшиц использовал микрофон, рассчитанный на большие токи, и включил его последовательно с источником питания в первичную обмотку индукционной катушки. Длина волны составляла 150 м. Токи, необходимые для работы индукционной катушки, имели большую величину, и микрофоны, включенные в первичную цепь вместо телеграфного ключа, приходилось часто заменять.
Известны также опыты итальянского физика Майораны по радиотелефонированию. В 1904 г. он экспериментировал с искровым передатчиком, работавшим в режиме ударного возбуждения с высокой (около 10 кГц) частотой повторения разрядов. Он пользовался микрофоном, способным выдерживать большие высокочастотные токи. Микрофон был включен в цепь антенны.
Радиотелефонирование на ранних этапах развития искровой радиотехники не получило распространения из-за ряда объективных технических причин, о которых пойдет речь дальше. Между тем техническая литература и пресса того времени сохранили высказывания о достаточно высоком качестве передачи человеческой речи (а в ряде случаев и музыки) через искровые передатчики. Современному инженеру такие высокие оценки могут показаться в значительной степени завышенными. Тем не менее есть основания полагать, что свидетельства эти вполне достоверны. Проведенные расчеты показали, что при приеме сигналов от искровых передатчиков затухающих волн, промодулированных сигналами речи, отношение полезного сигнала к шумовым составляющим могло иметь достаточное для разборчивого приема значение [107, с. 33].
Если предположить, что для типичных примеров передачи речи посредством затухающих колебаний полоса приемника составляла в среднем 5 • 103 Гц, а коэффициент модуляции не превышал 0,3, то, действительно, для низкой частоты повторения (период более 10_3 с) отношение сигнал— шум было меньше единицы. Но при переходе к «звучащей искре» или «поющей дуге» (период около 10-4 с) оно возрастало до 80 и более. Таким образом ,
100


при достаточно большой частоте повторения можно было получать неплохую слышимость при приеме модулированных сигналов от искровых станций. Кстати сказать, это четко подтверждалось практикой: телефонирование на тональных (т. е. с большой частотой повторения) станциях было значительно лучшим.
Из расчетов ясно, что качество передачи пропорционально квадрату коэффициента модуляции. Инженеры тех времен стремились получать глубокую модуляцию и использовали мощные микрофоны, пропускавшие большие токи.
Можно таким же образом оценить и потери мощности при искровой передаче. Предположив, что огибающая посылок колебаний имеет экспоненциальную форму (что весьма близко к действительности), получим при периоде, равном 10—4 с, потери мощности около 80 %, а при еще более низких частотах повторения энергетические соотношения в передаче уже были крайне невыгодными.
Расчеты, таким образом, подтверждают, что в опытах по телефонной модуляции искровых передатчиков (Лифшиц, Майорана и др.) хорошие результаты, т. е. различимость полезного сигнала на фоне его «собственных шумов», вполне могли получиться при достаточно высокой частоте разрядов (частоте повторения). Однако весьма плохие энергетические соотношения в такой передаче и присутствие в спектре излучения мощных составляющих звуковых частот были главной причиной поисков других, более выгодных энергетически и технически более совершенных методов генерирования электромагнитных волн, при которых радиотелефонирование имело бы более высокое качество.
МЕТОДЫ ПРИЕМА
ЗАТУХАЮЩИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ
Первое радиоприемное устройство, созданное А. С. Поповым в 1895 г., и последовавшие за ним конструкции приемников (Г. Маркони, А. Слаби, Г. Ар ко и др.) представляли собой приборы релейного типа, которые срабатывали от приходящей электромагнитной волны и фиксировали лишь появление сигнала или его отсутствие. Изменения силы сигнала они не использовали. В 1899 г. А. С. Попов запатентовал приемник нового типа, основанный на явлении, обнаруженном его помощниками Д. С. Троицким и П. Н. Рыбкиным. Это был первый радиоприемник уже не релейного, а линейно-амплитудного типа. В этом приемнике было использовано свойство когерера — выпрямлять принимаемые высокочастотные электромагнитные колебания. Приемник этого типа не только был способен отмечать факт приема электромагнитного сигнала, но и различал сигнал по амплитуде, имел значительно большую чувствительность. В качестве выходного устройства использовались телефонные наушники.
Совершенствование радиоприемников до 1899 г. состояло в конструировании более чувствительных когереров, качество которых определялось минимальным сигналом, от которого они срабатывали, а также их устойчивостью и надежностью работы. Надо отдать должное экспериментальному мастерству А. С. Попова, который сумел отработать чрезвычайно эффективные образцы когерерных устройств, отличавшиеся высокой чувствительностью. Большой устойчивостью параметров обладали когереры, выполненные в бо¬
101


лее позднее время фирмой «Маркони». Их конструктивное отличие состояло в том, что из трубки с опилками был откачан воздух, вакуум в трубке способствовал постоянству свойств опилок.
Когереры с металлическими опилками, мелким бисером или дробью, примененные в приемниках А. С. Попова и в ранней аппаратуре Маркони, как уже отмечалось, требовали встряхивания после каждого принятого сигнала. В последующие годы после открытия Троицкого и Рыбкина стали разрабатываться конструкции когереров, не требующие встряхивания. Интересную конструкцию имел когерер швейцарского исследователя М. Томмасина (1899 г.) [360], в котором между двумя угольными или латунными электродами была помещена капля ртути. Когерерный эффект возникал вследствие резкого падения сопротивления в слое окиси ртути на концах электродов при воздействии электромагнитной волны. В отсутствие сигнала пленка окисла восстанавливалась и сопротивление когерера быстро возрастало. Этот тип когерера был использован в опытах Маркони в 1901 г. по передаче сигнала из Англии (Полдью) в Америку (Ньюфаундленд).
Аналогичная конструкция самовосстанавливающегося когерера была разработана Лоджем, Мюирхидом и Робинсоном в 1902 г. В этом приборе между ртутным электродом и непрерывно вращающимся стальным диском имелась пленка масла, которая пробивалась во время приема электромагнитного сигнала. В отсутствие сигнала пленка восстанавливалась [277]. Само- восстанавливающиеся когереры, как уже отмечалось, хоть и были приборами релейного типа, но название «когереры» к ним уже едва ли было применимо. Будем называть их «волноуказатели» (термин, нашедший применение в то время; термин «детекторы» возник позже).
Одним из интересных по принципу действия самовосстанавливающихся волноуказателей был так называемый «магнитный детектор», принцип действия которого основывался на влиянии магнитного гистерезиса на электромагнитное поле катушки, где возбуждались высокочастотные принимаемые токи (рис. 26). Внутри катушки непрерывно двигалась ферромагнитная лента в дополнительном поперечном неизменном по величине магнитном поле, создаваемом полюсами постоянного магнита. Движение ленты производило непрерывное перемагничивание материала: проходя под полюсами магнита, лента намагничивалась сначала в одном, потом в противоположном направлении. Высокочастотное поле от принимаемого сигнала наводило ток в катушке и создавало переменное магнитное поле в ленте в момент ослабления гистерезиса. Вследствие этого наводились индукционные токи в другой катушке, соединенной с телефоном. В момент приема сигнала в телефоне появлялся звук. Идея магнитного волноуказателя была высказана Резерфордом, первое же конструктивное воплощение она нашла в магнитном детекторе фирмы «Маркони» в 1902 г. [282].
К особой группе относятся так называемые «электролитические волноуказатели». В этих приборах имелся сосуд с опущенными в него электродами, в который был залит электролит. Под действием приложенного постоянного напряжения создавались условия, когда ток поляризации электролита был равен нулю. Высокочастотный сигнал действовал как деполяри- зационная причина, и в момент его появления возникал ток, вызывавший в телефоне звук. Среди электролитических волноуказателей известны конструкции Пупина (1898 г.), де Фореста (1902 г.), Шлемильха ( 1903 г.), Ферье (1905 г.) и других изобретателей.
102


6
а — магнитный детектор Маркони, 1902 г.; б — электролитический детектор Шлемильха, 1903 г. (N и Р — платиновые электроды); в — кристаллический детектор Денвуди, 1906 г.; 1 — подвижная клемма, 2 — металлическая пружина, 3 — галеновый кристалл, 4 — держатель кристалла; г — вращающийся тиккер Остина (1 — контактная щетка, 2 — диск, 3 — держатель, 4 — стальная пружина)
Все упомянутые типы приборов (кроме, пожалуй, когерера Попова в его «телефонном приемнике», который работал как амплитудно-линейный детектор), несмотря на различные принципы действия, могут быть отнесены с достаточной условностью к устройствам релейного действия. Позже появились волноуказатели принципиально другого класса, работа которых была основана на выпрямлении (детектировании) высокочастотных токов и получении в выходном устройстве (телеграфном аппарате или телефоне) низкочастотной огибающей сигнала.
Другое направление в развитии радиоприемной техники раннего периода было связано с более широким использованием резонансных явлений, известных в физике задолго до изобретения радиосвязи. Использование
103


электрического резонанса позволило выделять слабые сигналы для получения полезного эффекта и, наоборот, ослаблять нежелательные сигналы (шумы атмосферы и сигналы соседних радиостанций).
Явление резонанса в области электромагнитных колебаний успешно использовалось еще Герцем, который в качестве приемного устройства применил петлевой резонатор, имевший соответствующие размеры и настроенный на частоту электромагнитных волн. Важность использования резонансных свойств в аппаратуре для получения электромагнитных волн понимали многие ученые, исследовавшие это явление еще задолго до возникновения радиосвязи. Назовем лишь имена О. Лоджа, Н. Теслы и А. С. Попова, специально изучавших явление электрического резонанса и его особенности.
В радиоприемной технике начала XX в. нашел применение резонанс- трансформатор Н. Теслы. Конструктивная его модификация фирмы «Мар- кони» под названием джиггера (сортировщика) служила также и для своеобразного очищения сигнала от помех, т. е. в ней были использованы резонансные полосовые свойства трансформаторов. Благодаря тому что джиггер был настроен в резонанс на частоту сигнала, из широкого спектра принимаемых частот выделялись и использовались лишь колебания узкой полосы.
О. Лодж также использовал резонансные явления. Известен его патент 1897 г. на «синтоническое телеграфирование», в котором он заявил приемное и передающее устройства, имевшие одинаковую конструкцию и содержащие резонансный трансформатор в цепи когерера, связанный с антенной в форме конусов [276]. Эта (оставшаяся в проекте) система Лоджа благодаря использованию резонанса предполагалась для передачи и приема электромагнитных сигналов двух различных частот (рис. 27).
В 1900 г. Г. Маркони запатентовал схему передающего и приемного устройства, контуры которых настраивались посредством переменных индуктивностей [281].
А. С. Попов в работах периода 1900—1905 гг. также пытался использовать явление резонанса для увеличения чувствительности приемных устройств и улучшения их избирательных свойств. В отличие от своих первых приемников он создал более совершенные, за которыми в русской технической литературе закрепилось название «приемники по сложной схеме» (1904 г.). Основным отличием их было применение в колебательном контуре катушки индуктивности с отводами, включенной по автотрансформаторной схеме. В качестве такой катушки индуктивности был использован известный в медицинской практике «резонатор Удена» производства фирмы «Дюкрете».
А. С. Попов хорошо понимал значение явления резонанса в радиосвязи как основополагающего явления. Еще в 1897 г. юн писал: «Мы пытались в своих опытах воспользоваться резонансом, но он мало помогал. Мы усиливали вибратор тем, что получали предельные длины искры. Если же уменьшить разрядное расстояние, то колебания будут затухать медленнее и резонанс выразится резче» [54, с. 127]. Изобретатель радио показал, что на сильно затухающих волнах явление резонанса более эффективно можно использовать в приемниках для выделения из спектра переданного высокочастотного сигнала наиболее мощной его частоты. Это делалось настройкой антенны и связанных с ней колебательных контуров приемника.
В первое десятилетие применения затухающих волн в радиосвязи было разработано много приемных схем с резонансными контурами. На затухаю-
104


Рис. 27. Схемы ранних радиоприемников
а — схема Лоджа, 1897 г (/ — конусы антенны, 2 — джиггер, 3 — когерер, 4 — гальванометр, 5 — батарея); б — схема Маркони, 1898 г. (/ — антенна, 2 — джиггер, 3 — конденсатор, 4 — когерер, 5 — дроссель, 6 — реле) ; в — «сложная» схема Попова, 1901 г. (/ — резонатор Удена, 2 — конденсатор, 3 — когерер, 4 и 5 — дроссели, 6 — телефон); г — схема Лоджа—Мюирхида, 1902 г. (1 —джиггер, 2 — когерер, 3 — конденсатор, 4—реле); д —схема Франклина, 1907 г.; е —схема, Шапошникова (1924 г.)
щих волнах все они хоть и давали эффект, но не столь сильный, как хотелось. Однако опыт не пропал даром. В дальнейшем, начиная с 10-х годов XX в., одной из причин быстрого успеха развития радиотехники незатухающих волн было то, что инженеры располагали разнообразной резонансной аппаратурой и множеством еще неосуществленных проектов резонансных устройств, которые были способны хорошо работать на незатухающих волнах.
Использование резонанса имело большое значение и в деле становления измерительной техники, без которой радиотехника не могла успешно развиваться. Как самостоятельная область радиоизмерительная техника начинает формироваться уже в самом начале XX в., в ее развитие внесли большой вклад ученые многих стран. Много сделал в области измерительной техники А. С. Попов — разработал метод измерения длин волн и построил прибор для измерения емкости антенных сетей на кораблях.
Характерной особенностью раннего периода радиотехники был повсеместный переход от применения пишущих телеграфных аппаратов как оконченных устройств радиоприемников к слуховым индикаторам — телефонным трубками. Главная причина такого перехода определялась свойствами человеческого слуха лучше выделять полезный сигнал на фоне помех, чем это было возможно при записи на телеграфную ленту. Применение индикаторов слухового типа продолжалось до конца 20-х годов, когда вновь стали внедряться методы пишущего приема.
Прогрессивным шагом в развитии радиоприемных устройств раннего периода было применение кристаллических детекторов. По сравнению с другими волноуказателями детекторы этого типа были чувствительнее и надежнее в работе. В основе их действия лежал эффект односторонней электрической проводимости контактов между определенными металлами и кристаллическими веществами. Еще задолго до открытия электромагнитных волн
105


немецкий физик Браун обнаружил одностороннюю проводимость металлических сульфидов и ряда других веществ. Впоследствии, в 1901 г., он описал и применил несколько кристаллических детекторов для радиоприема [28].
Практическое использование этого явления в радиотехнических устройствах осуществил американский военный электротехник Г. Денвуди, получивший в 1906 г. один из ранних патентов на кристаллический детектор. В течение первого десятилетия XX в. появилось множество патентов и журнальных статей о технике и теории детектирования посредством кристаллов и полупроводников. Многое сделали в этой области в период 1907—1909 гг. японские исследователи У. Ториката, Е. Йокаяма и М. Китамура. В 1910 г. английский электротехник У. Икклз провел сравнительное исследование различных веществ в качестве детекторов. Он один из первых разработал основы теории детектирования и ввел в инженерный обиход характеристику детектирования, т. е. зависимость выпрямленного тока от приложенного напряжения [206].
В практику радиотехники первого десятилетия XX в. стали широко входить детекторы с контактными парами металл—кристалл. Такие детекторы выполнялись в виде металлической пружинки с заостренным концом, контактирующей под некоторым давлением с полупроводниковым кристаллом (например, сталь — свинцовый блеск, сталь — карборунд, медь — железный колчедан и др.). Применялись контактные пары, составленные из двух кристаллов (например, окиси цинка и медного колчедана). В работе такие де-' текторы были устойчивы, а при потере выпрямляющих свойств контакт восстанавливался перемещением его по кристаллу. Наиболее устойчиво работала контактная пара, образованная стальной пружинкой и кристаллом га- лена, т. е. свинцового блеска. Галеново-стальные кристаллические детекторы получили чрезвычайно широкое распространение благодаря своим хорошим выпрямительным свойствам и устойчивости, а также широкой доступности и дешевизне. В 2б-х годах, когда во всем мире началось радиолюбительское движение, эти детекторы использовались в десятках тесяч радиоприемников. Пожалуй, самой привлекательной чертой кристаллического детектора было то, что он не требовал постороннего источника тока, а радиоприемник мог быть безбатарейным, что значительно удешевляло его и в ряде случаев позволяло выполнить переносным. Эти особенности сделали детекторный радиоприемник самым массовым приемным аппаратом, когда возникло и стало быстро развиваться радиовещание.
АНТЕННЫ
Первые антенны были использованы Г. Герцем в опытах 1887—1888 гг. и, как уже отмечалось, представляли собой симметричный излучатель и магнитный резонатор в форме петли (в приемном устройстве). Герцем использовались и зеркальные антенны, состоящие из полуволнового вибратора, помещенного в фокусе параболического металлического зеркала. И хотя зеркальные антенны стали применяться в радиотехнике значительно позже, после освоения ультракоротких волн, приоритет их открытия, бесспорно, принадлежит Герцу, изучавшему аналогию между электромагнитными волнами радиодиапазона и световыми волнами.
В качестве излучателя-антенны вибратором Герца пользовался и А. С. Попов в своих ранних опытах. В 1896 г. он использовал диполь Герца
106


в фокусе приемного параболического цилиндра. Однако развитие радиотехники пошло по пути использования несимметричных антенн в виде вертикального заземленного провода. Появление этих антенн также связано с именем А. С. Попова. Изобретатель радио сделал вывод о зависимости дальности передачи сигналов от высоты подвеса и размеров антенного провода.
От симметричного горизонтального излучающего вибратора (1895 г.) Попов перешел к вертикальному излучателю с шарами, дисками или двойными конусами на концах (1896—1897 гг.). В 1896 г. он использовал также вертикальный вибратор Риги с шарами. В 1898 г. в опытах на кораблях А. С. Попов применил береговые передающие антенны в виде вертикального провода с двухпроводной горизонтальной частью. Один зажим индукционной катушки присоединялся к этому проводу, второй — заземлялся. На кораблях использовалась сложная сеть из проводов, натянутая горизонтально на мачтах и реях в форме «коробчатого змея». К этому же времени относится использование Поповым высоко поднятого (воздушным шаром или змеем) вертикального провода. Приемные антенные системы А. С. Попова, начиная с его первых опытов в саду Минного класса, представляли собой вертикальный провод.
Несимметричный вертикальный заземленный провод и система таких проводов в качестве антенны получили преимущественное распространение во всех ранних системах радиосвязи. В 1901 г. Маркони для передачи сигнала из Англии в Америку использовал вертикальную заземленную антенну в виде веера из 50 медных проводов, расходящихся кверху и растянутых между мачтами высотой 48 м. Расстояние между мачтами составляло около 60 м. Эта антенна была установлена на британском берегу (в Полдью). В Америке (Ньюфаундленд) вертикальная приемная антенна была поднята с помощью змея. Следует добавить, что мощность передающего устройства в Полдью составляла около 15 кВт, а длина волны 366 м. Эта аппаратура позволила осуществить передачу через Атлантический океан на расстояние 2500 км телеграфного сигнала — буквы 5.
Одним из первых дал объяснение физической картины явления возбуждения вертикального заземленного провода и излучения им энергии в пространство немецкий инженер Слаби [338]. Математическое обоснование работы заземленного вертикального вибратора было сделано еще в 1900 г. немецким ученым М. Абрагамом. Электрический момент диполей он полагал постоянным и конечным. Абрагам пользовался эквивалентной схемой вертикального провода: последовательно соединенные элементарные индуктивности и параллельно включенные на землю емкости. Работа Абрагама сыграла большую роль в становлении расчетно-теоретического аппарата всей последующей антенной техники. В немецкой технической литературе элементарный несимметричный заземленный вибратор получил впоследствии название «вибратор Абрагама» [147].
Подобные же представления можно найти и в работах 1898—1900 гг. французских ученых А. Блонделя и Г. Ферье [172, 198]. Блондель в 1898 г. указал, что при анализе работы вертикального провода следует учитывать влияние земли. Для этого он землю представил как идеальный проводник и заменил зеркальным изображением антенны.
Отделение колебательного контура от антенной сети, несомненно, сыграло большую роль и в приемно-передающей технике, и в развитии антенн, поскольку позволило сосредоточить внимание на вопросах работы антенной
107


системы как специфически излучающего или принимающего электромагнитные волны устройства, преобразующего их в высокочастотные токи. С этого времени область антенных устройств приобретает черты самостоятельности и быстро завоевывает место в радиотехнике как отдельная дисциплина.
В период затухающих волн и искровых радиостанций применялись средние волны (в диапазоне от 500 до 600 м) и длинные волны (свыше 2000 м). Первые находили применение в морских радиостанциях — как стационарных береговых, так и подвижных корабельных. Длинные волны использовались в магистральных станциях для дальних связей. Антенны длинных волн представляли собой чрезвычайно большие сооружения, требовавшие высотных мачт и прочных изоляторов, которым к тому же приходилось нести огромные механические нагрузки.
Мощные искровые радиостанции работали с очень высокими напряжениями возбуждения колебаний, достигавшими многих сотен и даже нескольких миллионов вольт. Такая особенность выдвигала чрезвычайно жесткие условия к проектированию антенн. Расчет изоляции антенных проводов приходилось вести по величине первой полуволны напряжения, и при значении напряжения в несколько киловольт вставали вопросы, связанные с коронированием проводов и с появлением вследствие этого неустранимых электрических потерь, что значительно снижало и без того невысокий КПД радиостанций. Кроме того, необходимость хорошей изоляции антенн осложняла проблему механической прочности изоляторов. Для повышения мощности передатчиков увеличивали емкость верхней части антенных систем. Конструктивно сложились антенны Г-образные и Т-образные в зависимости от того, где происходило присоединение вертикального провода к горизонтальной части — в одном из ее концов или в средине. Антенны с одиночными вертикальным проводом или пучком проводов с развитой небольшой горизонтальной частью в форме зонта назывались зонтичными. В первое десятилетие XX в. были предложены методы конструктивного расчета антенн затухающих волн и нахождения их электрических параметров, в частности емкости горизонтальной части.
НАЧАЛЬНЫЕ ЗНАНИЯ
В ОБЛАСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН
С первых применений электромагнитных волн для связи начал накапливаться экспериментальный материал об особенностях их распространения, о свойствах реального околоземного пространства, роли Земли, влиянии проводящих и непроводящих предметов на пути распространения. Стало ясно, что распространение электромагнитных волн в реальной среде значительно отличается от распространения их в лабораторных опытах Герца между симметричным вибратором и приемной рамкой. Во-первых, на практике получили применение несимметричные вертикальные излучатели. Во-вторых, эти антенны имели заземление. Кроме того, в реальных условиях волны распространялись вдоль земной или водной поверхности в атмосфере, имеющей облака, туман, дождь и пр. Все эти факторы не могли не влиять на характер прохождения радиоволн и, конечно, требовали осмысления и научного объяснения. Это было тем более актуальным, что многие наблюдавшиеся факты противоречили результатам классической теории Максвелла—Герца.
108


Уже в 1897 г. А. С. Поповым было замечено, что на распространение радиоволн от вертикального зазеглленного вибратора влияют такие предметы, как трубы и оснастка кораблей, но в то же время почти не влияют облака, туман, дождь и снег [54, с. 141].
В первые годы радиосвязи высказывалось много весьма противоречивых мнений о причинах, определяющих прохождение радиоволн. Так, А. Слаби в своих ранних экспериментах отмечал значительно лучшее прохождение радиоволн (т. е. распространение их на большее расстояние) над водной поверхностью, чем над сушей, объясняя это «поверхностными токами, возникающими в воде от радиоволн». Это было весьма правильным объяснением, как показали более поздние исследования. Но в то же время Слаби склонен был придавать значение и таким факторам, как колебание листьев деревьев и ветер, которые, как он думал, создавали «сопротивление» движению радиоволн [338].
В 1905 г. Д. Маццотто предположил, что радиоволны движутся вдоль земли, как бы скользя над ней, огибая все препятствия, тогда как вдоль водной поверхности этот путь был менее протяженным. Этим он объяснял большую дальность распространения волн над водой.
Среди первых описаний характера распространения радиоволн от заземленного вертикального вибратора наиболее физически правильное объяснение этого процесса дал А. С. Попов. Он считал (1900 г.), что эти волны сохраняют вид волн Герца от вибратора «с вертикальной осью», на которые накладываются («присоединяются») возмущения, идущие по поверхности земли. Потому и сказывается влияние предметов, находящихся на земле (лесов, судов с металлическим такелажем и др.) [54, с. 223].
Каждая экспериментальная работа раннего периода радиотехники давала новые факты, касавшиеся распространения радиоволн. Весьма обескураживающей поначалу казалась способность радиоволн распространяться за горизонт. Еще в опытах 1899—1901 гг. А. С. Попов обнаружил эту особенность при дальности связи 150 км. И хотя Герц в опытах с короткими электромагнитными волнами наблюдал явление их дифракции, этот факт требовал новых как экспериментальных, так и теоретических обобщений. Уже первые опыты радиосвязи на море показали способность радиоволн огибать препятствия в пределах их прямой видимости. А. С. Попов в опытах 1897 г. на судах учебно-минного отряда заметил влияние на характер связи металлического корпуса корабля, пересекавшего линию прямой видимости. Он объяснил это явление отражением волн, но предположил также, что тут проявляется дифракция. И если на малых расстояниях еще могли быть сомнения во влиянии дифракции на распространение радиоволн, то они рассеялись после передачи сообщений через Атлантику. Стало ясно, что для расчета дальности связи для больших дистанций нужна теория дифракции.
Одновременно с дифракционными воззрениями в начале XX в. были высказаны предположения о возможном влиянии на дальнее распространение волн также ионизированных газовых слоев в атмосфере. В 1902 г. А. Кеннели и, независимо, О. Хевисайд высказали гипотезу о существовании верхних «проводящих» слоев атмосферы, возникающих под влиянием солнечного ионизирующего воздействия [264, 245]. Согласно их гипотезе, радиоволны распространяются как бы между двумя искривленными направляющими поверхностями — моря и «проводящего» атмосферного слоя.
109


Были также попытки объяснить дальнее распространение радиоволн от заземленных вертикальных антенн с помощью гипотез, находящихся в противоречии с экспериментальными фактами. Например, Андерсен считал, что распространение радиоволн объясняется ролью емкости антенных (приемной и передающей) сетей, которые как бы являются обкладками большого конденсатора. Эта мысль развивает раннюю гипотезу Н. Теслы. Вейль объяснял механизм распространения волн влиянием проводимости земли или воды [147]. Кстати сказать, именно влияние проводимости земли и воды на прохождение радиоволн было в то время самым неясным моментом в физике этого явления. Даже такой крупный ученый, как Дж. Флеминг, не имел в этом вопросе ясности.
Пожалуй, наиболее верно загоризонтное распространение радиоволн объяснялось в книге Риги и Дессау [317]. По аналогии со световыми волнами и звуком авторы предлагали считать, что радиоволны огибают предметы путем дифракции в том случае, если длина волны превышает размеры предмета. Поэтому длинные волны, соизмеримые с размерами Земли, способны распространяться далеко за горизонт.
Важнейшая задача радиосвязи — «завоевание пространства», т. е. получение связи на возможно большие расстояния, требовала тщательного изучения законов распространения радиоволн. За первое семилетие радиосвязи дальность передачи выросла от нескольких километров до 20 тыс. км.
Опыт дальней связи, и в частности связь через Атлантический океан (1901 —1902 гг.) позволил обнаружить зависимость прохождения радиоволн от времени суток — инженеры фирмы «Маркони» наблюдали, что дальность действия ночью почти втрое превышает дневные расстояния. Сколько-нибудь убедительных объяснений этому дано не было. Маркони приписал это влияние солнечному свету, якобы разряжающему отрицательно заряженные тела и воздействующему на излучение антенн [288]. О. Лодж предположил, что под действием солнечного излучения увеличивается рассеяние энергии на пути радиоволн. Флеминг в 1906 г. более определенно связал потери энергии радиоволн с ионизацией воздуха атмосферы светом [218, с. 343]. Подобные же предположения высказал Дж. Тейлор еще в 1903 г. В это время было замечено, что на дальнее распространение радиоволн высота антенны хоть и оказывает влияние, но значительно меньшее, чем ожидалось. Экспериментально установили, что дальность связи пропорциональна квадрату высоты антенны. И хотя правильного объяснения этому явлению также дано не было, сам физический факт был важен для дальнейших работ по изучению распространения радиоволн.
Таким образом, в течение первого десятилетия радиосвязи были очерчены области явлений, связанных с распространением длинных и очень длинных радиоволн в двух зонах — ближней (где кривизной земли можно пренебречь) и загоризонтной (где сказывается дифракция, а в ряде случаев и ионизация атмосферы). В дальнейшем и по настоящее время изучение законов распространения радиоволн ведется с учетом этих явлений.
К концу периода применения затухающих волн еще не существовало прочного теоретического базиса, не сложились единые научные представления о физической картине распространения радиоволн; однако, как видим, уже появились отдельные гипотезы, отдельные теоретические взгляды, подтвержденные практическими результатами.
НО


Для объяснения явлений в ближней зоне, где кривизной Земли можно пренебречь, наиболее интересных результатов достигли И. Ценнек и А. Зом- мерфельд.
В 1907 г. Ценнек, исследуя задачу о волнах над плоской поверхностью, обнаружил, что уравнения Максвелла допускают существование «поверхностных волн», распространяющихся вдоль поверхности раздела двух сред с фазовой скоростью, зависящей от свойств среды, и экспоненциально убывают по нормали к поверхности [377]. Когда поверхность раздела идеально проводящая, волна переходит в обычную плоскую волну (при этом Ценнек не касался условий возбуждения волн). Простота подхода Ценнека побудила Зоммерфельда в 1909 г. при решении задачи о волнах, возбужденных диполем у поверхности земли, искать поле вдали от источника в виде ценнековской поверхностной волны [340]. Вейль, решая задачу несколько иным способом, получил результат, не содержащий эту волну [372]. Оказалось, что Зоммерфельд допустил при вычислении интеграла ошибку в знаке, и это привело к неправильному результату. На ошибку Зоммерфельда указал в середине 30-х годов В. Фок.
Таким образом, теоретически было установлено, что радиоволны, возбуждаемые реальными антеннами, представляют собой обычные пространственные волны, распространяющиеся со скоростью, близкой к скорости света. Позже этот вывод был подтвержден с большой точностью экспериментально Л. Мандельштамом и Н. Папалекси. Тем не менее это не значило, что поверхностные волны не существовали. Просто реальные антенны длинных и средних волн не могли их эффективно возбуждать. Значительно позже, в 50-х годах, поверхностные волны стали широко применяться в диапазоне сверхвысоких частот, когда научились делать возбудители и канализирующие системы поверхностных волн типа замедляющих структур. Явления, изученные Ценнеком, Зоммерфельдом и др., конечно, не только наблюдались на затухающих колебаниях, но и характеризовали незатухающие колебания. В этом их непреходящее значение для всей последующей радиотехники.
Попытки решить задачу для загоризонтного распространения были сделаны сразу же после обнаружения этого явления. В 1907 г. Ценнек пытался представить этот случай как аналогию движения волны по лехе- ровской линии, считая Землю такой большой линией. В решении дифракционной задачи участвовали видные математики, такие, как Макдональд, Пуанкаре, Рэлей, Никольсон, Рыбчинский и др. [314]. Но решения были либо неполными, либо неверными из-за неточных начальных допущений. И только в 1928 г. Ватсон получил достаточно точное и строгое решение задачи.
111


ГЛАВА СЕДЬМАЯ
СТАНОВЛЕНИЕ МЕТОДОВ ГЕНЕРИРОВАНИЯ И ПРИЕМА НЕЗАТУХАЮЩИХ КОЛЕБАНИЙ
ДУГОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
НЕЗАТУХАЮЩИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ
Использование затухающих волн было связано со многими неудобствами в практике радиосвязи: весьма малый КПД (потери энергии доходили до 80 % и более), плохое соотношение сигнал—шум, высокий уровень помех, создаваемых на большом радиусе действия одним искровым передатчиком приему других радиостанций. Были и специфические трудности построения антенн мощных передатчиков, связанные с большими рабочими напряжениями. Телефонная модуляция искровых передатчиков осуществлялась весьма сложно, и в этом отношении искровые радиостанции были бесперспективны. Это стимулировало усилия ученых и инженеров осваивать незатухающие волны, преимущества которых перед затухающими становились с течением времени все более очевидными.
Переход к использованию незатухающих колебаний произошел в радиотехнике постепенно и занял около десятилетия (1905—1915 гг.). За это время было разработано несколько методов генерирования незатухающих колебаний с помощью уже известных в технике устройств: электрической дуги, электрических машин повышенных частот — и посредством нового прибора — электронной лампы. Известны также попытки применить и искровые генераторы для получения незатухающих электромагнитных волн (10-е годы XX в.).
Исторически первый способ получения электромагнитных колебаний неизменной амплитуды был связан с применением для этой цели электрической дуги. Еще в 1893 г., за два года до изобретения радиосвязи, Н. Тесла в лекции, прочитанной в Институте Франклина в Филадельфии, рассказал о методе преобразования постоянного тока в переменный посредством электрической дуги [350].
После изобретения радиосвязи английский электротехник Дуддель первым предложил в 1900 г. использовать для радиотехнических нужд уже известные в электротехнике свойства электрической дуги поддерживать в присоединенных к ней индуктивно-емкостных цепях незатухающие электромагнитные колебания (рис. 28). Он получил сильные устойчивые колебания в дуговом генераторе с угольными электродами и последовательным колебательным контуром [201]. Генератор Дудделя через дроссели присоединялся параллельно источнику постоянного тока, его контур был настроен на звуковую частоту, и при работе дуги она издавала музыкальный тон, поэтому генератор получил название «поющей дуги».
По мере выявления указанных несовершенств искровых систем затухающих колебаний интерес к дуговым генераторам усиливался. Многими исследователями предпринимается экспериментальное изучение свойств и режимов дуги, теоретически изучаются физические процессы, лежащие в основе работы электрической дуги при генерировании электромагнитных колебаний. Несомненно, существенную роль в осмыслении этих процессов, а также в конструировании новых приборов сыграли знания, накопленные в процессе исследования и применения разрядников различных типов.
112


Рис. 28. Схемы дуговых генераторов
а — генератор Дудделя, 1900 г. (R—ограничительный резистор, Др—дроссель, Д — дуговой промежуток, L и С — индуктивность и емкость колебательного контура) ; б — генератор Паульсена (1 — медный анод с водяным охлаждением, 2 — угольный катод, 3 — электромагнит, 4 — вода, 5 — камера горения, 6 — радиатор, 7 — машина постоянного тока, R — ограничительный резистор, L и С — индуктивность и емкость колебательного контура, La — антенная катушка)
Дуговые генераторы, или, как они сначала назывались,, «дуговые преобразователи тока», изучали и строили многие ученые-физики и радиотехники. Наиболее ранними теоретическими работами, позволившими ответить на многие вопросы применения дуги для генерирования колебаний, были статьи Г. Симона, Г. Баркгаузена, В. Упсона, Д. Флеминга и др. Уже в работах Симона и его ученика Баркгаузена [337, 164, 138] показано, что собой представляет электрическая дуга как «отрицательное сопротивление», т. е. прибор, в котором возрастание тока приводит к уменьшению падения напряжения в дуге. Они выяснили, чем определяется ее падающая вольт-амперная характеристика, впервые показали, что предельные частоты переменного тока в дуговом преобразователе зависят главным образом от тепловой инерции дуги, от ее электрического гистерезиса.
Существенным шагом в изучении дугового генератора было понимание разницы между статической вольт-амперной характеристикой дуги (гипербола) и ее динамическими характеристиками, которые имели форму петель: величина падающего участка зависела от многих факторов — температуры дуги, материала электродов, частоты колебаний. При очень большой частоте колебаний падающий участок резко уменьшался, амплитуда колебаний уменьшалась и работа генератора становилась неустойчивой.
Было показано, что переменная составляющая тока в дуге с присоединенным к ней колебательным контуром накладывается на постоянный ток «горения» дуги от источника постоянного тока и в зависимости от соотношения этих составляющих следует различать несколько режимов работы дугового генератора.
Режим работы первого рода соответствовал амплитуде колебаний, не превышающей постоянной составляющей тока дуги. Мощность колебаний в этом режиме была невелика, КПД также низок. В опытах Дудделя применялся именно этот режим.
В режиме работы второго рода амплитуда колебательного тока превышала постоянную составляющую, дуга обладала униполярной проводимостью и вследствие этого через дугу протекал пульсирующий ток. В этом
8 Заказ 196
113


режиме можно было получать значительные мощности, и в дальнейшем он преимущественно и применялся при создании мощных дуговых передатчиков.
Различался также и режим работы третьего рода, который напоминал ударное искровое возбуждение колебательного контура. Генераторы, работающие в этом режиме, позволяли получать небольшие колебательные мощности при невысоком КПД. Происходило генерирование часто повторяющихся пакетов затухающих колебаний. Конструкции дуговых генераторов, работающих в этом режиме, были схожи с искровыми генераторами ударного возбуждения. Однако имелись и конструктивные отличия: дуговые генераторы третьего рода имели металлические электроды с очень малым расстоянием, которые присоединялись к высоковольтному источнику питания постоянного тока через защитные дроссели.
Изучение физических процессов, протекающих в искровых разрядниках, наблюдение факторов, влияющих на их особенности и свойства, а затем глубокое исследование явлений в электрической дуге составили чрезвычайно характерный этап развития радиотехники раннего периода. Первые шаги радиотехники были чисто эмпирическими и основывались на экспериментальных простейших попытках практически использовать сделанное в физике открытие электромагнитных волн и найденных Герцем способов их получения и обнаружения, однако очень скоро стало ясно, что дальнейшее развитие радиотехники не может опираться только на эмпирическую основу. Искровой разрядник рассматривался как «прибор» со свойствами электрического переключателя, его физические особенности на первых порах не изучались. Дальнейшее развитие пошло по пути изучения «внутренних» свойств разрядника как самостоятельного прибора, его физических особенностей. Стало ясно, что успехи в создании новых, более эффективных приборов, получение нового качественного уровня радиотехнических устройств возможно только путем глубокого изучения процессов, происходящих в искровом разряде.
В ранней радиотехнике эта тенденция более глубокого проникновения в сущность процессов и явлений, происходящих в радиотехнических приборах, особенно интенсивно проявилась в разработках дуговых преобразователей. Поиски радиоинженеров проводились не на технической целине: весь опыт предшествующего развития электротехники давал богатую и плодотворную почву для исследований радиотехнических применений электрической дуги.
Конструктивное совершенствование дуговых генераторов шло по пути как увеличения мощности, так и повышения частоты колебаний. Наиболее существенные изменения в конструкцию дуговых передатчиков ввел датский инженер В. Паульсен в 1902 г. [310]. Генераторы его системы получили наибольшее распространение и стали основой мощных радиостанций длинных волн. Главная особенность предложенных Паульсеном дуговых генераторов определялась мерами, с помощью которых ему удалось значительно увеличить напряжение зажигания дуги и тем самым мощность колебаний. Генераторы Паульсена работали в режиме второго рода.
В России интересные работы по применению дуговых генераторов для получения незатухающих радиоволн принадлежат С. М. Айзенштейну [10], который экспериментировал с дуговыми радиостанциями, выполненными по усовершенствованной системе Дудделя и Паульсена.
Для получения односторонней проводимости в дуге, без которой невоз¬
114


можен режим второго рода, Паульсен применил угольный катод и медный анод, хорошо охлаждаемый изнутри водой. Угольный катод непрерывно вращался вокруг оси, чем достигалась устойчивость горения дуги. Для улучшения деионизации дугового промежутка он был помещен в поле сильного постоянного магнита, которое выбрасывало ионы дуги в сторону. Кроме того, Паульсен располагал дугу в особой герметической «камере сгорания», в которой поддерживалась атмосфера, богатая водородом, находящимся под давлением. Камера имела ребристый радиатор, способствовавший ее охлаждению. Водородная атмосфера, с одной стороны, улучшала условия деионизации, а с другой — делала вольт-амперную характеристику дуги более крутой, и это позволяло генерировать более мощные колебания, чем в свободной атмосфере.
Дуговые генераторы системы Паульсена позволяли получать незатухающие колебания на частотах до нескольких сотен килогерц и нашли широкое применение на многих радиостанциях в различных странах.. Мощность генераторов составляла от единиц до тысячи и более киловатт. Это был первый тип генераторов незатухающих колебаний, использованный для радиопередачи. Вплоть до начала 20-х годов дуговые генераторы весьма широко использовались для радиотелеграфирования и отчасти для радиотелефонирования. Мощные генераторы Паульсена были громоздкими сооружениями, размеры которых определялись большим и мощным электромагнитом, а также системой водяного охлаждения анода. Так, на радиостанции в Бордо мощностью 1000 кВт генератор Паульсена весил 80 т, а на радиостанции в Пирл-Харборе мощностью 500 кВт — 54 т. За время их применения появилось множество типов дуговых генераторов, различавшихся конструктивными особенностями, разработанных разными авторами, среди которых можно назвать имена де Фореста, I Педерсена, А. А. Чернышева, Румера и др.
Кроме дуговых генераторов Паульсена, нашедших применение в радиотехнике для получения незатухающих колебаний, известны также генераторы, в которых дуговой промежуток разделялся на несколько секций для улучшения деионизации и охлаждения электродов. Это так называемые «генераторы с многократной дугой». Практическое применение получили несколько конструктивных вариантов таких генераторов. Фирма «Теле- функен» в 1906 г. разработала дуговой передатчик для радиотелефонии, состоящий из шести последовательно соединенных дуговых промежутков, каждый из которых имел угольный массивный катод и анод в форме стакана, наполненного водой [297]. Радиостанция подобного типа в Науэне. с телефонной модуляцией от микрофона, включенного в антенную цепь, работала на волне 800 м. Мощность станции составляла около 2 кВт. В таких генераторах удавалось повышать частоту до 500 кГц.
В 1909 г. французские инженеры Колен и Жане разработали передатчик, предназначенный для радиотелефонирования на морских судах [191]. В общей камере горения размещались три последовательно соединенных дуговых промежутка. Аноды из меди охлаждались проточной водой. Питание осуществлялось от машины постоянного тока напряжением 650 в. Этот генератор работал на волне 1000 м с мощностью около 2,5 кВт. Дальность действия передатчика составляла 200 км.
Генераторы с многократной дугой сыграли существенную роль в технике генерирования незатухающих радиоволн. По сравнению с генераторами
8*
115


Паульсена они были более легкими и могли применяться в передвижных радиостанциях. Особенно большое распространение они получили в европейских странах.
Некоторое распространение в маломощных радиостанциях нашли генераторы с дугой в режиме третьего рода, отличавшиеся большим конструктивным разнообразием [107, с. 44—49]. Станции с дугой третьего рода по характеру работы почти не отличались от искровых систем с большой частотой разрядов. В качестве примера можно упомянуть немецкие системы Лепеля (1907 г.) и Пёккерта (1909 г.) и английскую систему Чеффи (1911 г.), в которых дуга образовывалась между металлическими электродами, разделенными слоем тонкого диэлектрика (масло, бумага, пленки окислов). Возникавшая дуга тотчас же гасилась продуктами горения диэлектрика, затем загоралась вновь и так далее с большой частотой повторения, лежащей обычно в звуковом диапазоне. Подобную же систему, но с диэлектриками в виде окиси алюминия, магнетита, пиритов запатентовали в 1912 г. японские инженеры Ториката, Йокояма, Китамура. Их дуговой генератор получил распространение под наименованием «ТИК» (ТУК), составленном из первых букв имен изобретателей.
Радиостанции с дуговыми генераторами в своем развитии претерпели ряд изменений. Сначала дуговой генератор включался в антенную цепь, которая служила колебательным контуром. В режиме дуги второго рода антенна при таком способе излучала большой спектр гармоник и комбинационных частот. При создании мощных станций удовлетворительная фильтрация гармоник не могла быть получена в таких простейших системах. Поэтому появились дуговые радиостанции с отдельным колебательным контуром, связанным с антенной непосредственно или через промежуточный полосовой фильтр. В большинстве случаев связь антенны с контуром была трансформаторной.
МОДУЛЯЦИЯ в ДУГОВЫХ РАДИОСТАНЦИЯХ
Вопрос об управлении колебаниями (манипуляции) в дуговых радиостанциях приобрел по сравнению с искровыми системами свою специфику. Наиболее распространенный способ коммутации, принятый в искровых передатчиках, работающих в телеграфном режиме (включение и выключение источника питания), здесь был непригоден. При первом же выключении питания дуга гасла и для возобновления работы нужно было бы сближать электроды. Делать же это с частотой манипуляции было невозможно. Поэтому для дуговых радиостанций были разработаны иные методы управления колебаниями. Наиболее ранним был метод расстройки колебательного контура путем переключения части его индуктивности особым реле, работающим от телеграфного ключа. По-видимому, это было первым в истории применением частотной манипуляции.
В ряде систем изменение частоты контура при манипуляции достигалось тем, что в него вводился специальный дроссель. Индуктивность дросселя, а тем самым и индуктивность контура, изменялась путем вариации под- магничивающего тока через дроссель. Метод частотной манипуляции был энергетически невыгоден, приводил к очень нерациональному распределению энергии в спектре излучения. Приходилось использовать заградительные
116


частотные фильтры для «негативной частоты» манипуляции. Некоторые усовершенствования в метод манипуляции дуговых передатчиков внесла балансная манипуляция, предложенная для дуговых генераторов П. Педерсеном в 1906 г. [305]. Метод состоял в том, что дуговой промежуток с помощью реле подключался попеременно то к колебательному контуру, который был связан с антенной, то к специальному, хорошо экранированному балансному контуру с такими же параметрами.
Дуговые генераторы позволяли производить телефонную модуляцию колебаний теми же методами, что и искровые передатчики. Чаще всего это выполнялось включением микрофона последовательно в антенну или включением параллельно колебательному контуру особой абсорбционной схемы, которая поглощала часть поступающей в антенну энергии в такт с сигналом модуляции. Нашли применение также схемы, в которых в цепь питания включался модуляционный трансформатор с микрофоном в первичной обмотке. Таким путем достигалось изменение питающего дугу тока соответственно модулирующему сигналу. Развитие принципов модуляции дуговых генераторов показано на рис. 29.
Дуговые радиостанции позволяли производить радиотелефонирование. Сигналы сопровождались меньшими помехами, чем в искровых системах. Однако в мощных передатчиках проблема модуляционных микрофонов стала трудноразрешимой, так как модуляционные токи были велики и разрушали микрофоны даже самой надежной конструкции. Тем не менее начало более уверенного развития радиотелефонии связано именно с дуговыми передатчиками. Техническая зрелость дуговых передатчиков наступила далеко не сразу, понадобилось почти 10 лет, чтобы дуговой метод генерирования электромагнитных волн стал технически признанным и достиг широкого распространения. Этот период относится к началу первой мировой войны.
Дуговые генераторы, несмотря на ряд привлекательных особенностей, снискавших им определенную известность как первого технически пригод¬
117


ного средства получения незатухающих колебаний, имели и много недостатков. Основной из них, пожалуй, состоял в сильной зависимости амплитуды и частоты от параметров. Дуговые генераторы работали очень неустойчиво и были крайне капризны в настройке и обслуживании, требовали непрерывного внимания от технического персонала. Вполне естественным было стремление улучшить их или найти иные способы генерирования незатухающих радиоволн.
ПРИМЕНЕНИЕ МАШИН ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
В поисках генераторов незатухающих колебаний вполне закономерным в истории радиотехники было обращение к уже известным в электротехнике машинам переменного тока, но специально предназначенным для высоких частот. Период применения электрических высокочастотных машин переменного тока как непосредственных генераторов радиоволн длился с начала нашего века до 30-х годов. За это время во многих странах было построено большое число радиостанций, в которых для получения высокочастотных колебаний использовались электромашинные генераторы. Мощности элект- ромашинных радиостанций составляли от единиц до многих сотен киловатт. Даже после появления ламповых передатчиков машина высокой частоты еще долгое время была недосягаемой в области больших мощностей на длинных волнах.
Применение электрических машин высокой частоты для радиотехнических целей имело свою предысторию, когда было много попыток построить такие машины путем увеличения числа полюсов и повышения скорости вращения ротора. За несколько лет до изобретения радиосвязи первые такие попытки были проделаны Н. Теслой [126] и И. Томсоном.
Увеличение числа полюсов при создании машин обычного типа (с чередующимися полюсами) довольно быстро приводило к большим конструктивным трудностям, связанным с изоляцией обмоток, а в мощных машинах — с отводом тепла от рабочих частей машины. При большом числе полюсов возрастало рассеяние магнитного потока, искажалась форма генерируемого напряжения, увеличивались электрические потери. В результате падала выходная мощность, снижался КПД. Получение более высоких частот посредством увеличения скорости вращения ротора также было связано с ограничениями. Механические напряжения из-за центробежных сил росли быстро, пропорционально квадрату скорости вращения. Кроме того, при увеличении частоты для сердечников машин необходимы были очень тонкие стальные листы, так как мощность потерь на вихревые токи и. на гистерезис прямо пропорциональна квадрату частоты и квадрату толщины листа. Получение тонкой листовой электротехнической стали в то время было нелегким делом. Изоляция тонких листов и скрепление их в пакеты также составляло новую технологически трудную задачу. Определенные трудности были связаны и со съемом энергии с вращающегося ротора, на котором в машинах этого типа располагалась обмотка. В электротехнике конца XIX— начала XX в. все эти теоретические и технологические вопросы, связанные с конструированием машин переменного тока, уже были в значительной мере изучены. Поэтому инженеры довольно быстро отказались от применения машин с чередующимися полюсами для получения токов высоких частот.
118


