Спектр радиочастот

Частота	Наименование Частоты	Длина волны	Наименование Длины волн
3-30 кгц	Очень низкая	10-100 км	Очень длинные
30-300 кгц	Низкая	1-10 км	Длинные
300-3000 кгц	Средняя	100-1000 м	Средние
3-30 мгц	Высокая	10-100 м	Короткие
30-300 мгц	Очень высокая	1-10 м	Очень короткие
300-3000 мгц	Ультравысокая	10-100 см	Ультракороткие
3000-30000 мгц	Сверхвысокая	1-10 см.	Сверхкороткие
Более 30000мгц	Крайневысокая	Менее 1 см	Крайнекороткие

Освоение радиоэфира происходило следующим образом: «…Если Герц проводил свои опыты на метровых волнах, то первая трансатлантическая связь была установлена (Маркони, 1901 г.) на волне 366 м., в 1902 г. для устойчивой радиотелеграфной связи использовалась длина волны 1100 м., в первой коммерческой линии связи Ирландия – Нью-Фаунленд, открывшейся в 1907 г., длина волны равнялась 3560 м…К концу Первой мировой войны длина волновой разности возросла до 20-25 км».

Первоначально считалось, что дальность распространения радиоволн находится в прямой зависимости от их длины. В связи с этим, как констатируют авторы «Очерков истории радиотехники», получило «применение более длинных волн и тем самым более высоких и сложных антенн, а также более мощных передатчиков». По этой же причине в «первые 20 лет развития радио ученые и инженеры полагали, что радиоволны с частотой выше 200 кГц непригодны для радиовещания, и до 1922 г. их было разрешено использовать для любителей связи».

Между тем к концу Первой мировой войны почти весь спектр сверхдлинных, длинных и даже средних волн оказался заполненным, что стало создавать взаимные помехи.

И тут обнаружилось, что радиолюбители, работавшие на коротких волнах, могут связываться между собою, несмотря на сотни и тысячи километров, которые их разделяли. Особый резонанс получил сеанс радиосвязи шотландских и американских радиолюбителей в 1921 г..

Изучение этих фактов привело к выводу, что характер распространения волн вдоль поверхности Земли и волн, направленных в пространство, различен. Если первые очень быстро затухают, то вторые, отражаясь от верхних слоев атмосферы, а затем земной поверхности (причем неоднократно), могут распространяться на более значительные расстояния, чем средние и даже длинные волны.

В 1922 г. советский физик М.В. Шулейкин создал теорию дисперсии коротких волн в однородной ионизированной среде. Дисперсия волн - от латинского dispersio, рассеивание – зависимость показателя преломления вещества, т.е. скорости распространения волн в веществе от длины волны (частоты).

Изучение этого явления открыло возможность для использования коротких и ультракоротких волн, которое началось в середине 20-х годов.

Но чем больше становилась дальность радиопередач, тем сильнее ощущалось такое явление, как затухание радиоволн по мере удаления их от передающего устройства.

В связи с этим усилия ученых были направлены на решение трех проблем: а) создание более сильных генераторов тока, б) совершенствование передающих устройств, в) совершенствование приемных устройств.

«Переход к использованию незатухающих колебаний, -пишут А.А. Гоголь и Ю.И. Никодимов, - произошел в радиотехнике постепенно и занял около десятилетия (1905-1915). За это время было разработано несколько методов генерирования незатухающих колебаний с помощью уже известных в технике устройств: электрической дуги, электрических машин повышенной частоты и посредством нового прибора – электронной лампы».

Особую известность получил дуговой генератор датского инженера, изобретателя магнитофона Вальдмара Паульсена (1869-1942), созданный в 1902 г. Одновременно начали использоваться машинные генераторы переменного тока. В этом отношении больших успехов добился русский ученый В.П. Вологдин. Подобные генераторы имели мощность в сотни кВт и весили десятки тонн.

Долгое время важным препятствием на пути развития радиосвязи была малая чувствительность радиоприемников. Эту проблему удалось решить с помощью радиоламп.

С незапамятных времён человеку был известен факт превращения электричества в свет (грозовые молнии и северное сияние), но они не понимали природы этих явлений. Впервые на связь электричества и света было обращено внимание в конце XVII в. Производя опыты, О. Герике обнаружил, что наэлектризованный им шар из серы в темноте начинает светиться. А в 1698 г. англичанин Уолл сумел получить электрическую искру и в 1708 г. поведал об этом в печати.

В XVIII в., особенно после того, как был создан конденсатор и изобретен дисковый генератор статического электричества, получение искры стало обычным явлением. С ее помощью удалось зажечь нефть, порох, спирт, фосфор.

Экспериментируя с электричеством, живший в XVIII в. американский изобретатель Э. Киннерски (р.1712) заметил, что под влиянием электричества проводник может не только нагреваться, но и раскаляться, а в начале XIX в. А. Вольта обратил внимание, что при сильном токе тонкая медная проволока не только раскаляется, но и перегорает.

Исходя из этого, французский изобретатель Деларю в 1820 г. создал первую электрическую лампу накаливания с платиновой спиралью. Однако она была слишком дорогой, поэтому не получила практического применения. В 1838 г. бельгиец Жобар использовал для нити накаливания уголь. Это позволило значительно удешевить лампу. Но она очень быстро перегорала.

