ЗАРОЖДЕНИЕ РАДИОСВЯЗИ
(вкл. роль радиолюбителей)

Георгий Члиянц (UY5XE)

Если разобраться глубже, то радиосвязь (или как принято её называть обобщенным словом "радио") началась не с А. Попова и Г. Маркони. Как и многие другие успехи в электричестве и магнетизме, она базируется на изобретениях и открытиях английского физика Майкла Фарадея [1791-1867] и работах выдающегося английского математика и физика Джеймса Клерка Максвелла [1831-1879]. Среди многих открытий Фарадея было разъяснение им в 1831 г. принципа электромагнитной индукции. Обладая даром предвидения, он писал в 1832 г.: "Я полагаю, что распространение магнитных сил от магнитного полюса, волн на поверхности возмущённой воды и звука в воздухе имеют родственную основу. Иными словами, я считаю, что теория колебаний будет применима к этому явлению, равно как и к звуку и, весьма вероятно, к свету".

Максвелл был согласен с этим утверждением. Однако, наука развивалась медленно, и лишь в 1855 г. он опубликовал статью "О силовых линиях Фарадея", а в 1864 г. дал миру свою ошеломляющую работу "Динамическая теория электромагнитного поля". Эта статья содержала то, что мы сейчас называем "Уравнениями Максвелла". Она объясняла все известные явления электромагнетизма, а также предсказывала существование радиоволн и возможность их распространения со скоростью света.

В 1866 г. американский дантист Мэлон Лумис (Mahlon Loomis) [1826-1886] заявил о том, что открыл способ беспроводной связи. Связь осуществлялась при помощи двух электрических проводов, поднятых двумя воздушными змеями. Один из проводов, с размыкающим от земли устройством был передающим, второй - приёмным. При размыкании цепи передающего провода отклонялась стрелка гальванометра в цепи приёмного провода. Лумис установил, что для успешной передачи сигнала имеет значение одинаковая длина проводов, возможно полагая, что сигнал передаётся от конца провода через слой электрически заряженного воздуха. По современным представлениям одинаковая длина проводов могла приводить к резонансным явлениям в цепи приёмного провода.

22 ноября 1875 г. американский изобретатель и предприниматель Томас Алва Эдисон [1847-1931] наблюдал, как после возникновения сильной искры между полюсами индуктора в рассыпанных на столе угольных зернах проскакивали искры, и он записал тогда в свой дневник о наблюдении "эфирной силы". Hо потом как-то забыл об этом - по крайней мере до 1883 г.

В 1887 г. теоретические выводы Максвелла были экспериментально подтверждены немецким физиком Генрихом Рудольфом Герцем (Херцем) [1857-1894]. Используя искровой передатчик и рамочную антенну с небольшим зазором ("Вибратор Герца") в качестве приёмника, он передавал и принимал радиоволны в своей лаборатории в Карлсруэ. Более того, он применил отражательное устройство для обнаружения стоячих волн и показал, что радиоволны подчиняются всем законам геометрической оптики, включая рефракцию и поляризацию. Впервые дал описание внешнего фотоэффекта, разрабатывал теорию резонансного контура, изучал свойства катодных лучей и влияние ультрафиолетовых лучей на электрический разряд.

Пионером самой идеи т.н. радиосвязи по праву можно считать и болгарского учёного Петра Атанасова (Хаджиберовича) Берона [1800-1871], который в Приложении к III тому (с. 906-944) семитомной "Панепистемии" (панепистемия - всенаука, т.е. единая наука существующего мира) - французское издание периода 1861-1870 гг. (хранится в Национальной библиотеке Св. Кирилла и Мефодия в Софии) приводит свой проект беспроволочной передачи сообщений как по суше, так и по воде. Проект содержал многие технические чертежи будущего беспроволочного телеграфа.