В электротехнической практике был известен и другой тип машин переменного тока — индукторный. При равных условиях (число полюсов и количество оборотов) машины этого типа могли генерировать токи вдвое большей частоты, чем машины с чередующимися полюсами. В электротехнике от применения машин этого типа для генерирования промышленного переменного тока частоты 50—60 Гц довольно быстро отказались, так как машины получались тяжелыми и дорогими. Однако в высокочастотных машинах, где наиболее важным было получение большого числа полюсов и большой окружной скорости вращения ротора, с такими недостатками можно было мириться. Кроме того, индукторные машины не имели на роторе обмотки, и опыт показал, что эти машины более эффективны и просты, чем машины с чередующимися полюсами. Индукторные машины нашли в радиотехнике применение как генераторы радиостанций длинных волн.
До середины первого десятилетия XX в. было очень много попыток создания различных машин высокой частоты; все они были индукторного типа. Пожалуй, можно говорить о зарождении в этот период специфической ветви высокочастотного энергомашиностроения. Сопутствующей задачей было создание высокооборотных двигателей для таких машин. Ряд интересных конструкций скоростных паровых турбин создал английский теплотехник Ч. Парсонс, и они нашли применение, в частности, как двигатели индукторных машин высокой частоты.
Многое в области создания машин высокой частоты для радиотехнических применений сделал американский инженер Р. Фессенден, построивший образцы машин мощностью от единиц киловатт до нескольких десятков киловатт. Его машины работали на частотах вплоть до 100 кГц. Одна из машин мощностью до 1 кВт работала на частоте 75 кГц и применялась на радиостанции в Брант Рок (конец 1906 г.). Большой вклад в высокочастотное энергомашиностроение сделали также Ч. Штейнметц, Б. Лэмм, Э. Александерсон [237].
Работы Фессендена вызвали в технических кругах серьезный интерес к машинам высокой частоты как к генераторам синусоидальных токов, способным работать в качестве радиопередатчиков. Частотный предел электрических машин был не выше 200 кГц. На этой частоте машины из-за больших электрических потерь имели очень невысокие мощности — порядка единиц киловатт.
Наиболее существенные конструктивные достижения в высокочастотных машинах были сделаны Э. Александерсоном. Одна из его экспериментальных машин мощностью в несколько киловатт имела частоту 200 кГц [149]. Конструктивно все машины Александерсона были однотипны: ротор в форме стального диска, периферия которого имела радиальные проточки, заполненные немагнитным материалом так, что поверхность была гладкой; обмотки располагались на статоре. При движении ротора в межполюсном зазоре происходило быстрое изменение магнитного потока, наводившее высокочастотный ток в обмотках статора. Геометрическая форма проточек и статорных полюсных наконечников рассчитывалась так, чтобы токи машины были синусоидальными.
Для увеличения прочности ротора он делался в виде диска равного сопротивления, толщина которого на периферии была минимальной и плавно увеличивалась к центру. Механические напряжения в материале такого
119


Рис. 30. Машина Александерсона (мощность 200 кВт, частота 25 кГц)
диска были постоянны вдоль радиуса. Александерсону. удалось довести скорость вращения ротора машин до 20 тыс. об/мин. Окружная скорость ротора соответственно составляла 400 м/с. Вал машины при таких условиях испытывал большие переменные нагрузки, и его также приходилось делать необычным. Александерсон применил, как это делалось в скоростных турбинах, «гибкий вал». Длина вала была значительно больше его толщины. Он работал с таким числом оборотов, когда угловая частота вращения превышала предельное значение, соответствующее механическому резонансу. Во время работы вал непрерывно изгибался, поэтому требовались специальные подвижные подшипники, предотвращавшие его разрушение при переходе через предельную частоту вращения. Ротор высокочастотных машин делался из твердой хромо-никелевой стали. Разборный статор состоял из очень тонких листов трансформаторной стали.
Мощные машины высокой частоты требовали специального водяного охлаждения статора. Одна из упомянутых машин Александерсона (200 кВт, 25 кГц) служила передатчиком на радиостанции Нью-Брансвик в США (рис. 30). Машины подобного типа нашли применение и в других странах — Англии, Швеции, Польше.
Электрические машины с непосредственным получением частоты, пригодной для работы радиостанций, были чрезвычайно тонкими сооружениями, требовали высокой тщательности при изготовлении и, конечно, строились как объекты единичные, уникальные. Определенную заботу инженеров вызывала необходимость следить за постоянством частоты, которая зависела от многих факторов. Александерсон, в частности, разработал устройство для автоматического его поддержания. Это было подобие частотного детектора дифференциального типа, вырабатывавшего «напряжение ошибки», пропорциональное отклонению частоты от номинального значения. Напряжение ошибки посредством реле включало шунты в систему возбуждения, и скорость вращающего двигателя изменялась в нужную сторону.
Технические трудности создания мощных машин с большим значением частоты заставили искать иные пути получения высоких частот в электро-


машинных радиостанциях. Одним из таких способов получения высокочастотных токов стало умножение частоты, которое осуществлялось двумя путями: применением внешних умножителей и умножением частоты в самой машине. Принцип умножения частоты машин заключался в увеличении специальными способами уровня гармоник основной частоты и последующем выделении и усилении нужной гармоники (обычно второй или третьей).
Практическая реализация этих путей происходила почти в одно время, однако способ умножения частоты машин большой мощности в отдельных умножителях нашел большее распространение. Машины на частоты в несколько десятков килогерц удавалось
строить мощностью порядка несколь- Валентин Петрович Вологдин
ких сотен киловатт, и они получались (1881 — 1953)
достаточно эффективными, а их эксплуатация была экономически целесообразной. Ряд фирм строили такие машины для радиотехнических применений специально с системами внешнего умножения частоты.
На западноевропейских радиостанциях в сочетании с внешними умножителями частоты применялись мощные электрические машины фирмы «Телефункен», сконструированные ведущим инженером и одним из совладельцев фирмы Г. фон Арко. Машины работали на частотах от б до 10 кГц. На радиостанции в Науэне (Германия) были применены два генератора мощностью от 150 кВт каждый и два по 400 кВт [233].
Машины немецкой фирмы «Лоренц-Шмидт» работали на частотах порядка 5—10 кГц и имели мощности от 5 до 5000 кВт, их КПД равнялся 80 %. Конструктивно эти машины напоминали машины Александерсона, но отличались конфигурацией пазов якоря и формой кривой магнитного потока в статорных зубцах. Они сошли со сцены лишь после того, как были подняты стандарты на стабилизацию частоты радиостанций от величины 0,1 % [46]. Среди английских инженеров в области высокочастотного машиностроения известен К- Франклин, разработавший ряд конструкций машин и умножителей.
Большую роль в развитии высокочастотного электромашиностроения сыграл русский инженер В. П. Вологдин, создавший много оригинальных конструкций электрических машин как для радиостанций, так и, в более позднее время, для производственных целей — термической обработки металлов [36].
Одна из первых русских машин-радиогенераторов конструкции Вологдина, построенная в 1912 г., имела мощность 2 кВА и частоту 60 кГц. Она была с гибким валом, дисковым ротором и работала с высокой окружной скоростью. Применялась она для флотских радиостанций. В даль-
121


Рис. 31. Машина Вологдина (мощность 150 кВт, частота 15 кГц)
нейшем Вологдин отказался от гибкого вала и конструировал машины с обычным валом и дисковым ротором. Такой была другая его машина, построенная в 1913 г. (20 кГц, 6 кВт) для радиотелефонной связи между Гребным портом и Главным адмиралтейством в Петербурге (расстояние около 5 км). Двумя годами позже он построил трехкиловаттную машину на частоту 20 кГц. Машина имела цилиндрический ротор, жесткий вал, работала при 10 000 об/мин, приводилась мотором постоянного тока через редуктор.
В Нижегородской радиолаборатории к 1922 г. он закончил машину мощностью 50 кВт, 20 кГц. В 1925 г. построил генератор мощностью 150 кВт, 15 кГц (рис. 31). Обе эти машины были использованы на Октябрьской радиостанции в Москве в 1924—1926 гг. В 1934 г. Вологдин сконструировал еще одну машину 500 кВА, 18 кГц, которая на радиостанции использована не была, а нашла применение для технологических нужд [37].
Все эти машины применялись с внешними умножителями частоты, которые позволяли сравнительно низкие частоты машин доводить до необходимой величины. Конструирование мощных умножителей частоты, как и создание высокочастотных машин, составило специфическую область электротехники, обслуживающую радиотехнические нужды.
УМНОЖИТЕЛИ ЧАСТОТЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Из многочисленных типов умножителей частоты в радиотехнике преимущественное применение нашли умножители с переменной индуктивностью (рис. 32). Для этого использовалась катушка с железным сердечником или специальный трансформатор, рассчитанный на работу в режиме насыщения железа. Подмагничивающий ток позволял регулировать рабочую точку. Синусоидальный ток в первичной обмотке создавал такую форму магнитного потока, что колебание напряжения во вторичной обмотке содержало гармоники, из которых выделялась нужная (вторая или третья).
122


Рис. 32. Схемы умножителей частоты для электрических машин
а — удвоитель Эпштейна (1902 г.); б — утроитель Жоли (1910 г.); в — утроитель В'аллаури (1911 г.), г — утроитель Тейлора (1914 г.)
Одна из первых схем умножения частоты была предложена в Германии в 1902 г. Эпштейном. Его умножитель (удвоитель частоты) имел два трансформатора с последовательными первичными обмотками, присоединенными к машине высокой частоты. С помощью особых обмоток, питаемых от источника постоянного тока, достигалось насыщение магнитного потока. В результате форма магнитного потока сильно отличалась от синусоидальной. Вторичные обмотки трансформаторов также соединялись последовательно и настраивались на вторую гармонику. Обмотки возбуждения были защищены от переменных токов дросселем [209].
В 1910 г. французский инженер Жоли построил утроитель частоты, в котором посредством насыщенного трансформатора получались токи, богатые третьей гармоникой. Он применил два трансформатора с последовательным соединением первичных и вторичных обмоток (соответственно). Один из трансформаторов имел сердечник малого сечения и работал в режиме насыщения, другой был обычным. Вторичные обмотки соединялись противофазно, чтобы нейтрализовать напряжение основной частоты на выходе схемы. Третья гармоника выделялась настроенным колебательным контуром [262].
Описанный в 1911 г. удвоитель Валлаури (Англия) имел один многообмоточный симметричный трансформатор, в котором рабочая точка задавалась постоянным током подмагничивания. Последовательно соединенные вторичные обмотки гасили сигнал основной частоты, в то время как вторая гармоника выделялась [362].
В схеме утроения частоты Тейлора (Англия, 1914 г.) на вход трансформатора подавался ток, богатый гармониками. Это достигалось использованием последовательно включенного в первичную цепь насыщенного дросселя. Выходной сигнал утроенной частоты выделялся настроенной
123


Михаил Васильевич Шулейкин (1884—1939)
на нее вторичной обмоткой. Последовательное соединение нескольких утрои- тельных устройств такой конструкции позволяло умножать частоту в 9 и даже 27 раз [355].
Интересную схему умножения частоты разработали в 1914 г. Г. Рукоп и И. Ценнек (Германия). Их умножитель имел на выходе дуговой преобразователь с контуром, настроенным на тройную частоту. Недостатком этой схемы был очень невысокий КПД, что определялось одновременным использованием малоэффективного дугового преобразователя и третьей гармоники выходного тока [325].
В русских радиостанциях с машинными передатчиками применялись умножители многих описанных типов, из которых следует отметить оригинальное устройство М. В. Шулейкина (1916 г.). Он применил для умножения резонанс-трансформатор с первичной обмоткой, настроенной на частоту машины, вторичная обмотка была настроена на утроенную частоту. Использование резонанса позволило получить прибор, работавший достаточно эффективно. Умножители М. В. Шулейкина совместно с машинами системы В. П. Вологдина работали на радиотелеграфных линиях, связавших в 1917— 1918 гг. Петроград с Тверью и Ревелем [29, с. 168].
Электрические машины относительно невысоких частот в сочетании с внешними умножителями позволяли строить достаточно мощные для того времени передатчики средних волн. Наиболее существенный недостаток применения умножителей частоты в передатчиках заключался в трудности отфильтровывания неизбежно получавшихся гармоник. Для многократного умножения частоты делались попытки каскадного (последовательного) соединения умножителей. Лучшие результаты были достигнуты использованием нескольких удвоителей частоты.
Методы повышения частоты радиогенераторов путем многократного умножения первоначальной частоты сигнала получили свое дальнейшее развитие в эпоху ламповой радиотехники. Широко используются они и
124


в современной радиотехнике, хотя сама техника умножения претерпела существенные изменения (о которых будет рассказано дальше).
Одновременно с работой над созданием мощных машин относительно невысоких частот делались попытки сконструировать высокочастотные машины с так называемым «внутренним умножением» частоты. Наиболее успешными в этом направлении были работы немецкого инженера Р. Гольдшмидта и французского электрика Ж. Бетено.
В 1907 г. Гольдшмидт построил машину, в которой был использован принцип Бушеро, заключавшийся в том, что в любом альтернаторе токи ротора можно представить суммой нечетных членов ряда Фурье, а токи статора — суммой четных членов. В соответствии с этим магнитное поле машины можно представить состоящим из двух вращающихся навстречу друг другу магнитных полей: прямое имеет скорость ротора, встречное — в 2 раза большую [236]. Во время вращения ротора в нем возбуждался ток основной частоты, который выделялся контуром и создавал магнитное поле ротора. Под воздействием этого поля в статоре наводился ток удвоенной частоты. Ток статора, в свою очередь, индуцировал в роторе ЭДС основной и тройной частот. Ток основной частоты нейтрализовался подбором параметров цепей машины. Выделялся лишь ток тройной частоты, который, в свою очередь, наводил в статоре ЭДС двойной и учетверенной частот. Ток двойной частоты нейтрализовался особой индуктивно-емкостной цепочкой. Ток учетверенной частоты выделялся и поступал в нагрузку. Таким образом, машина Гольдшмидта генерировала частоту, в 4 раза большую, чем обычная.
Одна из первых машин Гольдшмидта была установлена в 1910 г. на немецкой радиостанции вблизи Ганновера. Мощность ее составляла 12,5 кВт на частоте 30 кГц. В 1914 г. Гольдшмидт разработал машину на частоту 40 кГц мощностью 150 кВт, которая была установлена на радиостанции Лекен близ Брюсселя. Еще одна машина Гольдшмидта мощностью около 100 кВт использовалась на радиостанции в Туккертоне (США). Существенным недостатком этих машин был низкий КПД, который при учетверении достигал всего 40 %. Потери в железе на гармониках были очень велики. Кроме того, применение щеток и токосъемных колец из-за размещения обмоток на роторе создавало дополнительные неудобства в эксплуатации.
В 1912 г. Бетено сконструировал высокочастотную машину с внутренним умножением частоты, которая по принципу действия представляла собой несколько последовательно включенных генераторов высокой частоты, объединенных на одном валу [169]. В первом каскаде машины Бетено работал генератор переменного тока с постоянным возбуждением. Ток генератора поступал на возбуждение другого каскада, вырабатывающего ток удвоенной частоты. Следующий каскад, возбуждаемый этим током, вырабатывал ток утроенной частоты (частота возбуждения плюс частота первой гармоники от вращения ротора). В следующих каскадах частота возрастала пропорционально числу каскадов. Конструктивно машина Бетено была выполнена как машина с чередующимися полюсами, но таким образом, что обмотка возбуждения первого каскада была на статоре, а рабочая якорная обмотка — на роторе. Следующий каскад, находящийся на том же валу, питался током якоря первого каскада, но имел обмотку возбуждения на роторе, а якорную обмотку на статоре. Затем следовал каскад, аналогичный первому, и т. д.
125


Машины Бетено мощностью 150 кВт с частотой 40 кГц и мощностью 250 кВт с частотой 20 кГц использовались на европейских радиостанциях. Для стабилизации оборотов в них применялись центробежные регуляторы, управлявшие с помощью реле реостатами возбуждения приводного мотора.
Высокочастотные машины Бетено не нашли широкого применения из-за того, что частота увеличивалась пропорционально числу каскадов в арифметической прогрессии, а потери возрастали значительно быстрее, приводя к значительному падению КПД при больших коэффициентах умножения.
МОДУЛЯЦИЯ В МАШИННЫХ ПЕРЕДАТЧИКАХ
Несмотря на простоту машин как радиогенераторов, они имели специфические особенности, связанные с осуществлением телеграфной манипуляции и телефонной модуляции. При телеграфной манипуляции приходилось производить быструю коммутацию токов большой величины, что для электротехники того времени было трудной задачей. Кроме того, при резких колебаниях нагрузки детали машины испытывали большую механическую реакцию, изменялись ее обороты и «плавала» частота.
Самый простой и исторически наиболее ранний способ телеграфной манипуляции состоял в периодическом включении машины в антенную цепь с помощью релейного устройства. Однако этот способ нашел применение лишь в передатчиках небольшой мощности. Наибольшее применение получили методы манипуляции расстройкой колебательных контуров. В контуры вводились дроссели с железом и управляющей обмоткой подмагничивания. Увеличение тока подмагничивания уменьшало индуктивность дросселя. Телеграфный ключ или реле включались в цепь подмагничивания дросселя (рис. 33).
Применялось управление колебаниями посредством изменения связи между антенной и машиной. В качестве управляющего элемента использовался дроссель (или индуктивность колебательного контура) с подмагничи- ванием. Управляющий контур при расстройке изменял связь между машиной (или умножителем) и антенной. Для избежания нестационарных электромеханических процессов в машине на ряде радиостанций манипуляция производилась переключением машины с рабочего на балансный контур с такими же параметрами, как рабочий, чем достигалась работа передатчика в стационарном режиме.
В электромашинных передатчиках для осуществления телефонной модуляции можно было управлять высокочастотным током путем воздействия на многие параметры. Исторически сложилось несколько способов телефонной модуляции в машинных передатчиках. Один из них состоял в изменении амплитуды возбуждения машины с частотой модуляции. Реализация этого способа встречала ряд трудностей, так как для существенного изменения магнитного потока машины нужно было изменять ток возбуждения в больших пределах. Небольшая достигаемая глубина модуляции определялась узким линейным участком характеристики холостого хода машины. Индуктивность обмоток возбуждения была очень большой, и можно было обеспечивать лишь очень небольшую полосу частот.
Другой способ был аналогичен уже описанному способу расстройки контура, связывающего машину с антенной. При этом ток подмагничивания управляющего контура изменялся по закону модуляции. Практи-
126


Рис. 33. Методы модуляции в электромашинных радиостанциях:
а — с изменяемой индуктивностью; б — с балансным контуром; в — модулятор Пунгса—Алексан- дерсона (1913 г.)
â
ческое выполнение этого метода телефонной модуляции стало возможным •после того, как в радиотехнике появились электронные усилительные лампы. Одно из ранних применений модулятора с управляющим контуром, в котором ток подмагничивания изменялся модуляционным сигналом, относится к 1914 г., когда Александерсон использовал схему, предложенную в 1913 г. Пунгсом [151]. В дальнейшем этот принцип модуляции оказался почти единственным, получившим применение в электромашинных радиотелефонных радиостанциях.
По сравнению с дуговыми передатчиками радиостанции с электрическими машинами высокой частоты имели ряд преимуществ. Прежде всего у них был большой электрический КПД. Если в ранних дуговых генераторах его величина не превышала 20 % и лишь в мощных передатчиках Паульсена КПД доходил до 50 %, то электромашинные генераторы могли работать с КПД около 80 %. Машина в качестве передающего устройства позволяла легче устранять паразитные излучения, производить манипуляцию без «негативной» волны. Электромашинные радиостанции имели более высокую стабильность частоты.
Несмотря на все это, машина высокой частоты не смогла стать радиогенератором широкого назначения. Она не могла работать на нескольких фиксированных волнах и тем более перестраиваться в диапазоне частот. Нельзя ее было использовать и для быстродействующей телеграфной манипуляции, а тем более для высококачественной амплитудной. Техническая эксплуатация машинных радиостанций была ненамного проще, чем дуговых.
Эти обстоятельства заставляли настойчиво искать иные способы получения электрических колебаний радиочастот. На смену им пришел способ генерирования токов высокой частоты с помощью электронной лампы. Однако и дуговые, и тем более машинные передатчики просуществовали длительное время, вплоть до второй мировой войны, когда были полностью вытеснены ламповыми радиостанциями. Техническая зрелость электрома¬
127


шинных радиостанций наступила уже в период интенсивного развития техники лампового генерирования.
Историческое значение дуговых и машинных передатчиков состояло в том, что они позволили оценить преимущества применения незатухающих волн, отработать определенные принципы их генерирования и методы радиоприема (о которых будет рассказано ниже), шире изучить законы распространения радиоволн, а также осуществить устойчивую дальнюю радиосвязь, в том числе трансатлантическую.
Развитие электрических машин высокой частоты в радиотехнике шло на основе хорошо отработанного теоретического аппарата, сложившегося в более ранние годы в электротехнике. Но заимствование из электротехники теоретического анализа и методов расчета электрических машин высокой частоты не было прямым. Теория и расчет претерпевали серьезные видоизменения, поскольку приходилось учитывать новые условия работы машин, нельзя было пренебрегать переходными процессами, насыщением железа, спецификой высоких частот, т. е. тем, что не было важным в электротехнических силовых применениях. Все это не только позволило рассчитывать и строить машины с нужными параметрами, но и создало своеобразный фундамент для развития в более позднее время (в середине 20-х годов) чисто радиотехнических элементов — электромагнитных экранов и ферромагнитных высокочастотных сердечников для катушек индуктивности.
Чрезвычайно характерным шагом в развитии техники незатухающих волн были попытки получить незатухающие электромагнитные колебания с помощью искровых систем со статическими разрядниками методом суперпозиции затухающих процессов. В 1910 г. Р. Галлетти предложил схему для генерирования незатухающих колебаний тока путем сложения нескольких затухающих синусоид. Аналогичную по принципу действия систему (сложение нескольких затухающих колебаний в общей нагрузке) разработали инженеры фирмы «Маркони» (1913 г.). Она имела четыре колебательных контура с вращающимися разрядниками, связанными с общей антенной цепью. По качеству передачи эти радиостанции («синтонические») значительно уступали дуговым и машинным передатчикам и распространения не получили.
СТАНОВЛЕНИЕ ТЕХНИКИ РАДИОПРИЕМА
НЕЗАТУХАЮЩИХ КОЛЕБАНИЙ
К моменту перехода от применения затухающих радиоволн к незатухающим в развитии техники радиоприема возникла своеобразная проблема, связанная с трудностью приема телеграфных сигналов на незатухающих волнах. Дело в том, что детектирование телегра-фного сигнала, передаваемого посредством затухающих колебаний, повторяющихся со звуковой частотой (т. е. от передатчиков с «звучащей искрой», «тональных» искровых радиостанций и т. д.), создавало при приеме в телефонных наушниках телеграфные посылки звукового сигнала. Детектор выделял частоту повторения посылок затухающих колебаний, следующих друг за другом в соответствии с телеграфным сигналом. Телеграфная передача на незатухающих волнах создавала после детектирования в приемнике непериодические низкочастотные импульсы в моменты начала и окончания каждого сигнала.
128


Такие сигналы, как правило, не были слышны в телефонных трубках или напоминали треск атмосферных разрядов.
Для преодоления этого был разработан прибор, который прерывал ток в телефонной цепи приемника со звуковой частотой, и во время детектирования незатухающих колебаний на выходе детектора вместо постоянного тока (не действующего на телефон) появлялась звуковая частота. Тем самым знаки телеграфной азбуки, передаваемые на незатухающих волнах, воспроизводились в телефонах как телеграфные посылки звуковой частоты. Приборы для прерывания телефонного тока в приемнике получили название «тиккеров».
По-видимому, одним из первых высказал идею тиккерного приема незатухающих радиоволн на детекторный приемник еще в 1901 г. Н. Тесла [352], а первые конструкции тиккеров были созданы Педерсеном и Паульсеном в 1906—1907 гг. [304].
В первое десятилетие нашего века появился ряд разнообразных типов конструкций тиккеров. Большинство из них работало по принципу вибраторов, или зуммеров. Некоторые конструкции работали на основе постоянно поддерживаемого несовершенного контакта. Зуммерные тиккеры приводились в действие электромеханически, аналогично электрическому звонку. Тиккеры с несовершенным контактом имели самое различное устройство [171]. В ряде конструкций использовалось перемещение металлической пружинки по поверхности движущегося в масляной ванне металлического диска или валика. Встречались тиккеры, в которых прерывание цепи осуществлялось, например, в струе горящего газа. Особенно широкое использование тиккеров для приема телеграфных незатухающих сигналов относится к периоду первой мировой войны.
Идея получения сигнала звуковой частоты, модулированной сигналом телеграфной азбуки в самом приемнике, получила дальнейшее развитие в методе генеродинного приема. Взаимодействие частоты прерываний тиккера с сигналом принимаемой несущей частоты создавало в приемнике биения. Если частоты были близки и их разность, например, лежала в диапазоне звуковых частот, то в телефоне прослушивалась эта разностная частота. Упорядочить такие биения и удержать их частоту в пределах звукового диапазона, чтобы оператор всегда мог слышать их в телефоне, было не так просто. По-видимому, впервые мысль о применении метода биений между принимаемым сигналом и специальным опорным сигналом была высказана еще в 90-х годах XIX в. Н. Теслой.
Осуществить на практике этот метод было невозможно до тех пор, пока не появились стабильные генераторы незатухающих колебаний, в частности дуговые и электромашинные. Р. Фессенден первым запатентовал в 1905 г. способ приема телеграфных сигналов незатухающей несущей частоты с помощью получаемого в приемнике гетеродинного сигнала, который образовывал с принимаемым сигналом биения звуковой частоты, слышные в телефонах [215]. Широкое применение в радиоприемной технике этот метод получил лишь после появления электронных ламп, которые сделали возможным построение малогабаритных гетеродинов.
Говоря о методах приема радиоволн, следует подчеркнуть одно весьма существенное обстоятельство. После того как был пройден этап сигнализации с помощью электрического звонка, включаемого через реле от когерера, затем первых телеграфных аппаратов для записи сигналов на бумаж¬
9 Заказ 196
129


ную ленту, в практике радиотехники в качестве основного элемента радиоприемников начала применяться телефонная трубка — наушники. Их первые использования относятся еще к экспериментальному этапу радиосвязи, когда А. С. Попов разработал «телефонный приемник». Наушники применялись и другими пионерами радиосвязи (Маркони, Слаби, Ферье, Тиссо и др.).
Важная роль наушников была оценена тогда, когда дальность связи превысила несколько сот, а затем и тысячи километров, когда приходилось принимать весьма слабые сигналы на уровне сильных атмосферных и промышленных помех. В этих условиях телеграфные аппараты работали в качестве выходных устройств весьма ненадежно, давали большое число ложных срабатываний от импульсных помеховых сигналов. А в ряде случаев передаваемое сообщение искажалось настолько, что смысл его терялся. В то же время практика показывала, что в таких условиях прием сообщений на наушники давал значительно лучшие результаты. Ухо человека в сочетании с телефонным наушником работало как своеобразный фильтр помех и позволяло выделять полезный сигнал значительно эффективнее, чем это делал телеграфный аппарат. Эта селективная функция наушников была замечена еще в 1899 г. сотрудниками А. С. Попова—Д. С. Троицким и П. Н. Рыбкиным. Но лишь много позже произошло повсеместное вытеснение наушников телеграфными аппаратами, которые позволили документально фиксировать сообщение.
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
РАЗВИТИЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ НАУЧНЫХ ЗНАНИЙ В ДОЛАМПОВЫЙ ПЕРИОД И ПЕРВЫЕ СПЕЦИАЛЬНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ РАДИОТЕХНИКИ
АНТЕННЫЕ СИСТЕМЫ
Применение незатухающих волн способствовало более широкому развитию радиосвязи, расширению круга ее применений и, естественно, поставило новые задачи как перед техникой передачи и приема радиоволн, так и перед антенной техникой. И если в период первого десятилетия XX в. в антенной технике складывались эмпирические основы построения антенн, то второе десятилетие уже характерно стремлением ученых на основе физико-математических представлений выработать теоретические начала расчета антенн длинных и средних волн. Это было тем более важно, что антенны длинных и средних волн (главным образом передающие) были весьма большими и трудоемкими сооружениями и их стоимость была достаточно высокой. Чтобы антенны действовали эффективно, необходимо было определить круг их физико-технических параметров, которые обусловливали бы эту эффективность. На рис. 34 показаны антенны раннего периода.
Одним из первых таких параметров была «действующая высота» антенны. Этот параметр был введен в 1908 г. Р. Рюденбергом. Под действующей высотой длинноволновых и средневолновых антенн Рюденберг понимал
130


Рис. 34. Антенны длинных и средних волн
а — коническая антенна в Полдью, 1904 г.; б — Г-образная антенна фирмы «Маркони» (стрелкой показано направление максимального излучения); в—зонтичная антенна в Науэне, 1911 г.; г — антенна Александерсона в Нью-Брансвике, 1919 г. (1 — ключ, 2 — магнитный усилитель, 3 — трансформатор, 4 — машина ВЧ, 5 — двигатель ВЧ); д—приемная антенна Бевереджа, 1923 г.
геометрическую высоту антенны при эквивалентном «прямоугольном» распределении тока в вертикальном проводе. Рюденберг предлагал для вычисления действующей высоты антенны определять измерительным путем синусоидальное распределение тока в антенне, затем подсчитывать площадь графика такого распределения как произведение длины на ток и полученное значение делить на значение тока в основании антенны [324]. Этот параметр широко вошел в теорию и практику длинноволновой антенной техники и используется поныне. Работы Рюденберга были позже развиты многими физиками и инженерами, в том числе советским радиотехником М. В. Шулейкиным, предложившим в 1920—1921 гг. методы расчета действующей высоты длинноволновых антенн различных конструкций.
Рюденберг ввел еще один важный параметр — «сопротивление излучения», подразумевая под этим понятием величину, пропорциональную произ¬
9*
131


ведению квадрата отношения действующей высоты антенны к длине рабочей волны. Этот параметр быстро был оценен как важная характеристика эффективности работы антенны, позволяющая рассчитать излученную мощность, согласовать нагрузку передатчика (и входное сопротивление приемника) для оптимального излучения энергии в пространство (и для приема энергии с наибольшим КПД). В дальнейшем сопротивление излучения стало одним из основных показателей в расчете и анализе не только длинноволновых антенн, но и антенных систем всех диапазонов. Работы Рюденберга дали возможность сравнивать эффективность радиостанций, определять их действительную мощность и тем самым дальность действия систем связи.
Для определения емкости простейших антенн обычно в первом приближении использовались методы физики и электротехники, т. е. брались геометрические соотношения для проводников, определялись их потенциалы и т. д. Однако для сложных антенн, состоящих из многих проводов, определение емкости превращалось в довольно сложную задачу. Достаточно эффективный метод вычисления емкости антенн был разработан Г. В. Хоу [255]. Метод состоит в нахождении среднего потенциала, который наводится в системе проводов при равномерном распределении заряда по их поверхности. Хоу определял емкость как отношение поверхности системы к функции размеров системы. Это отношение дает средний потенциал при умножении на плотность заряда. Метод Хоу («наведенных потенциалов») широко использовался в практике радиотехнических расчетов раннего периода. Вытекающие из него методы расчета емкости антенных систем были развиты Остином и Икллзом.
Внимание конструкторов антенн стали привлекать вопросы заземления антенн, роль проводимости земли вблизи антенной системы в повышении КПД радиостанций. Исследования по антенным заземлениям велись во всем мире, и в период до первой мировой войны в этой области был накоплен большой экспериментальный материал, который в ряде работ был подвергнут теоретическому осмыслению. Однако вопрос создания антенных заземлений оказался чрезвычайно трудным и долгое время решался чисто экспериментально. Полных решений в этой области для длинноволновых и средневолновых антенн не найдено и до настоящего времени. Тем не менее следует отметить оригинальные работы М. Райха и Г. Труэ (1910 г.), обобщивших большой эмпирический материал и давших
рекомендации, которые легли в основу инженерного расчета и построения заземлений. Райх и Труэ выявили, что чем короче длина волны, тем выше плотность тока у поверхности земли и тем быстрее она уменьшается в глубину. Кроме того, они установили, что у менее высоких антенн и у антенн, имеющих короткую горизонтальную часть, токи в земле имеют большую плотность и глубже проникают. Тем самым у таких антенн потери в земле были больше. Было обнаружено также, что плотность токов в земле прямо пропорциональна ее проводимости [315].
Вопросы эффективности работы антенных систем длинноволновых радиостанций приобретали все более важное значение в связи с большим размахом в рассматриваемый период строительства мощных радиостанций, которое проводилось во многих странах. На это тратились большие средства, поэтому КПД радиостанций был важным показателем. Проблемы уменьшения электрических потерь во всех элементах антенн и в заземлении
132


занимали внимание радиотехников и исследовались многими учеными. Для мощных передающих длинноволновых станций в начале века уже были выработаны определенные практические требования, которые старались реализовать при строительстве антенн. Длинноволновые антенны делались на высоких мачтах, достигавших 150—200 м. Все большее .применение получают зонтичные антенны и антенны с разветвленной горизонтальной частью.
Задача уменьшения активного сопротивления высокочастотным токам в проводах антенн также была достаточно сложной, так как, с одной стороны, приходилось делать большое число параллельно соединенных проводов, с другой — эти провода должны были рассчитываться по прочности на очень большие механические нагрузки. В этот период впервые стали выполнять провода антенн многожильными, чтобы уменьшить их высокочастотное сопротивление и снизить потери от поверхностных токов. Они делались в виде троссов со стальной серединой и медными периферическими проводами, изолированными друг от друга (так называемые «канатики»). Особую область составили конструирование и производство антенных изоляторов, которые должны были удовлетворять очень жестким механическим требованиям и работать на высоких рабочих напряжениях — порядка сотен киловольт.
Только тщательный учет всех возможных источников потерь при конструировании антенн мог дать хорошие результаты, поэтому построение эффективных антенных передающих систем всегда считалось высоким инженерным искусством. Наибольшего успеха в этой области удалось достигнуть американскому радиотехнику Э. Александерсону. Его антенны имели КПД более 50 %, а у других конструкторов обычно не выше 10—15% [152].
Антенна Александерсона для диапазона сверхдлинных волн имела подвешенную на 140-метровых опорах горизонтальную часть. Сеть была разветвленной, состояла из 12 проводов, которые через равные промежутки были заземлены посредством удлинительных катушек индуктивности, настроенных в резонанс на рабочую частоту. Пролеты между мачтами составляли около 400 м. Антенна представляла собой систему из 6 вибраторов. Общая длина ее была около 2 км. Она имела сопротивление излучения на 50—70 % больше, чем 6 одиночных заземленных вибраторов. Конструкция антенны давала значительно меньшие потери в земле. Это была первая вертикальная синфазная антенна, имевшая направленный эффект, перпендикулярный ее горизонтальным частям.
Использование одной антенной системы для приема и передачи очень быстро перестало удовлетворять практическим требованиям. В 1911 г. была осуществлена первая дуплексная передача между Германией и Америкой (радиостанции соответственно в г. Альвейзе и г. Туккертоне). При этом в Германии приемный центр был расположен в Гагене на расстоянии в несколько десятков километров от передающей антенны. Сооружение отдельных приемных антенных систем заставило учитывать специфические вопросы их работы. Так, в частности, было найдено, что низкие антенны работают более устойчиво и эффективно, с меньшими помехами.
Приемная антенна в Гагене имела длину в несколько километров и состояла из одиночного провода. По-видимому, по принципу работы это была одна из первых антенн бегущей волны, более глубокое изучение которых началось несколько позже и связано с именем американского инженера
133


Бевереджа. Важным достижением электромагнитной теории, которое позволило по-новому оценить возможности расчета в области антенных устройств, была работа Дж. Карсона (1924 г.), в которой он распространил теорему Лоренца о взаимности для электромагнитного поля на частный случай антенн [185]. Годом позже А. Зоммерфельд сформулировал ряд положений, которые легли в основу дальнейших работ по применению теоремы взаимности для антенн [341].
К 1923 г. относится важное наблюдение, сделанное Бевереджем [170]. Он экспериментально обнаружил, что при использовании длинного провода в качестве передающей антенны можно добиться значительного увеличения отношения сигнала к шуму, если присоединить к проводу приемник на удаленном конце, а конец провода, направленный на передатчик, заземлить. Бевередж обнаружил также, что наилучшие условия приема получаются при включении в длинный провод антенны согласующих сопротивлений, превращающих его в линию с бегущей волной. Этот тип антенн получил дальнейшее распространение. Принцип согласованной нагрузки и использование бегущей волны в антеннах стали широко применяться в антеннах длинных и средних волн, а спустя два десятилетия — ив направленных дипольных антеннах.
К этому же времени относятся работы по использованию приема на разнесенные антенны для борьбы с замираниями сигнала дальних радиостанций.
Еще в 1900 г. И. Ценнек предложил использовать антенну из двух вертикальных проводников, в один из которых включался приемник, а другой настраивался в резонанс на рабочую частоту. В 1904 г. американский радиоинженер Ли де Форест впервые предложил для целей приема рамочную антенну [222]. К. Ф. Браун в 1905 г. работал с антенной, состоящей из трех вертикальных проводов, с токами, сдвинутыми по фазе. К 1913 г. Браун разработал рамочную многопроводную антенну [176]. Рамочные антенны нашли широкое применение в радиотехнике.
Весьма интересной работой в области создания антенн направленного действия было предложение Г. Пикара (1907 г.) использовать комбинацию рамочной антенны и вертикального провода для получения кардиоидной диаграммы направленности приемной антенны [307]. Такие антенны имели минимум, направленный назад, что уменьшало помехи при приеме и, кроме того, они позволяли решить задачу пеленгации, т. е. определить направление на работающий передатчик. Впоследствии кардиодные антенны нашли широкое применение в пеленгаторной технике. К этому времени в технике антенн твердо сформировалось понятие «диаграммы направленности» антенны как важный ее параметр, под которым понимался пространственный график интенсивности сигнала для принимающих антенн, а для передающих — излученной мощности. Надо сказать, что понятие направленного действия возникло при осмыслении фазовой структуры электромагнитного поля. Развитие и теоретическое рассмотрение этих понятий относится к концу 20-х—началу 30-х годов.
В 1908 г. Э. Беллини и А. Този изобрели знаменитую гониометрическую антенну, которая вошла в арсенал антенной техники и широко применяется по настоящее время [168]. Сущность предложения Беллини и Този заключалась в использовании перпендикулярно расположенных в пространстве двух рамочных однотипных антенн, соединенных с обмотками гониометра
134


Рис. 35. Гониометрическая антенна
Л и В — неподвижные рамки антенны; L\ и Ь2 — неподвижные катушки гониометра; L3 — поворотная катушка гониометра
(рис. 35). Прибор представлял собой две индукционные катушки, также расположенные перпендикулярно, внутри которых вращается третья катушка. Катушки гониометра соединены с соответствующими рамками антенны. Пространственное положение подвижной катушки, соединенной с приемником, позволяло определять направление прихода максимального сигнала. Система Беллини и Този, использованная в передающих антеннах, давала возможность изменять в пространстве диаграмму направленности антенн в целом. Это изобретение было существенным шагом в зарождении и развитии нового направления в радиотехнике, задачей которого являлось определение направления на работающий передатчик и которое впоследствии сформировалось в самостоятельную область радиотехники — радиопеленгацию.
РАЗВИТИЕ ЗНАНИЙ
В ОБЛАСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН
В первые два десятилетия XX в. были предложены в основном три механизма дальнего распространения радиоволн: распространение посредством поверхностной волны вдоль земли, дифракция волн за горизонт (т. е. за границу прямой видимости) и ионосферное распространение.
Исследования по распространению радиоволн в период 1900—1913 гг. локализовались в области изучения их поверхностного распространения. В это время были сделаны попытки теоретически описать картину такого распространения, учесть влияние проводимости земли. Положение Рэлея и его последователей, рассматривавших задачу распространения в свете дифракционных представлений, не могло объяснить всех наблюдаемых практически явлений, поэтому некоторые ученые (Ценнек, Вейль, Зоммер- фельд) пытались найти иной подход к решению задачи. Здесь очень быстро была осознана необходимость не только накопления экспериментального материала, но и построения теории, а поскольку многие явления уже давно находились в поле зрения физики, прогресс теоретической мысли наметился значительно раньше, чем в других разделах радиотехники.
Развитие дальней связи на длинных и средних волнах давало большой практический материал, который заставлял искать подходы для его теоретического осмысления. Ряд наблюдений долгое время не находил соответствующего объяснения. Так, например, было замечено, что слышимость дальних радиостанций ночью была в несколько раз лучше, чем днем.
135


В период 1908—1912 гг. скопился большой экспериментальный материал о более благоприятных условиях прохождения длинных и средних радиоволн в ночное время суток по сравнению с дневными условиями. ;Эти данные позволили определять наилучшее время суток для прохождения радиоволн на конкретных линиях связи.
В 1909—1910 гг. Л. Остин (США) провел многочисленные экспериментальные исследования распространения радиоволн длиной от 1000 до 3750 м на расстояниях в пределах 2000 км. В 1911 г. Остин опубликовал результаты своих работ и предложил эмпирическую формулу для расчета тока в приемной антенне в зависимости от тока в антенне передатчика, высоты подъема над землей передающей и приемной антенн, длины волны и расстояния. Эти исследования позволили сделать вывод о том, что дальность действия радиостанции на длинных и средних волнах пропорциональна длине волны и мощности передатчика [161].
Экспериментальная проверка формулы Остина многими исследователями подтверждала этот важный вывод, в радиотехнике начала формироваться тенденция использования все более длинных волн и мощных передатчиков для дальних связей. Делаются первые практические попытки расчета конкретных линий связи (напряженности поля) : в Японии — М. Китамура и в России — Д. М. Сокольцов.
Применение длинных радиоволн для дальней связи очень быстро завоевывает всеобщее признание, и число радиостанций во всем мире быстро увеличивается: в конце 1910 г. их было более полутора тысяч (не считая американских). Растут и мощности отдельных передатчиков. Длины применяемых радиоволн достигают нескольких тысяч метров. Для связи на кораблях использовались длины волн от 150 до 1200 м, что определялось габаритами судовых антенн. Для наземных же станций длины волн составляли от 300 до 3000 м для береговых станций и до 10 000 м для станций, предназначенных для связи в пределах континентов. Для межконтинентальных связей использовались волны длиной до 20 000 м.
Чисто эмпирический подход к определению предельной дальности связи и отсутствие теорий дальнего распространения радиоволн не давали в то время полной картины прохождения радиоволн вдоль земли. Много позже выяснилось, что использование очень длинных волн приводило к работе в,предел ах так называемой «ближней зоны», где сила приема зависела от мощности и радиус которой был действительно пропорционален длине волны.
К концу первого десятилетия века стало ясно, что дифракционной теорией невозможно объяснить картину дальнего распространения длинных радиоволн. Даже Рэлей, предложивший эту теорию, признал ее несостоятельность, отмечая, что дальнее распространение волн вдоль земли с конечной проводимостью объясняется, по-видимому, какими-то иными явлениями, чем дифракция. В это время выдвигаются новые воззрения, опирающиеся, например, на ионную рефракцию. Так, основываясь на гипотезе Кеннеди и Хевисайда о влиянии ионизированных слоев атмосферы, Икклз, Никольсон, Хоу и ряд других исследователей разрабатывали теоретические подходы для расчета дальнего распространения радиоволн, которые давали значительно более точные формулы для расчета, чем дифракционная теория. Л. Остин в 1911 г. провел измерения, подтвердившие существенное различие в дальности распространения радиоволн в дневное и ночное время.
136


Чрезвычайно характерным для этого этапа развития знаний о распространении радиоволн является зарождение представлений о роли ионизированных слоев атмосферы в дальнем распространении радиоволн. В 1912— 1913 гг. такие представления завладели умами ученых: Зоммерфельд и Остин, Хоу и Икклз понимали, что явлением дифракции в чистом виде невозможно объяснить дальнее распространение волн. Тенденция применения все более длинных радиоволн для получения большей дальности связи имела убедительное практическое обоснование. Тем не менее длинные волны, хорошо распространяясь на далекие расстояния в дневное время, не решали вопроса о связи ночью, когда возникали аномалии в распространении и достигались значительно большие дальности, чем определялось дневной практикой и формулой Остина. Высказывается мысль о влиянии высотного ионизированного воздуха на характер распространения. Возникает сначала догадка, а затем и экспериментальное подтверждение существования в верхних слоях атмосферы слоев ионизированного газа, оказывающего существенное влияние на прохождение радиоволн, отражающего и преломляющего их к земле. Однако работы по изучению ионосферы развернулись в более позднее время, а перед первой мировой войной лишь зародились догадки. Практическая же радиотехника пользовалась для определения дальности только формулой Остина, получившей широкое применение.
РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ
Физические законы, связанные с поведением электрических цепей, т. е. схем из резисторов, катушек индуктивности и конденсаторов, под действием электрических зарядов, напряжений и токов, практически явились тем фундаментом, который впоследствии лег в основу теории электрических цепей. Сначала анализ электрических цепей составлял одну из задач электротехники. Так было до начала XX в., когда электрические цепи изучались и рассчитывались в электротехнике по чисто физическим законам или с помощью специально разработанного для конкретных электротехнических нужд математического формального аппарата.
Уравнения Максвелла, описывающие структуру и процессы в электромагнитном поле, стали тем этапом, после которого электромагнитные явления начали рассматриваться строго дифференцированно. Теория поля изучала изменение электрического и магнитного полей в пространстве и времени. В то же время теория цепей по-прежнему изучала процессы распределения напряжения и токов в реальных RCL-цепях и изменение этих токов и напряжений во времени, а также в различных точках цепей.
В формировании теории цепей важным было внесение в манипуляции с цепями вместо конкретных физических приборов (реостатов, катушек индуктивностей, конденсаторов) их эквивалентных абстрактных понятий (сопротивлений, емкостей, индуктивностей), выраженных в соответствующих размерных величинах; впоследствии этот подход привел к таким понятиям, как двухполюсники и многополюсники. Сложные реальные электротехнические устройства стали описываться их эквивалентными схемами.
В 1880 г. Т. Блекслей применил векторные понятия в теории переменных токов, и таким образом в электротехнику была введена векторная алгебра, уже имевшая в то время хорошее развитие.
137