В 1878 г. продлением срока службы электрических ламп занялся Т.А. Эдисон. В связи с этим он обратил внимание, что во время их работы стекло изнутри начинает чернеть за исключением той его части, которая находится возле нити накаливания, соединенной с положительным электродом. Сделав из этого вывод, что почернение происходит в результате выделения мельчайших частиц угля, из которого была изготовлена нить накаливания, Т.А. Эдисон ввел внутрь еще один электрод. При этом он заметил, что если этот электрод соединить «с положительным концом нити» накаливания, то возникал электрический ток, если же «электрод был соединен с отрицательным концом, то никакого тока не было». Так в 1883 г. было открыто явление, которое получило название «эффекта Эдисона».

Этот эффект сразу же привлек к себе внимание других ученых. Одним из них был английский физик Джон Амброуз Флеминг (1849-1945), который с 1882 по 1895 г. работал консультантом в фирме Т.А. Эдисона, а с 1899 г. в фирме Г. Маркони. Уже в 1883 г. он выступил с докладом на тему «Явление молекулярной радиации в светящихся лампах».

Изменяя форму нити накаливания и вводимого электрода, а также их расположение внутри лампы и соотношение между собой, Д.А. Флеминг обнаружил, что таким образом можно регулировать то, что он называл «молекулярной радиацией» (на самом деле имело место выделение электронов) и оказывать влияние на протекание тока в электродах, с которыми была связана нить накаливания.

В результате Д.А. Флемингу удалось использовать «лампу Эдисона» и для приема радиоволн вместо когерера, и для выпрямления переменного тока, и для преобразования высокочастотных электрических колебаний в низкочастотные, т.е. в качестве демодулятора или же детектора. 16 ноября 1904 г. Д. А. Флеминг подал в Великобритании заявку на свое изобретение, получившее название диода, т.е. двухэлектродной лампы, и в следующем году получил патент.

Продолжая эти опыты, американский физик Ли де Форест (1873-1961) обернул лампу фольгой и обнаружил, что приемник стал чувствительнее к радиоволнам. Тогда он решил поместить «фольгу» внутрь лампы и с этой целью ввел в нее еще один электрод, который изготовил в виде сеточки и установил над диодом. Чувствительность радиоприемника стала еще больше. Так был создан новый вид электронной лампы, получивший название триода. Заявка на него была подана в 1906 г., патент получен в 1907 г.

Однако для того, чтобы триод получил практическое применение понадобилось внести в него некоторые усовершенствования.

Хотя триод был способен воспринимать самые слабые колебания электромагнитных волн, он не мог устранить их затухающего характера. В связи было предложено усовершенствовать его таким образом, чтобы электрический сигнал с выхода усилительной лампы мог возвращаться обратно на вход, увеличивая тем самым до определенного предела ее мощность. Это явление получило название регенерации, а усовершенствованный триод - регенератора.

В литературе можно встретить разные мнения относительно авторства этого изобретения, но, по всей видимости, правы те, кто считает, что регенеративную схему триода в 1912-1913 гг. независимо друг от друга предложили сразу же несколько человек (Эдвин Говард Армстронг, Ирвинг Лэнгмюр, Александр Мэйсснер, Ли де Форест и др.). А в 1913 г.

Сотрудник немецкой фирмы Телефункен Александр Мейснер (Meissner) создал первый ламповый радиопередатчик, открывший наачло новой эпохи – эпохи электроники.

Значение электронной лампы заключалось не только в том, что она позволила улучшить прием радиосигналов, не только в том, что она представляла собою более дешевый генератор электромагнитных волн, но и в том, что позволила генерировать и принимать короткие и даже ультракороткие волны.

И в середины 20-х годов начался переход от сверхдлинных, длинных и средних волн к коротким и ультракоротким волнам.

3.Радиолокация

Еще Г. Герц установил, что электромагнитные волны отражаются от встречающихся на их пути металлических предметов. С этим же фактом в 1897 г. во время своих экспериментов столкнулся А.С. Попов. Но ни тот, ни другой не придал этому явлению особого значения.

Первым, кто сделал это, был Н.Тесла. В 1900 г. он не только указал на возможность с помощью радиоволн определять местоположение объектов, а также скорость и направления их перемещения, но и предложил методику этого. Тем самым был заложен первый камень в основание того, что позднее получило название радиолокации.

Локация (от латинского locatio – размещение, распределение) - это «определение местонахождения целей (объектов) по сигналам (например, звуковым и электромагнитным волнам), излучаемым самими целями (пассивная локация) или отраженным от них сигналам ( активная локация )».

«Расстояние до объекта измеряется путем определения t, необходимого для прохождения радиоволнами расстояния от пункта наблюдения до объекта (прямая волна) и обратно (отраженная волна)».

Первым, кто попытался реализовать эти идеи на практике, стал немецкий инженер Христиан Хюльсмайер. В 1904 г. он запатентовал устройство «для предотвращения столкновения морских судов с помощью радиосвязи», в 1905 г. получил патент на «способ обнаружения металлических предметов по отражаемым ими радиоволнам», а в 1906 г. патент – на «способ определения расстояния до отражающего объекта».

