История возникновения радио и радиолокации

Ижевский Государственный Технический Университет

Кафедра физики

Реферат

Тема: история возникновения и развития радио и радиолокации

                                                                               Выполнил студент

                                                                               гр. 4-29-1 Рудин С.

                                                                               Проверил Зинченко В. А.

Ижевск 2004

Содержание

1.      Введение ____________________________________________________________________2

2.      А. С. Попов — основатель радиотехники _________________________________________3

3.      Радиосвязь после А. С. Попова __________________________________________________5

4.      Радиовещание ________________________________________________________________8

5.      Кругосветная радиосвязь _______________________________________________________9

6.      Виды радиосвязи ______________________________________________________________11

7.      Радиолокация ________________________________________________________________ 14

8.      Заключение __________________________________________________________________ 15

9.      Список литературы ____________________________________________________________16

Введение

Изобретение ра­дио является одним из величайших до­стижений человеческой культуры конца девятнад­цатого столетия. Появление этой новой отрасли техники не было случайностью. Оно подготовлялось поем предшествующим развитием науки и отвечало требованиям эпохи.

Как правило, первые шаги во вновь зарождаю­щихся областях техники неизбежно бывают связа­ны с предыдущими научными и техническими до­стижениями, относящимися иной раз к различным разделам человеческих знаний и практики. Однако в каждой новой технической области всегда можно найти определенную физическую основу. Такой физической основой для возможности появления ра­диотехники послужило электромагнитное поле.

Учение об этом поле, до того как оно нашло се­бе техническое применение, разрабатывалось мно­гими выдающимися учеными на протяжении почти полустолетия. Еще в 1831 г. Фарадей и своих «Экспериментальных исследованиях по электричеству» заложил начала наших представле­ний о воздействии электрических токов, приводя­щих «находящуюся непосредственной близости от них материю в некоторое особое состояние, кото­рое до того было безразличным». Максвелл в 1864 г. пришел к мысли о единстве природы световых и электрических колебаний и математически обосновал свои вы­воды в знаменитом «Трактате об электри­честве и магнетизме», опубликованном в 1873 г. Генрих Герц в 1888 г. подтвердил классиче­скими опытами пра­вильность подобных взглядов.

А. С. Попов — основатель радиотехники

А. С. Попов родился 16 марта 1859 года в поселке Турьииские Рудники на Северном Урале (ныне г. Краснотурьинск Свердловской области). Сын священника, он учился в Далматовском духовном училище и Пермской духовной семинарии. Но, как и многие семинаристы, тяготевшие к науке, он вышел из семинарии после окончания общеобразовательных классов и 18-летним юношей поступил на физико-математический фа­культет Петербургского университета.

С увлечением отдаваясь научным занятиям, А. С. Попов вскоре обратил на себя внимание профессоров университета, среди которых были крупнейшие физики того времени (Ф. Ф. Петрушсвский, И. Г. Егоров и др.). Блестящие способ­ности А. С. Попова позволили ему еще студентом исполнять обязанности ассистента профессора на лекциях.

Окончив университет в 1882 году, Александр Степанович по материальной необеспеченности не смог принять предло­жение остаться при кафедре физики для подготовки к профес­сорскому званию и занял место преподавателя физики в кронштадтском Минном офицерском классе и в Минной школе. Сюда А. С. Попова влекла возможность вести научно-исследовательскую работу в первоклассном по своему обору­дованию физическом кабинете класса.

Годы работы А. С. Попова в Кронштадте (1883—1901) бы­ли весьма плодотворным периодом в научной жизни изобрета­теля. Именно здесь, в стенах физического кабинета Минного офицерского класса, родилось и начало свой победный путь величайшее достижение мировой науки и техники — радио­связь.

А. С. Попов работал вскоре после великих открытий Фарадея и Максвелла, начавших новую эпоху электротехники.

В 1867 году английский физик Максвелл вывел из своих чисто теоретических трудов заключение о существовании в природе электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света. Он утверждал, что видимые волны света являются только частным случаем электромагнитных волн, известным потому, что эти волны люди могут обнаруживать и искусственно создавать. Теория Максвелла была встречена с большим недоверием, но своей глубиной и теоретической завершенностью привлекла к себе внимание многих физиков.