В 1893—1894 гг. трудами Ч. Штейнметца и А. Кеннеди был развит так называемый символический метод, который сначала был применен для механических колебаний в физике, а затем перенесен в электротехнику. Как в механике, где пользовались понятиями малых колебаний в упругих средах с механическими потерями, так и в электротехнике стали использоваться комплексные величины для обобщенного представления амплитудно-фазовой картины установившегося синусоидального колебания.
На основе работ Герца (1888 г.), а затем Пупина (1892 г.) по резонансу и настройке 7?CL-контуров, а затем связанных колебательных систем возникли проблемы определения передаточных характеристик цепей. После анализа Хевисайдом длинных линий и введения им эквивалентной длинной линии появились такие понятия, как отражение волны в линии, согласование сопротивления нагрузки и характеристического сопротивления линии. Затем эти понятия были перенесены на цепи с сосредоточенными параметрами.
Определенный прогресс в анализе цепей, имеющий чисто прикладной технический характер, наметился после появления и широкого применения понятия импеданса. Вскоре были разработаны (А. Кеннеди, 1889 г.) формально-математические методы преобразования цепей, построенных в форме равнолучевых импедансных «звезд», в эквивалентные «многоугольники», которые на внешние воздействия реагировали как «звезды».
Во второй половине XIX в. Максвелл и Гельмгольц разработали метод контурных токов и метод узловых потенциалов, которые легли в основу матричных и топологических методов более позднего времени. Весьма важным было определение Гельмгольцем принципа суперпозиции, т. е. отдельного рассмотрения нескольких простых процессов в одной и той же цепи с последующим алгебраическим суммированием этих простых процессов в более сложное электрическое явление в той же цепи. Метод супер- позии позволил теоретически решать большой круг задач, которые до этого считались неразрешимыми и поддавались только эмпирическому рассмотрению.
Следующим существенным шагом в становлении теории электрических цепей было введение Хевисайдом в 1899 г. понятия комплексного сопротивления. Он ввел так называемый дифференциальный оператор (р) для анализа цепей с комплексными сопротивлениями и решения уравнений для токов и напряжений в таких цепях. Этот оператор заменил в дифференциальном уравнении цепей операцию p = d/dt (или 1 /p=J'pdt) и тем самым формально позволил заменить дифференциальные уравнения алгебраическими, которые являлись «изображениями» токов и напряжений в цепях. В XX в. Кемпбелл (1911 г.) дал физическое обоснование математической абстракции Хевисайда.
Развитие телеграфии и телефонии поставило ряд конкретных задач расчета линий связи и их элементов. Возникают так называемые уравнения длинной линии («телеграфные уравнения»), формируется понятие движения волны вдоль линии. Теория классической длинной линии была разработана А. Кеннели в 1917 г.
Еще в 1851 г. Гельмгольц поставил вопрос о решение уравнений при прохождении по электрическим цепям переменных токов. Так, в частности, им было дано решение для нарастающего и спадающего тока в цепи с индуктивностью. Эти решения в настоящее время хорошо известны и используются в повседневной электро- и радиотехнической практике.
138


Кирхгоф четко различил для этого случая три режима поведения RCL-цепи — апериодический, критический и колебательный. Это были первые шаги анализа переходных процессов в электрических цепях.
Важным этапом формирования теории цепей было исследование частотных характеристик цепей. Первые идеи в этом направлении также связаны с именем Гельмгольца, который использовал для анализа принцип суперпозиции и метод гармонического анализа, т. е. применил разложение функций в ряд Фурье. Гельмгольц, решая акустические задачи, внес такие понятия, как интерференционные явления, комбинационные тоны на пороговых уровнях. В дальнейшем развитии электро- и радиотехники эти понятия широко использовались в нелинейных системах.
В конце XIX в. были введены понятия Т- и П-образной цепей (или, как их стали называть для этих случаев, «четырехполюсники»). Почти одновременно возникло понятие электрических фильтров, т. е. электрических цепей, обладающих разным затуханием на разных частотах (К. Вагнер, 1910 г.). В 1915 г. Д. Кемпбелл и К- Вагнер независимо разработали первый реальный электрический частотный фильтр, дали основы теории синтеза таких цепей (в современной терминологии — фильтры типа К)- Позже, с появлением электронных ламп — усилительных триодов, теория цепей и электрические фильтры нашли самое широкое применение в технике связи. Появились понятия «фильтр типа т», «активный фильтр».
НЕКОТОРЫЕ НОВЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
Кроме радиотелеграфирования, радиовещания, а впоследствии и радиотелефонирования, методы ранней радиотехники находят и ряд иных применений не только для гражданской связи.
Первым применением радио такого типа исторически стала метеорология. Как уже говорилось, А. С. Попов летом 1895 г. приспособил свой первый «прибор для обнаружения электрических колебаний» для предупреждения о приближении грозы. Это был так называемый «грозоотметчик». После этого было сделано несколько попыток развить прогностические возможности радиоволн для изучения метеорологических проблем. В начале века появилось новое направление — изучение влияния атмосферы на работу радиосредств (изучение помех) и на прохождение радиоволн.
Другим ранним применением радио была передача сигналов точного времени. Еще в 1910 г. такие сигналы два раза в сутки (в 00 и 12 часов по гринвичскому времени) передавались радиостанцией Эйфелевой башни, а вскоре многие радиостанции передавали сигналы времени, необходимые для сухопутных нужд и для судов, находящихся в море.
В первую мировую войну расширяется применение радиотехнических средств для военных нужд. Это прежде всего военная связь, специфика которой вытекала из стратегических и тактических особенностей войны и определяла принципы действия и технику радиосредств. Чтобы средства связи могли эффективно работать в военной сфере, они должны были быть надежными, удобными в обращении. Например, в сухопутных войсках радиостанции (как передающие, так и приемные) размещались на повозках, делались переносными. Для этого приходилось конструировать специальные передатчики небольших размеров, разборные антенные системы. Кроме того, аппаратура не должна была изменять своих параметров и быть работо¬
139


способной в условиях тряски, а на кораблях выдерживать довольно сильные вибрации при артиллерийской стрельбе. Кстати сказать, эти задачи на флоте уже ставились А. С. Поповым в первые годы после изобретения радио и тогда были успешно решены. В первую мировую войну появилась радиосвязь, учитывающая нужды авиации.
Одной из важных задач, поставленных войной, было определение местонахождения объектов, направления на работающие радиостанции, т. е. пеленгация. Эта задача ранее решалась оптическими способами с применением стереотруб, биноклей, прожекторов.
Еще в начале века появляются первые проекты использовать оптические устройства с применением фотоэлектронных преобразователей для целей управления движущимися объектами (телеуправление). Такой проект, в частности, был выдвинут еще в 1903 г. К. Э. Циолковским для автоматического ведения ракеты на источник света (например, Солнце). Хотя эти проекты не были осуществлены, они показывают, что научная мысль интенсивно работала над решением практических задач.
Проекты использовали принцип фокусирования светового луча от источника, на который должен двигаться объект, на поверхности фотоприемника (фотоэлемента, болометра и пр.), на выходе которого получается электрический ток. При отклонении в сторону фотоэлемет освещается слабее и выходной ток падает. Органы управления объектом работают так, чтобы поддерживать ток максимальным. Этот принцип был развит и нашел воплощение в самонаводящейся авиабомбе (США) с применением электронных усилителей в 1921 —1923 гг. В середине XX в. применения светового излучения (как видимого глазом, так и теплового — инфракрасного) вылились в технику инфрасвязи и инфралокации.
К первым годам XX в. относятся ранние попытки применения радиоволн для целей пеленгования и определения направления на работающую радиостанцию. Мы уже говорили * о первых наблюдениях над отражением и дифракцией радиоволн кораблями (А. С. Поповым в 1897 г.). В 1900 г.
Н. 	Тесла предложил метод определения с помощью радиоволн относительного положения, скорости перемещения объекта и направления перемещения. В 1903 г. немецкий инженер Хюльсмейер запатентовал устройство для предотвращения столкновений морских судов с помощью радиоволн [258]. Принцип действия этого устройства весьма интересен. Автор предполагал использовать сильнонаправленное излучение затухающих радиоволн очень короткой длины. Передатчик и приемник, расположенные на одном судне, должны были быть сильно разнесены. Эти принципы несомненно важны, так как легли в основу не только поздних систем пеленгации, но и радиолокационных устройств. Так как осуществить предложение Хюльсмейера техника того времени не давала возможности, оно осталось лишь на страницах патента. К 1912 г. относится предложение Лёви и Леймбаха использовать радиоволны для предотвращения столкновений морских судов [278]. Оно было основано на принципе Физо, причем передача должна была проводиться импульсами, разделенными паузами такой же длительности. Объект обнаруживался, когда отраженные импульсы приходили в момент пауз. Это предложение также не было тогда осуществлено.
В то же время задача пеленгации радиостанций оказалась вполне посильной для техники раннего периода радиотехники. Она возникла еще в период применения затухающих радиоволн и получила более широкое
140


развитие после освоения волн незатухающих. Основной принцип радиопеленгаторов состоял в использовании специальных антенных систем направленного действия, с помощью которых по силе принимаемого сигнала определялось направление либо поворачиванием антенны рамочного типа, либо измерением изменений фазового поля антенны. В начале века методы пеленгации уже оформились в ряд технических устройств. В войну многие государства строили сеть пеленгаторных радиоприемных станций, предназначенных для определения местонахождения кораблей, оснащенных средствами радиосвязи, а впоследствии самолетов с радиостанциями на борту. Методы пеленгации использовались и для построения радиокомпасов как новых средств морской навигации, а позже и авиационной. Это были передатчики, работающие на направленные антенны или на антенны- гониометры. В войну многие страны построили на побережьях радиокомпасы пеленгационного типа, в частности в России на Балтийском побережье была сооружена такая станция, рабочая волна которой равнялась 250 м.
Первая мировая война сделала важной еще одну задачу, возникшую в ранней радиотехнике: создание помех работающим передатчикам путем излучения мешающих сигналов, а также разработку способов защиты от мешающих излучений. Проблема радиопомех с самого возникновения радиотехники была одной из насущных, неотъемлемых от развития радиосвязи. Впоследствии она вылилась в научное направление об электромагнитной совместимости радиотехнических средств.
Весьма специфическим применением радиотехники, электромагнитных излучений было использование токов высокой частоты для медицинских и технологических целей. Свойство индукционных токов нагревать металлические тела обнаружил еще в 1855 г. Ж. Фуко. В начале века было обнаружено такое же свойство и у электромагнитного излучения. Были исследованы закономерности этого феномена, и в частности получена формула для определения глубины проникновения токов высокой частоты в толщу металла. В промышленности токи высокой частоты большой мощности, получаемые главным образом от электрических машин, находят в этот период применение для нагрева при закалке деталей. Это же их свойство — нагревать — было в начале века впервые использовано и в медицинских экспериментах.
141


ГЛАВА ДЕВЯТАЯ
ПОЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ЛАМПЫ И ПЕРВЫЕ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ
ИЗОБРЕТЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ЛАМПЫ
Электронная лампа (радиолампа) —техническое нововведение начала XX в., которое коренным образом изменило методы использования электромагнитных волн, способствовало интенсивной перестройке приборной базы беспроводной телеграфии и определило становление и быстрый расцвет радиотехники. Появление радиолампы стало также важным этапом того направления развития и применения радиотехнических знаний, которое позже получило название «электроника».
Зарождение беспроводной телеграфии и первые этапы ее развития были связаны с применением технических средств, в той или иной мере уже известных человеку. Катушка индуктивности и конденсаторы, гальванические батареи, микрофоны и телефонные наушники, проволочные резисторы (или, как они тогда назывались, «сопротивления»), замыкатели и прерыватели, электрозвонки и реле, а также различные изоляционные материалы — все это применялось в элекротехнике. Даже кристаллические и полупроводниковые выпрямители, ставшие детекторами в ранних радиоприемниках, и те были в арсенале физики и электротехники до эры радио. Определенным новшеством после открытия радиоволн явился лишь когерер, и именно ему мы в большей мере обязаны рождением радио. Позже стали применяться дуговые генераторы и электрическая машина высокой частоты, также хорошо изученные в электротехнике, появились и прошли стадию конструктивного совершенствования антенные системы.
Первым прибором, не имевшим аналога в прошлом и примененным сначала почти исключительно для радиотехнических целей, стала электронная лампа, или, как она сначала называлась «катодное реле». Недаром ее стали впоследствии называть «радиолампа», что явно говорило о приоритете радиотехники в ее практическом применении.
Электронная лампа как новый технический прибор возникла в первые годы XX в., а в основе ее действия лежали явления, обнаруженные еще в начале последнего 20-летия минувшего века.
Изобретению радиолампы предшествовали усилия многих ученых, посвятивших свои работы исследованию явлений в электрических разрядах как в атмосфере, так и в разреженных газах. У. Крукс, исследуя явления электрических разрядов в трубках с разреженными газами, открыл катодные лучи; Г. Гельмгольц не только выдвинул теорию атомарного строения электричества (1881 г.), но и занимался изучением законов поведения электрического тока в проводящих и непроводящих телах, в том числе в газах; Дж. Томсон провел серию исследований по изучению токов в разреженных газах, катодных лучей, рентгеновского излучения. Он изучил отклонение катодных лучей в магнитном и электрическом полях и доказал, что они представляют собой поток отрицательно заряженных простейших частиц («корпускул»), измерил отношение заряда этих частиц к их массе и определил влияние скорости их перемещения, открыл электрон (1897 г.) и измерил величину его заряда. Это открытие века было отмечено Нобелевской премией 1906 г. Дж. Томсон предложил первую электронную модель
142


атома, а впоследствии дал выражение для эффективного сечения при рассеянии света свободными электронами. В связи с открытием электрона следует упомянуть и Дж. Стони — он ввел термин «электрон» и еще до Томсона вычислил величину абсолютного заряда электрона (1891 г.). В период 1892—1909 гг. в физике уже сложилось учение о свойствах и поведении электронов — электронная теория.
Еще до открытия электрона возникла техническая предпосылка для появления электронной лампы. Это были осветительные лампы накаливания, созданные русским ученым и изобретателем А. Н. Лодыгиным и американским изобретателем Т. А. Эдисоном. Первые осветительные лампы накаливания представляли собой стеклянную колбу с откачанным из нее воздухом и помещенной внутри металлической или углеродной нитью, накаливаемой электрическим током.
Обычно историю электронной лампы начинают с опытов Эдисона, который, отрабатывая конструкции ламп накаливания, обнаружил в 1883 г. появление темного налета изнутри колбы ламп после определенного времени их эксплуатации. Экспериментально исследуя этот феномен, чтобы устранить его, изобретатель вводил внутрь лампы платиновую пластинку, расположенную против петлевой нити накаливания или внутри нее. От пластинки был наружу выведен проводник. Эдисон заметил, что если присоединить к этому вводу положительный полюс гальванической батареи, то в цепи возникает ток. При соединении этой пластинки с отрицательным полюсом ток становился ничтожно малым. Подобное же действие, но в менее выраженной форме наблюдалось и при расположении пластинки снаружи колбы. Это явление получило название «эффекта Эдисона», хотя Эдисон не дал ему объяснения [207]. Другие исследователи объясняли это явление чаще всего образованием подобия дугового разряда вследствие вылета раскаленных частиц из нити лампы. Все это было до открытия Томсоном электрона, когда понятия об электронной эмиссии не существовало.
Ради исторической точности надо заметить, что это явление и весьма сходные с ним эффекты наблюдались многими учеными и до Эдисона. Например, французский физик А. Гютри в 1873 г., исследуя электризацию раскаленного металлического шарика, наблюдал, что заряженный электроскоп при приближении к нему разряжался [239].
Немецкие физики Ю. Эльстер и Г. Гейтель в 1882—1889 гг. исследовали явление испускания раскаленным телом, помещенным в вакуум, отрицательно заряженных частиц. Впоследствии, после открытия электрона, это явление было названо «электронной эмиссией». Эльстер и Гейтель обнаружили, что откачанная до низкого давления вакуумная колба с накаленной нитью в ней и пластинкой обладает односторонней проводимостью. Однако они не смогли ни точно объяснить это явление, ни найти ему практического применения [208].
В 1884 г. австрийский физик И. Гитторф установил, что ток через вакуум может проходить от накаленной нити уже при небольшом приложенном потенциале на «аноде», а в 1885 г. У. Прис обнаружил прямолинейность траекторий вылетающих из нити частиц [52].
Наконец, после того как был зафиксирован «эффект Эдисона», Д. А. Флеминг в 1889 г. выполнил целую серию логически стройных физических исследований нового явления, которые легли в основу его дальнейших работ, приведших к изобретению вакуумного диода с накаленным катодом.
143


Это практическое применение электронной эмиссии относится к 1904 г. Флеминг предложил использовать одностороннюю проводимость лампы с введенной в колбу металлической пластинкой для выпрямления переменных токов. Он создал новый прибор, который назвал «термоионной лампой», или «диодом» [217]. Диод Флеминга оказался чувствительным детектором, способным обнаруживать малые токи. Он представлял собой стеклянный баллон с впаянной в него, как в осветительных лампах, нитью накаливания, окруженной металлическим цилиндром, провод от которого был выведен через стекло (рис. 36). Флеминг обнаружил, что для «увеличения чувствительности» такого детектора на цилиндр (который был назван «ано- Джон Амброуз. Флеминг (1849—1945) дом») следует подавать небольшой положительный потенциал.
Диоды Флеминга были столь же чувствительны, как магнитные или кристаллические детекторы, однако отличались большей стабильностью, но требовали специального источника питания. Это была первая электронная двухэлектродная лампа с нагретым катодом, получившая практическое применение. Ей предстояла долгая жизнь в радиотехнике. Претерпев множество конструктивных изменений и почти совершенно не изменившись принципиально, вакуумные диоды находят применения вплоть до настоящего времени.
Интересно отметить, что еще до изобретения радио в лабораторных работах с электромагнитными волнами в 1892 г. возник своеобразный и, по-видимому, первый электровакуумный прибор — лампа Л. Цендера [376]. Она представляла собой откачанный до высокого вакуума стеклянный баллон с введенными внутрь двумя парами (расположенными крест-накрест) электродов. При определенной величине потенциала на одной паре электродов в колбе между другой парой электродов возникал газовый разряд. Лампа Цендера использовалась как индикатор электромагнитных волн.
Мы этот прибор упоминаем лишь потому, что основные его черты — откачанный стеклянный баллон и внутренние электроды, посредством которых происходило управление электрическими процессами в лампе, — нашли преемственность во многих последующих конструкциях радиоламп.
Среди многочисленных исследований явления газового разряда, проведенных физиками в конце XIX—начале XX в., за год до изобретения диода появилась одна малозаметная работа, которой суждено было стать первым шагом на пути создания нового радиотехнического прибора — трехэлектродной лампы, принцип действия которой открывал огромные возможности усиления токов и напряжений высокой частоты. В 1903 г. Э. Вайнтрауб, изучая электрический разряд в парах ртути при пониженном давлении, пришел к выводу о возможности воздействовать на интенсивность
144


Рис. 36. Диоды Флеминга (1904 г.)
разрядного тока с помощью изменения потенциала на введенном в колбу управляющем электроде [370]. Мысль Вайнтрауба оказалась очень плодотворной и привела к изобретению триода. Подавляющее большинство радиоламп — лампы с электростатическим (сеточным) управлением.
Впоследствии, спустя два десятилетия, принцип действия приборов Цендера и Вайнтрауба — триггерное зажигание газового разряда от слабого электрического воздействия в электрически «подготовленной» лампе — нашел воплощение в газоразрядных лампах (газотронах, тиратронах, трига- тронах, игнитронах и др.).
В 1907 г. американский инженер Ли де Форест запатентовал изобретенный им прибор — трехэлектродную лампу, которую он разработал в результате многочисленных экспериментов [227]. Де Форест поместил в диод третий электрод, названный им «сетка» (grid); изменяя потенциал на этом электроде, оказалось возможным изменять ток между катодом и анодом лампы. Де Форест обнаружил, что чрезвычайно малые изменения напряжения на сетке приводят к заметным изменениям тока лампы. Таким образом, лампа была способна производить электрическое усиление сигнала (хоть и незначительное). Построенный на триоде усилитель низкочастотных колебаний звуковой частоты де Форест назвал «аудион». В литературе того времени еще двухэлектродные лампы де Фореста назывались также аудионами [224]. Позже лампы с тремя электродами стали называться «триоды». Этот термин ввел У. Икклз.
Ранние катодные лампы — диоды и триоды — были очень несовершенными приборами: из-за недостаточно высокого вакуума в колбе было большое количество молекул газа, которые при прохождении тока через лампу ионизовались и наряду с электронами участвовали в переносе электрических зарядов от катода к аноду. В то же время они бомбардировали катод, осаждались на стенках, создавая зоны поверхностного заряда, и ухудшали работу прибора.
В ранней радиотехнике, развившейся на основе таких приборов, как
10 Заказ 196 J45


когереры, телеграфные реле и т. п., сложились и весьма стойкие терминологические традиции, вытекающие из чисто электротехнических принципов. Поэтому после изобретения триода, который был по своему принципу действия не дискретным, а аналоговым устройством, т. е. позволял производить не релейное (включение—выключение) действие, а плавное изменение напряжений и токов управляющим сигналом (т. е. усиление), сложившаяся терминология поначалу не изменилась, триод называли «реле». Но стеклянная колба «подсказывала» назвать новые устройства «лампами» — по аналогии с осветительными лампами из арсенала электротехники.
Первые триоды, кроме названия «аудион», в англоязычной литературе стали называться «вакуумными трубками» (vacuum tube) и переводным термином Rohren в литературе на немецком языке. В России электронные лампы сначала назывались «катодные реле», и в этом сказалась уже отмеченная терминологическая инерция. Позже слово «реле» было заменено словом «трубка», а затем «лампа».
Введение электронных ламп в широкую практику вызвало многочисленные попытки теоретического рассмотрения протекающих в них процессов и подходов к определению круга параметров, характеризующих работу ламп как усилительного, так и выпрямительного устройства. Учеными разных стран делались попытки создания методов электрического и электромеханического расчета электронных ламп. К началу 20-х годов уже начали формироваться основы теории триода.
Параметры электронной лампы (триода) сложились достаточно быстро после ее появления и, естественно, носили чисто электротехнический характер, представляя лампу как эквивалентное сопротивление, определяя ее своеобразный «коэффициент трансформации», который был назван «коэффициентом усиления» (по напряжению и по току). В области теории триодов работали многие ученые ведущих стран. Наибольшие заслуги в этой области принадлежат Ленгмюру, Мёллеру, Шоттки, Икклзу, Лебединскому, Зилитинкевичу, Бонч-Бруевичу и др. Первое время наблюдался некоторый разнобой в терминологии, в названиях на разных языках этих основных параметров. Но сам круг параметров сложился достаточно быстро.
Понятия параметров лампы (триода) возникли из чисто геометрического анализа графических зависимостей анодного тока от напряжения на сетке (сеточная характеристика), сеточного тока в зависимости от анодного напряжения, а также анодного тока в зависимости от напряжения на аноде. Отношение приращения анодного напряжения к приращению сеточного напряжения (при неизменном анодном токе) трактовалось как усиление лампы по напряжению. Отношение приращения анодного тока к приращению сеточного напряжения (при неизменном анодном напряжении) представлялось усилением лампы по току (или «проводимостью лампы по сетке»). Отношение приращения анодного напряжения к приращению анодного тока (при неизменном напряжении на сетке) как для любого двухполюсника носило характер сопротивления лампы. Эти условия были положены в основу процедуры экспериментального снятия характеристик ламп.
В современной терминологии эти характеристики называются «крутизна характеристики лампы» (или просто «крутизна» S), «внутреннее сопротивление» Ri и «коэффициент усиления» р.
146


При отсутствии сеточных токов вместо коэффициента усиления употреблялась обратная величина — проницаемость» D. Из геометрического анализа характеристик триода (т. е. зависимости анодного тока от напряжения на сетке, а анодного тока от анодного напряжения) уже в 1918—
1920 гг. было выведено весьма важное соотношение: произведение крутизны на внутреннее сопротивление и на проницаемость (разумеется, в сопоставимых единицах измерения) равно единице, т. е. SRtD= 1.
Изобретение де Фореста дало толчок к изучению процессов в катодных лампах, вызвало к жизни большое количество конструкций триодов различного назначения, в которых дела- т, „ /1001
’ F Ирвинг Ленгмюр (1881 —1957)
лись попытки преодолеть трудности,
возникавшие из-за неумения в то время получать хороший вакуум. Многие
специалисты тогда вообще считали, что катодные лампы не будут работать при высоком вакууме и определенное количество газовых молекул в колбе строго необходимо для существования анодного тока. Лишь много времени спустя, после исследований И. Ленгмюра (1912 г.), это заблуждение объяснилось и стало ясно, что чисто вакуумные лампы работают устойчивее и анодный ток в них не меньше, а больше.
В 1910 г. немецкий инженер Р. фон Либен запатентовал оригинальный триод, конструкция которого позволяла использовать положительные свойства лампы с несовершенным вакуумом и в значительной мере преодолеть ее отрицательные особенности [272]. «Лампа Либена», как она называлась в технической литературе, имела стеклянный баллон, перегороженный в средней его части перфорированной дисковой сеткой (рис. 37). Анод в верхней части колбы был выполнен в форме спирали из алюминия. В нижней части колбы располагался вертикальный зигзагообразный катод из платиновой нити, по форме напоминавший нить накала осветительных ламп тех времен. Для увеличения эмиссионных свойств Либен покрыл платиновую нить слоем окислов кальция и бария. Сетка, полностью перегораживающая анодный поток электронов и ионов, позволяла усилить управляющее действие. В то же время она не пропускала положительные ионы от анода к катоду, предохраняя катод от их воздействия. Либен наполнил колбу разреженными ртутными парами, которые, по его предположению, должны были создавать дополнительную ионизацию и увеличивать анодный ток лампы. С лампой Либена многие немецкие инженеры провели ряд исследований. В частности, Мейсснер, Рейсс и Штраусс разработали схемы для генерирования незатухающих колебаний, а также построили усилители высоких и низких частот.
Надо отметить, что оксидный катод впервые был предложен А. Венельтом в 1904 г. [369]. Однако долгое время его работа оставалась незамеченной.
ю*
147


Рис. 37. Лампа Либена (1910 г.)
Первые оксидные катоды имели платиновый керн и, естественно, стоили дорого. Опыт замены платины вольфрамом оказался удачным, и этот металл стал основным для изготовления катодных кернов.
Позже стали использовать никель, процесс нанесения оксида на который технологически был более удобен.
Опыты по применению окислов щелочных металлов для покрытия катодов, чтобы уменьшить работу вылета электронов и тем самым получить катоды с высокой эмиссионной способностью, сразу же привлекли внимание специалистов, конструирующих радиолампы. В 1911 г. американский инженер У. Кулидж использовал окись тория для покрытия вольфрамового катода, положив тем самым начало применению торированных катодов, широко распространившихся в лампах, предназначенных для радиоприема. Работы по торированным катодам продолжил И. Ленгмюр и создал в 1914 г. технологию изготовления торированных вольфрамовых катодов [268].
Известный английский инженер Г. Раунд в 1913 г. сконструировал лампу, в которой для предотвращения попадания ионов на цилиндрический катод окружил его со всех сторон проволочной сеткой, а анод выполнил в форме цилиндра. Это была первая конструкция ламп с цилиндрическими электродами, широко распространившаяся впоследствии.
Первые лампы с невысоким вакуумом (они назывались «мягкими») иногда имели специальный отросток в колбе, в котором находилась капля ртути или амальгама металла. Испарение ртути под действием тепла катода или нагревания отростка колбы увеличивало количество ионов в лампе, что способствовало переносу зарядов катод—анод и увеличивало проходивший через лампу ток.
Существенным вкладом в технику радиоламп было создание в 1915 г. Ленгмюром триода с чистым вакуумом («жесткой» лампы) [269]. Появление вакуумного триода стало возможным в результате значительных достижений в технике получения высокого вакуума — это создание Геде в 1905 г. вращательного ртутного насоса, работы по вакуумным насосам русского физика С. А. Боровика (1912 г.) и разработка в 1913 г. Геде молекулярного насоса. Последующие работы Ленгмюра (1916 г.) по созданию конденсационного парортутного насоса позволили начать массовое производство высоковакуумных радиоламп.
Как уже отмечалось, для большинства мягких ламп необходимы были специальные меры поддержания ионизированной среды в колбе, что, конечно,
148


Рис. 38. Плиотрон Ленгмюра (1915 г.)
было неудобно в эксплуатации. Лампы с высоким вакуумом не нуждались в таких мерах. Первый жесткий триод Ленгмюра получил наименование «плиотрон». Ленгмюр сконструировал также и высоковакуумный диод, предназначенный для работы в качестве выпрямителя при питании радиоаппаратов переменным током (рис. 38). Ленгмюр дал этой лампе название «кенотрон», которое на все время закрепилось за выпрямительными электронными лампами. Теорию работы высоковольтных кенотронов прямого накала предложил С. Дешмен в 1915 г. [204].
Жесткие лампы оказались значительно долговечнее мягких. В начале второго десятилетия XX в. появились разнообразные лампы с высоким вакуумом, как маломощные, так и предназначенные для усиления достаточно больших токов; было заявлено множество патентов на электронные лампы во всех странах.
Период развития техники радиоламп до первой мировой войны скорее отличался внутренним совершенствованием этой области, появлением множества новых идей, принципиальных подходов, чем расширением практического применения ламп. Использование катодных ламп в радиоаппаратуре было единичным и ограничивалось главным образом радиоприемной техникой. В то же время происходило быстрое развитие этой техники в стенах исследовательских лабораторий. Закладывались основы теоретического рассмотрения процессов, происходящих в вакуумных приборах, формировались предпосылки их инженерного расчета. В отличие от всех ранее существовавших элементов радиотехники катодные лампы (очевидно, вследствие сложных и тонких физических явлений и процессов, которые в них имеют место) не могли развиваться чисто эмпирически, а требовали глубокого теоретического осмысления.
К моменту появления электронных ламп уже сформировались физические воззрения на протекающие в них процессы, на явления, связанные с движением заряженных молекул и электронов. В 1892—1909 гг. была заложена электронная теория (на основе работ Дж. Томсона, Друде, Лоренца, Милликена, Резерфорда и др.). О. Ричардсон в 1900—1901 гг. исследовал термоэлектронную эмиссию, сформулировал и выразил математически ее основные закономерности [316]. Он экспериментально показал, что максвелловское распределение скоростей применимо к электронам, вылетающим из накаленного тела, что газ в лампе очень мало влияет на эмиссию катода; вычислил количество электронов, проходящих в вакууме через
149


единицу накаленной поверхности нормально к ней, полагая их тепловую скорость пропорциональной их энергии, и тем самым получил выражение для расчета электронного тока, излучаемого нагретым телом.
Дальнейшие основы теории термоэлектронной эмиссии разрабатывались многими физиками и инженерами, в том числе Ф. Чайльдом (1911 г.) [188], И. Ленгмюром (1913 г.), С. Дешменом (1923 г.) [204] и др.
Одновременно формировались теоретические представления об общих явлениях газового разряда, позволившие развиться направлению газоразрядных ламп — газотронов, ртутных выпрямительных ламп (Купер— Юитт, 1908 г.), тиратронов (Ленгмюр, 1918 г.) [270], газовых разрядников и других приборов. Особенно большую роль в развитии теории и практики газоразрядных ламп сыграли основополагающие работы Ленгмюра 1923— 1924 гг., существенно расширившие возможности использования явления газового разряда, и в частности газовой плазмы, для нужд электротехники и радиотехники.
Самостоятельное направление составили электронно-лучевые трубки, которые берут свое начало от работ Брауна, впервые построившего и иследовавшего «катодную» трубку (1897 г.), а также применившего ее в качестве катодного осциллографа с электростатическим отклонением луча. В 1899 г. Вихерт экспериментально исследовал движение электронов в магнитном поле и предложил применить магнитное управление лучом в катодной трубке. В период 1892—1910 гг. был проведен ряд весьма важных для последующего развития техники исследований фотоэлектронной эмиссии работ по созданию фотоэлементов, которые нашли самое широкое применение в радиотехнике.
Первые наблюдения фотоэлектрического эффекта, основанного на внутренней фотоэлектронной эмиссии, связаны с именем Эдмона Беккереля. В 1839 г. он обнаружил влияние света на построенный им прибор, состоящий из сосуда с пористой перегородкой и жидкости разной плотности (например, концентрированного раствора хлорного железа и спирта), залитой в образовавшиеся части сосуда. В жидкости помещались пластинки из золота или платины — металлов, не реагирующих с раствором. При освещении сосуда во внешней цепи, соединяющей пластины с гальванометром, протекал постоянный ток, а пластинки имели полярность — положительную в растворе хлористого железа и отрицательную в спирте. Последующие опыты Беккереля привели его к мысли о существовании в природе «внутреннего фотоэффекта», т. е. о возникновении электрического тока в местах соприкосновения некоторых веществ при их освещении [166]. Беккерель ссылается в своих работах на опыты англичанина В. Гроува, пришедшего в 1838 г. приблизительно к таким же выводам. Беккерель назвал свои приборы с внутренним фотоэффектом «актинометром электрохимическим». Позже эффект Э. Беккереля стали называть «вентильным фотоэффектом».
В цепи исследований внутреннего фотоэффекта следует назвать открытие У. Смита (1873 г.), обнаружившего изменение сопротивления некоторых твердотельных пар под действием света. Смит экспериментировал с селеном, и честь выведения этого важного химического элемента на электротехническую арену принадлежит ему [339]. В том же году Р. Сейл выступил в Лондонском королевском обществе с докладом об экспериментах с селеном, подтверждающих его фотоэлектрические свойства.
150


В своих знаменитых опытах 1886—1888 гг. Г. Герц натолкнулся на одно побочное явление. Экспериментируя с открытыми им электромагнитными волнами, он обнаружил, что на проскакивание искры в резонаторе оказывает влияние свет. Освещение искрового промежутка резонатора (проволочная петля с зазором) значительно увеличивало длину промежутка, при котором искры еще возникали. Весьма тщательный экспериментатор и проницательный ученый, Герц исследовал это явление с присущим ему вниманием и выяснил, что эффект выражен лишь при освещении отрицательного электрода, положительный электрод на свет не реагирует. Герц сообщил о своем открытии Г. Гельмгольцу и опубликовал работу [43], но больше к этому явлению не возвращался. Открытый им феномен стал называться в дальнейшем как «внешний фотоэффект».
Работы Г. Герца по фотоэффекту сначала не привлекли к себе внимания. В том же 1888 г. сразу трое ученых независимо изучили фотоэффект. В. Гальвакс наблюдал нейтрализацию электрического заряда на полированном, помещенном в вакуум цинковом шарике при освещении его светом вольтовой дуги. Аналогичное наблюдение внешнего фотоэффекта сделал и А. Риги.
В отличие от Герца, Риги и Гальвакса русский физик А. Г. Столетов изучил явление фотоэффекта при весьма малых потенциалах с целью отделить фотоэффект (или, как он его называл, «актиноэлектрические явления») от обыкновенного рассеяния электрических зарядов, могущего возникнуть по иным (например, тепловым или ионизационным) причинам. Столетов установил связь фототока с интенсивностью падающего света и, что очень важно, доказал безынерционность этого нового явления. В 1899 г. немецкий физик Ф. Ленард опытным путем доказал, что внешний фотоэффект имеет электронную природу и что энергия выбитых светом из катода электронов не зависит от интенсивности, а определяется только длиной волны падающего светового потока. Лишь шесть лет спустя (1905 г.) А. Эйнштейн сделал первую успешную попытку раскрыть механизм внешнего фотоэффекта. При этом он пользовался квантовыми представлениями о природе света. Эйнштейн установил четкий количественный закон внешнего фотоэффекта: энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой падающего света и не зависит от его интенсивности.
Первые конструкции фотоэлементов с газовым наполнением были созданы в 1906 г. Н. Дембером, а в 1910 г. Ю. Эльстер и Г. Гейтель построили первые вакуумные фотоэлементы и ввели их в техническое употребление.
Развитие исследований по фотоэлементам с внешним фотоэффектом привело к появлению в 1930 г. фотоприемника нового типа — фотоумножителя, который был построен советским исследователем Л. А. Кубецким. П. В. Тимофеев несколько позже построил фотоумножитель с управлением вторичным электронным потоком посредством сеток. Фотоумножители этого типа получили наибольшее практическое распространение.
Несмотря на то что широкое промышленное производство электронных ламп началось во втором десятилетии XX в., весь предшествующий период их лабораторного развития отличался интенсивными поисками различных принципов их построения для применений в радиоприемниках, генераторах, а также в качестве выпрямителей переменного тока в устройствах электропитания радиоаппаратов.
151


ПРИЕМНО-УСИЛИТЕЛЬНЫЕ ЛАМПЫ
Среди ученых и инженеров, многое сделавших в развитии принципов действия и построения конструкций приемно-усилительных ламп начального периода, можно назвать Флеминга, де Фореста, Либена, Рейсса, Арко, Раунда, Пери, Виганта. В России в этой области работали Н. Д. Папалекси (1914 г.), П. А. Остряков и М. А. Бонч-Бруевич (1915 г.), М. М. Богословский и др. На производстве радиоламп специализировались многие фирмы: «Маркони—Осрам», «Мэллард», «Томсон—Густон» (британские предприятия), «Эдисван», «Коссор», «Радионс» (США), русское предприятие РОБТиТ и др.
Большой известностью пользовались лампы французского производства, появившиеся во время первой мировой войны. Это так называемые лампы типа «R», патент на которые был взят Пери в 1916 г. По конструкции они напоминали плиотрон Ленгмюра, но отличались рядом технологических особенностей, упрощавших их изготовление. Триоды типа «R» применялись как в радиоприемниках, так и в маломощных передатчиках. Они были сравнительно экономичны, работали при напряжении накала 3,78 В и токе 0,52 А. Анодное напряжение равнялось 75 В. Еще одним широко распространенным типом ламп были так называемые «лампы Раунда» (известные также под фирменным названием «Маркони, тип Q»). Лампы имели цилиндрическую колбу около 75 мм в диаметре. Напряжение накала составляло 5 В при токе 0,45 А. Номинальное анодное напряжение сначала составляло около 150—200 В, однако в более поздних конструкциях оно было значительно снижено. В Германии в начале первой мировой войны использовались сильно отличавшиеся от французских лампы детекторного и усилительного типа, разработанные фирмой «Телефункен» и конструктивно напоминавшие лампы Раунда, но с цоколем специальной формы, исключавшей их использование во французской аппаратуре. В 1918 г. в немецких лампах из-за дефицита никеля анод* и сетку стали выполнять из меди. Одна из этих конструкций имела значительно более экономичную нить накала, чем лампы типа «R».
Эти лампы хорошо работали в усилительных схемах, хотя они имели невысокий коэффициент усиления. Выпускали эти лампы компании АЕГ, «Телефункен», «Сименс и Гальске».
В России в 1913 г. Н. А. Федорицкий организовал небольшое производство рентгеновских трубок, которое в послереволюционные годы было ликвидировано, и создан новый электровакуумный завод. В 1915 г. на Радиозаводе морского ведомства конструированием и выпуском приемноусилительных ламп занимался В. И. Волынкин. Его лампы имели вольфрамовый катод прямого накала. Коэффициент усиления их был равен 10. Позже, в 1921 —1922 гг., большую роль в развитии конструкции отечественных электронных ламп сыграли работы М. М. Богословского в радиолаборатории Политехнического института в Петрограде. «Лампы Богословского» были лучшими по тем временам в России. Это были лампы с вольфрамовым катодом. В условиях ручного производства для изготовления анода было найдено удобное технологическое решение: он имел форму стеклянной трубки, выложенной изнутри никелевой фольгой. Лампы Богословского имели маркировку: «R» и «М» — для радиоприема, «G» — для генерирования. В том же институте лампы делал и выпускал А. А. Чернышев.
152


Несколько ранее названных работ в 1915—1917 гг. на Тверской приемной радиостанции М. А. Бонч-Бруевич и В. М. Лещинский наладили выпуск сконструированных ими приемно-усилительных ламп, за которыми в русских радиотехнических кругах закрепилось наименование «бабушка». Этот тип лампы выпускался в небольших масштабах серийно и использовался в приемной аппаратуре для замены французских ламп типа «R», ставших дефицитными во время первой мировой войны. На этих лампах Бонч- Бруевич разработал гетеродинный приемник («катодный прерыватель») для приема сигналов от передатчиков незатухающих волн. Позже, в 1919 г.,
Бронч-Бруевичем в Нижегородской радиолаборатории был разработан
и серийно выпускался триод с алюми- Михаил Александрович Бонч-Бруевич
ниевым анодом «ПР-1», сыгравший (1888—1940)
большую роль в развитии советской радиоприемной техники (рис. 39).
В 1923 г. на электровакуумном заводе в Петрограде был разработан и начал серийно выпускаться электронный приемно-усилительный триод типа «микро» с торированным вольфрамовым катодом прямого накала. Эта лампа приобрела очень большую известность в СССР благодаря удачному сочетанию параметров и экономичному катоду.
В 1914 г. инженером американской фирмы RCA Р. Вигантом была предложена вакуумная лампа, в которой роль третьего электрода играла внешняя сетка, выполненная в форме металлического кольца, расположенного снаружи баллона. Эта сетка оказывала электростатическое воздействие на электронный поток. Лампа могла работать в усилительном и генераторном режимах, а технология ее изготовления была значительно проще, чем триодов с внутренней сеткой. Но, несмотря на оригинальное решение ряда технологических проблем, такие лампы почти не применялись. По аналогичному пути пошел в 1914 г. Раунд [323], применив в вакуумном диоде внешнее магнитное поле для воздействия на поток электронов.
Лампы с магнитным управлением электронами в последующем развитии радиотехники нашли очень широкое применение, составив особое направление (лампы магнетронного типа и др.). В 1921 г. А. Хелл [257] построил и описал двухэлектродную лампу с магнитным управлением электронным потоком для преобразования постоянного тока в переменный, получившую название «магнетрон» и положившую начало развитию большого класса электронных приборов с таким названием, использованных в дальнейшем для генерирования электромагнитных колебаний сверхвысоких частот.
В 1915—1916 гг. Хелл исследовал в триоде явление выбивания с анода так называемых «вторичных» электронов при положительном потенциале на управляющей сетке. Он пришел к выводу, что количеством вторичных
153


Рис. 39. Лампа ПР-1 конструкции Нижегородской радиолаборатории (1919 г.)
электронов можно управлять с помощью соответствующего изменения потенциалов сетки и анода.
При определенном положительном потенциале на сетке вторичные электроны с анода могли значительно превышать электронный поток с катода лампы. Хелл назвал это явление «динатронным» и построил специальную лампу «динатрон» для генерирования колебаний вторичными электронами [256]. В 1918 г. динатроны выпускались фирмой «Дженерал электрик». По-видимому, Хелл одним из первых исследователей представлял также, как с помощью обратной связи можно вносить в колебательный контур высокочастотную энергию для компенсации тепловых потерь.
К первой мировой войне относятся также опыты с многосеточными приемно-усилительными лампами, хотя широкое применение в радиотехнике они нашли лишь в 30-е годы. Целью опытов было отыскание новых режимов и улучшение характеристик ламп, а также создание новых приемно-усилительных и генераторных схем. Из очень большого числа работ в этой области отметим лишь наиболее значительные.
По-видимому, первая многоэлектродная лампа была предложена Э. Алек- сандерсоном в 1913 г. [150]. Она имела нить накала, сетку и два анода. Еще один электрод был экранирующим и предназначался для устранения влияния анодов друг на друга. Лампа предназначалась для управляемого двухпол упер йодного выпрямления переменного тока, а также для усиления сигнала.
А. Хелл построил в 1916 г. триод с дополнительной сеткой, расположенной вблизи анода, на которую подавался нулевой или небольшой положительный потенциал. Сетка устраняла динатронные явления в триоде, тем самым увеличивая его коэффициент усиления. Новую лампу Хелл назвал «плио- дипатрон», соединив в названии два слова: «плиотрон» и «динатрон». На этой лампе Хелл строил и генераторные усилительные схемы. В 1921 г. общество беспроводной телеграфии («Телефункен», Германия) запатентовало схему для усиления сигналов большой мощности специально созданной лампой со второй сеткой [235]. Эта сетка создавала дополнительное электрическое поле вокруг анода и уменьшала динатронные явления в лампе, поэтому лампа могла работать на значительно больших мощностях, чем без дополнительной сетки.
Лампы этого типа строились с целью уменьшения влияния вторичных электродов, выбиваемых с анода при больших энергиях электронного потока.
В это же время появились лампы со второй сеткой, имевшие иное целевое назначение. Вторая сетка использовалась для дополнительного воздействия на электронный поток при усилении в обычном триодном режиме. Одним из первых таких предложений был патент Скотт-Таггарта [334]. В его лампе одна сетка использовалась для управления электронным потоком в режиме усиления высокочастотного сигнала, другая вносила
154


в электронный поток управляющий сигнал от телефонной цепи, и в ла,мпе выполнялась телефонная модуляция высокочастотного сигнала. Лампу Скотт-Таггарта можно считать родоначальницей последующих смесительных ламп, нашедших широкое применение в радиоприемной технике в 30-е годы. В 1919 г. компания «Маркони» запатентовала одну из первых комбинированных ламп, имевшую нить накала, две сетки и два анода. Лампа использовалась в генераторном режиме [283].
В 1919 г. К. Бреккет (сотрудник фирмы «Метрополитен Виккерс») предложил оригинальную комбинированную лампу, в которой использовалось взаимодействие двух электронных потоков [292]. Один из них был управляемым и протекал через часть лампы между катодом и анодом, во внешней цепи которой были включены телефоны, другой (управляющий) протекал через вторую часть лампы в перпендикулярном направлении к первому. В этой части лампы имелись катод прямого накала и два анода. К этой части лампы подключалась антенная цепь приемника. Электронные потоки взаимодействовали, и в лампе происходило управление одного электронного потока другим и достигалось усиление антенного сигнала. Это оригинальное предложение в то время применения не получило. Однако в 50-х годах принцип взаимодействия электронных потоков непосредственно друг с другом вошел в жизнь и дал начало целому классу электронных приборов сверхвысоких частот.
Большое значение в становлении и развитии многосеточных ламп имели работы Ленгмюра и Шоттки [267, 331, 332], исследовавших влияние второй сетки в триоде при размещении ее вблизи катода и вблизи анода. Расположение второй сетки вблизи катода открывало возможности более эффективной его работы, а также осуществления смесительной функции. Лампы использовались одновременно в качестве детектора и гетеродина. Этот тип ламп получил в дальнейшем самое широкое распространение в приемной технике.
Работы Шоттки (из-за условий военного времени больше известные в странах германской группировки) отличались тщательностью теоретического анализа и хорошей экспериментальной основой. Результатом этих работ было создание в 1919 г. лампы с экранирующей сеткой, расположенной вблизи анода и предназначенной для устранения влияния флуктуаций анодного тока на управляющую сетку. Лампы с анодной экранирующей сеткой получили впоследствии название «тетродов», укоренившееся за ними во всем мире. Однако тетроды до конца 20-х—начала 30-х годов не получили большого распространения в радиотехнической аппаратуре и лишь в 30-х годах стали широко применяться.
Особую роль тетроды приобрели в радиотехнике при освоении коротких волн, на которых обычные низкочастотные триоды работали неудовлетворительно.
ГЕНЕРАТОРНЫЕ РАДИОЛАМПЫ
Первое применение электронной лампы в передающем устройстве относится к 1913 г. и является, несомненно, знаменательным событием, показавшим, что радиолампа может быть использована не только для работы на малых токах и напряжениях, но и для управления токами большой величины. Уже к началу первой мировой войны относятся работы по созда-
155


' нию радиоламп, специально предназначенных для радиопередатчиков.
Постепенно в радиоинженерии складываются конструктивные особенности генераторных ламп, одну из которых определила необходимость отвода больших количеств тепла от электродов, главным образом от анода, когда естественного охлаждения электродов было уже недостаточно. Другой особенностью была потребность в катодах с большим значением эмиссионных токов.
Средиг первых простейших конструкций еще не очень мощных ламп с принудительным охлаждением анода были триоды де Фореста (1915 г.) и Никольсона (1916 г.) (рис. 40).
В лампе де Фореста было реализовано важное новшество: анод выполнен
в виде металлического сосуда с вмон- Ли де Форест (1873—1961)
тированными внутри электродами на герметизованной «ножке» с вводами
[228]. Анодный стакан помещался в сосуд с водой, которой он отдавал тепло. Это была первая идея использовать водяное охлаждение. Принцип водяного охлаждения анода лампы лег в основу многих последующих конструкций мощных ламп.
Лампа Никольсона имела, трубчатую конструкцию и состояла из двух коаксиальных, стеклянных, спаянных на концах цилиндров, на которых были укреплены цилиндрические электроды. Вводы электродов делались с торца цилиндров [298]. Предполагалось, что для охлаждения необходимо продувать воздух через внутреннюю трубу. Это было первым предложением использовать принудительное охлаждение воздухом. Коаксиальная конструкция лампы Никольсона нашла в 30-е годы дальнейшее развитие в лампах для генерирования очень высоких частот.
В совершенствовании конструкций генераторных ламп большую роль сыграли работы русских и советских радиотехников [81].
Первые русские генераторные лампы были построены Н. Д. Папалекси в 1914 г. Лампы имели оксидный катод прямого накала с платиновым керном, а по конструкции напоминали лампы Раунда; мощность достигала сотни ватт. Выпускал эти лампы в малых количествах завод рентгеновских трубок в Петрограде. Технология их производства была разработана самим Папалекси, причем он впервые применил прогрев электродов токами высокой частоты от дугового генератора для удаления поверхностных газов. Это было сделано в 1916 г., на два года раньше, чем взят патент на этот технологический прием (1918 г.) немецкой фирмой «Хут». Эта технология получила мировое распространение в ламповом производстве.
Существенный шаг в развитии техники мощного лампостроения был сделан известным советским радиотехником М. А. Бонч-Бруевичем в Нижегородской радиолаборатории. Многие конструктивные решения, найденные
156