И хотя газеты с восторгом сообщили об этом изобретении, спроса на него не последовало. Во многом это объясняется тем, что «лучшее отражение происходит при условии, что длина волны равна или (что еще лучше) меньше размеров отражающего объекта». Между тем, как мы уже знаем, в начале XX в. использовались главным образом средние, длинные и сверхдлинные, волны.

Была и другая причина. Она заключалась в том, что современники не видели возможности практического применения этого открытия. Говорят, когда Х. Хюльсмайер предложил использовать свое устройство для повышения безопасности пароходного движения во время тумана, ему ответили, что пароходные гудки не менее эффективны и к тому же намного дешевле.

Не привлекло к себе внимание деловых кругов подобное же устройство Х. Лёви и Т. Леймбаха, запатентованное в 1912 г. и предназначенное для геологоразведок с помощью радиоволн, а также эксперименты, проведенные в 1922 г. с целью демонстрации возможностей радиолокации американскими инженерами Э. Тейлором и Л. Юнгом.

И только после того, как в 1924 г. будущий лауреат Нобелевской премии Эдуард Эпплтон (1892-1965) и его аспирант и М. Барнет с помощью радиоволн смогли экспериментально доказать существование ионосферы и измерить ее высоту (слой Хэвисайда), на радиолокацию обратили серьезное внимание.

К этому времени спрос на радиолокацию стала предъявлять армия. Он был связан с бурным развитием военной авиации, которая вызвала к жизни противовоздушную оборону.

Первоначально для этого использовались посты визуального наблюдения, оснащенные телефонами. В связи с тем, что к 1930 г. скорость бомбардировщиков составляла 150-200 км/час., подобные посты располагались вокруг наиболее крупных городов в радиусе около 150 км..

При таком радиусе протяженность только одного кольца ПВО достигала 1000 км и на каждое из них приходились десятки наблюдательных пунктов. Если принять во внимание хотя бы три кольца ПВО на один город и взять только крупнейшие города ведущих стран мира, окажется, что для создания защищающей их системы ПВО требовались тысячи наблюдательных пунктов, много людей и большие денежные расходы.

Между тем 30-е гг. годы характеризовались не только бурным развитием авиационной промышленности, но и совершенствованием авиации. Достаточно отметить, что к 1940 г. скорость бомбардировщиков увеличилась до 400 км/час.
В связи с этим и возник спрос на радиолокацию. Раньше всех, уже в 1931 г.. к разработке радиолокационной системы ПВО приступили США. Однако, хотя американские инженеры Э. Тейлор и Л. Юнг взяли патент на подобное устройство, получившее название радар (RADAR – Radio Detection And Ranging) в 1933 г., а английский инженер, потомок знаменитого Джеймса Уатта - Роберт Александр Ватсон-Ватт (Robert Alexander Watson-Watt) (1892–1973) в 1934 и 1935 гг., первая радиолокационная станция (РЛС) в 1935 г. была построена в Великобритании. «Она, – пишет К. Рыжов, - работала в диапазоне волн 10-13 м и имела дальность действия 140 км при высоте полета самолета 4,5 км. В 1937 году на восточном побережье Англии уже было установлено 20 таких станций. В 1938 году все они приступили к круглосуточному дежурству, продолжавшемуся до конца войны».

В самом общем виде работа РЛС сводится к следующему.

Периодически она посылает в пространство электромагнитные волны, которые, встретив на своем пути препятствие в виде определенного объекта, отражаются от него и возвращаются обратно. Зная скорость распространения радиоволн, можно определить расстояние между РЛС и наблюдаемым объектом.

Первые радары были несовершенны: они имели большие размеры, работали на волнах длиной 10-15 м., распространявшихся в довольно узком диапазоне и могли обнаруживать самолеты не ниже 100 м.

Несмотря на это, уже в 1940 г. радиолокация продемонстрировала свое значение. Когда Германия начала массированные бомбардировки Британских островов, то за четыре месяца она потеряла более 3000 самолетов, из которых 2500 были сбиты после обнаружения их РЛС.

Поскольку после Второй мировой войны началась «холодная война», военная радиолокация продолжала совершенствоваться. Со временем удалось перейти на волны длиной 1-2 м., а затем и сантиметровые волны, уменьшить размеры РЛС, заменить стационарные антенны вращающимися, отказаться от разделения РЛС на две части: передающую и приемную, замкнув передатчик и приемник на одну антенну, которые включались бы поочередно. Значительно увеличилась дальность охвата РЛС. Первые РЛС посылал импульсы со скоростью 25 раз в секунду, сейчас она составляет миллионы раз.

После того, как в XIX в. была установлена электромагнитная природа света, появилась гипотеза о существовании электромагнитного излучения солнца, а значит, и других небесных тел. Однако первые попытки ее экспериментальной проверки, оказались неудачными, так как это излучение имеет высокочастотный характер, и существовавшая первоначально приемная аппаратура не могла его улавливать.

Положение дел изменилось, когда была создана радиоэлектронная аппаратура, позволившая американскому ученому Карлу Янскому (1905-1950) обнаружить в 1932 г. радиоизлучение Млечного пути, а его соотечественнику Гроте Реберу (1911-2002) создать к 1939 г. первый радиотелескоп. Так было положено начало новому научному направлению – радиоастрономии.