Строго говоря, практическая эра радиосвязи берёт свой отсчет с 1883 г., когда Томас Алва Эдисон открыл названный его именем эффект, пытаясь продлить срок службы созданной им ранее лампы с угольной нитью и введением в её вакуумный баллон металлического электрода. При этом он обнаружил, что если приложить к электроду положительное напряжение, то в вакууме между этим электродом и нитью протекает ток. Это явление, которое, к слову сказать, было единственным фундаментальным научным открытием великого изобретателя, лежит в основе всех электронных ламп и всей электроники дозатранзисторного периода. Им были опубликованы материалы по т.н. "Эффекту Эдиссона" и был получен соответствующий патент. Однако Эдисон не довёл свое открытие до конечных результатов.

Примечание: Некоторые критики первой половины XX-го столетия выдавали данный факт за доказательство того, что он был просто настойчивым ремесленником, а не великим учёным. Защищая же Эдисона, историки отмечали, что в то время он был всецело занят многими другими изобретениями и организациями всевозможных производств в области электро и радиотехники: в 1882 г, при его участии, была пущена первая электростанция на ул. Пирл-Стрит в Нью-Йорке, в 1883 г. Эдисон был поглощен многими финансовыми, организационными и техническими проблемами. В последующих годах он создал множество приборов и устройств (в т.ч. мощные электогенераторы, фонограф, прототип диктофона,
железо-никелиевый аккумулятор и др.).

Тем не менее, с 1883 по 1904 гг. не только Эдисон, но и никто другой не догадались использовать вышеуказанный "эффект" для создания трёхэлектродной вакуумной лампы (которую впоследствии, после её изобретения в 1906 г., для простоты называли всеобъемлющим словом "усилитель"), способной детектировать и усиливать электрические сигналы. Возможно, к этому не было достаточных побудительных мотивов. Правда, изобретение т.н. усилителя позволило бы усовершенствовать телефон, что в конце концов и было сделано, однако тогда он успешно работал и без т.н. усилителя.

Примечание: Шотландский изобретатель Александер Грейам Белл [1847-1922] - профессор физиологии органов речи Бостонского университета. В 1876 г. в США получил патент на изобретенный им телефон, в 1877 г. - патент на мембрану и арматуру, а в 1884-1886 гг. - ряд патентов в области записи и воспроизведения звука.

В 1890 г. француз Эдуард Бранли изобрёл когерер - прибор для регистрации электромагнитных колебаний. Правда, в его когерере приходилось каждый раз встряхивать железные опилки.

Автоматизировал этот процесс (присоединил к когереру Бранли встряхивающий его миниатюрный молоток) русский физик-электротехник и изобретатель Александр Степанович Попов [1858-1905 (1906 - по новому стилю)]. Чтобы повысить чувствительность аппарата А.С. Попов один из выводов когерера "заземлил", а другой соединил к высоко поднятому куску проволоки - создав, таким образом, первую антенну. Созданное им устройство было продемонстрировано 7 мая 1895 г. на заседании Русского физико-химического общества (РФХО) и вошло в историю как "Грозоотметчик", ибо это было первое устройство, специально предназначенное для регистрации дискретных посылок электромагнитных волн. Так как в то время ещё отсутствовали радиопередатчики и была возможность регистрации посылок атмосферного характера.

12 марта 1896 г. в Санкт-Петербурге, на заседании РФХО А.С. Попов, используя вибраторные антенны с рефлекторами, передал первое радиосообщение - "Генрих Герц" на расстояние 250 м. В 1900 г. на Международном электротехническом конгрессе в Париже ему была присуждена Золотая медаль и диплом Всемирной выставки за аппаратуру беспроволочного телеграфа.

Примечание: Передача приведённого самого сообщения была возможна благодаря одноименной телеграфной азбуки, которую в 1838 г. изобрёл американский инженер-изобретатель Самюэл Финли Бриз Морзе [1791-1872].

Независимо от А.С. Попова, в этом же году, в Понтеццио (возле Болоньи, Италия) итальянский радиотехник и предприниматель Гульельмо Маркони [1874-1937], используя заземлённые антенны, передал по радио телеграфные сигналы на расстояние около 2,5 км (подана патентная заявка 2 июля 1896 г. и получен патент Великобритании в 1897 г. - "Усовершенствования в передаче электрических импульсов и сигналов в аппаратуре").