6
Рис. 40. Лампы Никольсона (а) и де Фореста (б) (1915 г.)
Бонч-Бруевичем, были очень удачными и позволили построить самые совершенные в то время образцы генераторных ламп. Основные черты этих ламп нашли отражение и развитие в очень многих типах мощных зарубежных генераторных ламп. Главной их особенностью было применение стеклянного баллона и приваренного к нему медного анода, в который для охлаждения заливалась вода. Катод был вольфрамовый прямого накала.
В работе советских ученых по созданию генераторных ламп было одно принципиальное отличие от работ иностранных конструкторов. Построению ламп предшествовал расчет, который проводился на основе оригинальных теоретических положений, предложенных М. А. Бонч-Бруевичем и составлявших последнее слово науки в этой области.
Сущность теоретических положений Бонч-Бруевича заключалась в том, что триод рассматривался как система с излучающим электроды катодом и «эквивалентным анодом», создающим на поверхности катода такое же электрическое поле, как вместе взятые анод и сетка лампы. Надо отметить, что этот принцип в дальнейшем лег в основу большинства расчетов электронных вакуумных приборов.
В 1919 г. Бонч-Бруевич представлял плотность эмиссии катода на линейном участке следующим образом:
где Ска и Скс — емкости между анодом и катодом и между сеткой и катодом, а еа и ес — мгновенные напряжения на аноде и сетке, 5 — поверхность катода. Полученная в 1920 г. Г. Баркгаузеном формула для катодного
157


тока / = ф2(£>£а + ес), как легко видеть, имеет тот же смысл, если учесть, что Ска/CKC = D есть проницаемость лампы. Вместо крутизны характеристики S, ставшей впоследствии одним из основных расчетных параметров лампы, Бонч-Бруевич употреблял параметр ô, пропорциональный наклону характеристики лампы: ô=s/CKC. Теория триода Бонч-Бруевича позволяла, таким образом, непосредственно получить основное соотношение триода SRfD = 1, где ^=l/CKaô — внутреннее сопротивление лампы.
Обстоятельства не дали М. А. Бонч-Бруевичу возможности до весны 1921 г. ознакомиться с иностранной технической литературой, и его теоретические достижения (1919 г.) были сделаны в той же логической канве, что и работы иностранных коллег, в частности Г. Баркгаузена, но независимо от них. В ряде статей Бонч-Бруевич подробно излагает свои теоретические концепции и подчеркивает, что исходит из геометрических соотношений, весьма важных при конструировании и построении ламп [18, 19]. Такой подход существенно отличался от подхода Баркгаузена и других иностранных специалистов того времени, которые строили свои теории в соответствии со значением полученных путем измерений параметров уже готовых ламп, созданных экспериментальным путем.
В 1919 г. в Нижегородской радиолаборатории была разработана первая мощная лампа (до 950 Вт) с водяным охлаждением. Принципиальными ее особенностями был охлаждаемый водой анод и секционная конструкция катодно-сеточной части лампы. Ножка лампы имела четыре независимых вольфрамовых катода, каждый из которых был окружен .своей сеткой. Анод был общим для всех секций. При перегорании одного катода работали оставшиеся. Предусматривалась возможность одновременной параллельной работы всех катодов, что увеличивало крутизну характеристики лампы.
Лампа подобной конструкции, но с охлаждаемым водой медным анодом, имеющим четыре секции, была разработана в 1920 г. Она состояла как бы из четырех отдельных, но параллельно соединенных ламп. При анодном напряжении 2000 В лампа отдавала мощность 1,2 кВт. Секционная конструкция ламп получила некоторое распространение в передающей технике, так как поначалу еще не умели делать катоды с большим эмиссионным током. В дальнейшем в 30-х годах эта конструктивная особенность нашла отражение в лампах сверхвысоких частот.
До середины 20-х годов при создании мощных ламп был ряд трудных технологических проблем, одна из которых относилась к технологии спая со стеклянной колбой массивных медных деталей, например анода лампы. Из-за разницы коэффициентов теплового расширения меди и стекла такие спаи не удавалось получать прочными и газонепроницаемыми. Для спая делали специальные переходные кольца из платины (СССР), феррохромоникелевых сплавов (Германия) и др. После опубликования статьи американского инженера Хаускипера (1923 г.) в практику мощного лампостроения вошел предложенный им способ делать края медного анода в месте его впая в стекло очень тонкими. При деформации стекла и металла из-за изменений температуры тонкий край медного анода также деформировался и растрескивания стекла не получалось [254].
В 1923 г. в Нижегородской радиолаборатории была построена генераторная лампа мощностью 25 кВт — в то время самая мощная в мире. Отличительной особенностью ее был медный анод, представляющий собой трубу, с одной стороны которой к нему была припаяна ножка лампы с катодом и
158


сеткой. Катод и сетка имели коаксиальную конструкцию и располагались по оси анода. Анод помещался в бак с охлаждающей проточной водой. Вскоре мощность ламп такой конструкции была доведена до 30, а затем до 40 кВт.
В 1924 г. в СССР был разработан образец лампы мощностью 100 кВт. По мере повышения мощности ламп конструирование охлаждающих систем анодов стало составлять специфическую проблему компетенции инженеров особого профиля, пограничного между радиотехниками, теплотехниками и механиками.
Другая проблема относилась к созданию катодов с высокой эмиссионной способностью. Сначала для катодов использовался вольфрам, а по мере развития тугоплавкой металлургии также и тантал. Эти металлы позволяют получать хорошую эмиссию, выдерживают большие температуры и воздействие вторичных электронов, бомбардирующих катод при высоких анодных напряжениях. В 30-х годах в генераторном лампостроении стал использоваться и оксидный катод. Существенный шаг в области мощных катодов составило появление так называемого «эквипотенциального подогревного катода», предложенного в 1924 г. А. А. Чернышевым [130]. Этот тип катода широко распространился как в генераторных лампах средней мощности, так и (главным образом) в приемно-усилительных лампах. Его особенность состояла в том, что поверхность металлического керна (никель или платина) с нанесенным оксидом имела одинаковый потенциал, а нагревательный элемент (обычно из высокотемпературных металлов) находился внутри керна и не подвергался воздействию электронов.
Чтобы исключить использование довольно хрупких оксидных катодов, в лампах большой мощности был применен мощный полуподогревный танталовый катод, предложенный в СССР В. Ф. Миткевичем, H. Н. Циклин- ским и В. И. Волынкиным в 1925 г. Он представлял собой танталовый стакан, к донышку которого изнутри коаксиально был приварен танталовый стержень. Катод разогревался большим током, сопротивление трубы было невелико, и тем самым катод имел практически одинаковый по всей поверхности потенциал [81].
Основные черты мощных генераторных ламп Нижегородской радиолаборатории — внешний медный анод и проточное водяное охлаждение — были положены в основу подавляющего большинства как европейских, так и американских конструкций ламп для генерирования колебаний длинных и средних волн большой мощности, разработанных в период 20—40-х годов.
Ко времени первой мировой войны относится появление идеи разборной генераторной лампы. Недолговечность катодов ламп, трудности получения надежных спаев стекла с металлом в мощных лампах, нерентабельность выбрасывания металлоемкой конструкции мощной лампы с вполне пригодным анодом, сеткой и системой водяного охлаждения при выходе из строя катода — все эти особенности эксплуатации мощных ламп с водяным охлаждением натолкнули конструкторов на оригинальную мысль делать лампу разборной, со сменными деталями.
Первую разборную лампу запатентовали в 1919 г. английские инженеры Макрори, Фортескье, Брайан и Эйри [279]. Лампа построена не была, идея опередила возможности техники: не существовало мощных вакуумных насосов, необходимых для работы лампы. Эту трудность удалось преодолеть лишь в 1923 г. французскому инженеру М. Гольвеку. Он разработал механи-
159


Рис. 41. Разборная генераторная лампа СССР РГ-500 (1940 г.)
1 — анодный фланец; 2 — сеточный фланец; 3 — ионизационный манометр; 4 — вакуумные насосы; 5 — переходный фланец;# — катодные изоляторы;7 — катодные фланцы; 8 — сеточный изолятор; 9 — анодный изолятор; 10 — анод с рубашкой водяного охлаждения
ческий молекулярный насос для откачки лампы. Лампа Гольвека имела мощность 10 кВт и была использована на радиостанции Эйфелевой башни в Париже [253]. Конструктивно она напоминала генераторные лампы того времени: имела водяное охлаждение, медный анод, петлевой катод и спиральную сетку. Соединения между деталями были выполнены из теплостойкой резины и имели форму кольцевых фигурных фланцев. Лампа была смонтирована на насосе.
В процессе эксплуатации конструкция элементов лампы Гольвека претерпевала неоднократные изменения, однако конкурировать с однотипными неразборными лампами она не смогла и была в конце концов
забыта. Тем не менее идея разборной лампы была очень привлекательной и по мере возрастания номинальных мощностей радиостанций занимала многие умы. Расцвет в развитии разборных ламп относится к середине 30-х—началу 40-х годов. Наиболее существенным шагом в их совершенствовании было применение плоских шлифов и одноярусной конструкции, когда детали лампы были расположены на плоском уплотняющем фланце и входили друг в друга, подобно русской «матрешке». Мощности, получаемые в разборных лампах, достигли к середине XX в. около 1000 кВт. Этот тип ламп позволил решить задачу построения в Европе сверхмощных радиостанций для радиовещательных целей. Наиболее удачные конструкции разборных ламп (рис. 41) были сделаны в СССР [11].
Разборные лампы были заменены новым типом ламп — полуразборными, главное отличие которых состояло в том, что после замены деталей лампа откачивалась и больше не требовала дополнительной работы вакуумной установки. Это направление в развитии мощных генераторных ламп отлича¬
лось многими оригинальными решениями как в конструкции электродов и системы охлаждения, так и в методах откачки. Именно этому направлению техника обязана появлением новых типов вакуумных насосов высокой
производительности, нашедших применение далеко за пределами радиотехники — в физике, металлургии и впоследствии в космонавтике.
160


ГЛАВА ДЕСЯТАЯ
НАЧАЛО ЛАМПОВОЙ РАДИОТЕХНИКИ
ПРИНЦИПЫ ЛАМПОВОГО РАДИОПРИЕМА И УСИЛЕНИЯ
Изобретение электронной лампы произвело существенные изменения в методах радиоприема и повлекло разработку множества радиотехнических приборов, в которых она стала непосредственно применяться. Ее влияние на прогресс техники беспроводной связи было широким по масштабам, охватив многие направления связи, и вместе с тем отличалось глубиной, заставив пересмотреть принципиальные основы функционирования многих радиотехнических средств.
Наиболее интенсивному воздействию (и одной из первых) подверглась радиоприемная техника. Это было особенно заметным, так как довольно длительное время ее развитие шло медленными темпами и применявшиеся технические средства принципиально почти не менялись: сначала это были когерер и реле, включавшие сигнальный звонок, пищущий телеграфный аппарат, затем детекторы разных типов, в том числе наиболее распространенные — кристаллические, с телефонными наушниками в качестве выходных устройств. Между тем развитие другой важной области радиотехники — радиопередающих устройств — отличалось стремительными темпами и ознаменовалось появлением нескольких принципиально различных приборов, в том числе очень мощных безламповых передатчиков. В это время произошел также переход на незатухающие волны, что создало целый комплекс предпосылок к появлению ламповой техники.
Электронная лампа изменила и характер, и темпы развития приемопередающей техники. В области радиоприема началось бурное развитие, в области же передающей техники изобретение радиолампы сначала прошло почти незамеченным. Причина этого весьма проста: в технике генерирования электромагнитных колебаний был уже накоплен достаточно большой технический опыт и столь маломощные приборы, как первые электронные лампы, не могли изменить сложившуюся картину. В области же радиоприемной техники с появлением лампы возникла возможность усиления слабых сигналов. Ламповые устройства позволили строить новые по принципу действия приборы — усилители для усиления высокочастотных сигналов в невиданных тогда масштабах — в десятки и сотни раз. Резко возросла чувствительность приемников.
Электронная лампа пришла в технику радиоприема, когда там господствовали кристаллические детекторы, а «усиление» сигнала производилось путем выделения напряжения на острорезонансном контуре и применения наушников, которые также осуществляли селекцию полезных сигналов на фоне помех. Появление диодов Флеминга мало что изменило в технике детектирования. Лампа-детектор была малонадежным прибором, она требовала источника питания для нити накала, а срок ее службы был существенно меньше кристаллических детекторов.
Изобретение триодов явилось революционным моментом в ранней радиотехнике. И хотя для их работы, кроме источника питания нити накала, требовался еще один источник напряжения — для питания анода, возможность многократного усиления сигналов стоила дополнительных мер и затрат.
В 1907 г. де Форест предлагает схему для детектирования с последующим
И Заказ 196
161


Рис. 42. Схема лампового детектора-усилителя де Фореста (1907 г.)
/ — индуктивность контура; С' — емкость контура; А и В — батареи; D — триод де Фореста (F — нить накала, а — сетка, в — анод) ; Т — телефон, V — антенна; G — конденсатор
усилением на изобретенном им триоде [226]. В этой схеме (если пользоваться позднейшей терминологией), работающей в режиме анодного детектирования, в анодную цепь лампы включались телефоны, в которых благодаря специально выбранному режиму питания лампы прослушивались усиленные сигналы от принятой радиостанции (рис. 42). Режиму лампы не было уделено внимания, поэтому попытки де Фореста использовать в 1907 г. триод специально для усиления сигналов к успеху не привели, рабочая точка на характеристике лампы была выбрана неправильно. Однако де Форест понял, что можно влиять на усилительные свойства лампы изменением питающих напряжений, и применил хорошо известное в дальнейшем «смещение на сетку», т. е. подачу между катодом и сеткой постоянного потенциала для получения наивыгоднейшего усилительного или детекторного режима. Так в 10-х годах XX в. появился ламповый триодный детектор и усилитель.
Существенным моментом в развитии детекторно-усилительных схем, в особенности после разработки триодов с достаточно высоким вакуумом, стало использование в цепи сетки так называемого «гридлика» (от английского grid-leak — буквально «утечка сетки»), заблокированного конденсатором резистора большой величины, включенного между сеткой и катодом лампы. В триодах со свободной сеткой часто наблюдалось явление «запирания» анодного тока через некоторое время после включения. Это происходило потому, что на сетке скапливался большой отрицательный заряд. Гридлик предназначался для того, чтобы отрицательные заряды, наведенные на сетке, стекали через него, создавая на нем падение напряжения, пропорциональное сигналу на сетке; тем самым гридлик стабилизировал автоматически анодный ток. Через этот резистор также было удобно подавать постоянное «напряжение смещения» (относительно катода) для выбора рабочей точки лампы. Роль гидролика теоретически, по-видимому, первым осмыслил также де, Форест [279].
В опытах с ламповыми усилителями исследователи натолкнулись на одну из важнейших для всей радиотехники проблем — проблему обратной связи в радиотехнических цепях. Сейчас трудно точно указать, кому первому пришла счастливая мысль осуществить в детекторно-усилительном каскаде положительную обратную связь, т. е. электрическую связь анодной цепи с сеточной так, чтобы, как это тогда представлялось, определенное усиленное напряжение (энергия) подавалось вновь на сетку лампы и вновь усиливалось. Можно лишь утверждать, что эта мысль непосредственно вытекала из логической цепи всех экспериментов с ламповыми схемами, и могла быть реализована многими исследователями [157].
Практическое осуществление идеи положительной обратной связи показало, что детектор-усилитель способен значительно увеличить чувстви-
162


V
Рис. 43. Первые приемники регенеративного типа (1913 г.)
а — Армстронга; б — Мейсснера—Арко; в — Франклина; г — Раунда
тельность и принимать сигналы очень малой величины. Одновременно было замечено, что после увеличения положительной обратной связи сверх некоторого предельного значения чувствительность детекторно-усилительного лампового каскада резко падала, в лампе возникали незатухающие колебания, и усилительный каскад превращался в генератор колебаний тока. Обратная связь, меньшая предельной, но близкая к ней, была названа «регенеративной», а сам каскад, работавший в этом режиме — «регенератором».
Регенеративный детектор-усилитель появился почти одновременно в нескольких радиотехнических лабораториях разных стран. Этой проблемой одновременно занимались многие: Раунд, Флеминг — в Англии; Армстронг, Ленгмюр и де Форест — в Америке; Арко, Рейсс и Мейсснер — в Германии; Штраусс — в Австрии (рис. 43). По-видимому, наиболее ранние работы о регенеративном усилении, а также о возможности генерирования незатухающих колебаний «катодной лампой» появились в Австрии в 1912 г. и принадлежат 3. Штрауссу [347]. Однако его исследования остались почти незамеченными и не повлияли на аналогичные исследования за пределами Австрии и Германии.
В 1913 г. А. Мейсснер сделал в Германии патентную заявку на изобретение регенеративного каскада и, одновременно, лампового генератора незатухающих колебаний с использованием индуктивной (трансформаторной) обратной связи [289]. При этом он отмечает влияние работ Э. Штраусса на свои опыты [290].
Хотя первым применением положительной обратной связи было создание и* 163


регенеративного детектора-усилителя, как уже отмечалось, почти одновременно появилась мысль увеличить связь анодной цепи и сеточной до величины, когда в ламповом усилителе возникают непрерывные собственные колебания. Эта идея легла в основу всей последующей ламповой генераторной техники.
Регенеративные каскады в технике радиоприема в период первой мировой войны получили поначалу более широкую известность, так как давали возможность значительно улучшить радиоприемники, делать их более чувствительными. Ламповые же генераторы пробивали себе дорогу в более трудных условиях, конкурируя с электрической дугой и машинами высокой частоты. Да и искровые передатчики, достаточно мощные по тем временам, еще не ушли из радиотехники. Поэтому генераторы на электронной лампе рассматривались сначала лишь как средство получения радиоколебаний весьма небольшой мощности и их применения ограничивались маломощными радиостанциями и экспериментальными устройствами, в частности при освоении радиотелефонных передач.
Историческое значение принципа обратной связи в радиотехнике отнюдь не ограничивается использованием только положительной связи. Впоследствии немалое значение в технике широкополосного усиления, а также в создании активных четырехполюсников с частотными характеристиками заданной формы имело применение в радиотехническом устройстве отрицательной, т. е. обратной, связи выходного сигнала с входным, подавляющей первичное воздействие. Особенно большое использование получил принцип отрицательной обратной связи в конце 20-х—начале 30-х годов.
Первая мировая война привела к информационному разобщению ученых разных стран, и в особенности стран воюющих, и о работах Мейсснера узнали в Англии и Америке лишь спустя значительное время. В Америке в области радиотехники очень продуктивно работал молодой инженер Э. Армстронг, предложивший многие из ставших впоследствии широко известными радиотехнические методы и приборы [155; 156; 171, с. 265].
В работах 1913 г. Армстронг описал регенеративную ламповую приемную схему и ее модификации, которые в дальнейшем были особенно распространены в США в радиолюбительской среде. Одновременно с ним в Америке регенератор запатентовал де Форест. Патентная служба и Верховный суд США длительное время вынуждены были рассматривать тяжбу между компаниями, в которых сотрудничали эти два исследователя, и спустя 20 лет после события первенство в создании регенератора было признано за де Форестом [148]. Между тем решение это не смогло переубедить радиоспециалистов, и изобретение регенератора до сих пор многие связывают с именем Армстронга, тем более что Американский институт радиоинженеров наградил его в 1914 г. за это почетной медалью.
Наряду с экспериментальными работами по использованию регенеративных схем предпринимались попытки теоретически рассмотреть протекающие в них электрические процессы. Так, в частности, во время первой мировой войны возникло понятие «отрицательного сопротивления», вносимого из анодной в сеточную цепь лампы вследствие положительной обратной связи. Было найдено, что величина этого сопротивления пропорциональна крутизне анодной характеристики лампы (в современном понимании этого параметра) и коэффициенту связи между анодным и сеточным контурами лампового каскада. Кроме того, сложные физические явления, протекаю-
164


щие в регенеративном каскаде при приеме и детектировании сигналов, стимулировали развитие методов нелинейного теоретического анализа таких схем, послужили началом в формировании теории нелинейных колебаний.
В начале войны появилось много разнообразных схем ламповых регенераторов, которые различались способом подачи обратной связи анодного контура с сеточным, т. е. способами включения LC-цепей в усилительном каскаде, способом питания лампы от источников напряжения, методами связи лампы с антенной цепью и неко-
торыми частностями. В ранней радио- Эдвин Хоуард Армстронг (1890—1940) технической литературе различные схемы регенеративных приемников
носили обычно имена их изобретателей, например схемы Раунда, Виганта, Рейнарца, Лейтхаузера и др.
Изучение регенеративных схем привело к появлению ряда существенных модификаций их, которые легли в основу новых типов радиоприемных устройств, новых методов радиоприема.
Прием телеграфных сигналов на незатухающих радиоволнах регенеративным детектором возможен был при такой величине обратной связи, когда в ламповом каскаде уже генерировались собственные колебания, близкие к принимаемым, в течение всего времени длительности телеграфного сигнала. Вследствие этого колебания интерферировали и телеграфные сигналы звучали в наушниках на частоте биений. При приеме радиотелефонных передач такой режим приводил к недопустимым искажениям и надо было использовать обратную связь меньше критической.
Идея поддержания обратной связи вблизи критического значения в моменты максимального усиления каскада нашла развитие в приемниках суперрегенеративного типа, а также в автодинных. Суперрегенеративный (сверхрегенеративный) приемник (рис. 44) был запатентован Э. Армстронгом в 1921 г. [159]. Принцип действия сверхгенератора, как известно, состоит в том, что регенеративный детектор управляется отдельной лампой, которая с большой частотой (частота суперизации) отпирает и запирает регенератор. Упрощенно можно представить процессы в сверхрегенераторе так. В момент отпирания в регенеративном каскаде возникают условия для самовозбуждения и при поступлении на вход принимаемого сигнала возбуждение действительно возникает. Колебания возбуждения нарастают почти линейно и срываются в момент запирания регенератора управляющей лампы. Время существования возбужденных колебаний в регенераторе и их конечная амплитуда зависят от величины принимаемого сигнала. Колебания на частоте суперизации с амплитудой, соответствующей закону модуляции принимаемого сигнала, детектируются регенеративным каскадом, и на выходе сверхгенератора получается усиленный входной сигнал. Так как регенератор работает в режиме предельной чувствительности, то усиление
165


а — сверхгенератор Армстронга (1922 г.), б — гетеродин Фессендена (1913 г.), в — супергетеродин Леви (1917 г.)
достигает очень больших величин. Частота суперизации выбирается достаточно высокой (обычно сверхзвуковой) и не прослушивается на выходе.
Сверхрегенерацию можно было осуществить и в одноламповом приемнике. Так, Г. Раунд в 1913 г. запатентовал несколько вариантов схем, за которыми в радиотехнике тех лет закрепились термины «автодин» и «автогетеродин» и процессы в которых напоминали сверхрегенерацию [321]. Эти схемы особенно широкое распространение получили в 20-е годы в радиолюбительской практике многих стран.
Одноламповый сверхрегенератор был также разработан Э. Армстронгом. В радиолюбительской коротковолновой практике этот радиоприемник, работавший (как предложил автор) на рамочную антенну, назывался по его имени — «армстронгом» [171, с. 265]. Среди модификаций одноламповых сверхрегенераторов отметим хорошо известную советским радиолюбителям 20-х годов одноламповую схему Флюэллинга [221]. Сверхрегенеративные схемы не утратили своего значения и в современной радиоэлектронике.
К 1913 г. относится применение на практике метода гетеродинного приема, предложенного еще в 1902 г. Р. Фессенденом [171, с. 210]. После появления триодов этот метод пережил второе рождение и воплотился в приемниках с преобразованием частоты. Как известно, принцип гетеродинного приема состоит в смешении принимаемого сигнала с сигналом гетеродина и последующем усилении сигнала на частоте биений. При этом усилитель биений (т. е. разностной частоты) не имеет настроечных элементов и работает на фиксированной частоте. Надо сказать, что гетеродинный прием не находил применения до тех пор, пока в радиотехнической практике
166


использовались несущие частоты относительно небольшой величины (длинные и средние волны). При освоении коротких волн возникали специфические трудности усиления и детектирования более высоких частот, на которых внутриламповые емкости оказывали заметное влияние на эффективность работы ламп и коэффициент усиления вследствие этого падал. Гетеродинный метод оказался в этом случае очень удобным, так как позволял во время приема высокочастотного сигнала ставить усилительные лампы в режим усиления частоты биений, значительно более низкой, чем сигнал.
Здесь следует обратить внимание на то, что роль внутриламповых емкостей стали понимать очень давно, задолго до использования коротких волн. В первых лампах эти емкости, и главным образом емкость сетка—анод, были велики. Их влияние не могло остаться незамеченным и стало практически использоваться. Так, например, Э. Армстронг в 1915 г. на лекции в Американском институте радиоинженеров описал схему однолампового регенератора, в котором регенеративная обратная связь задавалась от анода на сетку не через внешнюю цепь, а через внутриламповую емкость анод—сетка. Это так называемая схема «настроенный анод — настроенная сетка» [157].
Метод преобразования частоты получил дальнейшее развитие в супергетеродинном приемнике. Изобретение супергетеродина составило весьма существенный этап в развитии лампового радиоприема, позволивший освоить в этой области новые принципиальные возможности радиоприема и создать радиоаппараты более совершенных конструкций. Супергетеродинный принцип радиоприема был предложен в 1917 г. почти одновременно французским инженером Л. Леви, немцами Г. Арко и В. Шоттки, а также в США — Э. Армстронгом. Право первенства в этом изобретении законодательство отдало Л. Леви. Армстронг и Шоттки согласились с приоритетом французского инженера. В своей заявке на патент Л. Леви формулирует предмет изобретения так: «Устройство для приема и усиления сигналов телеграфии и телефонии без проводов, отличающееся тем, что после преобразования частоты в местную ультразвуковую частоту энергия этой новой частоты подвергается усилению» [271].
Дальнейшее усовершенствование супергетеродинного принципа состояло в том, что входной контур приемника и контур гетеродина стали перестраивать одновременно и согласованно таким образом, что частота биений оставалась постоянной и усиливалась специальным усилителем. Эта частота на всех европейских языках получила название «промежуточной», а усилитель для ее усиления соответственно «усилителя промежуточной частоты». Постоянство промежуточной частоты позволяло применять усилитель со специальными широкополосными контурами и воспроизводить широкую полосу частот принимаемого сигнала, что при появлении радиовещания (а затем телевидения) приобретало первостепенное значение. Кроме того, такой усилитель фиксированной частоты мог иметь максимально возможный коэффициент усиления и, таким образом, минимальное число ламп. Это же давало возможность иметь высокую избирательность супергетеродина по соседнему каналу.
В совершенствовании супергетеродинного метода и в создании различных приемных устройств этого типа огромную роль сыграл Э. Армстронг, разработавший несколько очень распространенных схем [158]. Ему же принадлежат первые попытки теоретического анализа этого типа приемни¬
167


ков. Для увеличения избирательности Армстронг применил на входе приемника рамочную настроенную антенну, имевшую, кроме направленных пространственных свойств, также и высокую добротность. В ранней радиотехнической литературе (в основном американской) сложилось мнение, что супергетеродинная схема хорошо работает только с рамочной антенной на входе. В дальнейшем с внедрением в практику многоконтурных узкополосных входных цепей и уменьшением промежуточной частоты до нескольких сот килогерц в супергетеродинных приемниках стали использовать приемные антенны любых типов.
Создание супергетеродинного приемника, принцип действия которого сохранился неизменным до наших дней, явилось существенной вехой в прогрессе радиотехники в целом. Развитие принципа преобразования частот способствовало и прогрессу сопутствующих областей, в частности дало толчок радиоизмерительной технике, привело к появлению гетеродинных волномеров, обладающих большой точностью измерёний, и гетеродинных генераторов стандартных сигналов, работающих в широком диапазоне частот. Супергетеродинный метод позволил в дальнейшем строить приемные устройства с большой чувствительностью, хорошими полосовыми свойствами и высокой избирательностью (рис. 45).
Супергетеродинный приемник имел существенный недостаток — появление так называемого «зеркального канала» (т. е. канала, образованного разностью гетеродинной частоты и более низкой принимаемой частоты сигнала от мешающего передатчика). Зеркальный канал создавал помехи приему и приводил к неоднозначности принимаемой информации. Для устранения этой неоднозначности, для подавления зеркального канала на входе супергетеродинного приемника перед детектором-смесителем начали ставить заграждающий электрический фильтр или помещать настроенный на принимаемый сигнал усилитель высокой частоты.
Применение радиоламп для усиления высокочастотных сигналов создало возможность увеличить как напряжение, так и мощность радиоколебаний. Для получения достаточного усиления по напряжению использовалось большое количество последовательно включенных ламповых каскадов, так как лампы (особенно раннего периода) имели малую крутизну характеристики и небольшой коэффициент усиления.
Вместе с тем при конструировании ламповых усилителей сразу же встала весьма трудная проблема устранения самовозбуждения в многоламповых усилителях. Экспериментальное исследование этой проблемы дало двойные плоды: с одной стороны, привело к изобретению лампового генерирования, а с другой — к созданию регенеративного метода радиоприема. Это были как бы две параллельные проблемы, объединенные практическим применением принципа обратной связи. Решение проблемы многолампового усиления оказалось достаточно трудным и растянулось на многие годы.
Создание устойчивых в работе ламповых усилителей с большим коэффициентом усиления стало многоплановой задачей всей радиотехники. В процессе ее решения создавались лампы с большим коэффициентом усиления и большой крутизной характеристики, пригодные для работы в радиоприемниках (а в дальнейшем и в генераторах). Создавались специальные детали усилителей: резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, — и при этом были найдены многие принципиальные и конструктивные решения. Наконец, много интересных принципиальных находок относится
168


Рис. 45. Супергетеродины 20-х годов
а — радиоприемник на диапазон 100—200 м (Л{—сместитель, Л2 — гетеродин, Л3 и Л4 — УПЧ, Л5— детектор и УНЧ), б—«троподин» (Л{ — гетеродин-смеситель, Л2 и Л3 — УПЧ,Л4 — детектор и УНЧ);б — «ультрадин» — супергетеродин с модуляторной лампой (Л, — УВЧ и модуляторная лампа, Л2 и Л3 — УПЧ, Л4 —детектор и УНЧ)
к области конструктивного построения усилительных каскадов, среди которых прежде всего следует назвать методы электромагнитного экранирования. На основе большого практического опыта в конце 20-х годов начинают складываться теоретические предпосылки для расчета усилителей как низкой, так и высокой частоты, формируются основы расчета величины, сигналов с обратными связями.
История создания эффективных, т. е. устойчивых в работе и обладающих нужной величиной усиления, ламповых усилителей имеет и еще не-
169


Рис. 46. Методы усиления
а — рефлексная система Томсона, 1913 г. («/7, — лампа, Т — телефон, Тр — трансформатор низкой частоты); б — схема приемника прямого усиления с резистивно-емкостным УНЧ {Лх — детектор ВЧ, Л2 и Л3 — УНЧ, R — анодные резисторы, Rx — сеточные резисторы, С — конденсаторы связи в УНЧ), в — схема двухтактного усилителя фирмы «Вестерн электрик». 1915. (Л, и Л2 — лампы в плечах, ТРХ и ТР2 — входной трансформаторы)
сколько линий развития, связанных с появлением, например, рефлексных схем для радиоприема, с применением методов нейтрадинирования лампового каскада. Не менее важным было появление в 10-х годах XX в. резистивно-емкостных и двухтактных усилителей для работы сначала в диапазоне звуковых, а затем и на более высоких частотах (рис. 46).
Идея рефлексного радиоприемника с многократным использованием одной и той же радиолампы для одновременного усиления нескольких сигналов, сильно отличающихся по частоте, возникла на самых ранних этапах развития ламповой радиотехники. Еще в 1913 г. У. Томпсон описал одноламповую рефлексную схему [357]. В ней производилось высокочастотное усиление поступившего из антенны сигнала посредством трансформаторной ламповой схемы. После детектирования кристаллическим детектором сигнал из анодной цепи лампы подавался вновь на ее вход и происходило усиление той же лампой низкочастотного сигнала. Разделение высокочастот¬
170


ного и низкочастотного сигналов производилось трансформаторами и подбором специальных резистивно-емкостных цепочек.
Во Франции рефлексными схемами занимался М. Латур, запатентовавший в 1920—1922 гг. много их разновидностей. В Англии большую экспериментальную работу в области многоламповых усилителей, в том числе и рефлексного типа, проделал в тот же период Фортескье [230]. Расцвет рефлексной техники относится к середине 20-х годов, когда во всем мире стало бурно развиваться радиолюбительство. Ряд интересных рефлексных схем разработал в 1923—1924 гг. английский инженер Дж. Скотт-Таггарт. Ему удалось совместить в двухламповом приемнике регенеративный детектор и усилитель низкой частоты [335].
Наиболее существенной положительной особенностью рефлексных усилительных схем была возможность значительно уменьшить в приемнике количество сравнительно дорогих по тому времени электронных ламп, а также сделать благодаря этому радиоаппаратуру компактной. Последнее обстоятельство стало особенно актуальным, когда появились переносные приемники (конец 20-х—30-е годы), и одним из важных условий их конструирования были требования малых габаритов и небольшой массы.
Но в рефлексных схемах проблема самовозбуждения стояла, пожалуй, даже острее, чем в обычных усилителях. Если удавалось добиться хорошей работы устройства на высоких частотах, то сплошь и рядом происходило возбуждение его на низких, и наоборот. Применение значительно большего числа элементов в рефлексных приемниках (резисторов, конденсаторов, трансформаторов, дросселей и др.), безусловно, рождало и значительно большие возможности возникновения нежелательных обратных связей, приводило к росту вероятности самовозбуждения.
Существенным шагом в развитии усилительной техники 20-х годов были создание резистивно-емкостного усилителя низкой частоты и изучение, а потом и теоретическое осмысление процессов, происходящих в таком усилителе. Постепенно складывались предпосылки для инженерного расчета резистивно-емкостного усилителя. Впервые в это время появляется понятие амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) усилителя низкой частоты, делаются попытки расчета его параметров, исходя из заданных значений коэффициента усиления в отдельности для самой низкой и самой высокой частот АЧХ. При этом используются методы электротехники, и в частности методы расчета LCR-цепей, которые к этому времени уже прочно вошли в практическую радиотехнику.
По-видимому, первенство разработки резистивно-емкостного многолампового усилителя низкой частоты принадлежит инженерам военного радиотехнического ведомства Франции, которые в период первой мировой войны под руководством известного инженера генерала Г. Ферье пришли к созданию «классической» схемы такого усилителя. Усилитель включался после регенеративного каскада-детектора. Схемы таких «классических» приемников получили широкое распространение во всем мире [343, 361].
Не менее важным новшеством в усилительной технике было появление двухтактных каскадов. Инженеры компании «Вестерн электрик» в 1915 г. запатентовали оригинальный двухламповый усилитель, в котором одна лампа усиливала колебания сигнала во время положительных полупериодов, а другая — во время отрицательных. Такой усилитель, получивший фирменное название «пуш-пулл» (в переводе с английского «тяни-толкай»), давал
171


возможность усиления колебаний большой мощности со значительно более высоким КПД, чем однотактные усилители [260, 371]. Принцип действия схемы «пуш-пулл» был взят из техники выпрямления переменных токов.
Здесь важно отметить, что в 10-х годах, т. е. ко времени появления двухтактных усилителей, в радиоприемной технике уже четко сложились представления о режимах работы электронной лампы, о ее характеристиках и методах выбора рабочей точки как при отрицательных смещениях, так и при положительных потенциалах на сетке, т. е. при работе с существенными сеточными токами. Известно было, что при малых смещениях или при положительном потенциале сетки усилители обычного типа отдавали большую мощность, но работали с большими искажениями из-за того, что положительный полупериод колебаний приходился на область насыщения анодной характеристики. Изобретение двухтактного усилителя позволило получать большие мощности от выходных ламп именно благодаря работе их в режиме нулевого или положительного потенциала на сетках, так как разделение функций ламп, когда каждая работает лишь в течение полупе- риода колебаний одного знака, позволило создать им благоприятный режим и избавиться от амплитудных искажений. Двухтактный каскад с тех пор стал важнейшим функциональным элементом радиотехнического тракта, предназначенным для мощного линейного усиления. Его значение чрезвычайно велико и в современной радиоэлектронике.
В ходе экспериментальных и теоретических исследований усилительного каскада выяснилась основная причина возникновения в нем самовозбуждения, она заключалась в положительной обратной связи анодной цепи с сеточной через проходную емкость (сетка—анод) лампы. Чем эта емкость была меньше, тем устройство было устойчивее. Конструкторы стремились под действием практических требований строить лампы с малой емкостью сетка—анод, однако эта задача была достаточно трудной. Как уже указывалось, в процессе ее решения как результат преодоления указанных трудностей появились экранированные лампы — тетроды с очень малыми проходными емкостями. Между тем значительное количество находившихся в эксплуатации триодов имело большие емкости сетка—анод. Усилители на этих триодах работали неустойчиво, самовозбуждались, особенно на высоких частотах.
Надо сказать, что еще задолго до того, как научились теоретически анализировать усилительный каскад, в 1913 г. Г. Раунд изобрел метод уменьшения влияния факторов самовозбуждения лампового триодного каскада посредством включения между сеткой и анодной цепью конденсатора. Емкость этого конденсатора подбиралась опытным путем для каждого готового усилителя [321]. Двумя годами позже, в 1915 г., Дж. Райт предложил в регенеративном каскаде на тетроде также использовать особую цепочку с емкостью для устранения самовозбуждения [171, с. 278]. Эти дополнительные цепочки получили в литературе тех лет название «нейтро- динных». Название дожило до наших дней, сам же метод уменьшения влияния проходной емкости сетка—анод получил название «нейтрализации». По-видимому, этот термин ввел Л. Хазелтайн в середине 20-х годов. Методы нейтрализации широко распространились как в радиоприемной усилительной технике, так и в технике радиопередающих устройств для создания устойчивых усилителей мощности (рис. 47).
В 1923 г. Хазелтайн описал и запатентовал варианты способов нейтра-
172


Рис. 47. Развитие принципов нейтрализации (CN —нейтродинный конденсатор)
а — схема Хазелтайна (1923 г.); б — каскады с анодной нейтрализацией и эквивалентные схемы; в — каскады с сеточной нейтрализацией и эквивалентная схема; г — двухтактный каскад с нейтрализацией и эквивалентная схема
лизации проходной емкости триодного каскада для усилителей высокой частоты [243]. Эти методы состояли в введении в схему специального «нейтродинного» кондесатора между сеткой и анодным контуром. Хазелтайн построил приемник с двухламповым резонансным усилителем высокой частоты и сеточным детектором, после которого следовал двухламповый усилитель низкой частоты [318]. Высокочастотные каскады были нейтрализованы конденсаторами, включенными между анодным трансформатором и сеткой лампы. При перестройке приемника на новую частоту нейтродинный конденсатор также требовал подстройки, так как при изменении частоты изменялось и напряжение на проходной емкости сетка—анод. Нейтродинные схемы имели именно этот существенный недостаток. Свой приемник Хазелтайн назвал «нейтродин». Он получил первое применение в радиолюбитель¬
173


ской практике второго десятилетия XX в. и поначалу успешно конкурировал с более сложными супергетеродинными схемами.
Теоретический анализ схемы усилительного резонансного каскада показал, что ее можно представить в виде эквивалентного моста и в зависимости от построения усилительного каскада проходная емкость лампы оказывается включенной в плечо индуктивного или емкостного моста. Нейтродин- ная же емкость входит в другое плечо моста и при определенном ее значении мост оказывается сбалансированным, а сеточная цепь полностью развязанной от анодной. Эти теоретические положения были известны уже в самом начале 20-х годов. В это же время стало ясно, что эквивалентный мост можно составить как для сеточной, так и для анодной цепей усилительного каскада *.
Соответственно этому стали различать «сеточную» и «анодную» нейтрализацию. Исторически более ранними были схемы анодной нейтрализации (схемы Хазелтайна и Раунда). При анодной нейтрализации нейтродинный конденсатор включен между сеткой лампы и частью анодного контура. При сеточной — между анодом лампы и частью сеточного контура. Нейтрализация нашла применение и в двухтактных каскадах. Нейтродинные конденсаторы (а здесь их два) включались между анодами и сетками противотактных ламп.
Развитие радиоприемной техники, предназначенной для целей профессиональной связи, получило мощный стимул, когда возникло радиовещание и появилось радиолюбительство. Существенным этапом было освоение массового промышленного выпуска радиоприемников как с кристаллическими, так и с ламповыми детекторами, которое можно датировать началом 20-х годов. В этот период в ряде развитых капиталистических стран, а также в Советском Союзе появились радиовещательные радиостанции, передающие различные информационные и развлекательные программы для широкого приема их населением. С этого времени популярность радиосредств стала очень быстро расти.
Логическим шагом в создании устойчиво работающих триодных усилителей было появление в конце 20-х годов несколько отличных методов нейтрализации, реализованных, в частности, в так называемой схеме с заземленной сеткой, предложенной М. А. Бонч-Бруевичем в связи с применением коротких волн [21, 22]. В этой схеме входной сигнал вводится в контур, включенный между сеткой и катодом, а выходной снимается с контура, включенного между сеткой и анодом. Сетка заземлена по высокой частоте. Теоретические условия нейтрализации для этой схемы выполняются, если сопротивление сеточной цепи имеет индуктивный характер, что относится к обычным лампам. Эта схема отличается свойством как бы самонейтрализации: прямое прохождение сигнала и обратная реакция анодной цепи на сеточную оказываются значительно меньшими, чем в усилителе с заземленным катодом, так как Сак < Сас. Широкое распространение эта схема получила уже после второй мировой войны.
В начале 20-х годов роль ламповых радиоприемников сильно возросла, их выпуск резко увеличился, особенно в США, где уже в 1922 г. в широкой
* Следует отметить, что Хазелтайн еще в 1918 г. предпринял удачную попытку расчета нейтродинной схемы электротехническими методами анализа мостовых схем. Впоследствии в 1937 г. он получил за эти и другие свои работы медаль имени Э. Армстронга.
174


продаже были радиоприемные аппараты регенеративного типа с 2—3-ка- скадными усилителями низкой частоты. Там для радиовещания использовались только две частоты (833 кГц и 1 МГц), однако владельцы приемников могли принимать еще передачи корабельных радиостанций (на частоте 50 кГц), а также радиолюбительских частных передатчиков в диапазоне 1,2—1,5 МГц.
Нейтродинные приемники, имевшие более стабильные характеристики, потеснили простые регенераторы. До 1926 г. они пользовались большим успехом у радиослушателей многих стран, и в особенности США. Лишь после применения экранированных ламп (тетродов) нейтродинные приемники стали выходить из употребления, и к 30-м годам их выпуск почти прекратился.
В развитии радиоприемной техники очень важной была реализация идеи автоматического поддержания величины выходного сигнала приемника на определенном уровне вне зависимости от изменений входного сигнала. На заре радиотехники единственным способом поддержания выходного сигнала в допустимых пределах при изменении входного была ручная регулировка усиления, и это было довольно хлопотным занятием, требовавшим постоянного внимания оператора к работе радиоаппарата.
В 1925 г. X. Уилер предложил схему для автоматического изменения коэффициента усиления приемника с помощью диодного линейного детектора [374]. Этот детектор (специальная отдельная лампа) вырабатывал напряжение, пропорциональное принимаемому сигналу. Это напряжение поступало на сетки усилительных ламп и изменяло их коэффициент усиления. При больших входных сигналах приемник имел меньшее усиление, чем при слабых. Эта идея оказалась очень плодотворной, она лежала в русле логического развития способов осуществления переменной обратной связи, зависимой от величины входного сигнала.
С конца 20-х годов уже все многоламповые радиоприемники снабжались системой автоматической регулировки усиления. В английской литературе такой способ назывался сперва «волюм-контроль», и этот термин перешел в русскую литературу. Некоторое время спустя он был заменен другим, пришедшим из техники радиовещания, а именно «автоматическая регулировка громкости» (сокращенно АРГ). В послевоенное время (после 40-х годов) более употребительной стала аббревиатура АРУ, т. е. «автоматическая регулировка усиления». Этот термин, отражающий истинный смысл явления, сохранился и по настоящее время.
Системы АРУ быстро совершенствовались. Появилось множество различных модификаций таких схем, в том числе АРУ «с задержкой», т. е. системы, в которых автоматизм начинал работать при входных сигналах, превышающих некоторый минимальный уровень. В начале 30-х годов едва ли уже можно было встретить новый радиоприемник без системы АРУ.
Использование многоламповых радиоприемников и усилителей поставило радиоинженеров еще перед одной проблемой, также связанной с трудностями построения аппаратов с большим усилением. Было замечено, что в многоламповых усилителях прием сигналов малой величины становился невозможным из-за появления на входе усилителя хаотического мешающего сигцала, проявляющегося в виде равномерного шума, шумового фона, который маскировал сигнал. Было установлено, что предел усиления аппарата определяется этим маскирующим сигналом — «шумом». Этот термин прочно вошел в радиотехническую терминологию. Шумовой сигнал возникал внутри
175


лампового усилителя и стал называться «внутренним шумом». Уже в годы первой мировой войны исследователи смогли подойти к пониманию сущности этого явления. Так, В. Шоттки в своей (ставшей теперь классической) работе впервые вывел формулу для расчета шумовой составляющей анодного тока электронной лампы, предполагая, что пространственный заряд отсутствует [333]. Несколько позже, уже в 30-х годах, Левеллин определил величину шумов в лампе, предположив, что имеется пространственный заряд, ограничивающий «дробовый» шум [274]. По воззрениям Шоттки, анодный ток образован последовательностью дискретных зарядов, хаотически распределенных во времени и переносимых электронами. Эти электроны попадают на анод в случайные моменты времени. Средняя величина заряда в единицу времени и есть сумма постоянного и шумового компонентов анодного тока. Шоттки назвал этот шум «шротт-эффектом», т. е. в переводе с немецкого «дробовым» эффектом.
В своей теоретической работе Шоттки принял несколько упрощений, чтобы вывести расчетные формулы. Во-первых, он предположил, что временем пролета электронов от катода к аноду можно пренебречь ввиду его действительной малости (по сравнению с периодом колебания сигнала). Поэтому импульс тока от каждого электрона Шоттки представил мгновенным. Из этих соображений спектр шумового тока представлялся бесконечным (как его стали позже называть — «белый шум»). Эти предположения долгое время оставались справедливыми и вполне приемлемыми во всех практических случаях, когда частоты были невелики и время пролета электронов было значительно меньше периода колебаний. Шоттки также пренебрег силами расталкивания между электронами внутри электронного потока лампы, учитывая лишь силы электрического поля между катодом и анодом. Это предположение справедливо лишь при токе насыщения лампы (Шоттки рассматривал классический диод). Именно для этого экстремального случая Шоттки удалось пблучить математическое выражение энергетического спектра шума лампы, который оказался пропорциональным произведению заряда электрона и постоянной составляющей анодного тока.
Так как входные лампы работали обычно в режиме, значительно отличающемся от режима насыщения, то реальная шумовая составляющая была значительно меньше, чем давал расчет по формуле Шоттки. В течение ряда лет исследователи радиоламп пытались дать этому объяснение и вывести более точное выражение для шумового тока лампы. Эти работы носили скорее эмпирический, чем теоретический характер. Среди таких работ можно назвать, например, статьи Т. Фрея [231, 232]. Однако существенный прогресс в понимании природы шума и дальнейшие шаги в области его теоретического анализа относятся уже к следующему периоду радиотехники, к середине 30-х годов.
Развитием взглядов на флуктуационную природу электронных процессов было изучение хаотических шумов в однородных проволочных и коксовых резисторах. Эксперимент показал, что эти шумы оказались следствием теплового движения электронов и зависели от температуры резистора. Возникло понятие «тепловой шум». Последовал ряд работ с попытками теоретической интерпретации этого явления, среди которых прежде всего следует указать на обстоятельные статьи Джонсона и Найквиста [261, 299]. В 1925 г. Джонсон рассмотрел тепловое (Рэлей—Джинсовское) возбуждение электронного газа в проводнике случайными ударами молекул.
176