В радиоастрономии сразу же возникли два направления: пассивное и активное. «Пассивное» направление характеризуется приемом и изучением тех радиосигналов, которые излучают сами космические тела. «Активное» направление использует для изучения космических явлений радиолокацию.

Уже в 1942-1945 гг. было открыто радиоизлучение Солнца. В 1945 г. началось радиолокационное изучение Луны. За этим последовали другие небесные тела. После Второй мировой войны с помощью радиотелескопов удалось произвести измерение отдельных планет, их расстояния от Земли, установить орбиты их движения и скорость вращения. Радиотелескопы позволили выйти за пределы Солнечной системы и раздвинуть границы «видимой» нами части Вселенной.

Развитие радиоастрономии сыграло важную роль в освоении космического пространства, которое началось после того, как в 1957 г. наша страна запустила первый космический спутник Земли, а в 1961 г. космический корабль с человеком на борту. Им был летчик-испытатель Ю.А. Гагарин. За 43 года, т.е. к 2000 г. на орбиту было выведено около 20 тысяч космических объектов.

Особое значение спутниковая связь приобрела в системе ракетно-ядерных сил, которые в 1958 г. были выделены в особый род войск.

Вторая половина XX века была временем бурного развития гражданской авиации. Сейчас воздушные просторы ежедневно бороздят десятки тысяч самолетов и вертолетов. Это привело к необходимости регулирования полетов сначала в границах отдельных стран, затем в масштабах всей планеты. Главным средством управления полетами и контроля за ними стала радиолокация.

Развитие авиации и мореходства потребовали совершенствования метеорологии, которая все больше и больше зависит от успехов радиотехники.

В 1941 г. в Великобритании впервые с помощью радиолокаторов были обнаружены осадки. С 1943 г. в США начались регулярные радионаблюдения за ливнями и грозами, в СССР радиолокация была использована для измерения скорости и направления ветра в верхних слоях атмосферы. С этого времени радиолокация постепенно превратилась в один из важнейших инструментов современной метеорологии.

4.Радиовещание

Вскоре после того, как появился телефон, Т. Пушкаш предложил знакомить абонентов по телефону с музыкой и текущими новостями.

Чтобы продемонстрировать возможность этого, в 1881 г. на Международной выставке в Париже он соединил один из павильонов с оперным театром. А в 1882 г. его брат Ференц организовал подобную же трансляцию из Национального театра на балу журналистов в Будапеште.

Возглавив после смерти брата будапештскую телефонную станцию Т. Пушкаш, организовал 15 февраля 1893 г. трансляцию «говорящей» или телефонной газеты, т.е. стал знакомить абонентов с текущими новостями.

Между тем появилось радио. Первоначально его использовали только как «беспроволочный телеграф». И сразу, уже в конце 90-х годов XIX в., было обнаружено следующее явление. «Пытаясь найти неисправность в радиоприемнике «прозвонкой» электрических цепей с помощью обыкновенной телефонной трубки», помощники А.С. Попова П.Н. Рыбкин и Д.С. Троицкий услышали «радиосигналы азбуки Морзе ближайшей радиостанции».

Это означало, что с помощью радиоволн можно передавать звуковые сигналы и что маломощные электрические сигналы, передаваемые с помощью азбуки Морзе, человек способен воспринимать на слух. В 1899 г. А. С. Попов получил российскую привилегию, а также патенты в Англии и Франции на «Телефонный приемник депеш, посылаемых с помощью электромагнитных волн по системе Морзе».

Примерно тогда же профессор Питсбурского университета и консультант Метеорологического бюро Реджинальд Обри Фессенден (Fessenden Reginald Aubrey)» (1866-1932) сделал попытку использовать радиоволны для звуковой трансляции. Позднее он утверждал, что в 1900 г. ему удалось передать человеческую речь на расстояние мили, т.е. примерно полутора километров.

Однако это утверждение вызывает сомнения, так как для осуществления такой передачи требовалось предварительное решение двух очень важных проблем.

Вот что говорится о первой из них на страницах школьного учебника физики: «При радиотелефонной связи колебания давления воздуха в звуковой волне превращаются с помощью микрофона в электрические колебания той же формы. Казалось бы, если эти колебания усилить и подать на антенну, то можно будет передавать на расстояние речь и музыку с помощью электромагнитных волн. Однако в действительности такой способ передачи неосуществим».

Дело в том, что человек способен произносить звуки в диапазоне от 80 до 12000 герц. Но на 90% наша речь не выходит за пределы 2000 гц. Ухо человека может воспринимать звуковые колебания от 20 до 20000 гц, но обыкновенный слух улавливает колебания от 200 до 5000 гц. Поэтому Международный стандарт для телефона определяет этот диапазон в пределах от 300 до 3400 гц.

Между тем, как было показано выше, даже для сверхдлинных радиоволн характерна частота от 3 до 30 тысяч герц. Поэтому, чтобы передать низкочастотные звуковые колебания на расстояние с помощью электромагнитных волн, звуковые колебания необходимо предварительно преобразовать в высокочастотные. Этот процесс получил название модуляции. «Без модуляции мы в лучшем случае можем контролировать, работает станция или молчит».

