Беспроводная телеграфия, 1914

Детекторы, применяемые в радиотелеграфии, могут быть подразделены на два класса: приводящиеся в действие током или напряжением. Приводящиеся в действие напряжением детекторы всегда подключают параллельно конденсатору, поскольку на выводах конденсатора имеется большая разность потенциалов, а детекторы, приводящиеся в действие током включают последовательно с этим конденсатором. Типы детекторов можно подразделить далее на разные классы, а именно:

• детекторы на основе плохого контакта, например, когерер Маркони;
• выпрямительные детекторы, например лампа Флеминга и карборудный детектор ;
• электролитические детекторы, например детекторы Фессендена и Шломилча;
• термоэлектрический детектор, на основе пары галена и графита или других пар;
• детектор на основе изменения магнитных свойств - магнитный детектор Маркони.

Когерер

Когерер является результатом работы разных людей - Хьюза, Лоджа, Бранли, Попова и других. Он состоит из небольшого количества металлических опилок, помещённых между двумя электродами. Первый практический образец когерера для радиотелеграфии был создан Маркони. Он состоял из небольшого количества никелевых опилок и добавленных к ним небольшого процента серебрянных опилок, помещённых между серебрянными электродами, имеющими скошенные концы, так что пространство между ними, в которое помещаются опилки, имело клинообразную форму.

Назначение электродов такой формы в том, чтобы получить возможность регулирования чувствительности когерера. Наибольшая чувствительность достигается тогда, когда вытянутые части клиньев расположены снизу, и наоборот, если их перевернуть на 180°, то чувствительность когерера будет минимальной.

Электроды и металлические опилки помещены в герметичную стеклянную трубку, в которой создано небольшое разряжение. Контакты электродов, к которым подключают провода, выведены из трубки с помощью гермовводов (рис. 1. ).

Рис. 1. Когерер Маркони.

Принцип работы когерера основан на том, что если на его выводах появится напряжение величиной выше некоторого определённого значения, то сопротивление когерера, довольно высокое из-за плохого контакта между металлическими опилками и электродами, резко падает до значительно меньшей величины. Некоторые думают, что это происходит из-за электростатического притяжения между металлическими опилками; другие же полагают, что между опилками проскакивают микроскопические искры, которые слегка сваривают опилки между собой. Однако по какой-бы причине это не происходило, важен сам факт того, что если когерер подвергается разности потенциалов при подаче на него какого-либо сигнала, то его сопротивление очень сильно падает, и если когерер соединить последовательно с реле и батареей питания, а контактами реле коммутировать самописец, то наличие электрических колебаний будут фиксироваться на бумаге, так как реле будет замыкаться каждый раз при наличии электрических колебаний. Однако когерер сам по себе не восстанавливает своё прежнее состояние с высоким сопротивлением, поэтому используется небольшой электромагнитный молоточек, который аккуратно постукивает по нижней стороне когерера, встряхивая железные опилки, что приводит к восстановлению прежнего высокого сопротивления и снова делает когерер чувствительным к электрическим колебаниям.

Рис. 2. Схема приёмника Маркони с когерером.

На Рис. 2 показана схема приёмника Маркони с когерером. Антенная цепь состоит из настроечной индуктивности и первичной обмотки резонансного трансформатора, соединённых последовательно и подключённых к антенне и заземлению. Вторичная обмотка резонансного трансформатора состоит из двух частей, соединённых последовательно между собой конденсатором, что препятствует прохождению постоянного тока через обмотки. Концы обмоток вторичной катушки соединены с выводами переменного конденсатора, которым настраивают обмотку на резонансную частоту первичной обмотки, и параллельно этому конденсатору подключён когерер.

Реле и элемент питания, соединённые последовательно, включены параллельно конденсатору, который соединяет обе части вторичной обмотки резонансного трансформатора. К контактам реле подключается батарея элементов, соединённая с самописцем (принтер кода Морзе), и параллельно самописцу подключается электромагнитный молоточек, действием которого когерер приводится в исходное высокоомное состояние после того, как он сработал в результате действия высокочастотного сигнала.