Примечание: Признанная учёным миром приоритетность Маркони перед Поповым, видимо, можно объяснить только тем, что Морское ведомство России, где служил А.С. Попов, быстро поняло потенциал его изобретения и все работы засекретило.

Внедрение дальней беспроволочной радиотелеграфии заняло ещё несколько лет. В 1898 г. Г. Маркони организовал радиосвязь между Францией и Англией. В начале 1900 г. аппаратура беспроволочного телеграфа А.С. Попова (включая его "Телефонный приёмник депеш", который в том же году был запатентован в Англии и во Франции, а в 1901 г. - в России) была применена для связи во время работ по ликвидации аварии броненосца "Генерал-адмирал Апраксин" вблизи шведского о. Гогланд и при спасении рыбаков, унесённых на льдине в море. При этом дальность связи достигла 45 км (в 1901 г., в реальных корабельных условиях, А. Попов уже получил дальность связи около 150 км).

В том же 1900 г. хорватский изобретатель (в то время гражданин Австро-Венгерской империи) Никола Тесла [1856-1943] продемонстрировал в Нью-Йорке дистанционное радиоуправление модели корабля и публично заявил о возможности передачи электроэнергии через Атлантический океан при помощи радиоволн. В основе его изобретения лежала идея электрического резонанса (что опережало аналогичные идеи Эдисона). Своё устройство он назвал "Мировая система". Колоссальная металлическая башня должна была аккумулировать электроэнергию и посылать по строго направленному лучу её киловатты прямо "в руки" потребителю без всяких проводов. Но... известный американский миллиардер Джон Морган не стал финансировать этот проект. Есть версия, что секрет передачи электроэнергии без проводов у Теслы выкупил другой миллиардер - Форд, который опасался громадных убытков от изобретения в своей автомобильной индустрии.

Примечание: Позже, это послужило основанием в 1943 г. Верховному Суду США принять решение об аннулировании соответствующего патента Г. Маркони, как не приоритетного в этой области. Не так давно американские учёные под руководством Джеймса Корума доказали, что идея Теслы - не такая уж фантастика, он действительно создал такое устройство... . Получая награды в честь своего 80-летия Hикола Тесла как-то между прочим обмолвился, что он открыл метод выпрямления искривленного пространства и ещё некоторые вещи, включая и крайне экономичное производство радия, ценою 2 доллара за килограмм.

Также, под руководством Теслы, уже в 1899 г. была сооружена радиостанция мощностью 200 кВт в шт. Колорадо.

12 декабря 1901 г. Г. Маркони была осуществлена односторонняя "радиосвязь" через Атлантический океан - между Полдху (Корнуэлл в Англии, где ныне расположен клуб PARC) и мысом Код (ст. Сент-Джеймс в Ньюфаундленде, где ныне расположен исторический музей "Signal Hill" - VO1AA/VO1S). В Корнуэлле был установлен передатчик под условным названием "SS", который работал на принципе высокого искрового разряда на большую антенну (20 мачт высотой по 70 м).

4 августа 1903 г. в Берлине собралась Первая международная конференция по радиотелеграфии, решавшая вопросы регулирования и контроля работы радиостанций. Эта конференция явилась следствием инцидента, который произошёл в 1902 г., когда прусский принц Генри (брат кайзера), пытался передать по радио с военного корабля "Deutschland" президенту США Франклину Рузвельту радиограмму с благодарностью за оказанное гостеприимство. Станция фирмы "Marconi", расположенная на о. Нантакет отказалась её принять, т.к. корабль был оборудован радиоаппаратурой конкурирующей фирмы.

Конференция приняла постановление, которое гласило, что "... каждая станция обязана поддерживать связь с любой другой станцией, не считаясь с тем, какая радиотелеграфная система принята на этой станции".

Таким образом, начав развиваться в XIX веке и только в начале XX века радиосвязь настолько усовершенствовалось, что необходимость в хорошем усилителе принимаемых сигналов стала очевидной.