В этой работе Джонсон дал выражение для энергетического спектра теплового шума, пропорционального абсолютной температуре тела и его активному сопротивлению. Было показано, что тепловой шум, как и шум диода, является «белым шумом». Это было сделано (как и у Шоттки) в предположении, что шумовые импульсы мгновенны. В дальнейшем, в 30-х годах, шумовой энергетический спектр был выражен путем разложения в ряд Фурье хаотического сигнала и была введена так называемая «функция передачи четырехполюсника».
РАЗВИТИЕ ОСНОВ ЛАМПОВОГО ГЕНЕРИРОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ
Как уже отмечалось, в первых работах по применению катодных ламп для радиоприема выяснилось, что ламповый усилительный каскад, имеющий индуктивно-емкостные элементы, при определенных условиях был способен генерировать незатухающие электромагнитные колебания. Это явление не смогло остаться незамеченным и неиспользованным. Самовозбуждение усилительного каскада было явлением, без изучения которого невозможно было строить устойчивые усилители. Пройти мимо этого явления нельзя было также и потому, что в технике радиопередатчиков уже давно велись непрерывные настойчивые поиски новых способов построения генераторов незатухающих радиоколебаний.
Следует отметить, что начальные шаги ламповой генераторной техники относятся в первой мировой войне и работы этого направления в сильной мере интенсифицировались военными нуждами. Поэтому 1913 г. стал своеобразной вехой в радиопередающей технике. Именно в это время А. Мейсснер [289, 290] изобрел генератор незатухающих электромагнитных колебаний на электронной лампе (рис. 48). Патент Мейсснера был опубликован лишь в 1919 г. одновременно с появлением его статьи о ламповых генераторах, однако на патенте указана приоритетная дата 10 апреля 1913 г. Впервые в технической литературе сообщение о применении трехэлектродной (газовой) лампы для получения незатухающих колебаний появилось в 1914 г. Это была статья де Фореста [227].
В своих опытах А. Мейсснер использовал газовый триод Либена, он построил ламповый однокаскадный передатчик по трансформаторной схеме. В этой схеме, известной в истории радиотехники как «схема Мейсснера», колебательный контур был включен в анодную цепь лампы, а катушка индуктивности в сеточной цепи имела трансформаторную связь с индуктивностью контура. В июне 1913 г. Мейсснер провел экспериментальную радиотелефонную передачу с помощью такого передатчика между Науэном и Берлином на расстоянии около 36 км. Модуляция была сеточной от микрофона через трансформатор.
В 1914 г. Раунд предложил аналогичную схему лампового генератора с трансформаторной связью и двумя колебательными контурами: в анодной и в сеточной цепях (рис. 49). Кроме того, Раунд ввел гридлик, через который автоматически подавалось на сетку отрицательное смещение. Эта первая двухконтурная схема автогенератора использовалась в ранних ламповых радиопередатчиках фирмы «Маркони» [322].
Весьма существенным моментом в развитии ламповых генераторов были
12 Заказ 196
177


так называемые трехточечные схемы, в которых лампа присоединялась к простому параллельному колебательному контуру в трех точках. Эти схемы подучили в последующем наименование «одноконтурных». По-видимому, первое сообщение о возможности построения трехточечных схем содержится в работе [1914 г.] Э. Армстронга [156]. Более подробное описание трехточечных схем и теоретический анализ их работы даны в статьях Л. Хазелтайна и Р. Хейзинга [247].
Первый патент на трехточечную, схему выдан инженеру американской фирмы «Вестерн электрик» Р. Хартлею (1915 г.), имя которого она и носит в радиотехнической литературе. Это так называемая трехточечная Александр Мейсснер (1883—1958) схема с индуктивной (или автотрансформаторной) обратной связью, в которой электроды лампы присоединялись к катушке индуктивности колебательного контура. В схеме Хартлея обратная связь изменяется при перемещении точки присоединения катода по виткам катушки индуктивности контура [242].
В 1918 г. инженер той же фирмы «Вестерн электрик» Э. Колпитц запатентовал схему лампового трехточечного генератора, принципиально отличную от схемы Хартлея. Для получения положительной обратной связи он использовал емкостной делитель, который составлял часть емкости колебательного контура. Обратная связь определялась соотношением емкостей делителя. Схема Колпитца была впервые опубликована в 1920 г. [192].
Схемы Мейсснера, Хартлея и Колпитца являются основными схемами автогенераторов и прототипами всех исторически более поздних автогенераторов, в частности с использованием внутриламповых емкостей (схемы Кюна, Мени, Эзау и др.). В 1920—1921 гг. немецкий инженер Г. Баркгаузен высказал предположение, что в ламповом генераторе колебательный LC- контур независимо от его построения может быть присоединен к электродам лампы лишь двумя способами, при которых в схеме могут существовать незатухающие колебания. Эти способы соответствуют или индуктивной обратной связи (схема Хартлея), или емкостной обратной связи (схема Колпитца). Причем схема Мейсснера эквивалентно сводится к схеме Хартлея. Этот важный принципиальный вывод Баркгаузена позволил теоретически разобраться в структуре построения однолампового автогенератора, . представить его эквивалентную электрическую схему.
В конце первой мировой войны в ламповой технике генерирования незатухающих колебаний были сделаны попытки использовать влияние внутриламповых емкостей в схемах автогенераторов. Положительная обратная связь через емкость сетка—анод триода, с которой боролись в радиоприемниках, здесь оказалась полезной. Одну из ранних схем авто-
178


Р и с. 48. Первый автогенератор Мейсснера (1913 г.)
а — схема; б — внешний вид
генератора такого типа запатентовала в 1917 г. германская фирма «Хут» на имя инженера Кюна. Этот генератор получил известность как «схема Хут-Кюна» [265]. Генератор Хут-Кюна был двухконтурный с настроенными контурами в сеточной и анодной цепи триода, обратная связь задавалась через емкость сетка—анод. Колебания возникали, когда контуры были несколько расстроены относительно частоты генерации и имели индуктивное сопротивление. В особых случаях контуры могли быть заменены индуктивностями. Эта схема, эквивалентная схема Хартлея, нашла применение на коротких волнах в радиолюбительской практике 20-х годов.
Немецким инженером А. Эзау в середине 20-х годов была предложена схема с внутриламповой обратной связью, но с катушкой индуктивности, включенной между анодом и сеткой триода [210]. Она эквивалентна схеме Колпитца и также нашла применение на коротких волнах.
Особенность структуры первых ламповых передатчиков заключалась в том, что одноламповый автогенератор был непосредственно связан с антенной. В русской технической литературе за такими ламповыми передатчиками закрепилось название «простая схема», аналогичная тому, как в искровых безламповых передатчиках называлась простейшая первоначальная схема (рис. 50). Передатчики по «простой схеме» получили вначале очень большое распространение во всех странах именно из-за своей простоты. И в СССР первые ламповые передатчики были построены по простой схеме [107, с. 93— 94].
Непосредственная связь автогенератора с антенной в простой схеме, в особенности когда модуляция производилась в антенном контуре, приво-
12*
179


/t
Рис. 49. Основные схемы автогенераторов
а—Раунда (1914 г.); б — трехточечная схема Хартлея (1915 г.); в — трехточечная схема Колпитца (1918 г.)
дила к неустойчивости режима работы передатчика, а на волнах достаточно коротких—к нежелательной нестабильности частоты. Чтобы устранить это влияние, стали использовать промежуточные цепи для связи автогенератора с антенной. Новую схему передатчиков, как и в радиотехнике затухающих волн, стали называть «сложной». Сложная схема не только дала возможность ослабить влияние антенны на колебательный контур, но и позволила ослабить гармоники, поскольку промежуточный контур служил заградительным фильтром. В начале 20-х годов подавляющее большинство одноламповых передатчиков небольшой мощности выполнялось по сложной схеме.
В годы первой мировой войны произошли первые применения многоламповых передатчиков. В сложной схеме при сильной связи промежуточного контура с антенной и контуром автогенератора влияние нагрузки (антенны) все-таки сказывалось и наблюдалось так называемое затягивание, перескоки частоты, срыв колебаний. При слабой связи эти неприятности устранялись, но схема не до конца использовалась энергетически. Инженерная мысль пришла к неизбежному выводу о необходимости дополнительного усиления мощности сигнала от задающего генератора. Техника лампового усиления к этому времени уже имела определенные успехи, и в передающих устройствах стали применяться ламповые усилители мощности. Это новшество относится к 1914—1915 гг. Между тем широкое применение ламповых усилителей в передатчиках началось после первой мировой войны, когда научились делать лампы большой мощности.
Многокаскадные передатчики строились по следующей структурной схеме. Одноламповый автогенератор работал в режиме наибольшей устойчивости частоты. Он был связан слабой связью с особым ламповым каскадом, получившим название «буферного». Назначением этого каскада было
180


Рис. 50. Развитие принципов построения ранних передатчиков
а — «простая» схема; б — «сложная» схема; в — независимое возбуждение (/ — возбудитель, 2 — буферный каскад, 3 — УВЧ, 4 — мощный оконечный каскад, 5 — модулятор)
устранить влияние последующих усилительных ламп на работу автогенератора. На выходе буферного каскада получался сигнал, мощность которого была достаточна для управления первой лампой усилителя мощности. Если нужно было иметь в передатчике большую выходную мощность, то применялись несколько (обычно два-три) каскадов усилителя мощности. Мощность ламповых передатчиков этого типа, которые стали называть «передатчиками с независимым возбуждением», подчеркивая этим, что частота не зависит от параметров усилителя, определялась мощностью имевшихся генераторных ламп. Применение независимого возбуждения относится к середине 20-х годов.
В начале 20-х годов стали складываться основы для теоретического исследования ламповых генераторов и их инженерного расчета. Для этого использовался математический аппарат, разработанный еще в прошлом веке, а радиотехнические основы таких подходов — в период первой мировой войны. Важный этап в становлении теории ламповых генераторов составил предложенный Мёллером графо-аналитический метод расчета автогенераторов на основе квазилинейных представлений (так называемые «колебательные характеристики Мёллера») [294]. Не менее значительным фактом было приближенное решение линейных дифференциальных уравнений, квазилинейно описывающих процесс возникновения колебаний в автогенераторе, предложенное Б. Ван дер Полем. Исследования Э. Эпплтона и Ван дер Поля (1920—1926 гг.) позволили глубже понять процессы в автогенераторах и их режимы.
Линейная трактовка происходящих в генераторах процессов была обусловлена, с одной стороны, весьма существенными математическими трудностями решения нелинейных уравнений, содержащих все определяющие процессы параметры, с другой — тем, что в ранней радиотехнике вообще прочно укоренился линейный подход к анализу физических явлений
181


в приборах и к инженерному расчету их параметров. Подход к расчету процессов и параметров в ламповых генераторах проводился путем замены нелинейных статических характеристик лампы эквивалентными характеристиками в виде прямых линий. В последующем было введено понятие эквивалентной динамической линейной характеристики лампы, которая заменяла семейство статических линеаризованных характеристик и имела меньшую крутизну.
В области теории и расчета ламповых генераторов и весьма близких к ним по принципу действия и физическим процессам регенераторов многое было сделано видными радиоспециалистами раннего периода (кроме уже названных), такими, как Меллер, Валлаури, Баркгаузен, Хоу, Моркрофт, Фрейман, Львович, Шулейкин, Берг и др. Так, в частности, при рассмотрении процесса самовозбуждения колебаний в ламповом каскаде с колебательным контуром линейные характеристики лампы выражались уравнением Валлаури:
ia = S (ис T- D и о),
где/а — анодный колебательный ток; иа — мгновенное напряжение на аноде; ис — мгновенное напряжение на сетке; D—динамическая проницаемость лампы. Линейная теория самовозбуждения лампового генератора позволяла с достаточной для инженерных расчетов точностью определить при заданных параметрах контура (L, С, RH) и параметрах лампы (S, Rif иа) коэффициент связи между цепями анода и сетки, при котором будут поддерживаться незатухающие колебания анодного тока.
Большой вклад в теорию ламповых генераторов и главным образом в теорию мощных усилителей был сделан А. И. Бергом. В начале 20-х годов он предложил рассчитывать токи и мощности в лампах и контурах радиогенераторов для режимов с большими сеточными токами, когда синусоидальные колебания анодного тока в лампе сильно искажены. Введя и здесь линеаризацию, при заданном сопротивлении нагрузки представив импульсы тока трапецеидальной и прямоугольной формы, А. И. Берг использовал разложение в ряд Фурье и вычислил коэффициенты разложения, позволив тем самым довольно точно рассчитывать рабочий режим лампы [16].
Практикой требовались все более мощные передатчики, а это заставляло искать способы создания мощных генераторных ламп. Как уже говорилось, возможности электровакуумной техники в рассматриваемый период отставали от требований практики: ламп нужной мощности не было, и задачу построения мощных ламповых передатчиков приходилось решать косвенными методами, главным образом путем параллельного включения нескольких ламп меньшей, чем требовалось, мощности.
В 10—20-х годах работа все возраставшего числа радиостанций (а это были главным образом передатчики средних и длинных волн, хотя уже появились и коротковолновые радиостанции) поставила трудную проблему правильного выбора частот и мощностей радиостанций так, чтобы при их приеме не было взаимных помех. Эта задача почти с первых шагов развития радиотехники решалась скорее в административной плоскости, чем в технической. И лишь два ее аспекта — получение стабильной частоты и все более коротких волн — были чисто техническими. Надо сказать, что полное решение этой задачи в глобальном масштабе еще не достигнуто до сих пор.
Сильные длительные отклонения частоты от номинальной, а также и
182


кратковременные ее «выбеги» во время работы передатчиков создавали помехи при приеме в виде интерференционных сигналов от двух станций. Хорошая стабильность частоты передатчиков необходима была также и для быстрого вхождения в связь. С нестабильностью частоты сначала боролись методами параметрической стабилизации, т. е. делали детали колебательных контуров такими, чтобы их параметры не зависели от внешних факторов — температуры, влажности, питающих напряжений. Эти методы диктовались самой логикой развития ранних ламповых генераторов. После работ У. Кэди и Дж. Пирса появляются методы электромеханической, а затем пьезокварцевой стабилизации. Позже появляется стабилизация с помощью автоподстройки частоты.
Самым первым способом стабилизации частоты было отделение автогенератора от антенны и усилителя мощности с помощью буферного каскада, работающего в режиме малого усиления без сеточных токов. И в настоящее время буферный каскад является неотъемлемой частью передатчиков. Одновременно продолжались работы по изучению влияния дестабилизирующих факторов на частоту генератора: параметров колебательного контура из-за изменения температуры, влажности и давления, параметров ламп из-за нестабильности питающих напряжений и нагрузки автогенератора. Опыт ранних работ в этой области обобщен на русском языке в монографии М. С. Неймана [78].
Требования к стабильности частоты с течением времени становились все строже. В жизнь вводились регламентированные нормы, которые устанавливались в различных странах. В 1926 г. было принято, что отклонение от номинала несущей частоты средневолновых радиостанций не должно превышать 50 Гц. На Международной конференции в Гааге в 1929 г. было принято, что стабильность частоты стационарных радиостанций для волн длиннее 545 м должна быть в пределах ±0,1 %, для волн в диапазоне 545—200 м было принято абсолютное значение стабильности 300 Гц, а для более коротких волн ±0,05 %.
Наиболее заметным дестабилизирующим фактором было влияние температуры на изменение параметров колебательного контура и режима лампы. Для уменьшения этого влияния принимались специальные конструктивные приемы, детали выполнялись на диэлектриках с малым коэффициентом расширения. Принимались особые меры и для получения высокой добротности колебательных контуров. Для этого стремились использовать провода с малым сопротивлением, применялись серебрение и золочение катушек индуктивности. В качестве диэлектриков катушек и конденсаторов употребляли материалы с малыми электрическими потерями.
В конце 20-х годов зарождаются методы температурной компенсации. Одним из первых таких методов было известное в радиолюбительской практике предложение японского инженера Кузунозе. В ходе исследований он убедился, что трехточечные схемы Хартлея и Колпитца имеют температурный уход частоты противоположного знака. Он совместил эти схемы в одну таким образом, что емкостная и индуктивная ветви контура соединялись резистором, к середине которого присоединялся катод лампы. Он получил схему автогенератора, устойчивую по частоте в определенном диапазоне температур. Другое решение, возникшее в конце 30-х годов, заключалось в том, чтобы для контурных конденсаторов использовать диэлектрики с отрицательным температурным коэффициентом. При увеличении темпера¬
183


туры индуктивность увеличивается, а емкость контура с таким диэлектриком уменьшается, чем достигается температурная стабильность частоты.
К ранним способам стабилизации частоты автогенераторов относится применение специальных источников электропитания, в которых сначала использовались феррорезонансные авторегуляторы переменного напряжения, а позже стали употребляться стабилизирующие схемы на постоянном токе в выпрямителях с газоразрядными лампами. Стабилизированные источники питания позволяли свести к минимуму влияние изменения напряжений питания на частоту автогенераторов.
Качественное изменение в решении проблемы стабилизации частоты произошло после использования в автогенераторах электромеханических систем, в том числе основанных на явлении пьезоэлектричества и магнито- стрикции. Явление пьезоэлектричества было обнаружено и изучено в 1880— 1881 гг. известными французскими физиками Пьером и Поль-Жаком Кюри. Более 40 лет пьезоэлектричество не находило практического применения, оставаясь достоянием физических лабораторий. Лишь во время первой мировой войны французский ученый Поль Ланжевен применил это явление для генерирования кварцевой пластинкой ультразвуковых колебаний в воде для целей подводной локации («эхо-лот»). После этого изучением пьезоэлектрических свойств кварца и некоторых других кристаллов и их практическими приложениями заинтересовался ряд физиков. Среди многих их работ было несколько, весьма важных для радиотехнических применений. Так, например, в 1915 г. С. Баттерворс показал, что кварцевая пластинка как одномерная механическая система, получающая возбуждение вследствие взаимодействия между электрическим полем и электрическими зарядами, может быть представлена как эквивалентная электрическая схема из последовательно включенных емкости, индуктивности и резистора. Представив кварцевую пластинку как колебательный контур, Баттерворс впервые предложил эквивалентную схему кварцевого резонатора, которая легла в основу всех дальнейших теоретических работ по кварцевым резонаторам.
Развитием работ Баттерворса явились исследования ван Дайка и Дайя, которым в 1925—1928 гг. удалось теоретически связать диэлектрические и упругостные (механические) параметры кварцевой пластины с электрическими параметрами ее эквивалентной схемы [364, 205]. Эти работы позволили, исходя из нужных для функционирования генератора электрических параметров кварца, производить определение геометрических размеров кварцевой пластины, т. е. вести расчет кварцевых резонаторов. В 1927 г. Л. Эспеншид, анализируя эквивалентную схему кварца, показал, как сочетать кварцевые резонаторы и L-, С-, ^-элементы электрических цепей, чтобы строить полосовые фильтры, имеющие частотную характеристику с очень крутыми краями [211]. Его теоретические работы легли в основу техники многократной телефонии по проводам в системах уплотнения.
Еще в 1918 г. У. Кэди впервые наблюдал свойства кварцевого резонатора как стабилизатора частоты лампового генератора. Описание этого явления он опубликовал в 1921 г. В 1923 г. он предложил автогенератор, в котором использовались две одинаковые кварцевые пластинки, включенные одна между сеткой и катодом, а другая между анодом и катодом лампы [178, 179]. Кэди удалось получить устойчивые колебания, не зависимые от изменения напряжений источника питания и температуры, определяемые только размерами кварцевой пластинки (рис. 51). Кэди предложил еще одну схему кварцевого генератора в виде трехкаскадного усилителя с положительной
184


Рис. 51. Первые схемы кварцевой стабилизации
а и б — Кэди (1923 г.); в — Пирса (1923 г.); г — Кросслея
(1925 г.)
обратной связью через кварцевый фильтр. Точность поддержания частоты определялась полосой пропускания этого фильтра [180]. Надо отметить, что У. Кэди стал крупным специалистом в области пьезоэлектричества. Ему принадлежит ряд книг в этой области, в том числе хорошо известная монография, изданная в нашей стране в 1949 г. [66].
В 1923 г. Дж. Пирс предложил и описал схему лампового генератора, в котором стабилизация осуществлялась кварцевой пластиной, включенной между анодом и сеткой [308]. Пирс исследовал эту схему и выявил, что устойчивость ее работы зависит от характера реактивного сопротивления колебательного контура генератора. При индуктивной его расстройке стабильность частоты получалась наибольшей. В 1924 г. Пирс взял патенты на эту схему и на схему лампового генератора, в котором кварц был включен в сеточную цепь. Однако в отличие от первой схемы патент на вторую схему был опубликован и стал известен в радиотехнике лишь в 1931 г. Между тем в 1925 г. схему с кварцем в сеточной цепи запатентовал также А. Крос- слей [197]. Ее описание появилось в 1927 г. Вторая схема Пирса и схема Кросслея эквивалентны схеме Кюна. На полгода позже Кросслея такую же схему запатентовал и американский инженер Дж. Миллер [293]. Статья Миллера с описанием его схемы была опубликована в 1930 г. Схемы Кросслея и вторая схема Пирса почти совершенно идентичны и мало отличаются также от схемы Миллера. Однако вторая схема Пирса и схема Миллера стали известны в широких радиотехнических кругах позже схемы Кросслея. И хотя иногда в радиотехнической литературе раннего периода можно встретить упоминание о «первой» и «второй» схемах Пирса, чаще «вторую» схему Пирса называют «схемой Кросслея», несмотря на патентный приоритет «второй» схемы Пирса.
Как было обнаружено Пирсом, кварцевый генератор хорошо работал, если нагрузкой лампы служил резистор или дроссель, и в радиолюбительской практике распространено было много схем с активной или дроссельной нагрузкой лампы и кварцем в сеточной цепи.
Использование расстроенного контура или дросселя в качестве нагрузки лампы в схемах Пирса и Кросслея сильно влияло на стабильность частоты при ее перестройке в диапазонных генераторах. Этот недостаток несколько ограничил применение схем Пирса и Кросслея.
185


Конец 20-х—начало 30-х годов характеризуется бурным развитием работ по кварцу и его применениям в радиотехнике и электросвязи. Появляются пластины кварцевых срезов, различно ориентированные относительно осей кристалла. Они обладали отличными электрическими свойствами, различной зависимостью параметров от температуры [285, 286].
Работы с кварцевыми генераторами стимулировали применение определенных элементов электроавтоматики в радиотехнических устройствах, и в том числе автоматических термостатов для помещения в них колебательных элементов возбудителя или всего возбудителя. Термостаты с автоматическим поддержанием температуры в дальнейшем широко вошли в радиотехнический обиход.
Работы по стабилизованным кварцевым автогенераторам составили в радиопередающей технике в дальнейшем очень плодотворное направление вплоть до второй мировой войны. Не останавливаясь на них подробно, отметим лишь наиболее распространенные в коротковолновой радиотехнике схемы автогенераторов на тетродах с кварцем между управляющей и экранной сетками. Это схемы Б. К. Шембеля, Доу, более ранняя схема «три-тет» и др. [58, 59, 133, 200].
Для стабилизации частоты ламповых генераторов, кроме пьезоэлектричества, использовались и другие явления. Так, например, по-видимому, наиболее ранним способом стабилизации частоты в генераторе на электронной лампе был механический, в частности с помощью механического камертона [134]. Принцип действия камертонного генератора заключался в том, что переменный анодный ток лампы генератора звуковой частоты посредством особой катушки вызывал дрожание камертона, имеющего резонанс на такой же частоте. Движение ножек камертона наводило ЭДС в катушке генератора, включенной в сеточную цепь лампы. Таким образом в лампе поддерживались незатухающие колебания, стабильность частоты которых определялась большой добротностью механической колебательной системы — камертона. Камертонные генераторы, работающие в диапазоне звуковых частот, были широко распространены в технике акустических измерений. Для увеличения частотной стабильности вилка камертона изготовлялась из металлов и сплавов с низким температурным коэффициентом. Камертонные генераторы имели частотную стабильность порядка 10-5. В радиотехнике автогенераторы с камертонной стабилизацией нашли применение с последующим умножением частоты.
Принцип работы генератора с электромеханической обратной связью нашел практическое воплощение в электронных часах-будильниках [92].
Наряду с явлением пьезоэлектричества для стабилизации частоты использовалась и магнитострикция. Это явление было открыто Дж. Джоулем в 1842 г. Практическое применение его относится к концу 20-х годов. Первые работы по радиотехническим применениям магнитострикционной стабилизации были сделаны Пирсом в 1928 г. Кроме него, в этой области работали К- Блекк, Дж. Винсент, Э. Ланге, Дж. Майерс, советские инженеры Е. Капилович, Л. Фрейман. Последнему принадлежит работа по теоретическому исследованию генератора с магнитострикционной стабилизацией [124, с. 419].
186


ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ
ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАДИОТЕЛЕФОНИИ И РАДИОВЕЩАНИЯ В РАННЕЙ РАДИОТЕХНИКЕ
ТЕХНИЧЕСКИЕ И СОЦИАЛЬНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ
РАДИОТЕЛЕФОНИИ И РАДИОВЕЩАНИЯ
Первые опыты по передаче звуков (человеческой речи и музыки) были проведены во второй половине XIX в. еще в рамках техники проводной связи. После того как были изобретены микрофоны (Юз, 1878 г.) и телефон (Ф. Рейс, 1860 г.), возникла проводная телефония, которая довольно быстро вошла в жизнь человечества и сначала завоевала города, а затем стала средством дальней междугородной связи, подобно ранее развившейся телеграфии. Появление проводной телефонии относится к 70-м годам XIX в. В ее развитии видную роль играли зарубежные изобретатели Белл, Грей, Рейс, Юз, Эдисон и русские исследователи Голубицкий, Михальский, Охо- рович, Вреден и др. Вскоре после того как телефон завоевал прочное место как удобное и надежное средство передачи речевой информации, было обращено внимание на возможность его использования для прослушивания передач одновременно несколькими людьми. Были сконструированы телефонные головки, отличающиеся большой громкостью звучания и позволявшие получать громкоговорящую передачу. Это диктовалось, кроме того, необходимостью иметь надежную телефонную связь для применения в условиях высоких шумов и помех, например на транспорте, в военной технике и пр.
Одним из первых провел опыты громкоговорящей передачи с помощью телефона специальной конструкции Ю. Охорович. В 1881 г. он организовал прослушивание оперы, шедшей на сцене Парижского Оперного театра, в расположенном неподалеку помещении (театральном магазине) для аудитории, состоящей из нескольких десятков человек. Микрофон был установлен в суфлерской будке на сцене театра, четыре телефона в магазине. Микрофон и телефоны были связаны двухпроводной линией [86]. Этот опыт был повторен им во время работы Всемирной электротехнической выставки в Париже в 1881 г., а в 1882 г. в России на Петербургской электротехнической выставке.Ю. Охорович разработал несколько конструкций громкоговорящих телефонов [87].
Впоследствии интерес к проводной громкоговорящей телефонии несколько уменьшился, а вскоре и вовсе исчез, так как появились новые изобретения для громкоговорящего воспроизведения звуков — фонографы (1877 г.), а затем граммофоны, патефоны и т. п. Передача по проводам звуковых программ возродилась значительно позже — в 20-х годах XX в.
Новые возможности в создании средств для передачи речи и музыки открылись после изобретения радио. Как мы уже знаем, в доламповой радиотехнике наибольшие успехи в осуществлении радиотелефонных передач были достигнуты в период использования дуговых генераторов. С 1906 г. передачей музыки и речи посредством дугового передатчика стал заниматься в США де Форест. Получив весьма удовлетворительное качество передачи радиотелефонных сигналов, в 1908 г. он основал радиотелефонную компанию. Де Форест экспериментировал и в Париже, использовав для антенны своего передатчика Эйфелеву башню. Передачи были хорошо слышны даже на большом расстоянии, например в Лионе. В Германии радио¬
187


телефонными опытами занимался А. Слаби. Большинство этих работ носило военный характер, особенно в Германии и США. В США радиотелефония применялась на кораблях Тихоокеанского флота, где были установлены дуговые радиотелефонные передатчики системы де Фореста.
В России опыты по радиотелефонированию с дуговыми передатчиками проводил С. М. Айзенштейн. С помощью немецкой фирмы «Телефункен» и французской «Всеобщей компании радиотелеграфа» он испытал радиотелефон на русском флоте в 1908 и в 1913 г., однако результаты были неудачными и от радиотелефона здесь отказались.
Машины высокой частоты были менее приспособлены для радиотелефонирования, но и с их помощью проводились эксперименты. В 1906 г. Р. Фессенден в США передал с помощью электромашинного передатчика радиотелефонные сигналы на расстояние 20 км, а через год увеличил дальность до 300 км. В России с помощью машин высокой частоты конструкции В. П. Вологдина в 1913 г. была осуществлена радиотелефонная связь между Главным адмиралтейством в Петербурге и Гребным портом (расстояние около 5 км).
Надо сказать, что социальная роль радиотелефонии сразу же была высоко оценена человеческим обществом, уже освоившим проводной телефон. Радиоволны давали возможность донести телефонную связь до тех мест, куда проводные линии протянуть было невозможно.
Появление электронной лампы открыло новые, весьма широкие горизонты для техники радиотелефонирования, так как лампа была свободна от многих недостатков, которые в дуговых или электромашинных радиостанциях ограничивали или затрудняли использование радиотелефонной модуляции. С появлением первых ламповых генераторов во всем мире широко развернулись работы по радиотелефонии. После окончания первой мировой войны появились стимулы для применения радиотелефона в более широких масштабах, продиктованные социально-экономическими факторами, так как большое количество аппаратуры, заготовленной для военных нужд, требовало сбыта. Радиофирмы сразу же занялись этим.
Кроме того, с окончанием войны высвободились многие квалифицированные радиоспециалисты, которым необходимо было найти работу, применение своим знаниям. Эта последняя причина привела-к возникновению весьма своеобразного явления — радиолюбительству, которое представляло собой увлечение проблемами радиотехники многих людей, не занятых этим на своей основной работе. Они посвящали свой досуг радиотехническим вопросам, и прежде всего построению индивидуальных «радиоприемных станций», как в то время называли радиоприемники. Такие радиоприемники, производство которых стало очень быстро увеличиваться, делали с единственной целью — слушать радиопередачи государственных радиостанций. Естественно, большинство населения не знало телеграфную азбуку, слушало только радиотелефонные передачи, поэтому предприниматели стали развивать технику радиотелефона, строить специально для этих целей радиостанции [39].
С увеличением количества радиотелефонных передатчиков росло и число радиотелефонных программ информационного и развлекательного назначения. Уже в начале 20-х годов радиотелефонирование для населения стало называться в США Broadcasting, (по-немецки — «Rundfunk»). По-русски этот термин сначала был переведен как «широковещание»,
188


несколько позже (в середине 20-х годов) заменен на «радиовещание» — слово, сохранившееся и поныне.
Очень быстро была осознана чрезвычайно эффективная пропагандистская роль радиотелефона наряду с прессой. Так, в США всячески поощрялось радиолюбительство как действенный фактор в претворении в жизнь государственных целей. В Германии же радиолюбительство и увлечение приемом радиотелефонных программ расценивали как «американскую болезнь» и весьма страшились распространения среди населения большого количества приемников.
В России еще в период первой мировой войны многие ученые и инженеры занимались радиотелефонной техникой. После Великой Октябрьской социалистической революции была организована Нижегородская радиолаборатория — первое научно-исследовательское радиотехническое учреждение, где были разработаны основы техники создания радиотелефонных передатчиков.
Узнав о работах НРЛ по радиотелефонированию и о первых экспериментальных удачах в этой области, В. И. Ленин положительно оценил новые радиосредства с их широкими возможностями. Особенно большую роль он отводил радиотелефонии как средству передачи речевой информации. Это было особенно важно, поскольку традиционные радиопередачи телеграфной азбукой требовали для расшифровки специальных кадров радиотелеграфистов. Кроме того, нужно было учитывать, что население страны в своей значительной части было неграмотным. Уже в 1920 г. В. И. Ленин оценил радиотелефонные передачи как «газету без бумаги и ,,без расстояний“ , а работы по радиотелефонированию назвал «великим делом» *.
В 1920 г. Совет рабоче-крестьянской обороны принимает Декрет о строительстве центральной радиотелефонной станции радиусом действия 2000 верст **. Эта радиостанция была построена в Москве и получила название «имени Коминтерна». Мощность радиотелефонной станции составляла 12 кВт, длина волны 3200 м. 17 сентября 1922 г. состоялась первая передача через эту станцию — концерт. Передачи были хорошо слышны во многих далеких от Москвы городах нашей страны. А 7 ноября 1922 г. радиостанция передавала праздничные информационные и музыкальные программы, которые прослушивались в Москве и ряде других городов через громкоговорящие приемно-усилительные установки системы А. Т. Углова («громкоговорители»), устанавливаемые на площадях, где собирались массы народа. Этот факт следует считать началом проводных радиотрансляций. С августа 1924 г. станция имени Коминтерна стала передавать программы по твердому расписанию, которое объявлялось в печати заранее.
РАННИЕ МЕТОДЫ МОДУЛЯЦИИ ЛАМПОВЫХ ПЕРЕДАТЧИКОВ
Одними из важнейших технических проблем, которые встали при создании радиотелефонии и радиовещания, были изучение методов модуляции, разработка конкретных приемов практического осуществления «управления» высокочастотными колебаниями. Прогресс в этой области обеспечивался трудами ученых и инженеров многих стран и носил выраженный интер-
* Ленин В. И. Поли. собр. соч., т. 52, с. 54.
** ЦГАНХ СССР, ф. 3527, оп. 9, ед. хр. 219, л. 131.
189


а — поглощением; б — схема Раунда (1914 г.); в — расстройкой
национальный характер. Вклад русских и советских радиотехников в эту область был весьма заметным.
До появления ламповых генераторов использовалось несколько электротехнических принципов управления колебаниями в дуговых и машинных радиостанциях — поглощение энергии, расстройка колебательного контура. Эти же принципы использовались и после изобретения генератора на триоде в ламповой технике (рис. 52). Модуляция микрофоном в антенной цепи (поглощением) позволяла получать наиболее простые технические решения задачи управления колебаниями в ламповых генераторах. Так, в частности, А. Мейсснер в своем ламповом передатчике на лампе Либена в 1913 г. сделал успешную попытку передачи радиотелефонных сигналов, именно включив микрофон в антенну. Поглощение высокочастотной энергии микрофоном (имевшим различное сопротивление в зависимости от силы звука) приводило к амплитудной модуляции колебаний, излучаемых антенной. В начальный период развития радиотехники по такому методу работали многие маломощные ламповые передатчики.
190


Для обозначения управления высокочастотными колебаниями в ранней радиотехнике поначалу использовался термин «манипуляция», который возник в радиотелеграфный период. Термин «модуляция» для обозначения управления высокочастотными токами передатчиков с целью радиотелефонии возник приблизительно в 1907—1910 гг. Во всяком случае, в статье Фессендена 1908 г. этот термин уже употреблялся [216]. В 1910 г. этим термином воспользовался и Пирс. В дальнейшем слово «модуляция» вытесняет на некоторое время термин «манипуляция» и прочно входит в обиход радиотехники. Позже слово «манипуляция» вновь завоевывает право гражданства, но уже исключительно в радиотелеграфии.
Развитием принципа амплитудной модуляции поглощением было использование в антенной цепи уже не микрофона, а специальной «модуляторной» лампы. Управляющий радиотелефонный сигнал, поданный на сетку модуляторной лампы, изменял ее внутреннее сопротивление и тем самым изменялось поглощение высокочастотной энергии в этой лампе. Поэтому лампа, включенная в антенну, производила модуляцию. В этом способе модуляции было использовано свойство, присущее только электронной лампе, — управление ее током путем подачи на сетку переменного напряжения.
Другим способом модуляции ламповых передатчиков раннего периода было применение переменной связи между каскадами передатчика, состоящего из автогенератора и усилителя. Изменение связи достигалось расстройкой контура связи, в котором был помещен микрофон. Сопротивление микрофона вносило в контур переменное затухание, и связь между каскадами изменялась, приводя к изменению выходного сигнала усилителя. Модуляция расстройкой контура связи с микрофоном в нем также по своему принципу была модуляцией поглощением. Она была предложена в 1914 г. Раундом и позволяла получать более глубокую модуляцию, чем в схемах с микрофоном (или модуляторной лампой) в антенной цепи. Способ просуществовал довольно долго, так как для расстройки контура требовались небольшие управляющие мощности и потери энергии в контуре связи не играли роли. Этот способ модуляции применялся в ламповых передатчиках, достаточно мощных для ранней радиотехники (порядка сотни ватт).
Кроме расстройки промежуточного контура внесением в него активных потерь, находили применение схемы с расстройкой контура связи путем изменения его реактивного сопротивления. Для этого, как правило, использовался контур с железным сердечником. Изменение намагничивания сердечника производилось посредством изменения тока в катушке контура с помощью микрофонного усилителя. В результате изменялась индуктивность контура и происходила его расстройка. Схема с магнитным контуром связи была предложена в СССР в 1925 г. Р. В. Львовичем. Одна из разновидностей метода расстройки контура связи путем изменения активного сопротивления контура была воплощена в передатчике А. Т. Углова (СССР, 1922 г.). Передатчик представлял собой трехкаскадный усилитель, в котором контур связи был включен между первой лампой и выходным контуром третьей. Изменение сопротивления микрофона меняло регенеративную обратную связь, и высокочастотные колебания, возникавшие в усилителе, модулировались, т. е. усилитель работал в режиме автогенератора.
В ранней радиотехнике описанные методы амплитудной модуляции применялись весьма недолго и не получили широкого распространения. Однако
191


спустя более чем три десятилетия при зарождении телевидения интерес к ним возник вновь, так как радиотехника получила новые ферромагнитные материалы (ферриты, высококоэрцетивные сплавы), сегнетоэлектрики и т. п. и стало возможным достигать глубокой модуляции частотами до 107 Гц с хорошей линейностью и высоким КПД (до 60 %). Это было вполне сравнимо с параметрами таких типов модуляции, как сеточная.
Новые особенности электронной лампы по сравнению с возможностями доламповой радиотехники позволили реализовать и новые методы управления высокочастотными колебаниями. И хотя методы модуляции поглощением и расстройкой несомненно способствовали становлению радиотелефонии, вскоре они были заменены другими, присущими только ламповой технике.
СЕТОЧНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
Исторически первыми стали применяться методы управления электронной лампой, вошедшие в радиотехнику под термином «сеточная модуляция» (рис. 53). Одна из первых схем сеточной модуляции лампового усилителя высокой частоты была предложена в 1915 г. в США Вандербейлем и применена на ламповом передатчике в Арлингтоне. Принцип действия схемы Вандербейля состоял в том, что на сетку усилителя через последовательно соединенные вторичные обмотки трансформаторов поступали сигнал высокой частоты и сигнал модулирующей звуковой частоты. Как отмечал в патенте изобретатель, благодаря тому что в начале сеточно-анодной характеристики лампы всегда есть нелинейный участок, происходило изменение коэффициента усиления лампы соответственно сигналу модуляции и выходной высокочастотный ток изменялся также по закону модуляции. При этом высокочастотный сигнал должен был иметь величину много меньшую, чем модулирующий сигнал [363]. В эти же годы были сделаны попытки осуществить сеточную модуляцию путем изменения модулирующим сигналом крутизны характеристики лампы автогенераторного каскада (например, в схеме Колпитца).
Основной причиной распространения схем сеточной модуляции в ранней радиотехнике было, конечно, то, что для управления модуляторной лампой по сетке требовался весьма маломощный сигнал. Однако применение сеточной модуляции в автогенераторных каскадах, как правило, вызывало искажение как по амплитуде, так и по частоте (паразитная частотная модуляция). Модуляционная характеристика лампового автогенератора (т. е. зависимость анодного тока лампы от напряжения модуляционного сигнала на сетке) имела лишь очень небольшой линейный участок и то при слабой обратной положительной связи. Увеличение обратной связи вызывало в характеристике изломы и даже разрывы, и в автогенераторе появлялись сильные искажения анодного тока. Поэтому при использовании однокаскадных передатчиков сеточная модуляция довольно быстро стала заменяться анодной, т. е. управлением анодного тока автогенератора путем изменения анодного напряжения лампы в соответствии с сигналом модуляции. Такие методы управления высокочастотными колебаниями обеспечивали более устойчивую работу автогенератора и меньшие амплитудные и частотные искажения. Использовались весьма простые схемы модуляции анодного напряжения автогенератора, например уже упомянутый метод поглощения
192


энергии в модуляторной лампе и создание на специальном дросселе падения напряжения соответственно модуляционному сигналу.
Между тем во всех передатчиках с усилителем мощности, включенным после автогенератора, повсеместное распространение получила сеточная модуляция. Самую раннюю и вместе с тем получившую наибольшее распространение схему сеточной модуляции предложил в 1921 г. В. Шеффер [329] — так называемую «схему модуляции изменением смещения усилительного каскада». В схеме Шеффера в сеточную цепь лампы вместо гридлика включалась модуляторная лампа с микрофоном в сеточной цепи. Ее внутреннее сопротивление изменялось соответственно модуляционному сигналу. Тем самым усилительный каскад получал изменяющееся по закону модуляции напряжение смещения на сетку и его коэффициент усиления менялся — в анодном токе возникала модуляция высокочастотного сигнала.
Это напряжение смещения изменялось в пределах от нуля до некоторой величины, определяющей нулевое значение сеточного тока генераторной (усилительной) лампы. При таких изменениях сеточного смещения анодный ток генератора не падал до нуля, поэтому получить очень глубокую модуляцию было невозможно. В лампах некоторых типов из-за динатронных явлений сеточный ток не удавалось свести к нулю даже при больших смещениях, и предельная глубина модуляции в этом случае была еще меньше. По этой причине в конце 20-х годов в схему Шеффера стали включать в сеточную цепь предохранительный диод, который позволял не только устранить влияние динатронных явлений, но и довести глубину модуляции почти до 100 %. Гаситель динатронных явлений в схеме Шеффера был предложен С. А. Зусмановским (СССР). Позже этот метод был использован в работах немецкой фирмы «Телефункен».
Схема Шеффера имела одну особенность, затруднявшую ее практическое выполнение: модуляционный триод присоединялся катодом к сетке генераторной лампы, поэтому требовалась тщательная изоляция цепей накала и катода модулятора. Столь же хорошей изоляции требовал и источник сеточного смещения модуляторной лампы. Так как в мощных лампах смещение было довольно большим, задача еще более усложнялась. В лампах с подогревным катодом при питании накала переменным током возникали сложности устранения наводок.
Схема Шеффера, несмотря на некоторые ее недостатки, долгое время была единственной, которая могла обеспечить сравнительно высокие параметры модуляции при существовавших тогда типах ламп. Она применялась на большинстве европейских радиотелефонных станций.
В русле дальнейшего развития идеи сеточной модуляции была предложенная Н. И. Огановым (СССР) так называемая «схема воздействия на гридлик». Принцип действия этого модулятора заключался в том, что управляющее напряжение на сетке генераторной лампы образовывалось за счет анодного тока модуляторной лампы, нагрузкой которой был гридлик генераторного каскада. Анод модуляторной лампы питался высокочастотным напряжением от колебательного контура автогенератора. При подаче звукового сигнала на сетку модуляторной лампы падение напряжения на гридлике также изменялось и происходила модуляция анодного тока генераторной лампы.
Характерное отличие схемы Оганова от схемы Шеффера состояло в том, что первая имела обратную модуляционную характеристику, т. е. колеба-
13 Заказ 196
193


тельный ток в генераторе возрастал при увеличении смещения на сетке модуляторной лампы. Однако эта схема не требовала изолированного источника накала модулятора и нить лампы могла питаться от того же источника, что и генераторный триод. Схема Оганова требовала модуляторных ламп с большой эмиссией, так как смещение на гридлике получалось не только за счет анодного тока модулятора, но и за счет сеточного тока генераторной лампы. А поскольку эти токи были противонаправлены, то при больших токах сетки генератора анодный ток модулятора также должен был быть большим. Кроме того, схема лучше работала с генераторными лампами, имевшими малые сеточные токи. Это накладывало дополнительные ограничения на выбор ламп для схемы Оганова. В то же время мощные модуляторные лампы, необходимые для схемы Оганова с большим током эмиссии и большим рассеянием на аноде, использовались неполно, в них анодный ток имел вид импульсов небольшой продолжительности.
Учитывая эти особенности, Оганов разработал упрощенный вариант модулятора. Условия работы модуляторной лампы были несколько облегчены, но требовался отдельный источник питания анода модулятора. Первый вариант схемы получил большее распространение на европейских радиостанциях, а в СССР в 1929 г. была сооружена средневолновая радиовещательная станция имени ВЦСПС с модулятором по схеме Оганова.
Из схем сеточной модуляции 20-х годов отметим схему с модуляционным трансформатором. Модулятор работал как усилительный трансформаторный каскад звуковой частоты. Нагрузкой модуляционного трансформатора служила сеточная цепь генераторной лампы (усилителя мощности). Трансформаторная схема сеточной модуляции известна почти с первых лет ламповой радиотехники, трансформаторы использовались для подачи сигнала микрофона в сеточную цепь генератора. С ростом мощности передатчиков управлять большими сеточными токами генераторных ламп непосредственно от микрофона через трансформатор стало невозможно и для этой цели стали применять отдельные усилители звуковой частоты — так появились ламповые трансформаторные схемы сеточной модуляции. Для получения неискаженной широкополосной модуляции в этой схеме к модуляционному трансформатору предъявлялись довольно жесткие требования. Он должен был работать линейно во всем диапазоне амплитуд и частот модуляции. Обычно применялись дополнительные меры амплитудно-частотной коррекции.
В 1928 г. А. Л. Минцем (СССР) была разработана для мощных радиопередатчиков схема сеточной модуляции, в которой модуляционный сигнал получался на анодном нагрузочном сопротивлении модуляторной лампы и затем подавался на сетку усилителя мощности передатчика. Эта схема сеточной модуляции («схема Минца») применялась на многих мощных радиостанциях Советского Союза, в том числе на 500-киловатной радиовещательной станции имени Коминтерна (1933 г.). Модификации этой схемы нашли применение в УКВ-передатчиках для телевидения. В схеме Минца сопротивление нагрузки модулятора является сопротивлением утечки

Рис. 53. Схемы сеточной модуляции
а—Вандербиля (1915 г.); б — Колпитца (1915 г.); в — Шеффера (1921 г.); г — Оганова (1928 г.); д — трансформаторная (20-е годы); е — Минца (1928 г.)
13*
195