Но высокочастотные электрические сигналы способны придать мембране приемного устройства только высокочастотные колебания, которые не воспринимает ухо человека. Поэтому их требуется преобразовать в низкочастотные, для чего необходимо специальное устройство, получившее название детектора.

Насколько удалось и Р. О Фессендену решить эти две проблемы к 1900 г., мы не знаем. Но детекторное устройство, получившее название «бареттера Фессендена», он создал только в 1903 г..

Что же касается модуляции, то эта проблема была решена еще позже. Для ее решения Р. О. Фессенеден обратился за помощью к известному электротехнику Чарлзу Протеусу Штейнмецу, работавшему тогда в фирме General Electric Company. Ч. П. Штейнмец порекомендовал ему своего помощник Эрнста Александерсона (Ernst Frederic Werner Alexanderson (1878-1975).

Только после этого, в 1906 г., Р. Фессенден снова повторил свой опыт. Из небольшого американского городка Брант Рок в штате Мэриленд он связался по радиотелефону с Плиумтом, находившимся на расстоянии 11 миль или же 16 км. Опыт оказался удачным. 26 января и 2 февраля 1907 г. сообщения о нем появились в печати.

В июле 1907 г. Р. Фессендену удалось связаться по радиотелефону с Ямайкой и Лонг Айлендом, удаленными от его лаборатории примерно на 300 км.

Правительство США сразу же взяло это изобретение на вооружение и начало оснащать радиотелефонами военные корабли. По утверждению Ли де Фореста, в 1907-1908 гг. он «оборудовал головной корабль флота США «Огайо» и некоторые другие корабли дуговыми передатчиками и фонографами для трансляции во время плавания»

В 1908 г. был организована первая в истории музыкальная передача с Эйфелевой башни в Париже.

В 1909 г. американский радиолюбитель Чарлз Дэвид Хэролд (Герольд) (Charles David Herrold) (1875-1948) с помощью любительского радиопередатчика создал в городе Сан-Хосе (Калифорния) первую известную нам радиовещательную станцию и начал регулярно выходить в эфир с музыкальными программами, предназначенными для таких же, как он, радиолюбителей.

Однако радиус действия первых радиовещательных станций был невелик. Новые возможности на этом пути открыло изобретение регенератора. Использование его позволило в 1915 г. установить не только трансконтинентальную телефонную связь между Нью-Йорком и Сан-Франциско, но и провести сеанс трансатлантической радиотелефонной связи между Арлингтоном (шт. Виргиния) и Парижем.

«В 1916, - вспоминал Ли де Форест, - после того как мы научились изготавливать колебательные электронные лампы мощностью от 50 до 100 Вт я начал регулярные ночные радиовещательные передачи с моей станции в «High Bridge» (Нью-Йорк)», «а в ноябре 1916 г. была воплощена идея передачи процедуры подсчета голосов во время президентских выборов. Газеты писали: «Семь тысяч «радиотелефонных операторов» в радиусе 200 миль от Нью-Йорка принимали выборные сводки».

Когда весной 1917 г. США вступили в Первую мировую войну, все частные радиостанции были закрыты. И только после того, как летом 1919 г. был подписан Версальский мирный договор, этот запрет был снят. Уже в декабре этого года радиостанция Ли де Фореста снова вышла в эфир

Осенью 1920 г. в американском городе Питтсбурге начала работать радиостанция, созданная известной электротехнической фирмой Вестингауз. Впервые она вещала не для десятков и сотен, а для тысяч радиоприемников.

К началу 1923 г. в США было выдано около 600 лицензий на радиовещание, в 1930 г. - более 6 тысяч. Особую роль в развитии американского радиовещания сыграл выходец из России, уроженец Минска Давид Абрамович Сарнов (1891-1971)», возглавивший созданную в 1919 г. известной электротехнической фирмой Дженерал электрик Радиокорпорацию Америки (RCA). В 1926 г. под его руководством была создана Национальная вещательная компания (NBC). В 1927 г. возникла вторая крупная сеть коммерческих станций – Колумбийская вещательная система (CBS).

В первой половине 1920-х годов радиовещание началось в Великобритании, Германии, Франции и других европейских странах.

К 1922 г. относится экспериментальное радиовещание во многих странах Азии: в Японии, Китае, Индонезии, на Филиппинах и т.д. В том же году Япония первой из азиатских стран перешла к регулярному радиовещанию. В 1926 г. здесь была создана Национальная вещательная корпорация (NHK), с 1928 г. организовано централизованное общенациональное вещание по всей стране.

В те же годы регулярное радиовещание появилось в Аргентине, Бразилии, на Кубе, в Мексике, Перу, Уругвае. В 1926 г. оно существовало во всех латиноамериканских странах.

В 1920-е годы началось радиовещание в Австралии и Африке.

Если в 1921 в мире насчитывалось лишь около 50 тысяч любительских радиоприемников, то в 1922 г. их было уже 600 тысяч, в 1925 г – 4 млн., в 1927 г. – 6 млн..