Начались поиски способов экспериментального доказатель­ств теории Максвелла. Берлинская Академия паук в 1879 го­лу даже объявила это доказательство конкурсной задачей. Ее решил молодой немецкий физик Генрих Герц, который в 1888 году установил, что при разряде конденсатора через искровой промежуток действительно возбуждаются предска­занные Максвеллом электромагнитные волны, невидимые, но обладающие многими свойствами световых лучей.

Через два года французский ученый Э. Бранли заметил, что в сфере действия волн Герца металлические порошки из­меняют электрическую проводимость и восстанавливают ее только после встряхивания. Англичанин Оливер Лодж в 1894 году использовал прибор Бранли, названный им коге­рером, для обнаружения электромагнитных волн и снабдил его встряхивателем.

Герц стремился получить с помощью искрового разрядника электромагнитные волны, возможно более близкие к видимым световым волнам, и ему удалось получить волны длиной 60 см. Последователи Герца, пользуясь электрически­ми способами возбуждения колебаний, шли по пути увеличения длины волны, тогда как многие русские и зарубежные физики (П. Н. Лебедев, А. Риги, Г. Рубенс, А. А. Глаголева-Аркадьева, М. А. Левитская и др.) в своих работах шли от световых волн на смыка­ние с радиоволнами.

Постепенно радиотехни­ка овладевала всем обшир­ным спектром радиоволн. Оказалось, что свойства ра­диоволн совершенно различ­ны на разных участках спек­тра, а кроме того, зависят от сезона, времени суток и сол­нечных циклов.

Электромагнитные волны длиной от 0,5 мм до 50 км в настоящее время на­зывают радиоволнами. Они возбуждаются колебаниями тока с частотой от 600 млрд. до 6 тыс. герц. Практическое использование еще более ко­ротких волн связано с тех­ническими трудностями, а практическое применение их сопряжено с сильным поглощением в атмосфере. С другой стороны, спектр ограничен непригодностью еще более длинных волн для радиосвязи.

7 мая 1895 года в ученых кругах Петербурга произошло событие, которое сразу не привлекло к себе особого внимания, но практически было началом одного из величайших в мире технических открытий. Этим событием явился доклад А. С. По­пова, преподавателя физики в Минном офицерском классе Кронштадта, «Об отношении металлических порошков к элек­трическим колебаниям». Заканчивая доклад, Александр Сте­панович сказал: «В заключение могу выразить надежду, что мой прибор, при дальнейшем усовершенствовании его, может быть применен к передаче сигналов на расстояния при помо­щи быстрых электрических колебаний, как только будет най­ден источник таких колебаний, обладающих достаточной энер­гией». Дата этого доклада признана теперь днем рождения радио.

Первым корреспондентом А. С. Попова в его опытах по осуществлению радиосвязи была сама природа — разряды молний. Первый радиоприемник А. С. Попова, а также изго­товленный им летом 1895 года «грозоотметчик» могли обнару­живать очень дальние грозы. Это обстоятельство и навело А. С. Попова на мысль, что электромагнитные волны можно обнаружить при любой дальности источника их возбуждения, если источник обладает достаточной мощностью. Такое заклю­чение дало Попову право говорить о передаче сигналов на дальнее расстояние без проводов.

В качестве источника колебаний в своих опытах А. С. По­пов пользовался герцевским вибратором, приспособив для его возбуждения давно известный физический инструмент — ка­тушку Румкорфа. Будучи замечательным экспериментатором, своими руками изготовляя всю необходимую аппаратуру, По­пов усовершенствовал приборы своих предшественников. Од­нако решающее значение имело то, что Попов к этим прибо­рам присоединил вертикальный провод — первую в мире ан­тенну и таким образом полностью разработал основную идею и аппаратуру для радиотелеграфной связи. Так возникла связь без проводов с помощью электромагнитных волн, так в изо­бретении А. С. Попова зародилась современная радиотехника.

Возможно, что если бы Попов был только ученым-физи­ком, то па этом дело бы и остановилось, но Александр Сте­панович был, кроме того, инженером-практиком и загнал нужды военно-морского флота. Еще в январе 1896 года в статье А. С. Попова, опубликованной в «Журнале Русского физико-химического общества», были приведены схемы и подробное описание принципа действия первого в мире радиоприемника. А в марте изобретатель продемонстрировал передачу сигна­лов без проводов на расстояние 250 м, передав первую в мире радиограмму из двух слов «Генрих Герц». В том же году в опытах на кораблях была достигнута дальность радиосвязи сначала на расстояние около 640 м, а вскоре и на 5 км.