сетки усилительного генераторного каскада. Оно выбирается так, чтобы сеточные токи генератора создавали на нем постоянное смещение, соответствующее средней точке модуляционной характеристики. Иногда это сопротивление заменялось низкочастотным дросселем. Величина нагрузочного сопротивления модулятора выбиралась, исходя из характеристики модуляторной лампы и ее режима. В этой схеме модуляторная лампа должна иметь достаточную мощность для управления большими сеточными токами усилительной лампы генератора.
Схемы сеточной модуляции применялись почти до середины 30-х годов, а затем были вытеснены схемами анодной модуляции.
АНОДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
Первым предложил схемы анодной модуляции американский инженер Р. Хейзинг, впоследствии много сделавший для развития радиотехники и электроники. Он разработал два способа анодной модуляции: с неизменяемым напряжением (или схема с последовательно включенными лампами) и с неизменяемым током (или схема с параллельно включенными лампами (рис. 54). Оба способа нашли весьма широкое применение в радиотехнической практике.
В 1914 г. Хейзинг запатентовал первую («последовательную») схему [246]. В ней модуляторная лампа работает в режиме усиления, а ее нагрузкой служит генераторный каскад, включенный последовательно с модуляторным. При подаче на сетку модулятора звукового управляющего сигнала изменяется анодный ток, и при постоянном напряжении питания напряжение перераспределяется между лампами модулятора и генератора. В результате на аноде генераторной лампы напряжение изменяется соответственно сигналу модуляции. В режиме несущей частоты напряжение делится поровну между двумя лампами. Независимо от Хейзинга такую же схему анодной модуляции разработал в 1919 г. М. А. Бонч-Бруевич [20].
В 1917 г. Р. Хейзинг предложил вторую («параллельную») схему модуляции для радиотелефонной связи между самолетами. Она была описана в 1919 г. для применения в автогенераторе. Подробное исследование этой схемы Хейзинг предпринял в 1920 г. [195]. Ее принцип действия таков. При подаче на сетку модулятора управляющего сигнала напряжение на аноде лампы, нагрузкой которой служит дроссель с железом (имеющий большую индуктивность), изменяется по тому же закону, но в противофазе. Тем самым изменяется и анодное напряжение генераторной лампы. В результате ток • генератора модулируется по амплитуде. Анодное напряжение генератора изменяется вокруг некоторой средней величины, равной напряжению источника питания. На пиках оно может удваиваться, а на паузах — падать до минимального, равного напряжению на аноде модулятора. В случае 100 %-ной модуляции оно изменяется от нуля до удвоенного значения напряжения источника питания. Принципиально эта схема позволяет получать полную модуляцию сигнала, однако для этого нужна достаточно мощная модуляторная лампа. Анод модулятора должен выдерживать заведомо большую мощность, чем потребляет генератор в режиме несущей частоты. Из-за больших потерь на аноде во время молчания номинальная мощность модуляторной лампы должна быть существенно больше мощности генератора. Эта особенность составляет заметный недостаток параллельной
196


а — схема Хейзинга с «неизменяемым током» (1914 г.); б — трансформаторная схема (20-е годы); в — схема Хейзинга с «неизменяемым напряжением» (1917 г.)
схемы Хейзинга. Суммарная мощность генераторной и модуляторной ламп в этой схеме получается значительно больше, чем в схеме сеточной модуляции.
Развитием параллельной схемы Хейзинга является схема с трансформатором. И хотя она принципиально не отличается от параллельной схемы, но конструктивно удобнее, так как подбором трансформатора позволяет получать нужное модулирующее напряжение в анодной цепи генераторной лампы. Благодаря противонаправленности постоянных составляющих токов в первичной и вторичной обмотках трансформатора конструирование его магнитной цепи облегчается.
По сравнению с параллельной схемой более ранняя последовательная схема Хейзинга имеет некоторые преимущества. Здесь не нужен модуляционный дроссель, что иногда конструктивно удобнее, токи питания меньше. При возникновении высокочастотного пробоя в генераторной лампе ниже опасность аварии передатчика, так как лампы включены последовательно. Схема более устойчива в работе и способна давать неискаженную 100 %- ную модуляцию. Однако здесь напряжение источника должно вдвое превышать таковое в параллельной схеме. В передатчиках большой мощности это обстоятельство весьма существенно, поскольку абсолютные величины анодных напряжений ламп велики. Кроме того, источник накала лампы генератора нуждается в дополнительной изоляции от земли.
Схемы Хейзинга получили широкое применение в европейских и американских передатчиках 20—30-х годов. Многие советские радиостанции
197


в первые годы радиовещания имели анодную модуляцию (например, имени Коминтерна, Сокольническая, «Малый Коминтерн» и др.). Модуляционные характеристики передатчиков при анодной модуляции более линейны, работа их устойчивее сеточных. Но для неискаженной передачи автогенераторы с анодной модуляцией и модуляторные каскады ставились в режим работы без сеточных токов и КПД был весьма низким (20—30 %). На мощных радиостанциях это приводило к тому, что в модуляторе (как и при сеточной модуляции) практически имелось в 3—4 раза больше ламп, чем в модулируемом каскаде передатчика.
В конце 20-х годов начинает применяться принципиально новая структура передающих радиотелефонных устройств, работающих в режиме модулированных колебаний. Передатчики, построенные по этому принципу, представляли собой усилители мощности, на вход которых подавался сигнал от автогенератора, уже промодулированный на необходимую глубину, при этом метод модуляции мог быть любым. Принцип усиления модулированных колебаний давал возможность получать от мощных ламп очень высокую отдачу при весьма малых искажениях, строить передающие станции с высоким КПД. Применение усиления модулированных колебаний предъявляло к усилителю мощности передатчика серьезные требования. Он должен был обеспечить неискаженное усиление в полосе частот от f0 + F Д° /о-Л где /о — несущая частота, F — верхняя частота модуляции. Энергетический режим усилителя модулированных колебаний напоминал усилитель мощности при сеточной модуляции: использовался линейный участок сеточной модуляционной характеристики для недонапряженного режима. Оконечный каскад передатчика при 100 %-ной модуляции рассчитывался на четырехкратную мощность относительно мощности на несущей частоте. Вследствие этого оконечный каскад имел в 4—5 раз большее число ламп, чем необходимо было для получения номинальной мощности радиостанции. А так как пиковую мощность каскад развивал кратковременно, то большая часть ламп использовалась не полностью и КПД не превышал 35 %. В мощных радиопередатчиках этот недостаток был особенно ощутим.
В этом отношении принцип усиления модулированных колебаний давал не лучшие качества, чем с анодной модуляцией по схеме Хейзинга. Отличие состояло лишь в том, что при анодной модуляции большее число ламп приходилось на модулятор, работающий на низкой частоте, а при усилении модулированных колебаний это же число ламп было перенесено в усилитель мощности и работало на высокой частоте. Это обстоятельство почти не играло роли в длинноволновых и средневолновых передатчиках, но при освоении коротких (а впоследствии и ультракоротких) волн становилось решающим, и здесь преимущественное использование получили схемы анодной модуляции, а не усиления модулированных колебаний.
При увеличении абсолютной мощности радиовещательных станций вопросы их экономичности стали играть очень большую роль. Целый этап в их развитии заняли методы повышения КПД при модуляции.
Важным шагом развития модуляции в мощных передатчиках было внедрение двухтактных схем анодной модуляции. Первое их применение относится к концу 20-х годов, но широкое использование они получили в 30-х годах. В анодном модуляторе, выполненном по двухтактной схеме, оконечный мощный каскад был двухтактным, работал в режиме с отсечкой
198


анодного тока, т. е. с максимальной отдачей. КПД составлял 70—75 %, число ламп в передатчике было меньшим по сравнению с другими схемами. Двухтактные схемы анодной модуляции с отсечкой оказались очень выгодными и широко применяются до настоящего времени.
СТАНОВЛЕНИЕ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ
МОЩНЫХ РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫХ СТАНЦИЙ
Появление радиотелефонии и превращение ее в радиовещание поставило важную техническую задачу, общую для всех развитых стран. Необходимо было строить радиотелефонные передатчики в количестве, достаточном для удовлетворения потребностей населения и такой мощности, чтобы обслуживать отдаленные районы. Кроме того, всегда требовался некоторый «запас» мощности радиовещательных станций, чтобы обеспечить достаточно хорошее отношение сигнала к помехам в местах приема при той радиовещательной аппаратуре, которая имелась на рынке и использовалась в быту. В странах с большой территорией, таких, как СССР или США, вопрос строительства радиовещательных передатчиков большой мощности с первых лет радиовещания был очень важным. Как уже отмечалось, дуговые радиостанции и передатчики с машинами высокой частоты могли быть достаточно мощными, но имели множество принципиальных и эксплуатационных недостатков, которые ограничивали их применение. Передающими устройствами, которые в наибольшей степени удовлетворяли требованиям радиовещания, стали ламповые радиостанции. При их создании требовалось решить две важные задачи: эффективную радиотелефонную модуляцию и получение мощности, необходимой для конкретных условий.
История радиовещания знает несколько принципов получения необходимой мощности в ламповых радиостанциях. Первым, когда большинство электронных ламп было весьма несовершенным, был метод параллельного соединения маломощных ламп в группу, суммарная мощность которой удовлетворяла поставленным требованиям. На начальном этапе развития радиотелефонии еще до формирования радиовещания как социально-технического явления это было единственным приемом, позволяющим получать нужные мощности. Почти все ранние радиотелефонные станции работали на параллельно соединенных лампах, иногда их количество в группе достигало нескольких десятков. В английском передатчике Регби, построенном фирмой «Маркони», было около 60 параллельно включенных маломощных ламп. Своеобразный рекорд в этом отношении побила радиотелефонная станция в Арлингтоне (США, 1919 г.), работавшая на волне 600 м. В ней в зависимости от необходимости в оконечном каскаде включалось от 300 до 550 маломощных ламп. В 20-е годы в СССР в радиовещательном передатчике экспериментального назначения, построенным А. Т. Угловым, оконечный каскад имел 70 ламп. Московская центральная радиотелефонная станция (1922 г.), положившая своей работой начало советскому радиовещанию, имела мощность 12 кВт. Эта мощность получалась параллельным соединением 12 ламп в модуляторе и стольких же в оконечном каскаде.
Параллельное соединение ламп было вынужденной мерой, так как на ранних этапах развития радиотехники еще не умели строить достаточно мощные лампы. Это расхождение между потребностями радиопередающей
199


техники и возможностями техники лампостроения является характерной чертой радиотехники почти всего лампового периода.
Параллельное включение большого количества ламп для обеспечения необходимой мощности передатчиков не могло полностью решить задачу. При большом количестве ламп увеличивалась (пропорционально их количеству) проходная емкость каскада и падала устойчивость его работы. Кроме того, эквивалентное внутреннее сопротивление такого каскада было малым. Из-за разброса параметров отдельных ламп нагрузочные токи распределялись между ними неравномерно и, чтобы избежать перегрузки, а также внутренних пробоев отдельных ламп, приходилось идти на значительное недоиспользование их по мощности и напряжению. В передатчиках с большим количеством параллельно включенных ламп резко увеличивалась вероятность аварийных выключений радиостанций, так как качество и надежность ламп в то время были невысокими. С увеличением частоты при переходе к коротким волнам для параллельного включения большого количества ламп требовался компактный монтаж передатчика с короткими соединительными проводами, возрастала сложность синфазного возбуждения сеточных цепей ламп, процесс замены неисправных ламп также усложнялся. Все эти факторы заставляли искать пути конструирования ламп большей мощности и иные способы построения мощных радиовещательных станций.
В 1917—1919 гг. началось применение двухтактных схем, позволявших вдвое уменьшить количество параллельно включенных в каждом плече ламп при той же мощности радиостанции. Двухтактные схемы с параллельным включением ламп были заметно лучше. В двухтактных усилителях мощности происходило подавление четных гармоник в колебательном контуре, что повышало стабильность работы каскада, снижало уровень побочных излучений. При этом облегчалось и построение модуляторных каскадов. В 20-х годах двухтактные схемы ламповых передатчиков применялись весьма широко.
К концу 20-х годов уже распространились радиовещательные передатчики длинных и средних волн мощностью более 100 кВт. Все они строились по двухтактно-параллельному принципу с использованием наиболее мощных (выпускаемых промышленностью) ламп с водяным охлаждением. В качестве примера укажем на советскую 100-киловаттную радиовещательную станцию имени ВЦСПС (1929 г.), в которой использовались триоды с водяным охлаждением Г-2000 мощностью 15 кВт каждый. В выходном каскаде было две группы по 9 таких параллельно включенных в двухтактной схеме ламп. Это была тогда самая мощная радиовещательная станция в мире.
В дальнейшем развитии мощных радиотелефонных передатчиков наблюдалось несколько принципиально отличных тенденций получения нужной мощности. Это прежде всего разработка генераторных радиоламп именно такой мощности, какая требовалась для построения конкретной радиостанции (успехи электронной техники уже в 20-х годах были достаточно ощутимы). Затем работа нескольких генераторов, имеющих предельно возможную для данного уровня техники мощность, параллельно на общую нагрузку с получением суммарной мощности этих генераторов. Идея работы нескольких генераторов на общую нагрузку возникла в начале 20-х годов. В 1922 г. немецкий инженер А. Земм запатентовал такой метод [336]. Однако вплоть
200


до начала 30-х годов это предложение не получило практического воплощения. Лишь в 30-х годах А. Л. Минц (СССР) разработал на этой основе практические методы построения радиостанций со сложением мощностей отдельных генераторных блоков в общей нагрузке. В середине 30-х годов был предложен метод «сложения мощностей в эфире» (И. X. Невяжский, СССР), когда в месте приема сигнал образуется сложением мощностей, приходящих от двух однотипных радиостанций, работающих синхронно. Наконец, после второй мировой войны стали применяться методы сложения мощностей отдельных генераторов посредством мостовых схем.
ЗАРОЖДЕНИЕ МЕТОДОВ МОДУЛЯЦИИ
ПО ЧАСТОТЕ И ФАЗЕ
До середины 30-х годов управление колебаниями при передаче сигналов осуществлялось с помощью амплитудной модуляции. Ее появление в сильной степени было обусловлено стихийными причинами: первые методы сигнализации с помощью электромагнитных волн выполнялись включением и выключением генераторов в соответствии с принятым кодом, т. е. изменением амплитуды в двух уровнях (от нулевого значения до максимального); кроме того, в ранних радиопередатчиках изменение амплитуды по плавному закону (т. е. модуляция) выполнялось технически проще. Столь же случайно появилась и частотная модуляция. В некоторых дуговых передатчиках (1900—1910 гг.) телеграфная модуляция, как уже отмечалось, производилась переключением катушек индуктивности контура и передатчик работал на двух частотах: одна излучалась при передаче сигнала, другая — в паузах.
На заре радиотехники вообще не делалось сознательного различения видов манипуляции (модуляции) на амплитудную и частотную. Лишь в 1915—1916 гг. после основополагающих работ, в которых была теоретически проанализирована структура излучаемого сигнала, стали с пониманием относится к тому, какая часть сигнала несет информацию, а какая служит для переноса его энергии.
Одной из первых таких работ была статья М. В. Шулейкина [136], в которой он указал на существование в передаваемом высокочастотном сигнале, промодулированном по амплитуде, несущей частоты и боковых полос (или боковых частот). Эта работа положила начало формированию взглядов на природу и свойства модулированного сигнала и в дальнейшем легла в основу многих открытий и исследований. И только в 1918—1919 гг. вопросами частотной модуляции занялись с целью разрешить проблему «тесноты в эфире» [237]. В поисках методов передачи информации с наименьшей полосой частот пытались использовать частотную модуляцию. В 1920—1922 гг. было проведено много работ в этом направлении, как эмпирических, так и теоретических. Частотная модуляция рассматривалась как метод, способный дать более узкий спектр частот, чем амплитудная при равных условиях (значение несущей частоты, глубина модуляции и пр.). Это заблуждение возникло в результате укоренившихся в то время представлений о сущности модуляции по частоте. Предполагалось, что при девиации частоты Асо/2 в разные моменты времени несущая частота будет периодически изменяться между крайними частотами: со0 +Асо/2 и со0—Асо/2. Отсюда делалось заключение, что излученная энергия существует на крайних частотах при общей полосе спектра в эфире Асо.
201


До середины 20-х годов не понимали, что колебание следует представлять в виде i = I0 cos [ср(0], где cp(t) —фаза колебаний, производной которой является частота (ù = dy/dt. Поэтому и считали, что при изменении частоты
по закону со = со0 ^1+^cosQ^J спектр излучения частот занимает по¬
лосу Лео.
Дальнейшие исследования постепенно опровергли эти взгляды. В 1922 г. американский ученый Дж. Карсон впервые теоретически показал, что глубокая частотная модуляция не только не может дать сужение, но, наоборот, приводит к весьма сильному расширению передаваемой полосы частот [184]. Он показал, что
Г 1 —!
i = /о COS
Г / До> \ Г Дсо П
J <*>о + -^7 cos dt = /0 cos I o)0t + -gö“ sin QH.
Если разложить это колебание в гармонический ряд, то окажется, что спектр частотной модуляции теоретически бесконечен и практически определяется не девиацией частоты Лео/2, как раньше считалось, а «индексом модуляции» Лсо/2й. Этот вывод Карсона на первый взгляд противоречил сложившимся тогда представлениям и не был воспринят большинством радиотехников. Его считали чисто математической абстракцией, тем более что любое разложение в гармонический ряд математически давало принципиально бесконечное число членов.
Но и Карсон неправильно оценил систему частотной модуляции в целом. Он не смог увидеть ее достоинства как нового помехоустойчивого метода для передачи информации, а лишь отверг как средство сужения спектра передаваемых частот. С этого времени интерес к частотной модуляции слабеет. К ней обратились вновь только в начале 30-х годов, когда было доказано, что частотная модуляция дает возможность уменьшить излучаемую мощность сравнительно с системами амплитудной модуляции при одинаковом эффекте в месте приема. Практические шаги по применению частотной модуляции в радиотехнике связаны с именем Э. Армстронга. На рис. 55 показаны первые схемы частотной модуляции.
В ранней радиотехнике зародился еще один способ модуляции, который в наши дни получил очень большое распространение. Это передача информации при амплитудной модуляции на одной боковой полосе, без несущей (ОБП). Идея однополосной радиосвязи возникла в начале первой мировой войны. М. В. Шулейкиным в 1915 г. было показано, что в токе, промодули- рованном по амплитуде на глубину т низкой частотой й, содержатся составляющие несущей частоты со0 и двух боковых частот со04-й и со0—й [136]. Как легко видеть, составляющая несущей частоты информации не несет, а переносят ее боковые полосы. При этом как верхняя, так и нижняя боковая частота несут одинаковую информацию. Ток высокой частоты изменяется по закону  ii = /о sin ü)0* (1 -j- т cos Q) =
— Iq sin û)()£ -J-
m
Y
10 sin (tü0-(-Û)i+Y sin (û)0 — Q) t.
202


Рис. 55. Первые схемы частотной модуляции
а — Армстронга (1 — возбудитель, 2 — буферный каскад, 3— усилитель несущей частоты, 4 — смеситель, 5 — умножитель, 6 — балансный модулятор, 7 — фазовращатель 90 °, 8 — усилитель боковых полос, 9 — УНЧ); б — Зейтленка и Каменского (1 — кварцевый возбудитель, 2 — амплитудный модулятор, 3 — УНЧ, 4 — смеситель, 5 — фазовращатель 90°)
Мощность в антенне с сопротивлением излучения R: т
P = ^ I^Rdt = mPI^R "g" тп?IqR -f- -g* tji^IqR =
о
^ P*ee "Ь P*.o. “I" Рц,6,
При коэффициенте модуляции m общая мощность, излученная передатчиком, распределяется между несущей и боковыми частотами:
Ръ = Р*ьс + ™^нвс + ^/4РЯес = ^нес (1 + rn?ß).
При 100 %-ной модуляции (т = \)
= ^нес + 1/*Р нес + V 4^нес-
Таким образом, 2/3 всей мощности излучается на несущей частоте и лишь Ve ее части — на каждой боковой части, т. е. огромная доля излученной энергии тратится бесполезно.
Возникла вполне естественная мысль избавиться от такой расточительности и осуществлять передачу без несущей частоты. При той же излучаемой мощности предполагалось увеличить мощность боковых полос и эффективность действия канала связи. Однако до начала 20-х годов на этом пути не было достигнуто каких-либо практических успехов, однополосная передача не была осуществлена. Главная причина была в неумении в то время выделять боковые полосы отдельно от несущей. Немалую роль, как и с частотной модуляцией, здесь сыграли сложившиеся сначала ошибочные теоретические представления.
В технической и научной литературе до середины 20-х годов велись дискуссии о том, существуют ли боковые полосы как объективная реальность, или они являются математической абстракцией, т. е. всего лишь теоретически формализованным способом рассмотрения радиосигнала. Весьма примечательно в этом плане было высказывание известного английского физика Дж. Флеминга в 1930 г.: «. . .Мы работаем только одной разрешенной нам правительством длиной волны, и мы должны иметь право менять ее амплитуду как нам угодно, а боковые частоты — сплошной вымысел досужих математиков. Откуда же появятся новые частоты, если мы меняем только амплитуду наших колебаний?» [220].
203


Такое непонимание процессов при амплитудной модуляции с современных позиций может показаться странным, поскольку в то время уже существовал хорошо освоенный в электротехнике математический аппарат гармонического представления периодических и непериодических функций, для разложения функций в ряды, для представления их с помощью интеграла Фурье. Колебательные процессы были хорошо изучены в механике и акустике. Физики уже оперировали спектральными представлениями, а Рэлей экспериментально показал, что при амплитудной модуляции звуковых колебаний в их спектре появляются боковые частоты. Таким образом, радиотехники имели возможность теоретически оценить процессы при однополосной модуляции и возможности амплитудной или частотной модуляций. Но все это на практике применено не было.
По-видимому, было две наиболее важных причины такого непонимания. Во-первых, радиотехника в то время была областью сугубо эмпирической и этот ее характер определялся как сложностью используемых явлений, так и тем, что эмпирика вполне устраивала практические запросы. Радиоприборы строили чисто экспериментальными методами, не прибегая в большинстве случаев к теоретическим приемам и даже к инженерным расчетам, если они выходили за рамки известного в электротехнике. Так и процессы при модуляции рассматривались слишком упрощенно, что и приводило к ошибочным представлениям. Поэтому не возникало предположений о том, что истинная сущность явлений может быть значительно сложнее, чем показывало их качественное описание. Вторая причина состоит в том, что в то время в радиотехнике еще очень мало использовался метод электромеханических аналогий, хотя многие из них также уже были известны и применялись в других областях техники.
Первые технические предпосылки для успехов в использовании однополосной передачи наметились к 1920—1921 гг., после того как Дж. Карсон в 1914 г. изобрел метод балансной модуляции, при котором выделялись боковые полосы и подавлялась несущая [183]. Однако попытки использовать для передачи обе боковые полосы и устранить только несущую сперва не дали хороших результатов. При приеме такого сигнала требовалось весьма точное поддержание фазы сигнала в гетеродине приемника. Эта задача оказалась технически весьма трудной. Выбег фазы гетеродина в приемнике вызывал искажения различных видов. Так, в диодном детекторе появлялись дополнительные комбинационные составляющие. В линейном преобразователе частоты амплитуда сигнала приобретала зависимость от фазы несущей.
Практика показала, что однополосная передача способна дать двухкратный выигрыш по напряжению на выходе детектора приемника по сравнению с обычной амплитудной модуляцией, а за счет уменьшения полосы пропускания в два раза получался еще выигрыш в д/27 раз, имелись еще факторы, способствующие улучшению. Общий выигрыш по напряжению при однополосной передаче получается четырехкратным, что соответствует 16-кратному выигрышу (12 дБ) по мощности.
Работы по передаче с одной боковой полосой сначала проводились в длинноволновом диапазоне. В 1923—1925 гг. между США и Англией была опробована экспериментальная линия связи на одной боковой полосе [41]. Опыты показали, что применить такую передачу для радиовещания будет весьма трудно, так как требовались приемники с особо
204


стабильными гетеродинами. Поэтому ОБП с первых же шагов развития стала средством дальней связи, а не радиовещания. К 1927 г. относится введение в эксплуатацию первой длинноволновой линии ОБП в СССР. В Советском Союзе в это время проводились теоретические и экспериментальные исследования в области однополосной передачи [62]. Они показали целесообразность применения однополосной модуляции, что было доказано практикой уже после второй мировой войны.
ГЛАВА ДВЕНАДЦАТАЯ ОСВОЕНИЕ КОРОТКИХ ВОЛН ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ коротких волн
К концу первой мировой войны радиостанции длинных и средних волн достигли такого количества, что произошло плотное заполнение этого участка электромагнитного спектра и связь осуществлялась в условиях сильных взаимных помех от близких по частоте радиостанций. Наступило так называемое «уплотнение эфира», и для размещения новых радиопередатчиков необходимо было осваивать другие, более коротковолновые диапазоны радиоспектра. В диапазоне длинных волн (от 24 000 до 1500 м), т. е. на частотах от 12,5 до 200 кГц, одновременно могли работать всего около 180 передатчиков, если считать, что при телеграфной работе передатчика необходима полоса излучаемых частот около 1000 Гц. При радиотелефонной работе допустимое число передатчиков еще меньше. Количество передатчиков к концу войны значительно превышало эту величину и хотя делались попытки соблюдать определенный регламент и выдерживать простейшую очередность их работы по времени суток, взаимные помехи при приеме все же были крайне велики.
Простейшие рассуждения показывали, что в спектре коротких волн, т. е. от 10 до 200 м, можно разместить значительно большее число передатчиков, чем на более длинных волнах. На волнах от 200 до 100 м их число из расчета передачи телеграфных сигналов уже могло составить 1500. Поэтому вполне естественны были попытки использовать для связи волны короче 200 м. Но многочисленные и многократные опыты не дали успеха. Связь на коротких волнах получалась на значительно меньших расстояниях, чем на длинных и средних волнах, была неустойчивой и ненадежной.
Среди ранних исследований по применению коротких волн можно отметить опыты при сооружении радиомаяка в Инкейтском проливе (Англия) и экспериментальную радиосвязь на волне 80 м между Лондоном и Хэндоном на расстоянии около 170 миль. Они не дали надежд на успех в освоении коротких волн, и опыты были прекращены. Решением МККР волны от 50 до 200 м были признаны непригодными для профессиональной связи и отданы радиолюбителям, им было разрешено строить не только радиоприемники, но и передающую аппаратуру. Единственным ограничением было требование работать в диапазоне короче 200 м.
Имея передатчики сравнительно малой мощности, порядка единиц и
205


десятков ватт, радиолюбители довольно быстро обнаружили, что короткие волны распространяются совсем не так, как следует из формулы Остина, по которой в то время с достаточно хорошей точностью рассчитывали дальность распространения длинных и средних волн. На близких расстояниях связь была очень неустойчивой, и прохождение сигнала прекращалось довольно быстро при увеличении дистанции. В то же время хорошая связь получалась как раз на очень больших по сравнению с расчетными расстояниях. Например, в конце 1921 г. на западном побережье Шотландии были приняты коротковолновые сигналы американских радиолюбителей, в 1922 г. установлена двухсторонняя коротковолновая радиолюбительская связь между Францией и Америкой, а в 1923 г. — между Америкой и Австралией, Новой Зеландией, Цейлоном. Мощность передатчиков не превышала 30 Вт. Надо отметить, что для осуществления таких связей на длинных и средних волнах необходимы были мощности в сотни киловатт.
Успехи радиолюбителей в освоении коротких волн нарастали лавинообразно. В 1924 г. уже никого не удивляли коротковолновые связи на тысячи километров. Вполне естественно, что феномен дальнего распространения коротких волн привлек внимание радиоспециалистов, и во многих лабораториях начались широкомасштабные эксперименты с короткими волнами. Довольно быстро специалисты осознали, что такие дальние связи можно объяснить только влиянием верхних проводящих слоев атмосферы, о существовании которых догадки возникли еще в начале века. К началу 20-х годов стали складываться представления о том, что характер распространения волн вдоль поверхности земли и в пространстве различен. Поверхностная волна, излучаемая под малым углом к земле, вследствие дифракции частично распространяется за горизонт. Пространственная же волна, излученная под большим углом к поверхности земли, уходит от нее, отражается от верхних слоев атмосферы (иногда многократно) и поэтому может распространяться на значительные расстояния. На длинных волнах области распространения поверхностной и пространственной волн на большом протяжении совпадают. Эти волны распространяются на дальние расстояния вследствие дифракции. На всем этом расстоянии прием осуществляется хорошо.
На коротких волнах потери в земле велики, и поверхностная волна быстро поглощается, в то время как пространственная волна отражается атмосферой и может быть принята, но только на достаточном расстоянии от передатчика. Тем самым на коротких волнах вблизи передатчика образуются «зоны молчания», где поверхностная волна уже затухла, а пространственной нет.
Большой экспериментальный материал позволил к началу 20-х годов составить представление об электрических свойствах верхних слоев атмосферы, их высоте, об изменении высоты слоев в зависимости от времени суток. Последнее обстоятельство связывало свойство проводящих слоев с солнечной активностью. Физические исследования позволили установить, что под действием солнечного ультрафиолета происходит ионизация верхних слоев, они обретают проводимость и способность производить рефракцию коротких волн. Так образуется ионосфера.
Изучение ионосферы и ее влияния на распространение коротких волн шло в 20-х годах очень интенсивно. Особенно интересные результаты были получены методами импульсного зондирования верхних слоев атмо¬
206


сферы, в частности для определения высоты ионизированных слоев и их плотности. Была изучена отражающая способность ионосферы в зависимости от длины волны. Постепенно стало ясно, что на длинных и средних волнах отражение от ионосферы влияет мало и характер распространения в большей степени определяется дифракцией поверхностной волны.
Одним из первых сделал попытку теоретического осмысления распространения коротких волн М. В. Шулейкин (СССР). В 1922 г. он развил теорию дисперсии коротких волн в однородной ионизированной среде, вывел формулу для определения эквивалентной диэлектрической проницаемости ионосферы (т. е. коэффициента преломления), коэффициента распространения и поглощения волн как функции частоты. Он показал, каким образом следует определять величину фазовой скорости. Несколько позже (1924—1925 гг.) подобные теоретические результаты были получены Лармором, Педерсеном и др. М. В. Шулейкин ввел понятие критической частоты, на которой коэффициент преломления ионосферы превращается в нуль, показал, что на волнах, более длинных, чем эти, распространение происходит без отражения от ионосферы и волна уходит в заатмосферное пространство.
С этого времени исследования ионосферы и влияний ее свойств на распространение коротких волн составили предмет тщательного изучения радиофизиков. Во всем мире начинают строиться линии коротковолновой коммерческой связи большой протяженности, изучаются условия прохождения радиоволн в разное время суток в зависимости от солнечной активности и других факторов. В нашей стране в 1924 г. была установлена коротковолновая связь между Москвой и Нижегородской радиолабораторией, а также Ташкентом. Тем самым были заложены основы первой в стране дальней коротковолновой линии связи. В 1925 г. была построена коротковолновая станция в Томске. Последняя послужила базой для организованной в 1931 г. постоянно действующей ионосферной станции. С этого времени в нашей стране стала расти сеть ионосферных станций, предназначенных для изучения ионосферы методом импульсного радиозондирования и выработки прогнозов прохождения коротких волн [60].
С 1925 г. начались исследования влияния земного магнитного поля на прохождение коротких волн. Эпплтон, а также Никольс и Шелдинг проанализировали поведение радиоволны в ионизированной среде в присутствии магнитного поля. Эти и дальнейшие работы позволили предположить, что радиоволна в этих условиях расщепляется на две составляющих. По аналогии с оптическим явлением расщепления света в поляризующих средах эти составляющие были названы «обыкновенной» и «необыкновенной». Более подробно это явление поляризации волны было изучено в 30-х годах. С 1925 г. А. Н. Щукин (СССР) одним из первых в мире приступил к исследованию замираний радиоволн на линиях дальней коротковолновой связи. Он развил теорию таких замираний («федингов»), а В. И. Сифоров и В. А. Котельников положили начало статистическим методам исследования этого явления [137].
Опыт эксплуатации линий связи на коротких волнах показал, что устойчивая передача информации возможна только с применением достаточно эффективных методов борьбы с федингами. В этом направлении хорошие результаты были получены путем увеличения мощности передатчиков и применения направленных антенн, а в области радиоприема — использованием разнесенных антенных систем.
207


ТЕХНИКА ПРИМЕНЕНИЯ КОРОТКИХ ВОЛН
Освоение коротких волн поставило в радиотехнике ряд новых проблем, среди которых одной из важнейших было генерирование электромагнитных колебаний этого диапазона. Ламповые генераторы оказались единственным типом генераторов, пригодным для получения коротких волн. Сначала для этого применялись схемы такого же типа, как на длинных или средних волнах. Однако вскоре стали выделяться конкретные схемы, которые на коротких волнах работали не хуже, чем на длинных. Постепенно складывались технические принципиальные требования к коротковолновым генераторам — к построению их схем, конструкции радиоламп, методам монтажа. На коротких волнах параметры колебательных контуров, индуктивностей и емкостей имели малую величину, сравнимую порой с распределенными параметрами схем. Влияние этих паразитных неустранимых параметров на частоту контуров было велико, и поэтому стабильность частоты коротковолновых генераторов была не всегда высокой, а схемы работали неустойчиво. Построение коротковолновых генераторов требовало выполнения ряда условий: использование коротких проводников, разнесение деталей на оптимальное расстояние, на котором их влияние друг на друга невелико, а монтажные провода достаточно коротки, размещение вспомогательных элементов дальше от колебательного контура и т. п. Для коротковолновых передатчиков конструировались специальные лампы с короткими и толстыми электродными вводами, с малыми междуэлектрод- ными емкостями, а для приемных схем — с небольшой проходной емкостью.
Не все схемы автогенераторов были пригодны для работы на коротких волнах. Предпочтение получили трехточечные схемы и их двухтактные варианты. В этих схемах удавалось получать меньшие величины монтажных емкостей. В коротковолновой технике очень важной стала проблема нейтрализации, которая здесь в значительной степени получила свои наиболее удачные решения. Надо при этом отметить, что схемы нейтрализации оказались непригодными в дальнейшем для диапазонных передатчиков, так как их трудно было перестраивать по частоте.
В коротковолновых передатчиках 20-х годов часто использовалась автогенераторная схема, предложенная в 1917 г. Кюном, в которой обратная связь между анодным и сеточным контурами получалась через емкость сетка—анод [265]. Эта схема была наиболее удобна для триодов с большой проходной емкостью (рис. 56). В схеме Кюна контуры настроены так, что представляют собой индуктивные сопротивления. Эта схема эквивалентна индуктивной трехточке Хартлея.
В 1925—1926 гг. для генерирования коротких и ультракоротких волн применяли схему, предложенную немецким инженером А. Эзау [210]. В этой схеме колебательный контур включен между анодом и сеткой автогенератора. Емкость контура обычно образуется ламповой емкостью сетка—анод. Обратная связь происходит через емкости сетка—анод и анод—катод. Так как для каждой лампы эти емкости неизменны, то схема также является величиной постоянной. Эквивалентно эта схема может быть представлена как емкостная трехточка Колпитца. Схема Эзау лучшие результаты давала в самой коротковолновой части диапазона.
После того как для генерирования коротких волн в начале 30-х годов
208


а — Кюна (1917 г.); б — Эзау (1925 г.); в — Доу (1931 г.); г — Шембеля (1933 г.); д—усилитель с заземленной сеткой (1929 г.)
стали использоваться тетроды, в радиотехнике получили применение схемы Доу и Шембеля, которые отличались друг от друга только способом питания экранирующей сетки [200, 133]. В этих схемах автогенератор образован колебательным контуром и катушкой обратной связи, включенной в триодную часть лампы. Анодом автогенератора служит экранная сетка. В анодной цепи тетрода находится нагрузочный контур.
С середины 20-х годов в коротковолновых радиопередатчиках стало использоваться умножение частоты. Каскады умножителя, настроенные на разную частоту с возбудителем, давали возможность уменьшить паразитные обратные связи в передатчике, и это облегчало нейтрализацию. Стабильность частоты также была лучше. Схемы Доу и Шембеля иногда использовались в режиме умножения частоты.
Коротковолновые передатчики 20-х годов, предназначенные для коммерческой связи, строились, как правило, стабилизированными. Применялись схемы кварцевой стабилизации частоты. Решения проблемы стабилизации частоты были наиболее успешными на коротких волнах. Стабилизация частоты, многократное умножение частоты, двухтактные выходные каскады составляли отличительную особенность коротковолновых передатчиков.
Для генерирования и усиления коротких волн с 20-х годов стали разрабатываться специальные триоды. Их отличительной особенностью были небольшие внутриламповые емкости (в особенности проходная емкость для усилительных ламп) и вводы с малой индуктивностью. В середине 20-х годов появились коротковолновые тетроды и пентоды. Они успешно применялись для генерирования и усиления маломощных коротковолновых колебаний. Но последующий опыт показал, что на достаточно высоких частотах
14 Заказ 196
209


г/г
* X!
\ \
1 t
ч
4'
i
- л
- N*
•4'
i
' г/г
\
\ 1
U г/у **
-г/г-
:N ^
г/г
MX_ILJL


и при большой мощности экранирующая сетка теряет свои свойства из-за влияния индуктивности ее ввода. Область применения экранированных ламп ограничилась частотами ниже 30 МГц и мощностью порядка 1 кВт. Наиболее удобны были тетроды и пентоды в диапазонных передатчиках, где схемы нейтрализации на триодах не применимы.
В середине 30-х годов в коротковолновой технике был предложен метод, позволивший строить мощные передатчики и высокоэффективные антенны и осуществлять уверенный прием сигналов на коротких волнах. Речь идет о методе И. X. Невяжского, получившем название «сложение мощностей в пространстве» [77]. Идея Невяжского сводилась к получению в точке приема сигнала большой мощности посредством излучения не одной радиопередающей станции, а двух, работающих на отдельные антенны. Мощность синхронных колебаний этих радиостанций складывалась в пространстве. Обе станции работали каждая на свою антенну, разнесенные в пространстве на расстояние около 0,75 длины волны. Передатчики синфазно получали возбуждение от одного автогенератора. Очень ценным в методе Невяжского была возможность использовать радиопередатчики уже освоенных типов. Изменение фазировки антенн позволяло поворачивать в пространстве диаграмму направленности. Эта система нашла воплощение в СССР на 120-киловаттной радиостанции коротких волн. Была использована она и на ряде передатчиков компании Би-би-си в Англии.
Применение коротких волн потребовало разрабатывать антенны, способные достаточно эффективно излучать электромагнитные волны в этом диапазоне (рис. 57). Уже на длинных и средних волнах возникло понятие направленного действия антенн. Однако в этих диапазонах строить направленные антенны было очень трудно. Между тем в первых же опытах с короткими волнами уже использовались направленные антенны. В 1923 г. фирма «Маркони» построила в Полдью направленную антенну на волну
90.м, которая состояла из вертикального полуволнового вибратора, помещенного в фокусе цилиндрического параболического зеркала, образованного вертикальными пассивными полуволновыми вибраторами. Зеркало имело высоту в одну волну, расстояние между вибраторами равнялось 0,1 — 0,125 длины волны. Ширина диаграммы направленности этой антенны была около 30° [284].
Приблизительно в это же время К- Франклин (фирма «Маркони») сделал первую попытку создания направленной антенны из синфазных вибраторов. Его антенна (1924 г.) состояла из двух рядов вертикальных
Рис. 57. Антенны коротких волн
а — направленная антенна в Полдью (1923 г.) с вертикальным полуволновым вибратором в фокусе параболического зеркала из вертикальных проводов высотой в полволны (/ — излучающий вибратор, 2— рефлекторы, 3 — передатчик); б — элемент направленной синфазной антенны Ширекса (1924 г.) (стрелками показаны мгновенные токи в вибраторах, вертикальные составляющие от двух соседних вибраторов складываются, горизонтальные — противодействуют); в — настроенная направленная антенна Татаринова (1925 г.) с металлическими изоляторами длиной в четверть волны (вибраторы длиной в полволны расположены на расстоянии полуволны друг от друга); г — синфазная настроенная антенна Франклина, 1926 г. (1 — излучающий вибратор, 2 — поглощающий резистор, 3 — фидерный трансформатор); д—синфазная антенна фирмы «Телефункен», 1930 г. (1 — полотно активных вибраторов, 2 — полотно рефлектора, 3 — шлейф настройки рефлектора, 4 — фидер); е — поглощающие полуволновые шлейфы в антенне Франклина (1930 г.); ж — синфазная антенна Стэрба. 1031 г. (1 — излучатель, 2 — рефлектор)
14=
211


полуволновых вибраторов, которые получались из длинных проводов, разбитых на диполи с помощью конденсаторов. Между горизонтальными питающими проводами были включены резисторы. Расстояние между вертикальными проводами равнялось 0,125 длины волны. Полотно рефлектора располагалось на расстоянии 0,25—0,75 длины волны от полотна вибраторов. Питание осуществлялось двухпроводными фидерами с переходными трансформаторами. Недостаток антенн предложенного Франклином типа заключался в том, что они были узкополосными и имели малый КПД из-за включения расстроенных трансформаторов и согласующих резисторов. В дальнейшем (1929—1930 гг.) Франклин применил для разделения вибраторов настроенные шлейфы, что, однако, не устранило основной недостаток антенн — узкополосность и дефазировку даже при небольшом изменении частоты.
Техника коротковолновых антенн, истоки которой лежали в разработках Советского Союза, Великобритании и Франции, а несколько позже — США и Германии, имела сильное отличие от принципов и техники построения антенн длинных и средних волн. Направленное действие на коротких волнах получалось легче, так как размеры антенных элементов имели меньшую величину.
С 1923 г. в СССР начались работы по созданию коротковолновых линий связи, и в частности линии Москва—Ташкент. В Нижегородской радиолаборатории М. А. Бонч-Бруевич и В. В. Татаринов разработали направленную антенну, в которой впервые использовались металлические четвертьволновые «изоляторы». Антенна состояла из двух двухпроводных линий, между проводами которых поочередно на расстоянии полуволны помещались вертикальные полуволновые вибраторы, образующие полотна антенны [112]. На расстоянии полуволны от активного полотна было такое же полотно рефлектора. Вибраторы возбуждались синфазно. Синфазность обеспечивалась включением их поочередно к разным проводам двухпроводного фидера через каждые полволны. Разработки этих направленных антенн привели впоследствии к использованию нового типа так называемых синфазных антенн. Принцип действия этих антенн коренным образом отличался от антенн Франклина. Сначала синфазные антенны питались двухпроводным фидером со стоячей волной. В 30-х годах Татаринов разработал метод согласования антенны с фидером посредством антенных трансформаторов либо в виде небольших катушек индуктивности, либо в виде двухпроводного шлейфа [114, 1151.
Развивая идею антенн Нижегородской радиолаборатории, инженеры немецкой фирмы «Телефункен» разработали направленные антенны с пассивным и активным рефлекторами. В одном случае расстояние между активными полотном и рефлектором составляло 0,15—0,2 длины волны, в другом — 0,25 длины волны. Настройка антенн осуществлялась перемещением короткозамкнутого моста по двухпроводной линии рефлектора. Антенна фирмы «Телефункен» имела излучающее и отражающее полотна из нескольких ярусов полуволновых горизонтальных вибраторов. Надо отметить, что горизонтальное расположение вибраторов определялось тем, что рядом исследований, и в частности работами А. Мейсснера (Германия), было установлено лучшее прохождение электромагнитных волн именно с горизонтальной поляризацией [291].
В начале 30-х годов в США фирмой RCA была разработана антенна
212


К-образного типа с длинными излучающими проводами |240]. Использовались две пары проводов (длиной 7,75 длины волны), расположенных в два яруса под углом 35°. Расстояние между излучателем и рефлектором равнялось 2,25 длины волны. Питались излучающие провода через согласующее устройство от двухпроводного фидера. Четыре таких антенны, включенные параллельно, были эквивалентны синфазной антенне фирмы «Телефункен» из 512 вибраторов.
Почти одновременно появились антенны Э. Стерба с вертикальной поляризацией. Они были синфазными с поглощающими шлейфами в виде плоских рамок. Длина вертикальных сторон составляла от 0,25 до 0,5 длины волны, горизонтальных — около 0,5 длины волны [345]. Аналогичная по принципу действия антенна была разработана во Франции М. Ширексом [189]. Она имела вибраторы, повернутые друг к другу на 90° и образующие излучающее полотно и полотно рефлектора, в котором вибраторы были расположены в виде квадратных ячеек в пространстве под углом 45°.
Чтобы устранить замирания, вызванные многолепестковым излучением отраженной от ионосферы волны, в конце 20-х—начале 30-х годов стал широко использоваться прием на разнесенные антенны. При этом употреблялись антенны описанных типов. В это же время в системах разнесенных антенн появились и стали широко применяться антенны с бегущей волной, в которых использовался принцип длинноволновых антенн Бевереджа. Они принимали горизонтально поляризованное поле, питались двумя двухпроводными линиями. К ним через небольшие расстояния присоединялись вертикальные вибраторы, включенные через согласующие резистивные цепочки. На концах фидера имелись согласующие резисторы, и в фидере устанавливалась бегущая волна.
. После того как на коротких волнах началось радиовещание, встал вопрос о построении всенаправленных антенн. Одним из первых антенну такого типа предложил В. В. Татаринов (1929 г.) [ИЗ]. Это была
кольцевая антенна: излучающие провода, длиной 0,25 волны каждый, были расположены по кругу. Токи во всех вибраторах имели одинаковую амплитуду и фазу, фазировка осуществлялась шлейфами длиной 3/8 волны. В 1932 г. О. Бём (Германия) предложил модифицированную квадратную антенну из четырех этажей [173]. А. А. Пистолькорс в это же время разработал для низовой связи угловую антенну из двух проводов длиной от 1/2 до 3/8 волны, расположенных под прямым углом [94].
Применение коротких волн и большие успехи в этой области привели к более глубокому изучению и пониманию процессов в антеннах, к разработке теоретических проблем антенной техники. Вопрос о расчете сопротивления излучения коротковолновых антенн был одним из существенных в этой области. Важным здесь была разработка метода наведенных ЭДС в работах В. В. Татаринова и А. А. Пистолькорса [115, 309]. Этот метод был использован и для расчета антенн с бегущей волной.
В технике коротких волн также возникла необходимость создания малогабаритных антенных систем с высокой направленностью и высоким КПД, получившая дальнейшее решение в современных синфазных антеннах.
Использование коротких волн для радиосвязи наложило определенный отпечаток на технику радиоприема, так как на коротких волнах с большим трудом выполнялись важнейшие требования получения высокой
213


чувствительности, хорошей избирательности и устойчивости работы приемной аппаратуры, построенной по схемам, традиционным для длинноволновой техники. К 20-м годам, т. е. периоду, когда короткие волны широко вошли в радиотехническую практику, в технике радиоприема уже было известно несколько типов схем радиоустройств, из которых довольно быстро выделились схемы, ставшие специфически коротковолновыми.
Наибольшее распространение получили схемы регенеративного типа, завоевавшие себе к 20-м годам твердое место в радиотехнике и отличавшиеся высоким усилением и избирательностью. Они хорошо работали на коротких волнах. Для этого диапазона было предложено большое количество их разновидностей. Как уже отмечалось, регенератор требовал всего одну лампу и был достаточно удобен. Его главным недостатком было излучение частоты регенерации через приемную антенну, что иногда вынуждало применять на входе приемника усилитель высокой частоты. На рис. 58 показаны типовые схемы коротковолновых приемников.
Схема, предложенная Рейнарцем в 1921 г., получила мировое первенство по своему распространению среди радиоспециалистов и радиолюбителей. Впервые она была описана в радиолюбительском журнале [QST, 1921, № 6]. В этой схеме антенна была апериодической и работала в широком диапазоне частот (на волнах короче 200 м). Сеточная цепь приемника имела острую настройку с помощью переменного конденсатора Сх на частоту принимаемой станции. Степень регенеративной обратной связи задавалась переменным конденсатором С2 или перемещением ползунка по катушке Ь2 относительно катушки колебательного контура Lx. В коротковолновом диапазоне катушки индуктивности были с малым числом витков, а переменные конденсаторы с воздушным диэлектриком имели всего по нескольку пар пластин [241].
Некоторой модификацией схемы Рейнарца была схема Р. Виганта, которую он запатентовал в Англии еще в период первой мировой войны [368]. Обратная связь в схеме Виганта устанавливалась изменением взаимного положения катушек индуктивности L и Lb а также переменным конденсатором С{. Настройка на рабочую частоту производилась конденсатором С.
Множество других схем регенеративных приемников отличались друг от друга конструктивными выполнениями элементов обратной связи в усилительно-детекторном каскаде. Упомянем несколько таких схем, предложенных Лейтхаузером (1920 г.), Шнеллем (1923),Фроми (1924 г.) идр. В 1922 г. Рейнарц описал двухламповый регенератор с усилителем высокой частоты, включенным после регенеративного детектора, который также получил большое распространение в радиолюбительской практике. В этой схеме обратная регенеративная связь подавалась на катушку связи с анода лампы второго каскада. Соответствующим образом направление витков в катушке было противоположным по сравнению с одноламповой схемой Рейнарца 1921 г.
Наряду с регенераторами, определенной популярностью в практике коротких волн пользовались нейтродинные схемы. Одна из первых нейтро- динных схем была предложена Хазелтайном в 1923 г. Нетродинирование давало хороший эффект в многоламповых приемниках. Было известно много конструкций нейтродинов. С появлением двухсеточных ламп стали применяться схемы, называемые изодинами. Однако эти типы приемников довольно быстро вышли из употребления, так как, кроме достоинства —
214


