Кто изобрёл радио? Многие ответят, что это сделал Попов, некоторые вспомнят о Маркони. Давайте сегодня вместе разберёмся в истории создания радио и радиосвязи.
Прежде всего следует уточнить, что мы понимаем под словом «радио». Простыми словами радио – это передатчик и один, или несколько приёмников более высокочастотного несущего радиосигнала, модулированного более низкочастотным информационным электромагнитным колебанием. Это самый простейший вид модуляции – наложения информации на «скачущую лошадь» – несущий сигнал, называемый аналоговая модуляция. В свою очередь аналоговая модуляция делится на два вида: амплитудная модуляция и частотная модуляция. В упрощённом виде на схеме амплитудная модуляция выглядит так:
Передатчик радиосигнала – это устройство модулирующее несущий высокочастотный сигнал более низкочастотным информационным. Приёмник радиосигнала – это демодулятор, то есть устройство, преобразующее информационный радиосигнал в акустический. А теперь давайте поговорим о том, что предшествовало передаче речи на расстоянии с помощью радиосигнала и кто был первопроходцем в области радиосвязи.
Опыты Герца и Бранли
Для передачи и приёма электромагнитных колебаний необходима антенна, без антенны невозможно существование радиопередающих и принимающих устройств. Первую антенну для излучения и приёма электромагнитных колебаний, называемую симметричный вибратор Герца (не путать с другими типами вибраторов😁) создал немецкий физик Генрих Рудольф Герц в 1886-м году. В опытах Герца один вибратор – кусок медной проволоки с разрывом посередине и двумя медными шарами на концах излучал электромагнитные волны, а второй вибратор в виде рамки из медной проволоки с разрывом принимал эти волны, отражённые от металлической стены. Для регистрации и фиксации принимаемого электромагнитного сигнала необходимо было устройство, совмещённое с приёмной антенной и такое устройство в 1890-м году создал французский физик Эдуард Юджин Бранли, ставший таким образом одним из изобретателей радио. Это устройство получило название когерер, или трубка Бранли. Первым учёным, предложившим использовать термин «радио», стал именно Бранли, давший своему прибору название «радиокондуктор». В честь Эдуарда Бранли в Париже названа набережная Сены в районе Эйфелевой башни.
Результаты опытов Генриха Герца и Эдуарда Бранли были опубликованы в научной литературе того времени, а их открытия послужили основой для следующего поколения изобретателей в области радиотехники.
Прибор Лоджа
И вот на сцену выходит главный герой нашего сегодняшнего повествования – английский физик и изобретатель Сэр Оливер Джозеф Лодж, бакалавр и доктор Лондонского Университета, профессор физики Университетского колледжа Ливерпуля, Президент Лондонского физического общества, директор Бирмингемского Университета, посвящённый в рыцари тогдашним Британским монархом Эдуардом VII в 1902-м году.
Оливер Лодж занимался изучением электромагнитных волн, существование которых было предсказано Джеймсом Максвеллом, с 1881-го года, и разрабатывал методику и устройства обнаружения электромагнитного излучения для своих опытов. Прибор, в котором разомкнутые электроды замыкались в цепь при воздействии электромагнитных волн, и таким образом происходила их фиксация, Лодж назвал когерером. За основу для своего когерера Лодж взял трубку Бранли и усовершенствовал её. Когерер, или иначе, детектор электромагнитных колебаний Лоджа, представлял собой трубку из диэлектрического материала с двумя разомкнутыми электродами внутри, заполненную металлическими опилками.
Звонят? Откройте дверь! К вам когерер
В отсутствии электромагнитного воздействия электрическое сопротивление порошка было высоким, а в результате воздействия электромагнитных волн сопротивление резко снижалось, электрическая цепь замыкалась и срабатывал звонок, или прохождение тока регистрировал гальванометр. Своё низкое сопротивление когерер сохранял до резкого встряхивания, поэтому для регистрации последующих волн вибрация звонка механическим способом передавалась на трубку когерера. В своих дальнейших опытах Лодж улучшил свою конструкцию и заменил звонок на ударный механизм с часовой пружиной, который не создавал электрических помех в отличие от электрического звонка.
Ирония заключается в том, что несмотря на широкое распространение когерера, физический механизм его работы до сих пор не изучен и этому эффекту сцепления частиц проводника под воздействием электромагнитного излучения также нет и теоретического объяснения! Оливер Лодж считал, что при воздействии электромагнитных волн между частицами опилок проводника резко повышается электрическое напряжение и возникают микроскопические искры, в результате чего возникает эффект микросварки между крупинками. Возможно, он был частично прав.