Наиболее быстро этот процесс развивался в США. В 1923 г. здесь имелось около полумиллиона радиоприемников, в 1926 г. 5 миллионов, в 1930 г. – 12 млн., накануне Второй мировой войны – более 25 млн.. В 1920 г. население США составляло 106 млн. чел., в 1940 г. – 132. Если в 1920 г. радиоприемники представляли собою большую редкость, то в 1940 г. их имело подавляющее большинство семей: 90% в городе и около 70% в сельской местности.

До середины 20-х годов развитие частного радиовещания в Германии сдерживалось существовавшим законодательством. После того, как в 1926 г. оно было пересмотрено, Германия тоже встала на путь радиофикации. В 1929 г. в ней было более 2,5 млн. радиоприемников, к 1933 г. - 4 млн., через десять лет - 16 миллионов.

В Японии к концу 1941 г., когда страна вступила во Вторую мировую войну, имелось около 6,5 млн. радиоприемников.

Аудитория первых радиостанций была невелика. Между тем обнаружилось, что радио позволяет оперативно передавать информацию за сотни и тысячи километров. Стало очевидно и то, что со временем оно может стать конкурентом периодической печати.

В связи с этим, не дожидаясь, когда радиоприемник получит такое же распространение, как журнал и газета, правительства некоторых стран становятся на путь использования так называемого проводного или кабельного радио.

По сути дела речь шла о подключении радиовещательных станций к телефонным линиям и организации с их помощью передачи информации для более широкого круга лиц, чем владельцы радиоприемников.

Одним из достоинств проводного радио заключалось в том, что оно позволяло распространить влияние официальной идеологии на тех, кто не выписывал и не читал официальных газет, и даже на тех, кто вообще не умел читать.

В Москве первый опыт радиовещания был предпринят в 1922 г.. С 1924 г. оно стало регулярным. Первоначально количество радиоточек было невелико – 70 тысяч составляли эфирные радиоприемники, 22 тысячи – репродукторы. Положение дел изменилось в годы первых пятилеток. В 1940 г. общее количество радиоточек увеличилось до 7,0 млн., в том числе радиоприемников до 1,1 млн., репродукторов – до 5,9 млн..

Примерно 75% всех радиоточек находилось в городе, 25% в деревне. Поскольку к этому времени численность населения страны достигала 190 млн. чел. и средняя советская семья составляла около 4 человек, то 6 млн. репродукторов приходилось примерно на 50 млн. семей. Иначе говоря, радиофикацией было охвачено примерно 12% населения. А поскольку в городах проживало около трети населения страны, это значит, что радиофикация даже в городах затронула в лучшем случае четверть населения.

Поэтому во всех столицах союзных и автономных республик, в краевых, областных и районных центрах для передачи с их помощью официальных сообщения и трансляции в праздники музыкальных передач репродукторы были установлены на улицах.

Великая Отечественная война задержала развитие не только телефонии, но и радиовещания. Но уже к 1950 г. довоенный уровень был восстановлен и превзойден. К этому времени в стране имелось 1,8 млн. радиоприемников и 9,7 млн. репродукторов, в 1955 г. соответственно 6,1 и 20,4 млн., в 1960 г. – 27,8 и 30,8 млн., в 1970 г. – 48,6 и 46,2

Принимая во внимание, что к 1960 г. население страны составляло около 210 млн. чел., а к 1970 г. увеличилось до 240 млн. и учитывая, что средняя советская семья того времени составляла около 4 человек, мы получим 50 млн. семей в первом случае и 60 млн. – во втором. Это значит, что в 50-е годы радиофикация нашей страны была завершена.

Немного медленнее развивался этот процесс в масштабах всей планеты. В 1960 г. на 750 млн. семей приходилось 350 млн. радиоприемников. К середине 1970-х численность семей увеличилась примерно до одного милллиарда, а количество радиоприемников до 850 млн.. Из этого явствует, что в 60-е гг. радио стало обычным явлением не только в СССР, но и во всем мире. К 2000 г. на 6 млрд. человек населения планеты приходится полтора миллиарда радиоприемников.

Вторая половина XX в. характеризовалась не только завершением радиофикации, но крупными переменами в радиотрансляции, связанными с совершенствованием модуляции.

Как мы уже знаем, модуляция – это изменение амплитуды, частоты и фазы электромагнитных колебаний высокой, несущей частоты под влиянием колебаний более низкой частоты.

«Начиная с первых опытов Герца и Попова вплоть до середины 30-х годов, управление колебательными движениями при передаче сигналов было основано на изменении интенсивности колебаний, т.е. применялась амплитудная модуляция».

Можно встретить мнение, что первоначальное использование амплитудной модуляции объясняется «в основном тем, что в передающих устройствах ранних типов изменение амплитуды высокочастотных колебаний выполнялось более легко, чем управление частотой или фазой». Однако на самом деле все было еще проще, «на заре радиотехники» изучением модуляции никто не занимался, поэтому не возникал даже вопрос о необходимости подразделения ее на виды.

И только по мере того, как происходило освоение эфира и постепенно открывалась перспектива исчерпания возможностей использования длинных и средних волн, ученые начали задумываться над тем, как расширить возможности нового вида связи. Тогда модуляция стала предметом специального изучения. И только тогда обнаружилось, что она может быть трех видов: амплитудная, частотная и фазовая. Первые исследования в этой области появились в 1915-1916 гг.