а, б — регенераторы Рейнарца (1922 г.); в — схема Виганта (1922 г.); г — сверхрегенератор Армстронга (1922 г.); д — сверхрегенератор Флюэллинга (1923 г.); е — рефлексная схема Скотт-Таггарта «резистофлекс» (1924 г.)
возможности нейтрализовать действие в усилительном каскаде проходной емкости лампы, они имели существенный недостаток, состоявший в необходимости изменения величины нейтрализующей емкости при перестройке приемника с одной частоты на другую.
Э. 	Армстронг, изучая регенеративные радиоприемники, изобрел в 1921 г. схему аппарата нового типа — сверхрегенератора, в котором величина положительной обратной связи периодически изменяется вокруг критического значения с помощью особого генератора [159]. В 20-е годы было известно большое число их разновидностей, таких, как стрободин, негадин, бидин и др. Этот тип приемников также применялся на коротких волнах.
В дальнейшем некоторые схемы сверхрегенераторов были одноламповыми и частота суперизации задавалась в той же лампе отдельным контуром или резистивно-емкостной цепью. По последней схеме работал сверхрегенератор Флюэллинга (1923 г.), широко распространенный среди радиолюбителей [221].
Развитие радиолюбительства привело к появлению рефлексных схем. Этот тип аппаратов отличался тем, что одни и те же лампы имели многоцелевое использование, одновременно служили для детектирования, усиления и генерирования сигналов различных частот. При этом частотное разделение цепей осуществлялось как настроенными контурами и трансформаторами, так и резистивно-емкостными цепями.
Рефлексные схемы ведут свое начало от однолампового приемника, предложенного У. Томпсоном в 1913 г. и запатентованного в Великобритании. В период освоения коротких волн рефлексные схемы пережили второе рождение. Они широко распространились среди радиолюбителей. Во Франции их пропагандировал М. Латур. Рефлексные схемы привлекали радиолюбителей главным .образом тем, что требовали минимального количества дорогостоящих электронных ламп, позволяя получить высокое усиление и хорошую избирательность — такие же, как в многоламповых приемниках.
215


Однако рефлексные.схемы были подвержены самовозбуждению, что в конце концов значительно ограничило их распространение, особенно с появлением многосеточных ламп и супергетеродинов. Наибольшее распространение получили рефлексная схема «резистофлекс» (предложена Скотт-Таггартом в 1924 г.), схема Фортескье (1920 г.) и др. В нашей стране ряд модификаций рефлексных схем был разработан П. Н. Куксенко в начале 20-х годов. Они находили широкое применение в практике советских радиолюбителей.
В связи с использованием в технике приема коротких волн регенеративных и сверхрегенеративных схем следует отметить, что эти типы приемников позволяли успешно принимать как телеграфные, так и телефонные передачи. В первом случае величина регенеративной обратной связи задавалась такой, что возникавшие колебания регенерации образовывали с принимаемым сигналом биения звуковой частоты и телеграфные посылки тонально прослушивались в телефонах. При приеме телефонных сигналов (а в середине 20-х годов — и радиовещательных передач) обратная связь не доводилась до генерации и на выходе получался неискаженный сигнал телефонной модуляции.
В начале 20-х годов в технике коротких волн широкое распространение получили детекторные приемники. Их преимущество перед ламповыми — небольшая стоимость и крайняя простота изготовления и обслуживания — открыли им широкую дорогу в радиолюбительскую практику. Массовое применение детекторных приемников относится к началу радиовещания. Пока радиоприем проводился на наушники, детекторные схемы были очень хороши, для целей же громкоговорящего приема они не годились, и тогда либо использовались дополнительные усилители низкой частоты, либо применялись ламповые радиоприемники.
В детекторных приемниках применялись кристаллические детекторы, составленные контактной парой полупроводникового кристалла и металлической пружинки или пластинки (цинкит—медный колчедан, карборунд— сталь, гален (свинцовый блеск)—сталь, гален—платина, железный колчедан—медь и др.). Наибольшее распространение получили галеново-стальные детекторы, характеризовавшиеся постоянством параметров и хорошей чувствительностью. Детекторные приемники отличались огромным разнообразием принципиальных схем и конструкций.
Говоря о детекторных приемниках, необходимо упомянуть о весьма интересном открытии, сделанном в 1922 г. в Нижегородской радиолаборатории
О. 	В. Лосевым [84, с. 133]. Он обнаружил, что обычный детекторный приемник с парой цинкит—сталь становится чувствительнее, если к кристаллическому детектору приложить небольшое постоянное напряжение. Как выяснил Лосев, кристаллический детектор в этом случае приобретает свойство генерировать собственные незатухающие колебания. Детекторный приемник с такой кристаллической парой ведет себя как регенератор и увеличивает чувствительность в несколько раз. Лосев построил детекторный приемник с генерирующим кристаллом («кристадин»). Кристадины применялись многими радиолюбителями. Надо сказать, что на уровне радиотехники того времени явления генерирования кристаллической пары цинкит—сталь не получило глубокого теоретического объяснения. Кристадины быстро вышли из практики, были заменены другими типами приемников, и прежде всего гетеродинными и супергетеродинными.
Исследуя различные контактные детекторные пары в режиме генерирова¬
216


ния колебаний под действием приложенного постоянного напряжения, Лосев открыл еще одно важное физическое явление: в карборундовом детекторе при аналогичных условиях возникало точечное свечение вокруг контакта полупроводника с острием. Этот эффект получил в физике название «свечение Лосева» и дал начало новым полупроводниковым приборам — «кристалло- фосфорам», которые стали применяться несколько позже.
Среди многих типов радиоприемных устройств, которые были известны в радиотехнике с первых шагов использования ламп, наиболее простыми по принципу действия и вместе с тем позволявшими решать большинство выдвинутых временем задач, были приемники прямого усиления. Они имели каскады усиления высокой частоты, детектор любого типа и каскады усиления низкой частоты. Соответственно такой структуре возникло понятие «формула приемника», показывающая число ламп в нем. Например, 2-1/-3 означало, что приемник имеет двухламповый усилитель высокой частоты, детектор и трехламповый усилитель низкой частоты.
Приемники прямого усиления могли строиться на любые частоты, на которых работали используемые в них лампы. Они были довольно устойчивы (в особенности по сравнению с регенераторами), просты в настройке и обслуживании. По сравнению с супергетеродинами они не имели интерференционных свистов и зеркального канала. Недостатком их была невозможность получить постоянную по всему диапазону ширину полосы пропускания, которая изменялась при перестройке контуров. Усиление по диапазону также изменялось. Кроме того, полоса пропускания у этих приемников сильно отличалась от прямоугольной. В дальнейшем для получения полосы пропускания большой ширины стали использовать многокаскадные усилители с расстроенными контурами. На коротких волнах приемники прямого усиления применялись довольно широко. Тем не менее появление супергетеродинных схем составило существенный этап в развитии радиоприемной техники, и в частности техники приема коротких волн.
Предложенные почти одновременно В. Шоттки, Э. Армстронгом и М. Леви супергетеродины использовались в профессиональной связи еще задолго до освоения коротких волн. Однако массовое применение супергетеродинов относится к середине 20—30-х годов. Этот тип приемников стал популярен благодаря многим достоинствам, и главным образом благодаря тому, что применение промежуточной частоты делает возможным получение постоянного усиления при перестройке приемника по диапазону. Кроме того, усилитель промежуточной частоты мог иметь широкую полосу пропускания, что было весьма важным при использовании супергетеродинов для радиовещательных целей, а с применением телевидения стало одним из основных приемов получения широкополосного усиления.
В истории супергетеродина можно выделить несколько этапов. Сразу после изобретения эти приемники нашли лишь узкое применение. Причиной этого, с одной стороны, была сложность настройки (необходимо было одновременно изменять емкость конденсатора усилителя высокой частоты и емкость конденсатора гетеродина), с другой — тем (по крайней мере в профессиональной сфере), что на супергетеродин был взят французский патент. Срок его действия кончился в начале 30-х годов, и с этого времени супергетеродины широко распространились, войдя и в радиолюбительскую практику. Второй этап ознаменовался появлением системы «сопряженных» настроечных органов супергетеродина в виде сдвоенных и строенных однотипных
217


конденсаторов для настройки высокочастотных и гетеродинного контуров. Это облегчило работу с супергетеродином и способствовало его распространению. Третий этап связан с применением многосеточных ламп, что дало возможность объединить в одном каскаде гетеродин и смеситель, а иногда и усилитель. Супергетеродины на триодах были довольно громоздкими. Многосеточные лампы привели к трех-четырехламповым схемам и сделали весьма малоламповыми сложные и высококачественные супергетеродины.
В диапазоне коротких волн супергетеродины позволили преодолеть главную трудность — ламповое усиление сигналов довольно высоких частот. На коротких волнах хорошо работать могли далеко не все типы ламп, супергетеродины же позволяли наибольшее число ламп ставить в усилителе промежуточной частоты, которая, как правило, была не очень высокой. Для промежуточной частоты довольно быстро установились своеобразные «стандарты»: 465 кГц (в СССР), 100 (в США) и 175 кГц (в Англии).
В коротковолновой практике находили применение множество схем супергетеродинов, имевших иногда «фирменные» названия. Например, супергетеродин с каскадом высокой частоты назывался «ультрадин», приемник с промежуточной частотой меньше принимаемой сначала назывался «инфра- дин». Приемник с промежуточной частотой выше принимаемого сигнала (был и такой!) назывался «троподин».
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Возникновение в истории общества простейших средств передачи информации на расстояние было связано с использованием эмпирического знания о звуковых и оптических явлениях. Эти знания воплотились в дистанционную связь с помощью звуковых и световых сигналов или флагов либо специальных сигнальных предметов, поднятых на мачтах, башнях и крепостных стенах. И если зарождение первых простейших световых и звуковых систем сигнализации относится к глубокой древности, то специальные средства оптической сигнализации, семафорные телеграфы, появляются лишь в конце XVIII — начале XIX в.
Первые знания, на которых основывались исторически ранние средства сигнализации, конечно, не имели характера научных, они просто суммировали многовековой опыт человечества. В семафорных телеграфах для разработки кодовых систем уже делаются попытки применить научное знание, возникшее в практике шифровального искусства и тайнописи. Впервые, хотя и весьма робко, в этой области начинают использоваться достижения математики.
Еще в простейших древних способах связи сложилось несколько важных принципов и приемов «техники» передачи сообщений. Это прежде всего использование явления резонанса. Акустический резонанс позволил усиливать сигнал, увеличить дальность его передачи. Затем использовалось явление отражения зеркалами в световой связи. Для передачи сигналов на большие расстояния в сложных рельефных условиях стало применяться разделение всей дистанции на участки, по которым сигнал передавался методом ретрансляции. И явление резонанса (в электросвязи — электрического), и отражение (света и радиоволн), и принцип ретрансляции легли в основу всей электро- и радиосвязи.
Научные знания, относящиеся к электрическим явлениям, изучаемым
218


физикой XVIII в., нашли применение при первых попытках создать электрические проводные телеграфы. В основе ях действия лежали законы электростатики и законы постоянного и переменного тока. Сначала были изобретены электростатические проводные телеграфы, не получившие практического применения, а затем построены электромагнитные телеграфы, которые широко распространились во всем мире. Попытки построить беспроводные системы сигнализации, основанные на явлении открытых в физике электрической и магнитной индукции, не дали успешных результатов, так как величина действующего фактора в этих случаях сильно убывала — обратно пропорционально квадрату или даже кубу расстояния.
Учение Фарадея—Максвелла, сложившееся во второй половине XIX в., позволило теоретически предсказать существование в природе электромагнитных волн. Экспериментально электромагнитные волны были обнаружены Г. Герцем в 1888 г., после чего реализовались предпосылки для их использования в беспроводной связи на расстояние, и тем самым электродинамическое знание нашло непосредственное применение. Основная причина того, что именно электромагнитные волны (радиоволны) легли в основу беспроводной связи, заключалась в том, что их интенсивность убывает в пространстве пропорционально расстоянию.
Развитие ранних средств радиосвязи происходило чисто эмпирически. Электродинамика Максвелла, хотя уже и глубоко проникла в физическую науку, еще не смогла стать рабочим аппаратом радиотехники—аппаратом, который имел бы черты технической науки. Поэтому на раннем этапе даже пионеры радиотехники по-разному представляли себе сущность связи с помощью электромагнитных волн. А. С. Попов стоял на позициях Герца, рассматривал вибратор как источник излучения радиоволн, которые распространяются в пространстве и возбуждают в приемной антенне наведенные токи, способные приводить в действие когерер и реле. В то же время Н. Тесла представлял себе Землю как большой колебательный контур, где возбуждаются (в месте передающего вибратора) электромагнитные колебания, о которых можно судить в точке приема по токам, наведенным в приемном проводе.
И хотя на первых этапах техники радиосвязи еще только начинали вырабатываться специфические для этой области технические и научные знания, в ней широко использовались фундаментальные законы физики (электродинамика Максвелла) и электротехники (законы электрического резонанса, постоянного и переменного тока, индукции). Для описания колебательных электромагнитных процессов в контурах использовался аппарат электротехники как технической науки. В связи с этим в 1900-е годы сильное развитие получил раздел электротехники о поведении цепей с сосредоточенными и распределенными параметрами. Для понимания динамических процессов при протекании тока в этих цепях и для расчета их параметров применяются «Телеграфные» уравнения.
В начале XX в. электротехнические явления, происходящие в беспроводной связи, начинают рассматриваться раздельно в трех различных звеньях, связанных воедино: передатчик (передающая антенна) — пространство— приемник (приемная антенна). В цепях передатчика и передающей антенне, а также в приемной антенне и приемных цепях явления рассматриваются с позиций электротехники, производится расчет параметров. В то же время процессы в пространстве, в котором .распространяются
219


электромагнитные волны между передатчиком и приемником, описываются уравнениями Максвелла и частным случаем их решения, полученным Герцем. Так как распространение длинных и средних радиоволн происходило на границе двух реальных сред воздух—земля (вода), то здесь в сильной мере влияли параметры этих сред: коэффициент преломления, проводимость почвы и воды, диэлектрическая проницаемость и др. Законы пространственного распространения постепенно начинают составлять отдельный предмет изучения и выделяются в новую область научного знания — науку о распространении радиоволн.
В то же время формируется и круг радиотехнического знания, связанного с законами функционирования и взаимодействия отдельных элементов таких новых для электротехники устройств, как генераторы с искровым возбуждением колебательного контура, дуговые генераторы, генераторы с электронными и ионными приборами и пр. Таким образом, физика, электродинамика и электротехника сформировали научный аппарат радиотехники, способствовали выработке ее теоретических и экспериментальных основ. Начало такого целенаправленного формирования относится к 1900—1903 гг. На первых же шагах развития радиотехники появляются новые понятия и круг новых параметров радиоустройств, такие, как: действующая высота антенны, ее емкость, сопротивление излучения, диаграмма направленности антенны, затухание электромагнитной волны в реальном пространстве, КПД передающего устройства и др.
Наряду с развитием новых технических устройств (например, искровых и дуговых генераторов) в радиотехнике находят широкое использование и такие традиционные для электротехники устройства, как машины переменного тока. Но и при таком прямом заимствовании они приобретают сугубо радиотехническую окраску — конструируются для работы на высоких частотах.
Для научно-технического знания начального периода радиотехники (до первой мировой войны) весьма характерен процесс углубления представлений о сущности физических процессов, происходящих в элементах радиотехнического тракта. Так, например, при появлении кристаллических детекторов радиоприемник стал рассматриваться не как релейный прибор, а как линейный и амплитудозависимый, т. е. дискретное представление заменилось аналоговым. Первые искровые передатчики также рассматривались с «релейных» позиций: искровой разряд представлялся как процесс замыкания в колебательном контуре. Позже при использовании слабозатухающих электромагнитных колебаний понадобилось изучение физической сущности процессов в искровом разряде, условий его перехода в дуговой. Возникает представление о падающей вольт-амперной характеристике искрового и дугового разрядов, об «отрицательном сопротивлении», вносимом в колебательный контур искровым разрядником или дуговым промежутком, об инерции электронно-ионных процессов и т. д. В то же время происходит процесс применения к практическим задачам идеализированного теоретического знания, как, например, это имело место при решении уравнений Максвелла для конкретных случаев распространения радиоволн, когда в уравнения вводились реальные параметры среды.
В ранней радиотехнике выделяются три важных рубежа: переход на незатухающие колебания, применение электронных ламп, использование коротких волн.
220


Переход к незатухающим волнам коренным образом улучшил надежность радиосвязи, вызвал к жизни новые виды генераторов и радиоприемников, способствовал изучению электрических процессов в дуговых генераторах. Изобретение электронной лампы привело к резкому перевороту в радиотехнике. Появился чисто радиотехнический прибор, который позволял управлять токами и напряжениями в радиоцепях (как аналоговым, так и дискретным образом), генерировать радиоколебания все большей мощности, строить чувствительные и помехоустойчивые приемники. Короткие радиоволны расширили горизонты радиосвязи, позволили осуществлять связь на очень большие расстояния, открыли возможность кругосветных связей.
Однако переход к незатухающим волнам не произвел революционных изменений в характере научных и технических представлений ранней радиотехники. В то же время появление электронной лампы и ее все расширявшийся круг возможностей, несомненно, был явлением, носившим революционный характер. Лампа не только произвела переворот в применяемых технических средствах, сделала их более чувствительными, гибкими и удобными в эксплуатации, не только внесла новые возможности и открыла широкие перспективы построения более совершенных радиотехнических устройств, но и произвела серьезные изменения в научной сфере радиотехники. Стали глубже изучаться законы газового разряда, законы движения электронов в вакууме и газе при воздействии на них электрических и магнитных полей. Это знание легло в основу нового направления, которое в 30-х годах стало называться «электроникой». При изучении и применении ламп возникло понятие о нелинейной зависимости тока и напряжения в цепях с электронной лампой. Это привело к выработке специального теоретического аппарата для анализа нелинейных процессов (сначала методами линеаризации, т. е. путем квазилинейных представлений, а несколько позже—посредством решения нелинейных уравнений).
Существенно отметить, что в радиотехнике в этот период появляются ростки собственного теоретического и научного знания. Радиотехника становится непосредственной преемницей физических знаний (например, физических основ газового разряда, электронной теории), их анализа с помощью существующего математического аппарата. В результате применения электронных ламп в ранней радиотехнике возникают теоретические основы электроники: теория электронной эмиссии, уравнения триода, теория модуляции и детектирования. В теоретическом аппарате изучения электрических цепей складываются приемы анализа схем с активными элементами. Но в то же время электронная лампа, произведя революционные изменения в радиотехнике в целом, в ее приборной базе и в методах анализа и расчета этих приборов, почти не повлияла поначалу на характер такого направления, как наука и практика распространения радиоволн, поскольку эта область изучала чисто радиофизические процессы.
Существенные сдвиги в радиотехнике произошли и после освоения коротковолнового диапазона радиоволн (10—100 м). Короткие волны, к которым впервые обратились в конце первой мировой войны с надеждой найти выход из создавшегося положения с переуплотнением эфира на длинных и средних волнах, поначалу не позволили достигнуть устойчивых связей на большие расстояния, их признали непригодными для радиосвязи и отдали в распоряжение радиолюбителей. Однако последние в 20-х годах обнару¬


жили, что волны этого диапазона позволяют проводить радиосвязь на очень большом расстоянии при радиопередатчиках весьма небольшой мощности.
Сперва результаты радиолюбителей были оценены специалистами- радиотехниками как случайные. Но очень скоро было найдено, что в механизме дальнего распространения коротких волн основную роль играют отражения от ионизированных верхних слоев атмосферы. За несколько лет короткие волны были тщательно изучены и их использование шло столь быстрыми темпами, что в истории радиотехники период с начала 20-х до начала 30-х годов стал называться коротковолновой революцией. Применение коротких волн позволило не только строить устойчиво работающие линии дальней связи, но и обнаружить много интересных радиофизических явлений при их распространении.
Следствием широкого применения коротких волн было появление новых методов построения и расчета радиопередатчиков, приемников и антенных систем. При расчете коротковолновой аппаратуры пришлось пересмотреть устоявшиеся в радиотехнике взгляды на некоторые физические явления, их проявления на коротких волнах, на методы расчета параметров радиоаппаратуры, которые были приняты на длинных и средних волнах.
Возникла необходимость учитывать многие факторы, влиянием которых ранее можно было пренебречь. Это прежде всего — распределенные параметры электрических цепей и ламп, паразитные емкости, индуктивности схем, время пролета электронов внутри лампы, взаимовлияние элементов антенн и многое другое. В радиотехнике стали вырабатываться новые подходы, которые получили сильное развитие в последующие периоды при использовании еще более коротких волн.
Радиотехника рассматриваемого периода представляла собой новое научно-техническое направление, возникшее в процессе развития беспроводной связи и предназначенное для осуществления задач передачи информации радиотелефоном и радиотелеграфом, а также для радиовещания. Основанная поначалу на чисто экспериментальном фундаменте и на уже выработанных в физике понятиях и положениях к середине 20-х годов она выступает как самостоятельная область техники, способная ставить и решать задачи связи и располагающая богатым арсеналом научного знания. Это сделало радиотехнику способной анализировать физические процессы, протекающие во всех частях радиотехнического тракта, производить расчет большинства элементов радиотехнических устройств.
Определенным показателем зрелости радиотехники этого периода было то, что в ней начинает зарождаться прогностическая функция для осмысления развития в ближайшем будущем. В качестве примера можно указать на формирование основ радиопрогнозов, т. е. предсказания особенностей распространения радиоволн в конкретных условиях, или на теоретическое предсказание появления клистрона (30-е годы).
Радиотехника начального периода отличалась весьма сильной дифференциацией. Происходил непрерывный и интенсивный процесс выделения отдельных областей и направлений как чисто технических, так и научных, а также отдельных дисциплин учебного характера (например, радиосвязь, радиовещание, наука о распространении радиоволн, радиопередатчики, антенные системы, радиоприемники и т. п.). В этот период были заложены теоретические основы радиотехники как технической науки, призванной развивать научное прикладное знание для конструирования и расчета радио¬
222


устройств, их элементов, анализа происходящих в радиоустройствах процессов и электромагнитных явлений, общих для всего радиотехнического тракта.
Следует отметить еще одну важную особенность развития радиотехники рассмотренного периода: в ней значительно шире использовался математический аппарат, более глубоко применялись математические методы исследования, чем в других областях техники того периода. Например,, для описания и анализа процессов широко использовались специальные математические функции — гиперболические, функции Бесселя, ряды и интеграл Фурье, операционное исчисление, векторная и тензорная алгебра. Наряду с линейными дифференциальными уравнениями начали применяться нелинейные, и в частности некоторые специфические для радиотехники методы их решения. Математический анализ нелинейных уравнений привел к созданию теории нелинейных колебаний, применимой не только к радиотехническим, но и ко многим иным физическим явлениям.
Весьма характерной особенностью радиотехники раннего периода было почти одновременно появление в разных странах с разными социальными условиями одинаковых технических методов, их теоретических трактовок и конструктивных воплощений.


ЛИТЕРАТУРА
1. Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 23, с. 188, 190.
2. Маркс К-, Энгельс Ф. Соч., т. 35, с. 85, 100, 374.
3. Ленин В. Я. Поли. собр. соч., т. 18 с. 302.
4. Ленин В. Я. Поли. собр. соч., т. 50, с. 197, 376, 377.
5. Ленин В. Я. Поли. собр. соч., т. 51, с. 130.
6. Ленин В. Я. Поли. собр. соч., т. 52, с. 54.
7. Материалы XXVI съезда КПСС. М.: Политиздат, 1981.
8. Материалы Пленума Центрального Комитета КПСС, 14—15 июня 1983 г. М.: Политиздат, 1983.
9. В. И. Ленин и советское радио. — Радио, 1968, №> 4—8, 10—12; 1969, № 1—4.
10. 	[Айзенштейн]. Труды IV Всероссийского электротехнического съезда. Киев, 1907.
И. Андреев П. Н., Зарянов Н. В. Техника разборных ламп. М.: Связьиздат, 1959.
12. Артамонов Я. Д. Дальнее освещение. — В кн.: История энергетики, электротехники и связи. М.: Изд-во АН СССР, 1962. (Тр. ИИЕиТ АН СССР; Т. 44).
13. Белькинд Л. Д., Конфедератов Я. Я., Шнейберг Я. А. История техники. М.; Л.: Госэнергоиздат, 1956.
14. Беляев В. М. Музыка. — В. кн.: История культуры Древней Руси. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 19, т. 2, с.
15. Берг А. Я. Катодные лампы. Л., 1925.
16. Берг А. Я. Общая теория радиотехники. Л., 1925.
17. Богуславский М. М. Патентные вопросы в международных отношениях. М.: Изд-во АН СССР, 1962.
18. Бонч-Бруевич М. А. Основания теоретического расчета пустотных катодных реле малой мощности. — Радиотехник, 1919, № 7.
19. Бонч-Бруевич М. А. К теории триода. Телеграфия и телефония без проводов, 1921, № 10.
20. Бонч-Бруевич М. А. Новая схема радиотелефонного модулятора. —
Телеграфия и телефония без проводов, 1921, № 11.
21. Бонч-Бруевич М. А. А. с. (СССР). Ия 23273, заявл. 29.06.29. № 26428, заявл. 28.10.29.
22. Бонч-Бруевич М. А. Новый способ нейтрализации ламповой схемы. — Радиофронт, 1931, № 3/4.
23. Боргман Я. Я. Несколько опытов над распространением электрического тока через воздух. — Электричество, 1886, № 18/20, с. 191.
24. Босов Г. Я. Сильбо Гомера и другие. М.: Детгиз, 1976.
25. Бранли Э. Изменение проводимости под различными электрическими воздействиями. — В кн.: Из предыстории радио. М.: Изд-во АН СССР, 1948.
26. Бранли Э. О проводимости несплошных проводящих веществ. — В кн.: Из предыстории радио. М.: Изд-во АН СССР, 1948.
27. Браун Ф. Мои работы по беспроволочной телеграфии и электрооптике. Одесса, 1910.
28. Браун Ф. О прохождении тока через
сернистые металлы. — В кн.: Из
предыстории радио. М.: Изд-во
АН СССР, 1948.
29. Бренев Я. В. Начало радиотехники в России. М.: Сов. радио, 1970.
30. Бренев Я. В., Лунев П. А. Новые сведения о телеграфе Кулибина. — Вопр. истории естествознания и техники, 1980, № 1.
31. Бурлянд В. А., Володарская В. Е., Яроцкий А. В. Советская радиотехника и электросвязь в датах. М.: Связь, 1975.
32. Бутаков А. Переговорные телеграфы. СПб., 1817.
33. Бутаков А. Телеграфные сигналы для господ помещиков. СПб., 1833.
34. Велихов Е. П. Об организации в Академии наук СССР работ по информатике, вычислительной технике и автоматизации. — Вести. АН СССР, 1983, N9 6.
35. Визент Я. Успехи радиотелеграфии. М.: Гостехиздат, 1923.
36. Вологдин В. П. Машина большой
224


частоты и ее развитие в России. — Телеграфия и телефония без проводов, 1922, № 14.
37. Вологдин В. П., Спицын М. А. Генераторы высокой частоты. М.; Л.: ГОНТИ, 1935.
38. [Полибий]. Всеобщая история в сорока книгах Полибия. СПб., 1890—
1899. 	Т. 1—3. Кн. Х/Пер. с греч. Ф. Н. Мищенко.
39. Электропромышленность США / Все- союз. электротехн. ин-т. М.: Соцэкгиз, 1934.
40. Гальвани Л., Вольта А. Избранные работы о животном электричестве. М.; Л.: Биомедгиз, 1937.
41. Ганин А. Ф. Развитие однополосных систем радиотелефонирования за рубежом. — В кн.: Радиосвязь и радиовещание. М.: Связьиздат, 1947.
42. Георгиевский H. Н. Работы А. С. Попова, предшествовавшие открытию беспроводного телеграфа. — Электричество, 1925, № 4.
43. Герц Г. Об одном действии ультрафиолетового света на разряд электричества. — В кн.: Электрические колебания и волны. СПб., 1911, вып. 6.
44. Гильберт В. О магните, магнитных телах и большом магните — Земле. М.: Изд-во АН СССР, 1956. (Классики науки).
45. Григорьян А. Т., Вяльцев А. Н. Генрих Герц. М.: Наука, 1968.
46. Гроигковский Я. Генерирование высо¬
кочастотных колебаний и стабилизация частоты: Пер. с пол. М.:
Изд-во иностр. лит., 1953.
47. Дельбрюк Г. История военного искусства в рамках политической истории. М.: Воениздат, 1933. Т. 3.
48. Дильс Г. Античная техника. М.; Л.: ОНТИ, 1934.
49. Добровольский В. Н. Опыты Герца в электрической сигнализации и изобретение беспроводного телеграфа. Киев, 1903.
50. Долу ханов М. П. Развитие учения о распространении радиоволн. — В кн.: 50 лет радио. М.: Связьиздат, 1945; 60 лет радио. М.: Связьиздат, 1955; 70 лет радио. М.: Связьиздат, 1965.
51. Дорфман Я. Г. Всемирная история
физики: С древнейших времен до конца XVIII века. М.: Наука,
1974.
52. Иванов А. Б. Первые этапы развития приемно-усилительных ламп. — В кн.: Тр. ИИЕиТ АН СССР. М.: Изд-во АН СССР, 1962, т. 22.
53. Из истории энергетики, электроники и связи: К столетию Минного офицер¬
ского класса и школы. М.: ИИЕиТ АН СССР, 1977. Вып. 9.
54. Изобретение радио: А. С. Попов. Документы и материалы. М.: Наука, 1966. (Далее: Изобретение радио).
55. Из предыстории радио. М.; Л.:
Изд-во АН СССР, 1948.
56. Каргин Д. И. Начала сигнального дела на первых наших железных дорогах. М.: Транспечать, 1923.
57. Каргин Д. И. Оптический телеграф Кулибина. — В кн.: Архив истории науки и техники. Л.: Изд-во АН СССР, 1935, вып. 3.
58. Кобзарев Ю. Б. Пат. 12747 (СССР), заявл. 10.02.1928.
59. Кобзарев Ю. Б. А. с. 34028 (СССР), заявл. 4.04.1931.
60. Косиков /С М. Развитие знаний в области распространения радиоволн. — В кн.: Очерки истории радиотехники. М.: Изд-во АН СССР, 1960.
61. Кронштадтский вестник, 1895, 30 апр. (12 мая), № 51 (4256). — То же. В кн.: Изобретение радио. М.: Наука, 1948, с. 51—52, 56.
62. Кугушев А. М. Радиотелефонный передатчик с одной боковой полосой. — Новости техники, 1933, № 124.
63. Кудрявцев П. С. История физики. М.: Учпедгиз, 1956. T. 1.
64. Кудрявцев П. С., Конфедератов И. Я. История физики и техники. М.: Учпедгиз, 1960.
65. [Кулибин И. Л.]. Рукописные материалы И. П. Кулибина в Архиве АН СССР. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1953.
66. Кэди У. Пьезоэлектричество и его практические применения. М.: Изд-во иностр. лит., 1949.
67. Лампе Б. Электромагнитные телеграфы: Очерк истории развития.
СПб., 1857.
68. Лебедев В. История радиотехники. М.: Госиздат, 1930.
69. Лебединский В. К. Изобретение беспроволочного телеграфа. М.: Труд и книга, 1925.
70. Лобанов М. М. Начало советской радиолокации. М.: Сов. радио, 1975.
71. Лобанов М. М. Развитие советской радиолокационной техники. М.: Воениздат, 1982.
72. Лукреций [Тит Лукреций Кар]. О природе вещей / Пер. Ф. А. Пиотровского. М.: Изд-во АН СССР, 1946. Кн. 6.
73. Льоцци Марио. История физики. М.: Мир, 1970.
74. Максвелл Д. К- Избранные сочинения по электричеству и магнетизму. М.: Г остехтеоретиздат, 1952.
15 Заказ 196
225


75. Материалы по истории связи в России, XVIII—начало XIX в. М., 1966.
76. Микулинский С. Р. Еще раз о предмете и структуре науковедения.— Вопр. философии, 1982, № 7.
77. Невяжский И. X. Система сверхмощ¬
ного радиовещания на коротких волнах. — Радиотехника, 1938, № 2.
78. Нейман М. С. Стабилизация частоты
в радиотехнике. М.: Связьиздат,
1937.
79. Нейман М. С. Из истории антенн. М.; Л.: Госэнергоиздат, 1955.
80. Новое время, 1897, 22 июля.
81. Оболенский С. А. Из истории электронного приборостроения в СССР. — В кн.: Тр. ИИЕиТ АН СССР. М.: Изд-во АН СССР, 1959, т. 26.
82. Одоевский В. Ф. Опыт о музыкальном языке или телеграфе, могущем посредством музыкальных звуков выражать то, что выражается словами. СПб., 1833.
83. Осада Чарльстона. — Инж. журн., 1867, № 1.
84. Остроумов Б. А. В. И. Ленин и Нижегородская радиолаборатория. Л.: Наука, 1967.
85. Отчет об опытах электрической сигна¬
лизации без проводников, проведенной на Минном отряде в кампании 1897 года. — В кн.: Изобретение
радио.
86. [Охорович] — Электричество, 1881, № 22, с. 332—334.
87. [Охорович]. Телефон Охоровича.— Электричество, 1883, № 17, с. 20.
88. Очерки истории радиотехники. М.: Изд-во АН СССР, 1960.
89. Очерки истории техники в России (1861 — 1917). М.: Наука, 1975.
90. Очерки развития техники в СССР. М.: Наука, 1970.
91. [Петров В. В.] Известия о гальвани- вольтовских опытах,, которые производил профессор физики Василий Петров. . . СПб., 1803.
92. Пипуныров В. Н. История часов. М.: Наука, 1982.
93. Пистолькорс А. А. К расчету излучения направленной антенны. — Телеграфия и телефония без проводов, 1928, № 50.
94. Пистолькорс А. А. Антенны. М.: Связьиздат, 1947.
95. Подобедова О. И. Миниатюры русских исторических рукописей: К истории русского лицевого летописания. М.: Наука, 1965.
96. Попов А. С. Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний. — Журн. РФХО. Часть
физ., 1896, т. XXVIII, вып. 1, отд. 1, с. 1—14. — То же. В кн.: Изобретение радио, с. 57—71.
97. Попов А. С. О телеграфировании без проводов. — Электротехн. вести., СПб., 1897, № 48. — То же. — В кн.: Изобретение радио, с. 121 —132.
98. Попов А. С. Телеграфирование без проводников. — Газ. «Котлин». 1897, 8 янв., № 5 (274), с. 2. — То же. — В кн.: Изобретение радио, с. 79—81.'
99. Попов А. С. Доклад на заседании РТО и 1-го Всероссийского электротехнического съезда в декабре 1899 г. — Физ.-мат. ежегодник, 1900, № 1.
100. А. С. Попов: Сб. документов. Л.: Газ.-журн. и кн. изд-во, 1945.
101. А. С. Попов в характеристиках и воспоминаниях современников. М.: Изд-во АН СССР, 1958.
102. Попова-Кьяндская Е. А., Кьянд- ская Е. Г. Научно-технические связи А. С. Попова с Францией. — Изв. вузов. Радиоэлектроника, 1972, т. 15, № 5.
103. Приложение к докладу Комиссии, избранной физическим отделом Русского физико-химического общества, по вопросу о научном значении работ А. С. Попова. — Журн. РФХО, 1909, т. X, вып. 1, отд. физ., с. 63— 72. — То же. — В кн.: Изобретение радио, 248—263.
104. (Радио, термин). Почтово-телеграфный журнал, 1903, сент., отд. не- офиц., с. 895—899.
105. Радовский М. И. Александр Степанович Попов. М.: Изд-во АН
СССР, 1963, с. 223.
106. Рихман Г. В. Труды по физике. М.: Изд-во АН СССР, 1956, с. 339.
107. Родионов В. М. История радиопередающих устройств. М.: Наука, 1969.
108. Россия. Военное министерство. Столетие военного министерства, 1802— 1902. СПб., 1901.
109. Россия. Министерство внутренних дел: Ист. очерк, 1802—1902. Прил. 2. Почта и телеграф в XIX столетии. СПб., 1901.
110. Сифоров В. И. Наука об информации и ее проблемы. — Междунар. форум по информ. и документации, 1983, т. 8, № 1, с. 17—21.
111. Скобельцын В. В. Прибор А. С. Попова для регистрирования электрических колебаний: Докл. в Электротехн. ин-те 2(14) апреля 1896 г. — Почтово-телеграф. журн., 1896, т. 4.—То же.—В кн.: Изобретение радио, с. 73—77.
226


112. Татаринов В. В. Опыты Нижегородской радиолаборатории им. В. И. Ленина по йередаче короткой волной на большое расстояние. — Телеграфия и телефония без проводов, 1925, No 30.
113. Татаринов В. В. Мощная направленная коротковолновая антенна. — Телеграфия и телефония без проводов, 1929, № 4.
114. Татаринов В. В. О расчете сопротивления излучения антенн с активными и пассивными зеркалами. — Техника радио и слабого тока, 1932, № 2.
115. Татаринов В. В. Коротковолновые направленные антенны. М.: Связьиз- дат, 1933.
116. Телеграф без проволоки. — Вести, иностр. лит., 1897, май.
117. Телеграфное сообщение с поездами на ходу. — Электричество, 1886, № 11.
118. Техника в ее историческом развитии: От появления ручных орудий труда до становления техники машиннофабричного производства. М.: Наука, 1979.
119. Техника в ее историческом развитии, 70-е годы XIX—начало XX в. М.: Наука, 1982.
120. Точное и подробное описание телеграфа, или новоизобретенной дально- извещающей машины: Пер. с нем. М., 1975.
121. Труды Института радиоинженеров, 1962, т. 50, № 5.
122. Фальковский Н. И. Москва в истории техники. М.: Моек, рабочий, 1950.
123. Фарадей М. Экспериментальные ис¬
следования по электричеству. М.: Изд-во АН СССР. T. 1, 1947;
Т. 2, 1951.
124. Фрейман Л. С. Приближенная теория магнитострикционного генератора. — Телеграфия и телефония без проводов, 1929, № 55.
125. Хвольсон О. Д. Опыты Герца и их значение. — Электричество, 1890, № 1—5.
126. Цверава Г. К. Никола Тесла. М.: Наука, 1974.
127. Цверава Г. К. Джозеф Генри. М.: Наука, 1983.
128. Центральная радиолаборатория в Ленинграде / Под ред. И. В. Бре- нева. М.: Сов. радио, 1973.
129. Челяев 3. Ф. Полное и подробное наставление о составлении увеселительных огней. СПБ., 1824.
130. Чернышев А. А. Пат. 15931 (СССР),
заявл. 31.08.18; пат. 266 ч (СССР), 24.05.24.
131. Чиколев В. Н. История газового освещения. — Электричество, 1880, № 3—4.
132. Шато П. Устав телеграфическим сигналистам. СПб., 1835.
133. Шембель Б. К. Схема генератора с самовозбуждением на экранированной лампе. — Изв. электропромышленности слабого тока, 1933, No 3.
134. Шембель Б. К. Стабилизация частоты радиопередающих устройств. М.: Госэнергоиздат, 1934.
135. Шмаков П. В. Пути развития телевидения. М., 1949.
136. Шулейкин М. В. Об условиях применения генераторов высокой частоты для радиотелефонии. — Изв. по минному делу, 1916, № 49.
137. Щукин А. Н. О поглощении коротких волн в ионосфере. — Журн. техн. физики, 1932, т. 9, с. 1393.
138. Электрические колебания и волны / Под ред. В. К. Лебединского. СПб. Вып. 1, 2. 1910; Вып. 3, 6. 1911.
139. Электрические колебания и волны/ Под ред. В. К- Лебединского, М. В. Шулейкина М.: Связьиздат, 1941. Вып. 1.
140. Эллинистическая техника/Под ред. И. И. Толстого. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1948.
141. Энгельман И. Беспроводный телеграф. СПб., 1905.
142. Эпинус Ф. У. Электричество и магнетизм. М.: Изд-во АН СССР, 1951.
143. Якоби Б. С. Доклад, представленный императорской Академией наук проф. Б. Якоби 9 октября 1857 г. по работам, произведенным в области телеграфии. — Почтово-теле- граф. журн., 1895, № 4.
144. t Якоби Б. С. Об электротелеграфии.— Почтово-телеграфный журнал, 1901, № 1.
145. Яроцкий А. В. Основные этапы развития телеграфии. М.: Госэнергоиздат, 1963.
146. Яроцкий А. В. Павел Львович Шиллинг. М.: Изд-во АН СССР, 1963.
147. Abraham М. Elektrische Schwingungen in einem frei endigenden Draht. — Ann. Phys., 1900, Bd. 2, H. 5.
148. Account of law-lase between Armstrong and De Forest to regenerative of feedback valve circuits. — Radio Rev., 1921, vol. 2, p. 424—430.
149. Alexanderson E. Pat. 1042069 (US), 1911.
15*
227


150. Alexanderson E. Pat. 147147 (Gr. Brit.), 1913.
151. Alexanderson E., Nixdorf S. A magnetic amplifier for radio telephony. — Proc. IRE, 1916, vol. 4, N 2.
152. Alexanderson E. Trans-oceanic radio communication. — Proc. IRE, 1920, vol. 8, N 4.
153. Ampér A. M. Mémoir. — Ann. chim. et phys., 1820, vol. 15, p. 59—76, 170—218.
154. Archer C. History of radio to 1926. L., 1927.
155. Armstrong E. H. Pat. 1113149 (US), oct. 29, 1913.
156. Armstrong E. H. Operation features of the audion. — Elec. World, 1914, vol. 54, p. 1149.
157. Armstrong E. Regenerative amplification. — Proc. IRE, 1915, vol. 3, N 3.
158. Armstrong E. Pat. 501511 (France), 1918.
159. Armstrong E. Pat. 182135 (Gr. Brit.), 1921.
160. Armstrong E. The spirit of discovery. — Elec. Eng., 1953, p. 670.
161. Austin L. Über einige Versuche mit Radiotelegraphie auf grosse Entfernungen.— Jahrb. drahtlose Telegr., 1911, Bd. 5.
162. Bain A. Pat. 9745 (Gr. Brit.), 1843.
163. Backewell F. Pat. 12352 (Gr. Brit.), 1848.
164. Barkhausen Fl. Das problem der
Schwingungserzeugeng. B., 1907.
165. Barlow P. On the low of electromagnetic action. — Edinburg Philos.
J., 1825, V. 12, p. 105—114.
166. Becquerel E. Recherches sur les effets de la radiation chimique de la lumière solaire, an moyen des cour- tants électrique. — C: r. Acad, sei.,
1839, vol. 9.
167. Beker W. J. A history of the Marconi company. L., 1970.
168. Bellini E., Tosi A. Systeme jener gerichten Drahtlosen Telegraphie. — Jahrb. drahtlose Telegr. und Teleph., 1908, Bd. 1.
169. Bethenod J. Progress in high-frequency alternator. — Wireless World, 1915, p. 343.
170. Beverage H. H. The wave antenna. — J. AIEE, 1923, vol. 42, p. 215—266.
171. Blake G. G. History of radio telegraphy and telephony. L., 1928.
172. Blondel A. Alvancement des sciences. — C. r. Assoc. France, 1898,
p. 212.
173. Böhm O. Kurzwellen—Rundstrahlantennen. — Telefunken Ztg, 1932, Bd. 13, N 60.
174. Boulanger J., Ferrie G. La Télégraphie sans Fil. 6e ed. P., 1907.
175. Braun F. Über drahtlose Telegraphie. — Phys. Ztschr., 1901, Bd. 3, N 7.
176. Braun K. F. On directed wireless telegraphy. — Electrician, 1906, vol. 57, N 6/7.
177. Bredow. Vier Jahre Deutscher Rundfunk. В., 1927.
178. Cady W. G. The Piezoelectric Resonators. — Phys. Rev., 1921, vol. 17.
179. Cady W. Pat. 1450246 (US), Apr. 23 1923
180. Cady W. G. Pat. 1472382 (US), Oct. 30, 1923.
181. Calzeccki-0nesti T. Sulla condutti- vits elettrica del le lemature metalli- che. — Nuovo cim., 1884, vol. 16, p. 58; 1885, vol. 17, p. 38.
182. Camp L. S. de. The heroic age of
American invention. N. Y., 1961.
183. Carson J. R. Pat. 1343306 (US),
Pat. 1343307 (US), 1914; Pat.
1449382 (US), 1915.
184. Carson J. Notes on the theory of modulation. — Proc. IRE, 1922, vol. 10, N 1.
185. Carson J. R. Generalisation of the reciprocity theorem. — Bell Syst. Techn. J., 1924, vol. 3.
186. Cavendish H. The electrical Researches of the Honorable Henry Cavendish: (1771— _1781)/Ed. byJ.C. Maxwell. Cambridge, 1879.
187. Chappe I. Histoire de la Télégraphie. P., 1840.
188. Child C. Discharge from hot CaO. — Phys. Rev., 1911, vol. 32.
189. Chireix M. Emission sul ondes courtes par antennes dirigées. — Radio élect. Bull. Techn., 1924, N 64.
190. [«C. M.»] An expeditions method of conveying intelligence (Letter).— Scot’s Mag., Renfrew, 1753, vol. 15, p. 73.
191. Colen V., Jeance M. Pat. 402171 (France), 1909.
192. Colpitis E. H. Pat. 1624537 (US), 1918 (publ. 1920).
193. The Cooper-Hewitt Mercury generator. — Elec. World, 1903, N 4.
194. Cooper—Hewitt. Pat. N 9206 (Gr. Brit.), 1903.
195. Craft E., Colpitts E. Radio telephony.— Proc. AIEE, 1919, Mar.
196. Crookes W. Some possibilities on electricity. — London Fortnight. Rev. 1892, vol. 51, N 302.
197. Crossley A. Pat. 1696626 (US),
Apr. 30, 1925.
198. Cutton C. Dix années de T. S. F.,
228