Позже, в июне 1896 года итальянец Г. Маркони сделал в Англии патентную заявку на аналогичное изобретение, но сведения об его опытах и приборах беспроволочного телегра­фирования были опубликованы лишь через год — в июне 1897 года.

Умелая реклама, большой интерес Англии к возможностям осуществления связи без прово­дов позволили Маркони в 1897 году основать специальную фирму («Компания беспроволочного телеграфа и сигнализа­ции») с капиталом 100 тыс. фунтов стерлингов. Дальность ра­диосвязи в это время в опытах Маркони не превосходила дальности, достигнутой Поповым.

В 1898 году А. С. Попов добился уже радиосвязи на 11 км и, заинтересовав своими опытами Морское министерство, ор­ганизовал даже небольшое производство своих приборов в мастерских лейтенанта Колбасьева и у парижского механика Дюкрете, который в дальнейшем стал главным поставщиком его приборов.

Когда в ноябре 1899 года у острова Гогланд сел на мель броненосец «Генерал-адмирал Апраксин», то по поручению Морского министерства Попов организовал первую в мире практическую радиосвязь. Между г. Котка и броненосцем на расстоянии около 50 км в течение трех месяцев было переда­но свыше 400 радиограмм.

После успешной работы радиолинии Гогланд — Котка Морское министерство первым в мире приняло решение о во­оружении всех судов русского военно-морского флота радио­телеграфом как средством постоянного вооружения. Под ру­ководством Попова началось изготовление радиоаппаратуры для вооружения кораблей. Одновременно с этим А. С. Попов создал первые армейские полевые радиостанции и провел опы­ты по радиосвязи в Каспийском пехотном полку. В мастерской кронштадтского порта, организованной А. С. Поповым в 1900 году, были изготовлены радиостанции для вооружения мерных кораблей (крейсер «Поник», линкор «Пересвет» и др.), отправляемых на Дальний Восток для укрепления 1-й Тихо­океанской эскадры.

Русский флот получил па вооружение радиотелеграфную аппаратуру ранее английского флота. Английское адмиралтей­ство только в феврале 1901 года заказало первые 32 станции, а вопрос о массовом радиовооружении кораблей решило лишь в 1903 году.

Кроме России, Англии и Германии, в других странах Ев­ропы, а также в США не велось самостоятельных разработок в области радио, и поэтому эти страны оказались в большей или меньшей зависимости от общества Маркони. Оно сумело обеспечить себе монополию почти во всем мире и сохраняло ее вплоть до первой мировой войны.

Технические возможности небольшой мастерской в Крон­штадте и парижской мастерской Дюкрете были слабы, для то­го чтобы спешно вооружить вторую русскую эскадру, уходив­шую на Дальний Восток. Поэтому большой заказ на изготов­ление радиоаппаратуры для кораблей эскадры был передан германской фирме «Телефункен». Недобросовестно изготовленная этой фирмой аппаратура часто отказывала в работе. А. С. Попов, командированный в Германию для наблюдения за ходом поставки аппаратуры, писал 26 июня 1904 года: «Приборы не были никому сданы и никто не обучен обраще­нию с ними. Ни на одном корабле нет схемы приемных при­боров».

Известно, что заслуги А. С. Попова благодаря настояниям общественности были высоко оценены. В 1898 году ему была присуждена премия Русского технического общества, присваи­ваемая раз в три года за особо выдающиеся достижения. В следующем году Александр Степанович получил диплом почетного инженера-электрика. Русское техническое общест­во избрало его своим почетным членом. Когда, в 1901 году, Попову предложили профессуру в Электротехническом инсти­туте, то Морское ведомство согласилось на это только при условии продолжения службы его в Морском техническом ко­митете.

Работы А. С. Попова имели большое значение для после­дующего развития радиотехники. Изучая результаты опытов на Балтике в 1897 году по прекращению связи между кораб­лями «Европа» и «Африка» в моменты прохождения между  ними крейсера «Лейтенант Ильин», Попов пришел к заключе­нию о возможности с помощью радиоволн обнаруживать метал­лические массы, то есть к идее современной радиолокации.

Попов уделял большое внимание применению полупровод­ников в радиотехнике, настойчиво изучая роль проводимостей окислов в когерерах. В 1900 году он разработал детектор с па­рой уголь — сталь.