Главное различие между амплитудной и частной модуляцией заключается в том, что при амплитудной модуляции основные характеристики передаваемого информационного сигнала выражаются с помощью изменения амплитуды электромагнитных колебаний, при частной модуляции амплитуда электромагнитных колебаний остается без изменений, а содержание информационного сигнала передается с помощью изменения частоты электромагнитных колебаний.

«История ЧМ и ФМ как новых типов модуляции. – пишут авторы «Очерков истории радиотехники», - начинается с конца Первой мировой войны (1918-1919 гг.), когда вопросом частотной модуляции занялись в связи с приобретавшей все более важное значение проблемой уплотнения эфира».

Изучение частотной модуляции обнаружило, что она, во-первых, «позволяет избавиться от помех и получить высокое качество воспроизведения звука», а во-вторых, «дает возможность уменьшить излучаемую мощность сравнительно с системами амплитудной модуляции».

Однако переход от амплитудной модуляции к частотной сдерживало то, что она возможна только на ультракоротких волнах. Между тем ультракороткие волны начали использовать лишь в 20-30-е годы, когда был исчерпан диапазон сверхдлинных, длинных и средних волн и появилась возможность использования в качестве генератора частотной модуляции электронных радиоламп.

Большой вклад в изучение этого вида модуляции внес американский физик Эдвин Говард Армстронг. К 1935 г. он разработал методику ее практического использования в радиотехнике, а в 1937 г. построил первую радиовещательную станцию с частотной модуляцией. После успешного экспериментального испытания этой станции правительство США в 1939 г. утвердило государственные стандарты на частотную модуляцию.

За США последовали другие страны. После Второй мировой войны частотная модуляция стала самым распространенным способом передачи радиосигналов.

В 90-е годы, когда переход к ней был завершен, в радиовещании тоже началась цифровая революция.

5.Мобильная связь

Возникновение радио привело к появлению не только радиотелеграфа и радиовещания, но и радиотелефона, а развитие радиотелефонии имело своим следствием возникновение подвижной или мобильной телефонной связи.

Обычно ее зарождение относят к 1921 г., когда в США появились полицейские машины с рациями.

Однако зарождение мобильной телефонной связи произошло еще раньше. Вспомним, что американские военные корабли стали оснащать радиотелефонами уже в 1907-1908 гг.. А в 1911-1912 гг. под руководством русского физика Н. Д. Папалекси была создана рация для самолетов.

Первая гражданская служба подвижной телефонной связи появилась в 1946 г. в США (Сент-Луис). В Европе (Швеция) подобная же служба начала действовать в 1956 г.

Первоначально подвижная связь была очень громоздкой и дорогой. Достаточно сказать, что мобильные телефонные аппараты даже без источника питания весили до 30-40 кг. «Прибор, - говорится в «Истории создания сотовой связи», - состоял из приемника, передатчика и логического устройства, установленных в багажник автомобиля, с номеронабирателем и телефонной трубкой, зафиксированными на щитке, висящем на обратной стороне переднего сиденья. Это было похоже на разъезды с полной телефонной станцией в автомобиле».

К этому следует добавить, что радиус действия подвижной связи был тогда невелик: до 30 км, а соединение абонентов производилось вручную, как на заре телефонной связи до появлению АТС.

Кроме громоздкости и дороговизны первых мобильных телефонов, а также несовершенства системы коммутации, развитие подвижной связи сдерживало и то, что в первые годы своего существования она использовала длинные, средние и короткие волны, которые к тому времени уже были заняты. Поэтому дальнейшее развитие подвижной связи стало возможным только при переходе на УКВ.

В результате первоначально мобильная радиотелефонная связь обслуживала главным образом государственные ведомства: министерство обороны, спецслужбы, органы внутренних дел, пожарную инспекцию, скорую медицинскую помощь.

Важную роль в ее развитии сыграла идея «сотового принципа организации подвижной связи», которую еще в 1947 г. предложил американский изобретатель Д. Ринг.

Идея Д. Ринга сводилась к следующему: «территория покрытия разбивается на небольшие участки (соты), каждый из которых обслуживается собственным маломощным приемопередатчиком фиксированного радиуса действия. В одной соте устанавливается аппаратура с определенным набором частотных каналов, в соседней соте - станция с набором каналов, отличным от первого. В третьей соте, граничащей со второй, но не граничащей с первой, ставится передатчик с набором каналов, характерным для первой соты, и т. д.».
«Такой принцип» позволял «решить сразу две проблемы: во-первых, обеспечить на всей территории покрытия приблизительно одинаковый уровень качества связи и, во-вторых, повторно использовать без всяких помех одни и те же частотные каналы в разных сотах».

Дальнейшее совершенствование этой идеи связано с изобретениями сотрудника фирмы Motorola Генри Магунски (система связи с контролем перенесения мощности, американский патент 2. 734. 131- 1956 г.) и сотрудника фирмы Bell Telephone Laboratories Р.А. Чаннея (автоматическая радиотелефонная система переключения, американский патент 3. 355. 556 – 1967 г.)

Только после этого появились первые системы подвижной связи с автоматической коммутацией.