1922—1932. — Onde élec., 1932,
vol. 11, N 131/132.
199. Derham W. Philosophical experiments and observations of the late eminent Dr. Robert Hooke. L., 1726.
200. Dow J. B. A recent development in vacuum tube oscillator circuits. — Proc. IRE, 1931, vol. 19, N 12.
201. Duddel W. On rapid variation in the currents through the direct-current arc. — Electrician, 1900, vol. 46.
202. Duddel W. Pat. 21629 (Gr. Brit.),
1900.
203. Du Fay Ch. Versuche und abhand- lungen von der Elektricität derer Körper, welche er bei der Königlichen Academie derer Wissenschaften zu Paris. . . Erfurth, 1745.
204. Dushman S. Thermionic emission. N. Y., 1930.
205. Dye D. W. The piezoelectric quartz resonator and equivalent electrical circuit. — Proc. Phys. Soc., 1926, vol. 38.
206. Eccles W. H. On coherers. — Proc. Phys. Soc., 1910, vol. 22.
207. Edison T. A phenomenon on the Edison lamp. — Engineering, 1884, Dec., p. 553.
208. Elster J., Geitel H. Ueber die Elektri- citätserregung beim Contact verdünnter Gase galvanisch glühenden Drähten. — Ann. Phys. und Chem., 1889, Bd. 37.
209. Epstein J. Pat. 149761 (Germ.), 1902.
210. Esau A. Pat. 444194 (GermJ, 1925.
211. Espenschied L. Pat. Ï795204 (US),
1927. 	(iss. Aug. 8. 1933).
212. Fahie J. J. A history of electric telegraphy to the year 1837. — Electrician, 1883—1884.
213. Fahie J. J. History of wireless telegraphy. L., 1899.
214. Faraday M. Experimental researches in electricity. L., 1832.
215. Fessenden R. A. Pat. 207329 (Germ.), 1905.
216. Fessenden R. A. Wireless telephony. — Electrician, 1908, July 3, vol. 61.
217. Fleming J. A. Pat. 248850 (Gr. Brit.), Nov. 16, 1904.
218. Fleming J. A. The principles of electric wave telegraphy. L., 1906.
219. Fleming J. A. The principles of electric wave telegraphy and telephony. L., 1919.
220. Fleming J. A. The wave «band» theory of wireless transmission. — Nature, 1930, vol. 125, N 3142.
221. Flewelling E. How I invented the
flewelling circuit. — Wireless Weekly, 1923, vol. 2, p. 195.
222. De Forest L. Pat. 771819 (US), 1904.
223. De Forest L. Pat. 841387 (US),
Oct. 25, 1906.
224. De Forest L. The audion a new
receiver for wireless telegraphy. — Electrician, 1906, vol. 58, p. 216—218.
225. De Forest L. Pat. 879532 (US), Jan. 29, 1907.
226. De Forest L. Pat. 1170881 (US),
1914.
227. De Forest L. The audion as generator of high-frequency current. — Electrician, 1914, vol. 73.
228. De Forest L Pat 1201271 (US),
1915.
229. De Forest L. Pat. N 1377405 (US), 1915.
230. Fortescue. The design of multiple- stage amplifiers using three—electrode thermionic valves. — J. AIEE, 1920, vol. 58.
231. Fray T. C. Theory of shot effect. — J. Franklin Inst., 1925, N 1.
232. Fray T. C. Probability and its engineering uses. N. Y., 1928.
233. 25. Jahre Telefunken: Festschrift
der Telefunken Gesell-schaft, 1903— 1938. B., 1928.
234. [Galvani]. Opere edita e enedita del prof. Luigi Galvani raccolte e publicate cura dell’Academia del Scienze
delle’ Instituto di Bologna. Bologna, 1841.
235. Gesellschaft fur Drahtlose Telegraphie. Pat. 189095 (Gr. Brit.), 1921.
236. Goldschmidt R. Pat. 208551, Pat. 208552 (Germ.), 1908.
237. Goldsmith A. N. Radiotelephony N. Y., 1918.
238. Grommelin C. A. Description catalog of the physical instruments of the 18th century. Leiden, 1951.
239. Guthrie F. On a new relation between heat and electricity. — Philos. Mag. 1873, vol. 46.
240. Hallborg H. T. The radio plant of RCA communications Inc. — Proc. IRE, 1930, vol. 18, N 3.
241. Harris P. W. The Reinartz tuner. — Wireless World, 1922, vol. 10.
242. Hartley R. V. Pat. 1356763 (US), 1915 (publ. 1920).
243. Hazeltine L. Pat. 1450080, Pat. 1489228, 1533858 (US), 1923.
244. Hazeltine L. Pat. 229625 (Gr. Brit.), 1924.
245. Heaviside O. Telegraph theory. — Encycl. Brit., 1902, vol. 10, N 35.
246. Heising R. Pat. 1137315 (US), 1914.
247. Heising R. The Audion oscillator. — J. AIEE, 1920, Apr., May.
229


248. Heising R. Modulation in radiotelephony.— Proc. IRE, 1921, vol. 9, N 4.
249. Henry J. Scientific writings. — Smithsonian Miscell. Collect. XXX. 1886, vol. 1/2.
250. Hertz H. Über die Em-wirkung eiter gradlinigen elektrischen Schwingung auf eine benachbarte Strombahn. — Ann. Phys., 1888, Bd. 34.
251. Hertz H. Untersuchungen über die Ausbreitung der elektrischen Kraft. Leipzig, 1892.
252. Histoire Administrative de la Télégraphie Aérienne en France. P., 1861.
253. Holweck M. Lampe démontable de grande puissance pour T. S. F. — C. r. Acad, sei., 1923, vol. 177, N 3.
254. Houskeeper W. Pat. 1560690— 1560692 (US), 1923.
255. Howe G. W. The capacity of an inverted cone and the distribution of its charge. — Proc. Phys. Soc., 1916/
1917, vol. 29.
256. Hull A. The dinatron. — Proc. IRE,
1918, vol. 6.
257. Hull A. The magnetron: A valve actuated by magnetic field. — J. AIEE, 1921, Sept., vol. 11.
258. Hülsmeyer C. Pat. 165546 (Germ.), 1905.
259. Improvements in thermionic generators. — Engineer, 1923, May 18.
260. James W. A pusch-pull speech amplifier. — Wireless World, 1924, p. 271.
261. Johnson J. B. Thermal agitation of electricity in conductor. — Phys. Rev., 1918, July, vol. 32.
262. Joly M. Sur un tripleur statiques de frequence. — C. r. Acad, sci., 1911, vol. 152, p. 856.
263. Jones A. Historical sketch of the electric telegraph including its rise and progress in US. N. Y., 1852.
264. Kennely A. On the elevation of the
electrically induction. . . — Elec.
World, 1902, vol. 39.
265. [Kühn] E. F. Huth Ges. - Pat. 333777 (Germ.), 15. Dez., 1917.
266. Langmuir I. The effect of space charge and residual gases on thermionic currens in high vacuum. — Proc. IRE, 1930, vol. 18, N 2.
267. Langmuir I. Pat. 339539 (Germ.),
1913.
268. Langmuir /. Pat. 1244216 (US),
1914; Pat. 1244217 (US), 1915.
269. Langmuir I. The pure electron discharge. — Proc. IRE, 1915, vol. 3.
270. Langmuir /. Pat. 1289823 (US), 1918.
271. Levy L. Pat. 493660 (Françe), 1917.
272. Lieben R. von. Pat. 236716 (US), 1910.
273. Lippershey Johannes. — In: Scien- ziati a Tecnologi. Dalle origini al 1875. Milano: Ed. Mondadori, 1975. Vol. 2.
274. Llewellyn F. A study of noice in vacuum tube and attached circuits. — Proc. IRE, 1930, vol. 2, p. 243—265.
275. Lodge O. The work of Hertz. — Electrician, 1894, vol. 35, p. 153—271.
276. Lodge O. Pat. 11575 (Gr. Brit.), 1897.
277. Lodge O. Pat. 13521 (Gr. Brit.), 1902.
278. Lövy H., Leimbach G. Pat. 346836 (Germ.), 1912.
279. Macrorie, Fortescue, Bryan, Airey. Pat. 162367 (Gr. Brit.), 1919.
280. Marconi G. Pat. 12039 (Gr. Brit.), June 2, 1896, accept July 2, 1897.
281. Marconi G. Pat. 7777 (Gr. Brit.), 1900.
282. Marconi G. Pat. 10245 (Gr. Brit.), 1902.
283. Marconi Co. Pat. 145040 (Gr. Brit.), 1919.
284. Marconi G. Chapter in the history of Marconi beam. — Marconi Rev.,
1928, N 1/2.
285. Marrison W. A. A high precision standart of frequency. — Proc. IRE,
1929, vol. 17, N 7.
286. Mason W. P. A new quartz crystal plate, designated the GT, with produces a very constant frequency over a wide temperature range. — Proc. IRE, 1940, vol. 28, N 5.
287. Maxwell J. C. A treatise on electricity and magnetism. Oxford, 1881, Vol. 1.
288. Mazzotto D. Drahtlose Telegraphie. Berlin; München, 1906.
289. Meissner A. Pat. 291604 (Germ.), 9. Apr., 1913; Pat. 252 (Gr. Brit.), Jan. 5, 1914.
290. Meissner A. Uber Röhrensender. — Elektr. Ztschr., 1919. 13 Febr.
291. Meissner A. über Raumstrahlung. — Telefunken Ztg, 1926, N 43.
292. Metropolitan-Vickers Electr. Co. Pat. 143349 (Gr. Brit.), 1919.
293. Miller J. M. Pat. 1756000 (US), 1927 (publ. 1930).
294. Möller H. G. Die Elektronen Rohren. Braunschweig, 1922.
295. Munck of Rosenshöld P. Versuch über der Fähigkeit "starrer Körper zur Leitung der elektrizität. — Ann. Phys. und Chem., 1835' Bd. 34, N 3.
296. Navy’s history of radar. — Electronics, 1943, July.
297. Nesper E. Ueber drahtlose Téléphonie. — Elektrotechn. Ztschr., 1909, N 24.
230


298. Nicolson A. Pat. 1196474 (US),
1916.
299. Nyquist H. Thermal agitation of electricity in conductors. — Phys. Rev., 1938, vol. 32, p. 110—113.
300. O’Dea W. Handbook of the collection illustrating radio communication: Its history and developments. L., 1934.
301. Ohm G. S. Bestimmung des Gesetzes, nach welchem Metalle die Contakt- elektricität leiten. — Schweigger’s J. Chem. und Phys., 1836, S. 144.
302. Ohm G. Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet. B., 1827: Nachdruck, 1965.
303. Parthenius J. M. Electricorum. Romae, 1767. Libri VI. Vol. 3.
304. Pedersen P. Pat. 14792 (Gr. Brit.), 1906.
305. Pedersen P. Pat. 27956 (Gr. Brit.), 1906.
306. Peregrinus Petrus. — In: Scienziati e Tecnologi. Dalle origini al 1875. Milano: Ed. Mondadori, 1975. vol. 2.
307. Pickard G. W. Static elimination by directive reception. — Proc. IRE, 1920, vol. 8, N 10.
308. Pierce G. W. Piezoelectric crystall rezonators and crystall oscillators.— Proc. AA AS, 1923, vol. 59, N 4.
309. Pistolkors A. A. The radiation resistance of beam antennas. — Proc. IRE, 1929, vol. 17, N 3.
310. Poulsen V. Pat. 5590 (Dan.), 1902.
311. Poulsen V. System for reproduction continuous electric oscillating. — In: Trans. Inst. Elec. Congr. St. Louis, 1904, vol. 2.
312. Preece W. Signallung through space without wires. — Electrician, 1897, vol. 39.
313. QST, 1921, N 6.
314. Rayleigh, Lord. On the bending of waves sperical obstacle. — Proc. Roy. Soc. London A, 1904, vol. 72.
315. Reich M. Uber den dämpfenden Einfluss der Erde auf Antennen— Schwingungen. — Jahrb. drahtlose Telegr. und Teleph., 1911/1912, Bd. 5.
316. Richardson O. W. The emission of electricity from hot bodies. N. Y., 1916.
317. Righi A., Dessau B. Die Telegraphie ohne Draht. Braunschweig, 1903.
318. Ringel A. The neutradyne receiver. — Wireless Age, 1922, Apr.
319. De la Rive A. A treatise of electri- citi. L., 1853—1858. Vol. 3.
320. Ronalds F. Description of electric telegraph and other electrical apparatus. L., 1823.
321. Round H. Pat. 28413 (Gr. Brit.), 1913.
322. Round H. T. Pat. 13248 (Gr. Brit.)
1914.
323. Round H. Pat. 13247 (Gr. Brit.) 1914.
324. Rüdenberg R. Der Empfang elektrischer Wellen in der drahtlosen Telegraphie. — Ann. Phys., 1908, Bd. 25, N 1.
325. Rukop H., Zenneck J. Die Transformation eines Hochfrequenz-stroms, auf die dreifache Frequenz. — Phys. Ztschr., 1914, Bd. 15.
326. Saavedra M. Trattado de Telegrafica. Barselona, 1880. Vol. 1.
327. Sabine R. The history and progress of electric telegraph. 2nd ed. L., 1869.
328. Sarasin E., de la Rive A. Résonance multiple des ondulations électrique de M. Hertz. — C. r. Acad, sei., 1890, vol. 110, p. 72—75.
329. Schäffer W. Pat. 422869 (Germ.), 1921.
330. Schäffer W. Rundfunksender. — Telefunken Ztg, 1924, N 37.
331. Schottky W. Pat. 300617, Pat. 310605 (Germ.), 1915.
332. Schottky W. Mehrgitterröhren. — Arch. Elektrotechn., 1918, Bd. 8, H. 9.
333. Schottky W. Spontane Stromschwankungen in verschiedenen Elektrizität-Leitern. — Ann. Phys. und Chem., 1918, Bd. 57.
334. Scott-Taggart J. Pat. 153681 (Gr. Brit.), 1919.
335. [Scott-Taggart]. — Mod. wireless, 1923, vol. 1; 1924, vol. 2; 1924, vol. 3.
336. Semm A. Pat. 389213 (Germ.), 1922.
337. Simon H. Th. Ueber ungedämpte elektrische Schwingungen. — Jahrb. drahtlose Telegr. und Teleph., 1907, Bd. 1.
338. Slaby A. Die Funkentelegraphie. B.,
1901.
339. Smith W. Letter on the action of light on selenium. — J. Soc. Telegr. Eng., 1873, vol. 2.
340. Sommerfeld A. über die Ausbereitung der Wellen in der drahtlosen Telegraphie. — Ann. Phys, und Chem., 1909, Bd. 28.
341. Sommerfeld A. Das Reziprozitäts— Theorem in der Drahtlosen Telegraphie. — Jahrb. drahtlose Telegr. und Teleph., 1925, Bd. 26, H. 3.
342. [Soemmering S.]. Soemmerings Versuche, mittelst der Galvan. Wasserer- zetzung zu telegraphiren (datiren von 1809). — Poggendorf Ann., 1859, Bd. 107.
343. Stanley R. Textbook of wireless telegraphs. L., 1919.
344. Steinheil К. A. über Telegraphie,
231


ins besondere durch galvanische Kräfte. München, 1838.
345. Sterva E. J. Theoretical and practical aspects of directional transmitting Systems. — Proc. IRE, 1931, vol. 19, N 7.
346. Storey A. T. The story of wireless telegraphy. L., 1904.
347. Strauss S. Pat. 71340 (Österr.), 11. Dez., 1912.
348. Tesla N. Phenomena of alternating current of very high frequency. — Elec. World, 1891, vol. 12.
349. Tesla N. Pat. 454622 (US), 1891.
350. Tesla N. On light and other high frequency phenomena. A lecture. — La lumière élec., 1893, vol. 49.
351. Tesla N. Pat. 568180 (US), 1896.
352. Tesla N. Pat. 11283 (Gr. Brit.), 1901.
353. Tesla N. Lectures. Patents. Articles. Beograd, 1956.
354. [Tesla] Tribute to Tesla. Beograd, 1961.
355. Teylor A. Static transformers. — Electrician, 1914, vol. 73, p. 170.
356. Thompson S. Philipp Reis: Inventor of the telephone. L., 1883.
357. Thompson W. Pat. 8821 (Gr. Brit.), 1913.
358. Thomson E. Dynamical induction at high potential and frequency. — Elec. Rev., 1892, vol. 20.
359. Thomson E. Pat. 440698 (US),
1892.
360. Tomassina M. T. Sur un cohérer très sencible, obtenu par le simple contact de deux charbons. . . — C. r. Acad, sei., 1899, vol. 128, p. 666—668.
361. T y er P. The Theory of resistance amplification. — Wireless World, 1922, vol. 1.
362. Vallauri G. A static frequency duplicator. — Electrician, 1912, vol. 68.
363. Van der Bijl. Pat. 1350752 (US),
1915.
364. Van Dyke К. S. The piezoelectric resonator and its equivalent network. — Proc. IRE, 1928, vol. 16.
365. Voigt W. Zur Gedächnis von G. Kir- chhoff. Göttingen, 1888.
366. [Volta] Opere scelte di Alessandro
Volta. Torino: Ed. Glizzi, 1967.
367. Vreeland F. K. Pat. 11555 (Gr. Brit.), 1915.
368. [Weagant R.]. RCA. Pat. 146535 (Gr. Brit.), 1914.
369. Wehnelt A. Uber den Austrith negativer Tonen aus glühenden Metalloxiden und damit zusammenhängende Erscheinunger. — Phys. • Ztschr., 1904, N 21.
370. Weintraub E. Investigation of the arc in metallic vapours in an exhausted space. — Philos. Mag., 1904, vol. 7, N 38.
371. Western Electric Co. Pat. 275 (Gr. Brit.), 1915.
372. Weyl H. Ausbreitung elektromagnetischen Wellen über einem ebenen Leiter. — Ann. Phys, und Chem., 1919, Bd. 60.
373. Whetstone Ch. Pat. 1239 (Gr. Brit.), 1858.
374. Wheeler H. A. Automatic volum control for radioreceiving sets. — Proc. IRE, 1928, vol. 16, p. 30—39.
375. Wien M. Ueber die Intensität der beiden Schwingungen eines gekoppelten Senders. — Phys. Ztschr., 1906, Bd. 6, S. 872.
376. Zehnder L. Zur objektiven Darstellung der Hertz’schen Versuche über Strahlen elektrischer Kraft. — Ann. Phys. und Chem., 1892, Bd. 4.
377. Zenneck J. über die Fortpflanzug ebener elektromagnetischer Wellen längs einer ebener Leiterflache und ihre Beziehung zur drahtlosen Telegraphie. — Ann. Phys. und Chem., 1907, Bd. 28.


ИМЕННОЙ УКАЗАТЕЛЬ*
Абрагам М. (Abraham М.) 107 Айзенштейн С. М. 114, 188 Александер Уильям (Alexander W.) 41 Александерсон Эрнст (Alexanderson Е., 1878—1950) 119—121, 127, 131, 133, 154
Ампер Андре Мари (Amper А. М., 1775— 1836) 32—34, 41, 58 Андерсен ПО
Араго Франсуа Доминик (Arago F., 1786—1853) 32 Арганд Э. 25
Арко Георг (Arko G., 1869—1940) 89, 101, 121, 152, 163, 167 Армстронг Эдвин Хоуард (Armstrong Е., 1890—1954) 69, 163—168, 174, 178, 202, 203, 215, 217
Баженов Валериан Иванович ( 1889— 1939) 8
Баркгаузен Генрих (Barkhausen Н., 1881 — 1956) 113, 157, 158, 178, 182 Барлоу Питер (Barlow Р., 1776—1862) 41 Барнет Д. (Barnett D.) 54 Баттерворс С. (Batterworth S.) 184 Бевередж Г. (Beverage H. Н.) 131, 134, 213
Беккерель Эдмон Александр (Becquerel Е., 1820—1891) 150 Белл Александр (Bell А., 1847—1922) 186
Беллини Э. (Bellini Е.) 134, 135 Бен А. 52
Берг Аксель Иванович (1893—1979) 182 Бессель Фридрих (Bessel F., 1784—1846) 223
Бетанкур Августин (Béthencourt А., 1768—1824) 38
Бетено Ж. (Béthenod J.) 125, 126 Бём О. (Böhm О.) 213 Био Жан Батист (Biot J., 1774—1862) 32 59
Блейк Д. (Blake G.) 8 Блекк К. (Black С.) 186 Блекслей Т. 137
Блондель Анри Эжен (Blondel А., 1863— 1938) 89, 107
Блондло Рене (Blondlot R.) 73 Боас Г. (Boas Н.) 98 Богословский Михаил Михайлович (1879—1944) 152
Бодо Жан Морис (Baudot J., 1845—1903) 54, 55
Бозолус Иосиф (Bosolus J.) 36 Больцман Людвиг (Boltzman L., 1844— 1906) 61
Бонч-Бруевич Михаил Александрович (1888-1—1940) 146, 152, 153, 156—158, 174, 196, 212
Боргман Иван Иванович (1849—1914)
72, 73, 76
Боровик С. А. (1882—1958) 148 Бос Д. (Бозе) Джегдиш Чандра (Bose J., 1858—1937) 49, 73
Бранли Эдуард (Branly Е., 1844—1940)
73, 75, 76, 78, 79, 91
Браун Карл Фердинанд (Braun К., 1850—1918) 92, 94, 96, 97, 106, 134, 150
Бреге Луи Франсуа (Bréguet L., 1804— 1883) 46, 47
Бренев Игорь Васильевич (1901 —1982) 9, 90
Брайан (Bryan) 159 Бреккет К. (Brecket С.) 155 Бурдонне (Bourdonnais) 15 Бутаков Александр Николаевич (1779— 1845) 15, 16, 23
Бушеро Поль (Boucherot Р., 1869—1942) 125
Бэквелл Ф. (Backewell F.) 52, 53
Вагнер К. (Wagner К.) 67, 68, 139 Вайнтрауб Э. (Weintraub Е.) 144, 145 Валлаури Дж. (Vallauri G. А.) 123, 182 Вандербейль (Van-der-Bijl) 192, 195 Ван-дер-Поль Балтазар (Van-der-Pol В.) 181
Варлей Кромвель (Varley С., 1828— 1883) 75
Ватсон (Watson) 111 Вебер Вильгельм Эдуард (Weber W., 1804—1891) 34, 35, 45, 57, 58, 61 Вейль X. (Weyl Н.) ПО, 111, 135 Венельт А. (Wehnelz А.) 94, 147 Вертгейм Вильгельм (Wertheim W., 1815—1861) 55
Вигант P. (Weagant R.) 152, 153, 165, 214, 215 Визент И. 8
* По ряду имен указателя не удалось установить более подробные данные (полное имя, годы рождения и смерти).
233


Вин Макс Карл (Wien М., 1866—1938) 92, 98, 99
Винсент Дж. (Vincent J.) 186.
Вихерт Эмиль (Wiehcert Е., 1861 — 1928) 150
Вологдин Валентин Петрович ( 1881 — 1953) 121, 122, 124, 188 Волынкин Виктор Иосифович ( 1891 — 1955) 152, 159
Вольта Алессандро (Volta А., 1745— 1827) 30, 31, 36, 67
Вреден Роман Романович (1867—1934) 187
Галилей Галилео (Galilei G., 1564— 1642) 24
Галлетти P. (Galletti R.) 128 Гальвакс Вильгельм (Hallwachs W., 1859—1922) 151
Гальвани Луиджи (Galvani L., 1737— 1798) 30, 39
Гаусс Карл Фридрих (Gauss К., 1777— 1855) 26, 34, 35, 45, 47, 60 Гевелий Ян (Hevelius J., 1611 —1687) 24 Геде В. (Gaede W., 1878—1945) 148 Гейтель Ханс (Geitel Н.) 143, 151 Генри Джозеф Джон (Henry J., 1797— 1878) 29, 33, 48, 49, 57, 58, 66 Гельмгольц Герман (Helmholtz Н., 1821 — 1894) 57, 58, 63, 64, 138, 139, 142, 151
Георгиевский Николай Николаевич 1864—1940) 76
Герике Отто (Guericke О., 1602—1686) 28, 29
Герц Генрих Рудольф (Hertz H., 1857— 1894) 62, 64—66, 70, 73—78, 80, 81, 83, 84, 90, 92, 93, 95, 104, 106, 108, 109, 114, 138, 151, 219, 220 Гиббс Эдуард (Gibbs Е.) 67 Гильберт Уильям (Gilbert W., 1544— 1603) 28
Гинтль Юлиус (Gintl JJ., 1804—1883) 55 Гитторф И. 143
Голубицкий Павел Михайлович (1845— 1911) 187
Гольвек М. (Golweck М.) 158, 160 Гольдшмидт Рудольф (Goldschmidt R., 1876—1950) 125
Голяр Люсьен (Gaulard L., 1850—1888) 67
Грей Илайша (Gray Е., 1835—1901) 186 Грей Стивен (Gray S., 1666—1736) 39 Грейг Алексей Самуилович (1775—1845) 16
Грин Дж. (Green J., 1793—1841) 58 Гротгус Теодор (Grotthus Th., 1785— 1822) 31
Гроув Уильям Роберт (Grove W., 1811 — 1896) 150 Губер 65, 66
Гук Роберт (Hooke R., 1635—1703) 17, 18 Гютри Фредерик (Guthrie F.) 143
Дай Д. (Dye D.) 184 Дайк К. ван (Van Dyke К.) 184 Деви Гемфри (Davy Н., 1778—1829) 31, 34
Дембер Н. 151
Демокрит Александрийский (V в. до н. э.) 14
Денвуди Г. (Danwoody G.) 103, 106 Дессау Б. (Dessau В.) 110 Дешман С. (Deshman S.) 149, 151 Джонсон Д. (Johnson J.) 176, 177 Джоуль Джеймс Прескотт (Joule J., 1818—1889) 35, 186
Добровольский Владимир Павлович 74 Долбир A. (Dolbear А.) 70, 71 Доу Дж. (Dowe J.) 186, 209 Друде Пауль (Drude Р., 1863—1906) 149 Друммонд Т. (Drummond Т.) 26 Дуддель Вольдемар (Duddel W., 1872— 1917) 112, 113, 114
Дюкрете Эжен (Ducretet Е., 1844—1915) 84, 89
Дюфе Шарль Франсуа (du Fay Ch., 1698—1739) 29
Евклид (ок. 365— ок. 300 до н. э.) 25 Егоров Николай Николаевич (1849— 1919) 73
Жане М. (Jeance М.) 115 Жоли М. (Joly М.) 123
Залевский И. И. 89 Зейтленок Г. А. 203 Земм A. (Semm А.) 200 Зёммеринг Самиул (Sömmering S., 1755—1830) 39, 40, 43 Зилитинкевич Сергей Илларионович (1894—1981) 146
Зоммерфельд Арнольд Иоганн (Sommerfeld А., 1868—1951) 111, 134, 135, 137
Зусмановский Савелий Александрович (1904—1979) 193
Икклз Уильям (Eccles W.) 106, 132, 136, 137, 145, 146
Йедлик Аньош (Iedlik А. I., 1800—1895) 66
Йокояма Е. (Yokoyama Е.) 106, 116
Кавендиш Генри (Cavendish Н., 1731 — 1810) 30
Казелли Джованни (Cazelli J., 1815— 1891) 52, 53
Кальцекки-Онести Фемистокл (Са1- zecchi-Onesti Т., 1853—1922) 75 Каменский Евгений Иванович 203 Капилович Е. А. 186 Карл Великий (742—814) 15 Карлейль Антони (Carlisle А., 1768— 1840) 31, 39
Карсон Дж. (Carson J.) 134, 202, 204 Кемпбелл Д. (Campbell D.) 138, 139
234


Кеннели Артур (Kennely А., 1861—1939) 109, 136, 138 Кесслер (Kessler) 20, 23 Кирхгоф Густав Роберт ( Kirchhoff G., 1824—1887) 34, 61, 139 Китамура М. (Kitamura М.) 106, 116, 136 Кларк Ю. (Clarke J.) 47, 67 Клеоксен Александрийский, V век до н. э. 14
Козен Федор Андреевич 21 Кокс Редмен (Cocks R.) 40 Колен В. (Colin V.) 115 Колпитц Э. (Colpitts Е. 1872—1949) 178—180, 183, 192, 195, 208 Кольрауш Рудольф (Kohlraisch R.) 61 Котельников Владимир Александрович (р. 1908) 207
Крид Ф. (Creed F. 1871 — 1957) 54 Кросслей A. (Crossley А.) 186 Крукс Уильям (Crookes W., 1832—1919) 73, 142
Кубедкий Леонид Александрович (1906— 1959) 151
Кузунозе И. (Kusunose Y.) 183 Кук Уильям (Cooke W., 1806—1879) 45, 46, 50
Куксенко Павел Николаевич 216 Кулибин Иван Петрович (1735—1818) 22, 25
Кулидж Уильям (Coolidge W., 1873— 1955) 148
Кулон Шарль Огюстен (Coulomb Ch., 1736—1806) 30, 58, 60 Купер-Юитт (Cooper-Hewitt) 98, 150 Кушелев Г. Г. (1754—1833) 16 Кэди У. (Cady W.) 183—185 Кюн Л. (Kühn L.) 178, 179, 185, 208, 209 Кюри Поль-Жак (Curie P.-J.) 184 Кюри Пьер (Curie Р., 1859—1906) 184
Лаборд Эдмонд (Laborde Е.) 55, 56 Ланге Э. (Lange Е.) 186 Ланжевен Поль (Langeven Р., 1872— 1946) 184
Лаплас Пьер Симон (Laplace Р. 1749— 1827) 32, 58 Лармор (Larmor) 206 Латур М. (Latour М., 1704—1788) 171, 215
Лебедев Петр Николаевич (1866—1912) 73, 92
Лебединский Владимир Константинович (1868—1937) 8, 91, 146 Левеллин Ф. (Llewellyn F.) 176 Леви Л. (Levy L.) 166, 167, 217 Леймбах Г. (Leimbach G.) 140 Лейтхаузер Г. (Leithäuser G.) 165, 214 Лемм Б. (Lamme В.) 119 Лемонье Луи Гийом (Lemonnier L., 1717—1799) 36 Ленард Ф. (Lenard Ph.) 151 Ленгмюр Ирвинг (Langmuir L, 1881 — 1957) 146—150, 155, 163 Ленин Владимир Ильич (1870—1924) 7, 189
Ленц Эмилий Христианович (1804— 1865) 34, 35, 57, 60 Леонард да Винчи (1452—1919) 25 Лепель Э. (Lepel Е.) 116 Лесаж Жорж Луи (Le Sage G., 1724— 1803) 37
Лехер Эрнст (Lecher E., 1856—1926) 73, 95
Лещинский Владимир Михайлович (1887—1919) 153 Лёви Г. (Lövy Н.) 140 Либен Р. (Lieben R., 1878—1913) 147, 198, 162, 177, 190
Липперсгей Иоханнес (Lippershey L, 1570—1619) 24 Лифшиц С. Я. 100, 101 Лодж Оливер (Lodge О., 1851 —1940) 73, 75, 76, 78, 79, 91, 92, 102, 104, 105, 110
Лодыгин Александр Николаевич (1847— 1923) 143 Ломон 37
Ломоносов Михаил Васильевич (1711 — 1765) 24, 29, 91
Лоренц Хендрик (Lorentz Н., 1853— 1928) 121, 134, 149
Лосев Олег Владимирович (1903—1942) 216, 217
Лукреций, Тит Лукреций Кар (I в.
до н. э.) 28 Львович Р. В. 182, 191
Майерс Дж. 186
Майорана К- (Majorana Q.) 100, 101 Макаров Степан Осипович (1848—1904) 16
Макдональд Г. (Mac Donald G.) Ill Макрори (Mac Rorie) 159 Максвелл Джеймс Клерк (Makwell D., 1831 — 1879) 53, 58—63, 65, 73, 76, 108, 111, 137, 138, 219, 220 Мандельштам Леонид Исаакович (1879—1944) 65, 11 Мане 26
Маркони Гульельмо (Marconi G., 1874— 1937) 49, 85—87, 90, 91, 96, 101 — 106, ПО, 120
Маршалл Чарльз (Marshall Ch.) 36 Массон А. 67
Маццотто Д. (Mazzotto D.) 109 Мейер Бернхард (Meyer В.) 54 Мейсснер Александр (Meissner А., 1883—1958) 147, 163, 164, 177—179, 190, 212
Мени P. (Mesny R.) 178 Мёллер X. (Möller Н.) 146, 181, 182 Миллер Дж. (Miller J.) 185 Милликен Роберт (Millican R., 1868— 1953) 149
Минц Александр Львович (1895—1974) 195, 201
Минчин Джордж (Minchin G. 1845— 1914) 73
Миткевич Владимир Федорович (1872— 1951) 91, 159
235


Михальский 187 Моркрофт (Morecroft) 182 Морзе Самюэль Финли (Morse S., 1791 — 1872) 48—50, 54, 70, 72, 89, 94 Морозов Юрий Иванович (1836—1904) 56
Моррисон Чарльз (Morrisson ChJ 36 Моссотти Оттавиано (Mossotti О., 1791 — 1863) 58
Моторин Иван Федорович 13 Моторин Михаил Иванович 13 Мунк оф Розеншольд П. (Munk of Ro- seschöld P., 1804—1860) 75 Мур Ф. 74
Муррей Дж. (Murray G., 1761 —1803)
20, 21
Мушенбрук Питер (Musschenbroek Р., 1692—1761) 29 Мюирхид 102, 105
Найквист X. (Nyquist Н.) 176 Невяжский Исаак Харитонович (1898— 1975) 201, 211
Нейман Михаил Самойлович (1905— 1975) 183
Нейман Франц (Neuman F., 1798—1895) 57, 58, 63
Неккем Александр (Neckam А., 1157— 1217) 28
Неф Джекоб (Neef J.) 67, 68 Николс (Niczols) 207 Никольсон A. (Nicolson А.) 156, 157 Никольсон Уильям (Nicolson W., 1753— 1815) 31, 39, 111, 136 Нобили Леопольдо (Nobili L., 1784— 1835) 33
Оганов Николай Иванович (1902—1966) 193, 195
Одоевский Владимир Федорович (1804— 1869) 16
Олег (Вещий) (ум. 912) 13 Ом Георг Симон (Ohm G., 1787—1854) 34, 57
Остин Л. (Austin L.) 103, 132, 136,
137, 206
Остряков Петр Алексеевич (1887—1952) 152
Охорович Юлиан (1850—1917) 187
Паплекси Николай Дмитриевич (1880— 1947) 111, 152, 156
Парсонс Ч. (Parsons Ch., 1854—1931) 119
Паульсен В. (Poulson V., 1869—1942) 113—116, 127, 129
Педерсен П. (Pedersen Р.) 115, 117,
129, 206
Пейдж Чарльз (Page Ch., 1812—1868) 55, 67
Перегрин Пьер (Petrus Peregrinus de Maricourt, XIII в.) 28 Пери 152
Петр I (Великий) (1672—1725) 15, 17, 24
Петржина Франтишек (Petrina F., 1799— 1855) 55
Петров Василий Владимирович (1761 — 1834) 31
Петровский Алексей Алексеевич (1873— 1942) 8, 91
Петрушевский Федор Фомич (1828— 1904) 76
Пёйкерт В. (Peukert W.) 116 Пикар Д. (Picard D.) 134 Пиксини Ипполит (Pixii I.) 66 Пилсудский Е. 70
Пирс Дж. (Pierce G.) 183, 185, 186, 191 Пистолькорс Александр Александрович (р. 1886) 213
Поггендорф Иоганн Кристиан (Poggen- dorff I., 1796—1877) 35 Пойнтинг Джон Генри (Pointing J., 1852—1914) 61, 62
Полибий (ок. 201—ок. 120 до н. э.) 14, 15 Понюхаев 23
Попов Александр Степанович (1859— 1906) 49, 73, 76—91, 93, 95, 97, 99—107, 109, 130, 139, 140, 219 Прескот Джордж (Prescott G.) 55 Прис Уильям Генри (Preece W., 1834— 1913) 71, 72, 85, 86, 143 Пуанкаре A. (Poincaré Н.) 111 Пуанссон Симеон (Poisson S., 1781 — 1840) 57, 58
Пунгс Л. (Pungs L.) 127 Пупин Михайло (PuPin М., 1858—1935) 54, 73, 102, 138
Райт Дж. (Wright J.) 172 Райх М. (Reich М.) 132 Райнд Г. (Round G.) 148, 152, 153, 156, 163, 165, 166, 172, 174, 177, 180, 190, 191
Резерфорд Эрнест (Rutherford Е., 1871 — 1937) 73, 102, 149 Рейнарц (Reinartz) 165, 214, 215 Рейс Филипп (Reis F., 1834—1874) 187 Рейс Фридрих Фердинанд (Reis F., 1778—1852) 31
Рейсс Э. (Reiss Е.) 147, 152, 163 Реммерт Александр Адольфович (1861 — 1931) 89
Рив де ла Огюст (de-la Rive А., 1801 — 1873) 55, 92
Риги Аугусто (Rihgi А., 1850—1920) 73, 78; 80, 83, 85, 86, 92, 93, 106, 110, 151 Риттер Иоганн (Ritter J., 1776—1810) 31 Ритчи Л. (Ritchie L.) 41, 67 Ритчи Уильям (Ritchie W., 1790—1837) 41
Рихман Георг Вильгельм (1711 —1753) 29, 91
Ричардсон Оуэн (Richardson О., 1879— 1959) 149
Робинсон (Pobinson) 102 Рональде Френсис (Ronalds F., 1788— 1873) 36—39, 50 Рукоп Г. (Rukop Н.) 124
236


Румер Э. (Ruhmér E.) 115 Румкорф Генрих (Runmkorff H., 1803— 1877) 63, 67—80, 82, 94 Рыбкин Петр Николаевич (1864—1948) 80, 84, 87, 89, 101, 102, 130 Рыбчинский 111
Рэлей Джон (Стретт) (Rayleigh J., 1842—1919) 111, 135, 136, 204 Рюденберг Р. (Rüdenberg R.) 130,
131, 132
Савар Феликс (Savart F., 1791 —1841) 32, 59
Саламансар II (860—831 в. до н. э.) 13 Сальва Франсиско (de Salva F., 1751 — 1828) 38, 39, 43 Сарасен Э. (Sarassin E.) 92 Сейл P. 150
Сенявин Дмитрий Николаевич (1763— 1831) 16
Сименс Вернер Эрнест (Siemens W., 1816—1892) 35, 46, 48, 52, 55 Симон Г. (Simon Н.) 113 Сифоров Владимир Иванович (р. 1904) 6, 207
Скобельцын Владимир Владимирович (1863—1947) 84
Скотт-Таггарт Дж. (Scott-Taggart J.)
154, 155, 171, 215, 216 Слаби A. (Slaby А., 1849—1913) 49, 73, 89, 95, 101, 107, 109, 130, 188 Слонимский Зиновий Яковлевич (1810— 1904) 55
Слугинов Н. П. 69
Смит У. (Smith W., 1828—1891) 150 Сокольцов Дмитрий Михайлович 136 Стерба Э. (Sterba E. J.) 211, 213 Стержен Уильям (Sturgeon W.) 33 Стирнс Джозеф (Stearns J.) 55 Стоней Джордж Джонсон (Stony G., 1826—1911) 143
Столетов Александр Григорьевич (1839— 1896) 62, 73, 151 Стори A. (Storey А.) 8 Стоун-Стоун Дж. (Stoun-Stoun J.) 98 Струбинский Владимир 54
Татаринов Владимир Васильевич (1878— 1941) 211—213 Тейлор A. (Teylor А.) 123 Тейлор Дж. (Taylor J.) 110 Тесла Никола (Tecla N. 1856—1943) 69, 70, 73, 74, 76, 93, 99, 104, ПО, 112, 118, 129, 140, 219 Тиссо К. (Tissot С.) 89, 130 Тимофеев Петр Васильевич (р. 1902) 151 Този A. (Tosi А.) 134, 135 Томмасина М. (Thommasina М.) 102
Томсон Дж. (Thomson J., 1856—1940) 142, 143, 149
Томсон Илайю (Thomson Е., 1853—1937) 73, 93, 118
Томсон Уильям, лорд Кельвин (Thomson W., 1824—1907) 53, 58, 63
Томпсон У. (Thompson W.) 170, 215 Ториката У. (Torikata W.) 106, 116 Троицкий Дмитрий Семенович 87, 101, 102, 103
Труэ Г. (True Н.) 132 Турвилль A. (Tourville А. Н., 1642— 1701) 15
Уден 105
Углов Александр Тихонович (1882— 1942) 189, 191, 199 Уилер Харольд (Wheeler Н.) 175 Уитстон Чарльз (Wheatstone Ch., 1802— 1875) 34, 35, 45, 46, 48, 50, 54, 55 Умов Николай Алексеевич (1846—1915) 61, 62
Упсон В. (Upson V.) 113 Усагин Иван Филиппович (1855—1919) 67
Фаи Дж. (Fahie J.) 8, 18 Фалес Милетский (ок. 625—547 в. до н. э.) 28
Фарадей Майкл (Faraday М., 1791 — 1867) 35, 56—59, 61, 63, 76, 219 Фармен Г. (Farmen G.) 54 Федорицкий Николай Александрович 152 Ферье Гюстав (Ferrieé G.) 89, 102, 107, 130, 171
Фессенден Реджинальд (Fessenden R., 1866—1932) 119, 129, 166, 188, 191 Физо Арман (Fizeau А., 1819—1896) 140 Фитингоф 21
Флеминг Джон Амброуз (Fleming D., 1849—1945) ПО, 113, 143—145, 152, 161, 203
Флюэллинг Э. (Flewelling Е.) 166, 215 Фой A. (Foy А.) 46, 47 Фок Владимир Александрович (1898— 1974) 111
Форест (Де Форест) Ли (De Forest L., 1873—1961) 102, 115, 134, 145, 147, 152, 156, 157, 161 — 164, 177, 187 Фортескье (Fortescue) 159 Франклин Бенджамин (Franklin В., 1706—1790) 29, 30
Франклин К. (Franklin С.) 105, 121, 163,
211, 212
Фрей Т. (Fray Т.) 176 Фрейман Имант Георгиевич (1890— 1929) 182
Фрейман Л. С. 186
Френель Огюстен Жан (Fresnel А., 1788—1827) 26
Фришен Карл (Frischen К.) 55 Фроми 214
Фуко Жан Бернар (Foucault J., 1819— 1968) 68, 80, 141
Фурье Жан Батист (Fourier J., 1768— 1830) 125, 139, 177, 182, 204, 223
Хазелтайн Луис Алан (Hazeltine L.) 172—174, 178, 214
Хартлей Р. (Hartley R.) 178—180,
183, 208
Хаускипер У. (Houskeeper W.) 158
237


Хвольсон Орест Данилович (1852—1934) 73, 76, 91
Хевисайд Оливер (Heaviside О., 1850— 1925) 61, 62, 109, 136, 138 Хейзинг Р. (Heising R.) 178, 196—198 Хоу Г. (Howe G.) 132, 136, 137, 182 Хэлл A. (Hull А.) 153, 154 Хюльсмейер К. (Hülsmeyer Ch.) 140
Цендер Л. (Zehnder L.) 144, 145 Ценнек И. (Zenneck J., 1871 — 1959) 111, 124, 134, 135
Циклинский Николай Николаевич (1884—1936) 159
Циолковский Константин Эдуардович (1857—1935) 140
Чайльд Клемент (Childe С.) 150 Чернышев Александр Алексеевич (1882—1940) 8, 115, 152, 159 Чеффи Э. (Chaffee Е.) 116 Чистяков Павел Егорович (1783— 1851) 16, 23
Чохов Андрей (ум. ок. 1630) 13
Шапошников Сергей Иванович (1887— 1960) 105
Шапп Клод (Chappe С., 1763—1805) 17, 18, 19, 20, 21, 22, 38, 46, 47, 48 Шарп Бенджамин (Sharpe В.) 40 Шато Пьер (Château Р.) 21, 22 Швейггер Иоган Кристоф (Schweigger J., 1779—1857) 33, 40, 41 Шелдинг (Shelding) 207 Шембель Борис Константинович 186, 209 Шеффер В. (Schaffer W.) 193, Л95 Шиллин Павел Львович (1786—1837) 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 48 Ширекс (Chireix) 211, 213 Шлемильх В. (Schlemilch W.) 102, 103 Шмидт (Schmidt) 121 Шнелль (Schnell) 214
Шоттки Вальтер (Schottky W.) 146, 155, 167, 176, 217
Шпаковский Александр Ильич (1823— 1881) 26
Штейнгель Карл (Steinheil С., 1801 — 1870) 47, 48
Штейнмец Чарльз Протеус (Steinmetz Ch., 1865—1923) 119, 138 Штраус Зигмунд (Strauss S.) 147, 163 Шулейкин Михаил Васильевич (1884— 1939) 124, 131, 182, 201, 202, 206
Щукин Александр Николаевич (р. 1900) 207
Эдисон Томас Алва (Edison Т., 1847— 1931) 55, 71, 72, 143, 187 Эзау A. (Esau А.) 178, 179, 208, 209 Эйлер Леонард (Euler L., 1707—1783) 29, 30
Эйнштейн Альберт (Einstein А., 1879— 1955) 151 Эйри (Airey) 159
Эльстер Юлиус (Elster L.) 143, 151 Эндельранц (Endelrantz) 20 Эпинус Франц Ульрих (Aepinus F., 1724—1802) 30
Эпплтон Эдвард (Appleton Е., 1892— 1965) 181, 207 Эпштейн (Epstein) 123 Эрстед Ханс Кристиан (Oersted Н., 1777—1851) 32, 33, 41, 56 Эспеншид Л. (Espenschied L.) 184 Эсхил (ок. 525 — 456 до н. э.) И
Юз Дэвид (Hughes D., 1831 — 1900) 48, 54, 187
Яблочков Павел Николаевич (1847— 1894) 67
Якоби Борис Семенович (1801 —1874) 34, 38, 46, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 66


ОГЛАВЛЕНИЕ
ОТ РЕДАКТОРА 5
ВВЕДЕНИЕ 7
ГЛАВА ПЕРВАЯ
СРЕДСТВА СВЯЗИ ДОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПЕРИОДА 10
Ранние средства передачи информации Ю
Технические устройства для визуальной связи 17
Оптические приборы и источники света в ранних средствах связи .... 24
ГЛАВА ВТОРАЯ
СТАНОВЛЕНИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ 27
Первые наблюдения электрических и магнитных явлений 27
Начало систематических исследований электричества 29
Законы электростатики и гальванизма 3Q
Обнаружение связи электрических и магнитных явлений 32
Практические применения электромагнетизма 33
Законы постоянного тока 34
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
РАННИЕ СРЕДСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВЯЗИ 35
Первые опыты по электростатическому телеграфированию 33
Электрохимические телеграфы Зд
Возникновение электромагнитных телеграфов 41
Развитие электромагнитных телеграфов 43
Системы проводного телеграфирования 3Q
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ РАДИОТЕХНИКИ 5б
Исследования, предшествующие беспроводной связи 56
Техническая база получения высоких напряжений переменного тока и
экспериментов с электромагнитными волнами 66
Применение высокочастотных токов для создания систем связи индукционного типа 7Q
Предыстория возникновения радиосвязи 73
ГЛАВА ПЯТАЯ
ВОЗНИКНОВЕНИЕ РАДИОСВЯЗИ 76
Создание А. С. Поповым «прибора для обнаружения и регистрирования
электрических колебаний» 73
Усовершенствование прибора и первая практическая радиосвязь .... 33
Работы Г. Маркони 33
Телефонный приемник А. С. Попова 37
«Завоевание пространства» радиосвязью Зд
ГЛАВА ШЕСТАЯ
НАЧАЛО РАДИОТЕХНИКИ ЗАТУХАЮЩИХ КОЛЕБАНИЙ 92
Методы возбуждения затухающих колебаний и управления ими 92
239


Методы приема затухающих электромагнитных колебаний 101
Антенны 106
Начальные знания в области распространения радиоволн 108
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
СТАНОВЛЕНИЕ МЕТОДОВ ГЕНЕРИРОВАНИЯ И ПРИЕМА НЕЗАТУХАЮЩИХ КОЛЕБАНИЙ ц2
Дуговые генераторы незатухающих электромагнитных колебаний . ... \\2
Модуляция в дуговых радиостанциях 116
Применение машин высокой частоты Hg
Умножители частоты для электрических машин 122
Модуляция в машинных передатчиках 126
Становление техники радиоприема незатухающих колебаний 128
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
РАЗВИТИЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ НАУЧНЫХ ЗНАНИЙ В ДОЛАМПО- ВЫЙ ПЕРИОД И ПЕРВЫЕ СПЕЦИАЛЬНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ РАДИОТЕХНИКИ 130
Антенные системы 130
Развитие знаний в области распространения радиоволн 135
Развитие теории цепей 137
Некоторые новые применения радиотехнических средств 139
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ
ПОЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ЛАМПЫ И ПЕРВЫЕ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ 142
Изобретение электронной лампы 142
Приемно-усилительные лампы 152
Генераторные радиолампы 155
ГЛАВА ДЕСЯТАЯ
НАЧАЛО ЛАМПОВОЙ РАДИОТЕХНИКИ 161
Принципы лампового радиоприема и усиления 161
Развитие основ лампового генерирования электромагнитных колебаний 177
ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ
ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАДИОТЕЛЕФОНИИ И РАДИОВЕЩАНИЯ В РАННЕЙ РАДИОТЕХНИКЕ 187
Технические и социальные предпосылки радиотелефонии и радиовещания 187
Ранние методы модуляции ламповых передатчиков 189
Сеточная модуляция 192
Анодная модуляция 196
Становление принципов построения мощных радиовещательных станций 199 Зарождение методов модуляции по частоте и фазе 201
ГЛАВА ДВЕНАДЦАТАЯ
ОСВОЕНИЕ КОРОТКИХ ВОЛН 205
Изучение свойств коротких волн 205
Техника применения коротких волн 208
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 218
ЛИТЕРАТУРА 224
ИМЕННОЙ УКАЗАТЕЛЬ 233


Поправка
?
Правильное положение рис. 21 на с. 93 (вибратор Phi-и)
З’к. 196. В.М. Родионов. Зарождение радиотехники