После того как было открыто электричество, его использовали в качестве «почтальона», передающего информацию с молниеносной быстротой. По проводам научились передавать электрические сигналы, переносившие телеграммы и живую человеческую речь. Это была победа над пространством! Но ведь телефонные и телеграфные провода не протянешь за кораблем или самолетом, за поездом или автомобилем. Перекинуть мост через пространство людям помогло радио (в переводе с латинского «радио» означает «излучать», оно имеет общий корень и с другим латинском словом --«радиус»--«луч»). Для передачи сообщений без проводов нужны лишь радиопередатчик и радиоприемник, которые связаны между собой электромагнитными волнами, иначе называемыми радиоволнами, излучаемыми передатчиком и принимаемыми приемником.

Рис.1 Алексамндр Степамнович Попомв изобретатель радио

История радио начинается с первого в мире радиоприемника, созданного русским ученым А. С. Поповым в 1895 г. Попов сконструировал прибор, который, по его словам, «заменил недостающие человеку электромагнитные чувства» и реагировал на электромагнитные волны. Сначала приемник мог «чувствовать» только атмосферные электрические разряды -- молнии. А затем научился принимать и записывать на ленту телеграммы, переданные по радио.

Своим изобретением А. С. Попов подвел итог работы большого числа ученых ряда стран мира. Первый кирпич в фундамент радиотехники заложил датский профессор Г. Эрстед, который показал, что вокруг проводника с током возникает магнитное поле. Затем английский физик М. Фарадей доказал, что магнитное поле рождает электрический ток.

Во второй половине XIX в. его соотечественник и последователь Д. Максвелл пришел к выводу, что переменное магнитное поле, возбуждаемое изменяющимся током, создает в окружающем пространстве электрическое поле, которое в свою очередь возбуждает магнитное поле, и т. д.

Изменяющиеся электрические и магнитные поля, взаимно порождая друг друга, образуют единое переменное электромагнитное поле -- электромагнитную волну.

Возникнув в том месте, где есть провод с током, электромагнитное поле распространяется в пространстве со скоростью света --300 000 км/с, занимая все больший и больший объем. Д. Максвелл утверждал, что волны света имеют ту же природу, что и волны, возникающие вокруг провода, в котором есть переменный электрический ток. Они отличаются друг от друга только длиной.

Очень короткие волны и есть видимый свет. Более длинные электромагнитные волны впервые сумел получить и исследовать немецкий физик Г. Герц в 1888 г.

Однако он не видел путей практического использования своего открытия. Эти пути увидел А. С. Попов: опираясь на результаты опытов Герца, он создал прибор для обнаружения и регистрирования электрических «колебаний»-- радиоприемник.

Первый радиоприемник А. С. Попова имел очень простое устройство: батарея, электрический звонок, электромагнитное реле и стеклянная трубка с металлическими опилками внутри -- когерер (от латинского слова «когеренция»--«сцепление»).

Передатчиком служил искровой разрядник, возбуждавший электромагнитные колебания в антенне, которую Попов впервые в мире использовал для" беспроводной связи. Под действием радиоволн, принятых антенной, металлические опилки в когерере сцеплялись, и он начинал пропускать электрический ток от батареи. Срабатывало реле, включался звонок, а когерер получал «легкую встряску», сцепление между металлическими опилками ослабевало, и они были готовы принять следующий сигнал.

Продолжая опыты и совершенствуя приборы, А. С. Попов медленно, но уверенно увеличивал дальность действия радиосвязи. Через 5 лет после постройки первого приемника начала действовать регулярная линия беспроволочной связи на расстояние 40 км.

Благодаря радиограмме, переданной по этой линии зимой 1900 г., ледокол «Ермак» снял со льдины рыбаков, которых шторм унес в море. Радио, начавшее свою практическую историю спасением людей, стало новым прогрессивным видом связи XX в.

Радиоволны -- частичка общего «семейства» электромагнитных волн, «родные сестры» видимых световых лучей и невидимых -- инфракрасных, ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма-излучений (см. Инфракрасная техника и Рентгеновская техника).

Главное различие электромагнитных волн -- их частота, т. е. число колебаний в секунду. Единица частоты -- герц (Гц) -- одно колебание в секунду. Радиоволны длиной 100--10 км (частота 3-- 30 кГц) и длиной 10--1 км (частота 30-- 300 кГц), называемые сверхдлинными (СДВ) и длинными (ДВ) волнами, распространяются в свободном пространстве вдоль поверхности Земли днем и ночью и мало поглощаются водой.

Поэтому их используют, например, для связи с подводными лодками. Однако они сильно ослабевают по мере удаления от передатчика, и поэтому передатчики должны быть очень мощными.

Волны длиной 1000--100 м (частота 0,3-- 3 МГц), так называемые средние волны (СВ), днем сильно поглощаются ионосферой (верхним слоем атмосферы, имеющим большую концентрацию ионов -- заряженных атомов, образующих ионосферу) и быстро ослабевают, а ночью ионосфера их отражает. Средние волны используют для радиовещания, причем днем можно слышать только близкорасположенные станции, а ночью -- и очень удаленные.

Волны длиной 100--10 м (частота 3-- 30 МГц), называемые короткими (KB) приходят к антенне приемника, отражаясь от ионосферы, причем днем лучше отражаются более короткие, а ночью -- более длинные из них. Для таких радиоволн можно создавать антенны передатчиков, которые излучают электромагнитную энергию направленно, фокусируют ее в узкий луч, и таким образом увеличивать мощность сигнала, идущего к антенне приемника. На коротких волнах работает большинство станций радиосвязи -- корабельных, самолетных и т. д., а также многие радиовещательные станции.