В 1969 г. состоялась телекоммуникационная конференция стран Северной Европы (Дания, Финляндия, Исландия, Норвегия и Швеция), на которой был утвержден проект создания системы подвижной связи NMT-450.

В декабре 1971 г. компания «Белл систем» представила в Федеральную комиссию США по связи доклад с описанием своей системы мобильной радиотелефонной связи, которая затем получила название сотовой.

Рассмотрев этот доклад, федеральная комиссия в 1974 г. приняла решение выделить для сотовой связи необходимое эфирное пространство. В 1978 г. в Чикаго была открыта первая экспериментальная линия сотовой связи на 2 тысячи абонентов.

Однако первая коммерческая линия мобильной связи была сдана в эксплуатацию не в США, а в Саудовской Аравии, причем на основе технологии, разработанной в Скандинавии. Произошло это 1 сентября 1981 г. В том же году сеть NMT-450 открылась в Финляндия, Швеция, Норвегия, Дания, Исландия.

Только после этого мобильная связь общего пользования стала распространяться в других странах, в том числе в США. Причем в Европе получил распространение скандинавский стандарт сотовой связи NMT-450, в Америке – американский AMPS.

Системы, способные обеспечивать не только локальную (в пределах города, района, области), но и глобальную связь (в пределах страны, континента, мира) получили название РОУМИНГ. Скандинавские специалисты сразу же поставили перед собою задачу обеспечить международный роуминг, поэтому их разработки получили более широкое распространение и стали терять абонентов только тогда, когда на смену мобильной связи первого поколения пришла мобильная связь второго поколения.

Поскольку первоначально одним из препятствий на пути распространения подвижной связи были размеры и вес мобильного телефона, на протяжении многих лет велась работа, направленная на сокращение этих параметров. Однако ее результаты долгое время оставались весьма скромными. К началу 70-х годов вес телефона удалось сократить лишь до 14 кг.

В средствах массовой информации до сих пор расписывается, как в апреле 1973 года один из руководителей фирмы Motorola Мартин Купер, прогуливаясь в присутствии журналистов по одной из нью-йоркских улиц, вдруг достал телефонную трубку без проводов и позвонил в офис компании AT&T Bell Labs. Пригласив к телефону руководителя ее исследовательского отдела Джоэля Энгеля, он сообщил ему о достигнутом успехе.

В одних публикациях утверждалось, что при этом Д. Энгель потерял дар речи, в других, что М. Купер хорошо слышал, как последний от злости заскрежетал зубками. На самом деле разговор прошел вполне корректно. И Д. Энгель поздравил соперников с победой.

И хотя продемонстрированный журналистам мобильный телефон даже без источника питания весил более килограмма и позволял вести разговор только в течение получаса, это был технический прорыв. Но понадобилось почти десять лет, чтобы довести этот аппарат до необходимой кондиции.

К массовому выпуску миниатюрных мобильных телефонов Моторола приступила только в 1983 г. Это был аппарат Dyna TAC 8000, впервые продемонстрированный 6 марта 1983 г. С блоком питания телефон весил 794 грамма, он имел длину 33 см, ширину – около 9 см, толщину – 4,5 см, мог работать в течение часа и находиться в режиме ожидания до 8 часов. Стоил он 3995 долларов.

Мобильные телефоны первого поколения имели аналоговый характер, отличались слабой помехоустойчивостью и были открыты для прослушивания. К тому же первоначально существовало несколько десятков не совместимых между собой сотовых сетей, частотные диапазоны которых были перегружены.

В связи с этим уже в 80-е годы был поставлен вопрос о необходимости перехода к мобильным телефонам второго поколения.

Главная особенность мобильных телефонов второго поколения заключалась в использовании цифровой передачи звуковых сигналов. Она позволила обеспечить качественную передачу звука на любое расстояние и сделала невозможным прослушивание радиотелефонного разговора обычным средствами.

Первые шаги на пути перехода к цифровой сотовой связи относятся к началу 1990-х гг.

Цифровая революция развивался настолько быстро, что к концу 90-х годов соотношение между телефонами первого и второго поколений на планете составило 30 и 70%. Особенно быстро эти перемены происходили в Западной Европе, где к концу 90-х годов на долю аналоговых телефонов приходилось менее 10% всех мобильных телефонов. В России к 2000 г. это соотношение составило 40 и 60%, а в США 28 и 72%.

В 1991 г., когда начался переход к мобильным телефонам второго поколения, насчитывалось всего лишь 16 млн. мобильных телефонов.

В 1992 г. их было 23,0 млн., в 1993 г. – 34,2 млн., в 1994 г. – 54,8 млн., в 1995 г. – 86,4 млн., в 1996 г. – 136,1 млн., в 1997 г. – около 200 млн., в 1998 г. без Японии – 305 млн.

В 1994 г. мобильные телефоны составляли около 10% всех телефонных аппаратов. В 2000 г., когда завершился переход от мобильных телефонов первого поколения к мобильным телефонам второго поколения, из 1350 млн. телефонов мобильные составляли около трети. В 2003 г. общее количество телефонов достигла 2,7 млрд., а мобильных – 1,5.

В результате мобильный телефон оттеснил обычный стационарный телефонный аппарат на второе место.

Дата добавления: 2014-01-07