Накопив достаточный для публикации материал 1-го июня 1894-го года сэр Оливер Лодж прочитал свой знаменитый доклад «Работы Герца» в Лондонском Королевском Научном Обществе, в котором сформулировал основные принципы передачи и приёма электромагнитных волн и публично произвёл свои физические эксперименты по регистрации электромагнитных колебаний.
Какая связь между радио и свечами зажигания? Оказывается, она есть!
И вот наступил знаменательный день 14-е августа 1894-го года. В этот день на конференции Британской Ассоциации Развития Науки, проводившейся в Оксфордском Университете, Лодж впервые в мире продемонстрировал передачу и приём радиоволн от искрового передатчика на радиоприёмник собственной конструкции, находившийся в соседнем корпусе Университета на расстоянии пятидесяти ярдов. Приёмник Лоджа состоял из когерера Лоджа (усовершенствованной им трубки Бранли), механизма для встряхивания когерера, источника постоянного тока и гальванометра. Это была первая публичная передача созданного человеком радиосигнала на расстоянии. Сэр Оливер Лодж не остановился на только изобретении своего радиоприбора Лоджа. В дальнейшем он изобрёл устройства, известные каждому из нас!
В 1898-м году Лодж изобрёл и запатентовал настраиваемую индукционную катушку в беспроводных радиоприёмниках и передатчиках, что позволило передатчикам менять частоту излучаемого сигнала, а приёмники получили возможность настраиваться на нужную станцию. А ещё Оливер Лодж изобрёл динамический громкоговоритель, в просторечье именуемый динамиком, и автомобильную свечу зажигания, которыми мы пользуемся и сейчас. Вот вам и связь! А патент на настраиваемую катушку в 1912-м году был приобретён у Лоджа следующим действующим лицом нашего повествования – Джульельмо Маркони.
Просто Маркони, или у Маркони всё просто
Работы Лоджа по усовершенствованию передатчика и приёмника продолжил известный итальянский изобретатель и дипломат, Лауреат Нобелевской премии по физике в области радиотелеграфии маркиз Джульельмо Джованни Мария Маркони. Кстати, мать Маркони носила в девичестве фамилию Jameson и происходила из семьи основавшей знаменитый бренд ирландского виски «Jameson». К деятельности в области радиосвязи Маркони подтолкнули работы Герца ещё в 1884-м году. Маркони прослушал в Болонском Университете курс лекций знаменитого тогда итальянского физика Аугусто Риги по теории электромагнитных колебаний и стал проводить эксперименты в своём фамильном имении Вилла Гриффони в Понтеккио. И в июне 1895-го года Маркони собрал свою приёмо-передающую установку, внеся улучшения в конструкцию Лоджа и применив новый тип вибратора Герца конструкции Аугусто Риги, передал радиосигнал из своего поместья на несколько сотен метров. Некоторые источники утверждают, что это событие произошло весной 1885-го года. Аппарат Маркони работал в УКВ-диапазоне на частоте около 250 МГц.
В 1896-м году Маркони внёс усовершенствования в свой прибор, применив когерер собственной конструкции с плоскими не параллельными поверхностями электродов, оригинальной схемой ударника для встряхивания когерера и длинные вертикальные антенны в передатчике и приёмнике, что увеличило дальность и позволило использовать резонанс (кстати, это то, чего так и смог добиться Попов в своих более поздних опытах).
Прибыв в Великобританию в июне 1896-го года Маркони подал заявку на получение патента Великобритании по теме «Передача электрических импульсов и устройства для этого» и продемонстрировал работу своего прибора. Маркони передал сигнал из здания Главпочтамта Лондона в здание, находившееся на расстоянии четырёхсот метров от почтамта.
Осенью того же года в Солсбери состоялась первая публичная демонстрация прибора Маркони с применением вертикальных и параболических антенн. Приёмник с вертикальной антенной был способен принять сигнал на дистанции в пятьсот метров, а параболическая антенна увеличила дальность до двух с половиной километров. После этой демонстрации Королевское телеграфное ведомство Великобритании поручило Маркони работу по созданию беспроводного телеграфа, и 12-го декабря 1896-го года учёный продемонстрировал первый в мире беспроводной радиотелеграф.
В марте 1897-го года Маркони осуществил передачу сообщения, состоящего из слов и словосочетаний через Бристольский залив на расстояние четырнадцати километров и в июле этого же года получил патент Великобритании на своё изобретение. Осенью 1897-го года с использованием оборудования, созданного Маркони, была построена первая в мире стационарная радиостанция.
Радио Попова
Но настало время вернуться к самому первому действующему лицу нашего повествования, которому народная молва приписывает результат коллективной работы нескольких европейских изобретателей по созданию радио, – Александру Попову. Русский электротехник, инженер-электрик и основатель русской радиотехнической школы Александр Степанович Попов был талантливым экспериментатором в области электротехники и интересовался всеми мировыми достижениями в этом разделе физики.