Радиоволны длиной 10 м --0,3 мм (частота 30 МГц--1 ТГц), называемые ультракороткими (УКВ), не отражаются и не поглощаются ионосферой, а, подобно световым лучам, пронизывают ее и уходят в космос.

Поэтому связь на УКВ возможна только на таких расстояниях, когда антенна приемника «видит» антенну передатчика, т. е. когда ничто между антеннами (гора, дом, выпуклость Земли и т. д.) не преграждает путь этим волнам. радиоприемник связь электромагнитный волна

Поэтому УКВ используют в основном для радиорелейной связи, телевидения, спутниковой связи, а также в радиолокации. Сегодня средствами радиосвязи оснащены все виды самолетов, морских и речных судов, научные экспедиции.

Все более широкое развитие находит диспетчерская радиосвязь на железных дорогах, на стройках, в шахтах (см. Диспетчерское управление). Космическая радиосвязь позволяет преодолеть огромные расстояния в сотни и тысячи миллионов километров, с ее помощью мы получаем ценную научную информацию.

Но радио -- это не только радиотелефонная и радиотелеграфная связь, радиовещание и телевидение, но и радиолокация и радиоастрономия, радиоуправление и многие другие области техники, которые возникли и успешно развиваются благодаря выдающемуся изобретению нашего соотечественника А. С. Попова.

2. Принципы действия радиопередатчика и радиоприёмника

Радиопередатчик (радиопередающее устройство) - устройства для формирования радиосигналов, предназначенных для передачи информации на расстояние с помощью радиоволн. Формируют радиосигналы с заданными характеристиками, необходимыми для работы конкретных радиотехн. систем, и излучают их в пространство.

Функционально радиопередатчик состоит из следующих частей:

Любая система радиосвязи включает в себя радиопередающие устройства, функции которого включаются в преобразовании энергии постоянного тока источников питания в электромагнитные колебания и управлении этими колебаниями.

Рис.2 Составные части приемника

Передача энергии с помощью радиосвязи широко используется при управлении автоматическими объектами.

Основными устройствами радиосвязи являются радиопередатчик и радиоприемник. Радиопередатчик предназначен для создания высокочастотного сигнала, некоторые параметры которого (частота, амплитуда или фаза) изменяются по закону, соответствующему передаваемой информации.

Частота высокочастотного сигнала называется несущей. Первые радиопередатчики искрового принципа действия на основе катушки Румкорфа были очень просты по конструкции -- излучателем радиоволн служил искровой разряд, а модулятором являлся телеграфный ключ.

С помощью такого радиопередатчика информация передавалась в кодированной дискретной форме -- например азбукой Морзе или иным условным сводом сигналов.

Недостатками такого радиопередатчика была относительно высокая мощность, требуемая для эффективного излучения радиоволн искровым разрядом, а также очень широкий радиочастотный диапазон излучаемых им волн.

В результате одновременная работа нескольких близко расположенных искровых передатчиков была практически невозможной из-за интерференции их сигналов.

Рис.3 Схема простейшего радиоприемника

Современный радиопередатчик состоит из следующих конструктивных частей:

ѕ задающий генератор частоты (фиксированной или перестраиваемой) несущей волны;

ѕ модулирующее устройство, изменяющее параметры излучаемой волны (амплитуду, частоту, фазу или несколько параметров одновременно) в соответствии с сигналом, который требуется передать (часто задающий генератор и модулятор выполняют в одном блоке -- возбудитель);

ѕ усилитель мощности, который увеличивает мощность сигнала возбудителя до требуемой за счёт внешнего источника энергии;

ѕ устройство согласования, обеспечивающее максимально эффективную передачу мощности усилителя в антенну;

ѕ антенна, обеспечивающая излучение сигнала.

Рис.4 Принцип работы антены

Радиоприёмник -- устройство, соединяемое с антенной и служащее для осуществления радиоприёма.

Радиоприёмник (радиоприёмное устройство) -- устройство для приёма электромагнитных волн радиодиапазона (то есть с длиной волны от нескольких тысяч метров до долей миллиметра) с последующим преобразованием содержащейся в них информации к виду, в котором она могла бы быть использована.

Современный приемник является сложным радиотехническим устройством, включающим в себя различные специальные каскады и узлы. Теория и техника быстро совершенствуются.

Это требует от специалистов постоянного изучения современной технической литературы.

Развитие теории и техники радиоприема характеризуются в основном тремя взаимосвязанными направлениями.

Первое состоит в освоении все более высокочастотных диапазонов. Совершенствуются как радиоприемники сантиметровых волн, что связанно с исследованиями в глубоком космосе и ростом значения спутниковых систем связи, так и приемники миллиметровых волн для радиолинейной связи и радиолокации.

Все большее значение приобретает приемная аппаратура лазерных систем связи.

Однако не уменьшается возможность дальнейшего развития радиоприемников прежних частотных диапазонов.

Так, коротковолновые радиолинии и будут играть важную роль как средство магистральной, зоновой, подвижной и производственно-диспетчерской связи общего и ведомственного пользования.

Второе направление связанно с развитием элементной базы приемников всех назначений.

Повышение технического уровня радиоприемной аппаратуры достигается за счет функционально-узлового метода конструирования с использованием интегральной технологии.

Такие приемники обладают высокой надежностью, малыми габаритами и энергопотреблением, высокими экономическими и качественными показателями;

Третье направление связанно с широким применением цифровых устройство обработки сигналов: фильтров, демодуляторов, синтезаторов частот, систем настройки и индикации принимаемой частоты и т.д.

От уровня развития радиоприемной техники во многом зависит качество работы, надежность и эффективность радиосистем.