Из-за высокой самоиндукции катушек реле, самописца и молоточка, важно, чтобы они, а также контакты реле и молоточка были бы зашунтированы высоким безиндуктивным сопротивлением для устранения возможного искрения, которое может привести к ложному срабатыванию когерера.

Настройка различных схем и частей аппаратуры, описанной выше, как правило, считается трудным делом, но если отнестись к настройке систематически, то выполнить её довольно просто. Оператор должен поступить следующим образом: во-первых, с помощью регулировочного винта установите магнит молоточка настолько далеко от своей арматуры, насколько это возможно, а затем отрегулируйте ручку молоточка так, что бы она находилась на расстоянии около одного миллиметра от когерера.

Далее вращайте регулировочный винт реле, что бы цепь замкнулась, а затем медленно поверните его в обратном направлении до тех пор, пока цепь не разомкнётся. Теперь передайте какой-нибудь текст с помощью зуммера (зуммер - это небольшой прерыватель, работающий от батарейки и генерирующий слабые электрические колебания), и одновременно с этим сближайте магнит молоточка с его арматурой до тех пор, пока удары не достигнут достаточной силы, что бы можно было чётко принимать сигналы азбуки Морзе.

Если удары слишком слабые, то принимаемые сигналы будут сливаться, а если удары слишком сильные, то они будут разрывать сигналы, то есть тире будет выглядеть как ряд точек. Весь аппарат, описанный выше, за исключением самописца, заключён в металлический ящик, что предотвращает повреждение когерера мощными сигналами, которые возникают в цепях при работе передатчика.

Рис. 4. Когерер Лоджа-Муирхеда.

Это когерер, который может быть использован как с телефоном, так и с самописцем, устроен следующим образом: маленькая металлическая чашка (рис. 4 ) содержит шарик ртути, на котором расположена небольшая капля масла, образующая бесконечно тонкую изолирующую плёнку над ним. Над шариком ртути расположен маленький железный диск с острым краем, этот диск медленно поворачивается. С помощью регулировочного винта нижний край диска опускается до соприкосновения с плёнкой масла на поверхности ртути, но если давление при этом не слишком велико, то повреждения плёнки масла не происходит. Последовательно с когерером включены гальванический элемент и головные телефоны или самописец. При прохождении электрического сигнала по цепи в результате пробоя тонкой плёнки изоляции когерер переходит в проводящее состояние и в результате ток гальванического элемента активизирует головные телефоны или самописец. Этот тип когереров восстанавливается сам и для него не требуется встряхивание.

Этот детектор состоит из платиновой чашки с раствором разбавленной кислоты. Чашка является одним электродом, другой электрод состоит из проволоки Волластона (это платиновая проволока, с толщиной менее 0,01 мм, покрытая серебром), запечатанной в стеклянную трубку, которую чуть-чуть погружают в раствор так, что бы там оказался самый кончик проволоки Волластона. Подключение к проводам осуществляется при помощи металлической трубы, в которой установлены электроды. Детектор последовательно с высокоомными телефонами подключается к подвижному контакту потенциометра, крайние выводы которого соединены с батареей питания. Небольшой ток, который проходит через детектор, поляризует его - на электродах образуется газ, в результате чего сопротивление детектора увеличивается. Если теперь устройство подвергнуть чередованию небольших потенциалов и токов, поступающих из приёмной цепи, то под воздействием электрических колебаний произойдёт деполяризация и сопротивление электролитической ячейки упадёт, через телефоны будет проходить небольшой ток, слышимый оператором. После окончания прохождения сигнала по цепи батарея снова поляризует ячейку, то есть устройство самовосстанавливается. Чтобы отрегулировать ячейку, небольшой электрод вставляется в держатель и его кончик погружают в электролит, ручку потенциометра вращают до тех пор, пока в наушниках не появится шипящий звук, затем ручку вращают в обратном направлении, пока шум не прекратиться. В этой точке детектор имеет наибольшую чувствительность.

Этот тип детектора широко применяется и является очень чувствительным и надёжным. Однако было обнаружено, что сильные атмосферные помехи временно снижают чувствительность устройства, но ненадолго, так как когерер самовосстанавливается через несколько секунд. Восстановление может быть ускорено путём кратковременного повышения напряжения на клеммах, это можно сделать если немного покрутить ручку потенциометра.