В 1893-м году Попов поехал в Чикаго на Всемирную выставку и посетил Конгресс по электротехнике, проходивший в рамках выставки. На Конгрессе демонстрировались опыты Николы Тесла и Попов увидел в действии антенну Тесла и прослушал в Институте Франклина лекцию Тесла «О свете и других высокочастотных явлениях». Там Попов заинтересовался темой приёма электрических сигналов. По дороге в Чикаго Попов остановился в Париже и вступил во Французское физическое общество, которое стало постоянно пересылать ему все научные работы в области электротехники, публикуемые в научном журнале «Electrician».
Получив доступ к научным работам европейских физиков, Попов в марте 1895-го года прочитал статью Оливера Лоджа с описанием когерера Лоджа и через два месяца создал уменьшенную копию самого первого устаревшего образца этого прибора Лоджа с электрическим звонком, передающим вибрацию на трубку Бранли. К когереру Лоджа Попов присоединил вертикальную антенну Тесла и немного позже пишущую катушку братьев Ришар и получил прибор, способный фиксировать электрические разряды в атмосфере, поскольку передатчика, генерирующего электромагнитные колебания в нужном диапазоне у него ещё не было. Именно поэтому, прибор собранный Поповым из частей, изобретённых разными конструкторами, будем считать его толковой компиляцией, получил название «грозоотметчик» и использовался только в лекционных целях. Как видим, о радио речь даже и не шла.
Наступил день 7-го мая 1895-го года. Попов выступил с докладом о результатах работы своего прибора-грозоотметчика на заседании Русского Физико-Химического Общества. Доклад назывался «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям» и нём также не шла речь о передаче радиосигнала. Вот цитата из этого доклада Попова: «прибор пригоден для регистрирования электрических пертурбаций, происходящих в атмосфере и, при дальнейшем усовершенствовании его, может быть применён к передаче сигналов на расстояния при помощи быстрых электрических колебаний, как только будет найден источник таких колебаний, обладающий достаточной энергией».
То есть Попов сам сообщает 7-го мая 1895-го года об отсутствии у него возможности передачи и приёма радиосигнала. Давайте вспомним, что первую передачу радиосигнала Оливер Лодж продемонстрировал в августе 1894-го года на изобретённой им самим установке, а Джильельмо Маркони передал сигнал на расстояние нескольких сотен метров при помощи улучшенной им установки Лоджа и вибратора Риги в июне 1895-го года. Фактически, Попов с опозданием и отставанием шёл по тому же пути, что и Маркони и при этом сам Попов в своём письме в редакцию газеты «Новое время» признавал первенство Маркони : «Заслуга открытия явлений, послуживших Маркони, принадлежит Герцу и Бранли,… затем идёт целый ряд приложений, начатых Лоджем …., а Маркони первый имел смелость стать на практическую почву…».
Первый демонстрационный грозоотметчик Попова хранится в Санкт-Петербургском Центральном музее связи имени А.С. Попова и достаточно просто посетить этот музей, чтобы убедиться в том, что первенство в изобретении радиосвязи Попову не принадлежит.
В заключение приведу перевод фрагмента из заявки на патент США Джильельмо Маркони: «Я знаю о работе проф. Лоджа, озаглавленной «Творения Герца», относящейся к 1894 г., и описанные в ней различные приборы в связи с демонстрацией (Лоджем) колебаний Герца. Я также знаю статьи проф. Попова в «Трудах Русского физико-химического общества», 1895 или 1896 гг. Однако ни в одной из них не дано описания законченной системы или механизма, способного искусственно создавать волны Герца, преобразовывать их в определённые сигналы, заставлять их распространяться, принимать и воспринимать телеграфно такого рода сигналы. Также не дано, насколько я знаю, описания системы, в которой осциллятор Герца на передающей станции и прибор с прерываемым контактом на приёмной станции были бы оба снабжены проводом, с одной стороны заземлённым, а с другой — приподнятым или изолированным. Я не знаю, чтобы до моего изобретения был бы описан пригодный практически прибор с самовосстанавливающимся прерываемым контактом. Я полагаю, что я являюсь первым, открывшим и практически применившим для эффективной телеграфной передачи и ясного приёма сигналов искусственно создаваемые колебания Герца.
В этой статье о радио я не упомянул первый опыт 1868-го года передачи электрического сигнала на расстояние американского врача Мэлона Лумиса, не знавшего ещё ничего о существовании электромагнитных волн, и первую передачу человеческой речи по радио на расстояние одной мили канадским изобретателем Реджинальдом Фесенденом в 1900-м году. Кстати именно Фесенден является изобретателем амплитудной модуляции сигнала. Но ведь невозможно в одной небольшой статье рассказать обо всём.
Всем добра!