В 1902 году А. С. Попов говорил своему ученику В. И. Коваленкову: «Мы на­ходимся накануне практического осуществления радиотелефо­нии, как важнейшей отрасли радио», и рекомендовал ему за­няться разработкой возбудителя незатухающих колебанию. Через год (в 1903—1904 годах) в лаборатории Попова уже были поставлены опыты радиотелефонирования, демонстриро­вавшиеся в феврале 1904 года на III Всероссийском электро­техническом съезде.

В Минном офицерском классе Попов проработал около 18 лет и оставил там службу лишь в 1901 году, когда был при­глашен занять кафедру физики в Петербургском электротех­ническом институте. В октябре 1905 года он был избран ди­ректором этого института.

Однако к этому времени здоровье Александра Степановича было уже подорвано.

Попов тяжело переживал Цусимскую катастрофу, в кото­рой погибли многие его сотрудники и ученики. К тому же условия работы первого выборного директора Электротехни­ческого института были очень трудными. Все это вместе при­вело к тому, что после крупного объяснения с министром внут­ренних дел Дурново Александр Степанович Попов 31 декабря 1905 года (13 января 1906 года по новому стилю) в 5 часов вечера скоропостижно скончался от кровоизлияния в мозг.

Радиосвязь после А. С. Попова

За кратковременную деятельность и области радиотехники (менее 10 лет) А. С. Попов добился очень больших результа­тов, использовав все достижения физики своего времени. По­надобились долгие годы и соединенные усилия многих ученых и инженеров, чтобы развить изобретение А. С. Попова и до­вести его до того расцвета, свидетелями которого мы являем­ся теперь. Всю эту огромную работу можно рассматривать как историю овладения человеком спектром радиоволн, начало которому положили труды А. С. Попова.

Эта работа шла в нескольких направлениях, на первых по­рах трудно отделимых одно от другого, но постепенно вырос­ших в самостоятельные отрасли. Одновременно велись: 1) раз­работка способов и техники возбуждения слабо затухающих, а затем и незатухающих колебаний, 2) совершенствовались средства обнаружения и выделения колебаний, 3) разрабаты­вались конструкции антенн, 4) совершенствовались способы воспроизведения и обработки передаваемой информации.

Чем же располагал А. С. Попов, когда он прокладывал первые пути в изучении этого океана электрических волн? Он работал на волнах, которые в настоящее время называют про­межуточными. Применение антенны позволило ему увеличить дальность действия своей аппаратуры, но при этом пришлось отойти от тех воли (метровые и дециметровые), на которых работал Герц. Искровой промежуток Попов включал в пере­дающую антенну, и она возбуждалась па собственной длине волны. Поскольку собственная длина, волны вертикального заземленного вибратора-антенны А. С. Попова равна прибли­зительно учетверенной высоте, антенну старались поднять воз­можно выше, чтобы увеличить дальность связи. В итоге рабо­чая длина волны стала измеряться сначала десятками, а за­тем и сотнями метров.

Для осуществления связи А. С. Попов применял искровые передатчики с редкой искрой и сильным затуханием колеба­ний и приемники с когерером и первыми образ­цами полупроводниковых детекторов. Располагая столь скуд­ной аппаратурой, А. С. Попов тем не менее наметил обшир­ный план дальнейшего развития радио: радиотелефонию, ра­диообнаружение, открыл ограничивающее действие помех и суточный неравномерный ход силы принимаемых сигналов. Теорию четвертьволнового вибратора А. С. Попов доложил на I Всероссийском электротехническом съезде 29 декабря 1899 года. Описывая работы по спасению броненосца «Гене­рал-адмирал Апраксин», А. С. Попов особо отметил в докла­де: «Два дня совершенно нельзя было работать от действия атмосферного электричества...». Выдвинутая им задача борь­бы за помехоустойчивость радиосвязи остается и теперь одной из главных задач радиотехники.

О втором наблюдении Попова мы узнаем из воспоминаний одного из его современников В. М. Лебедева: «Надо заметить, что уже тогда А. С. знал о значительном улучшении радиосвязи в ночное время, хотя объяснений пока еще и не имел, и поэтому все новые опыты производились исключительно ночью». Таким образом, А. С. Попов установил зависимость дальности радио­связи от времени суток и открыл ослабление атмосферных раз­рядов ближе к рассвету.

Страницы: 1, 2