Если первым шагом на пути создания такого усилителя было открытие "Эффекта Эдисона", то вторым шагом было изобретение английским ученым Джоном Амбрози Флемингом [1849-1945] в 1904 г. вакуумного диода (детектора). Д. Флеминг в 1877-81 гг. работал под руководством Дж. Максвелла; с 1881 г. – научный консультант лондонской компании "Edison Electric Light Co", а с 1899 г. - работает в Акционерном обществе "Мarconi Co.". Диод им был изобретён после того, как он узнал в 1884 г. об "Эффекте Эдисона" от самого Эдисона. Дж. Флеминг назвал свой термоионный вентиль выпрямителем высокочастотного переменного тока, который выпрямлял радиочастотные сигналы, но не был в состоянии их усилить.

Третий шаг в создании усилителя был осуществлён американским радиоинженером-изобретателем и предпринимателем Ли ДеФорестом [1873-1961], который 25 октября 1906 г. подал заявку на выдачу патента (патент от 1907 г.) на трёхэлектродную вакуумную лампу - знаменитый аудион. Однако первые его приборы имели очень низкое усиление. Необходимы были дополнительные усилия, чтобы превратить аудион в действительно полезный усилитель.

Примечание: вдова изобретателя - Maria Lee DeForest имела позывной (WB6ZJR).

На это ушло шесть лет. Этим новым устройством была регенеративная схема американского учёного-радиотехника, майора Эдвина Говарда Армстронга [1890-1954] (член клубной любительской радиостанции - ЛРС с позывным сигналом 1BCG), которую он создал на базе аудиона 22 сентября 1912 г., а затем и схему регенеративного приёмника (одновременно с другими изобретателями: американцами Ли ДеФорестом и Ирвингом Лэнгмюром, а также немцем Александром Мэйснером) на которую в 1913 г. получил патент.

Примечание: В 1917 г. Э. Армстронг был удостоен американским "Институтом радиоинженеров" (ИРИ) “Медали почёта" за работы по регенерации и генерации колебаний. Правда, после 20-летнего судебного разбирательства Верховный суд США признал авторитет Фореста в данных работах и Армстронг хотел вернуть медаль ИРИ, но его Совет директоров единогласным решением отказался её принять и вновь подтвердил её присуждение Армстронгу. В 1918 г. он создал сверхрегеративный приёмник (и в настоящее время ещё применяется сверхрегенерация в приёмниках с параметрическим усилением, т.к. их относительно широкая полоса пропускания, устойчивость и высокое усиление используются для работы в т.н. "S-диапазоне" - длина волны 10 см), а в 1921 г. - супергетеродинный приёмник; он был пионером в области частотной модуляции. Все его изобретения быстро принимались промышленностью, причем часто с нарушением его патентных прав. Из-за многолетних судебных тяжб с фирмой RCA Э. Армстронг трагически покончил жизнь самоубийством.

О необходимости радиосвязи уже никто не сомневался после катастрофы в апреле 1912 г. "Титаника", погибающий радист которого Джек Филлипс успел передать сигнал бедствия "SOS", который был услышен и что дало возможность спасти часть пассажиров.

Во время Первой мировой войны все радиопередатчики работали с применением т.н. искрового разряда. Телеграфные сигналы, передаваемые этими станциями, легко перехватывались противником, т.к. они занимали широкий частотный спектр. И вдруг произошло непонятное - все германские радиостанции якобы внезапно замолчали. Среди союзников Антанты разразилась настоящая паника: "Видимо, готовится какое-то наступление и немцы боятся утечки информации!". Тайну же такого "молчания", разгадал русский ученый Михаил Васильевич Шулейкин, который установил, что немецкие радиостанции вместо применения искрового разряда перешли на передачу незатухающих колебаний на определённой частоте - использовался т.н. "эффект поющей дуги" (создан ирландским инженером Дудделем, который, по существу, первым в мире применил в радиосвязи колебательный контур).

В 1915 г. был осуществлён исторический эксперимент, когда речевые сигналы успешно передавались из Арлингтона (шт. Вирджиния) в Париж. Экспериментальная система использовала регенеративную схему как в приёмнике, так и в передатчике. В аппаратуре стояли лампы с значительно повышенным коэффициентом усиления, которые за счёт улучшения вакуума в баллоне создали Ирвинг Лангмюр (фирма "General Electric") и Гарольд Арнольд (фирма "Western Electric").

Примечание: Следует, смеха ради, отметить, что один из "отцов" радиосвязи Г. Маркони предпочитал, чтобы "краеугольным камнем" его беспроволочного телеграфа оставалась азбука Морзе и для беспроволочной передачи речи он не видел никакого полезного применения.

В конце сентября - начале октября 1917 г. на кораблях Балтийского флота испытывался радиотелефон системы А.Т. Углова, который был изготовлен на Радиотелеграфном заводе Морского Ведомства России. Была достигнута дальность радиосвязи в 25 верст.

Гаролд Бевередж (W2BML) [1893-1992], совместно с Райсом и Келлогом, работая в фирме "General Electric", в 1917 г. разработали приёмную волновую антенну, которая впоследствии получила название "Beverage". В 1920 г. он перешёл на работу в RCA, в которой в 1928 г. (совместно с Х.О. Петерсоном и Дж.Б. Муром) стал соавтром очередного своего избретения - т.н. "Разнесенного приёма сигналов". В этой системе применялись 3 антенны, разнесённые на расстояние до 300 м друг от друга. Выпрямленные приёмные сигналы на выходах трёх отдельных приёмников суммировались на общем сопротивлении нагрузки.

Примечание: Г. Бевередж являлся обладателем свыше 40 патентов, лауреатом многих почётных званий и наград - включая и награду Президента США, полученную в 1948 г.

С этого момента радиосвязь (как и вся радиотехника в целом) стала развиваться более стремительно: супергетеродин, однополосная связь, радионавигация, телевидение и т.д. - все это только часть изобретений первой половины XX века.

В заключение, приведём список других радиолюбителей, внесших свой достойный вклад в развитие (особенно любительской) радиоcвязи:

• G5RV: R. Louis Varney (also: CX5RV и VK9LV, создатель популярной антенны
  "G5RV") [1911-2000];
• HB9CV: Rudolf Baumgartner (создатель популярной антенны "HB9CV");
• VK2QV: Percy Sara (создатель популярной антенны "Sara Quads") [S.K.];
• W3DZZ: Chester LeRoy Buchanan (создатель популярной антенны "W3DZZ").

Литература и источники:

1. "Труды Института радиоинженеров (русский перевод)" - "Proceedings of the IRE" (#5/1962, 2 части, 1517 c.).
2. "Электроника: прошлое, настоящее, будущее". Перевод с английского под ред. члена-корреспондента Академии Наук СССР В. И. Сифорова (М.: "Мир", 1980, 296 с.).
3. "Коллекция А.С. Попова (каталог)" (ЦМС им. А.С. Попова, Санкт-Петербург: 1995, 141 с.).
4. БСЭ, третье изд. (М: "СЭ"; 1970-78 гг.; тома: 1, 5, 6, 10, 12, 15, 18-20, 24-30).
5. Георгий Члиянц (UY5XE). "У истоков мирового радиолюбительского движения (Хроника: 1898-1928)" (Львов: 2000; 48 с.).
6. Георгий Члиянц (UY5XE). "Хроника зарождения радиосвязи" ("Радiоаматор"; #12/2000, с. 46-47).
7. Георгий Члиянц (UY5XE)."Зарождения радиосвязи (хроника и роль радиолюбителей)" ("Радиолюбитель"; 2001: #4, с. 27-28; #5, с. 23).
8. Георгий Члиянц (UY5XE). "Из истории классических схем" ("Радиохобби", #4/2000, c. 2-3).
9. Георгий Члиянц (UY5XE). "Радиолюбители - кто есть кто!" (Львов: 2000, 38 с.).
10. "Радио" (#12/2001).
11. http://www.qrz.ru/articles/detail.phtml?id=259
12. Георгий Члиянц. "К вопросу об изучению истории связи" (Виртуальный компьютерный музей. Разд. История развития электросвязи).