На рисунке рисунке 5 изображён электрод с проволокой Волластона, а на рисунке 6 показан способ подключения детектора к батарее и потенциометру.

Карборудный детектор

Карборундный детектор очень прост в изготовлении, его конструкция состоит из небольшого кристалла карборунда, помещённого между двумя медными пружинами. Он работает в силу того, что карбид кремния имеет свойство, называемое односторонней проводимостью. Предположим, что кристалл карборунда соединён последовательно с батареей и гальванометром, измерим величину тока, протекающего по цепи, теперь поменяем полярность подключения батареи и снова измерим ток. Мы обнаружим, что величина тока в обоих измерениях сильно отличаются, хотя ЭДС батареи осталась неизменной. Это показывает, что для токов идущих в одном направлении карборунд имеет очень высокое сопротивление и является практически изолятором, а для токов, идущих в обратном направлении карборунд является сравнительно хорошим проводником. Следовательно, кристалл карборунда может работать в качестве выпрямителя и преобразовывать колебания или переменный ток в постоянный. Кроме карборуна многие кристаллы имеют свойства односторонней проводимости, хотя и менее выраженные.

Было также обнаружено, что при при одних напряжениях односторонняя проводимость кристалла больше, чем при других, и на практике для этого на кристалл подают напряжение от батареи через потенциометр. Этот детектор является достаточно чувствительным и надёжным, и широко используется в Соединённых Штатах Америки.

Лампа Флеминга

Рис. 7. Лампа Флеминга и её включение в схему.

Ламповый детектор Флеминга состоит из лампы с углеродной или вольфрамовой нитью накала, в колбу лампы помещена металлическая пластина, изолированная от накальной нити, и соединённая с проводником, вывод которого проходит через стеклянную стенку лампы наружу и является третьим электродом. Если нить накаливания раскалить путём подключения к её выводам подходящей батареи питания, то пространство между нитью и изолированной пластиной будет обладать односторонней проводимостью, и если теперь лампу включить в схему, в которой присутствует переменный ток, то из-за выпрямительных свойств лампы переменный ток будет преобразован в однонаправленный ток, который можно будет услышать в телефонной трубке. Выпрямительная лампа изображена на рисунке 7 , на этом же рисунке так же показан способ включения лампы в схему.

Если место контакта между двумя разнородными металлами, входящих в замкнутый контур, нагреть, то в цепи появится ток. Например, возьмём кусочек висмута и немного сурьмы, соединим их между собой и подключим к их свободных концам подходящий гальванометр и мы увидим, что если место контакта нагревается до более высокой температуры, чем остальные части схемы, то ток будет течь от висмута в сторону сурьмы, величина тока будет пропорциональна разнице температур между горячей и холодной частями соединения. В почти любом учебнике по электротехнике есть таблица, показывающая термоэлектрический ряд металлов и их термоэлектрические потенциалы или ЭДС на один градус Цельсия при использовании в паре со свинцом. Например, предположим, мы создали пару теллур-свинец и нагрели её на 1 градус по Цельсию выше холодной части схемы, при этом появится ЭДС величиной около 500 микровольт.

Было обнаружено, что некоторые из металлических сульфидов, например, галенит, имеют очень существенные теплоэлектрические свойства, и поэтому галенит обычно является одним из элементов термопары, используемой в качестве детектора для беспроводной телеграфии.

Рис. 8. Термоэлектрический детектор.

Двумя очень эффективными комбинациями являются пары галенит-графит или галенит-теллур, причём обе пары имеют высокую чувствительность. Конструкция такого детектора показана на рисунке 8 . Кристалл галенита припаян к держателю сплавом Вуда (этот металл плавится в кипящей воде), графит можно взять из любого достаточно жёсткого карандаша, очень удобны продающиеся сменные грифели для карандашей.

Нажим регулируют с помощью небольшого винтика. Являясь токовым устройством, в схеме термоспай подключается последовательно с конденсатором, и при наличии высокочастотных колебаний в цепи термоспай нагревается и в результате образуется небольшая разность потенциалов, которая и заряжает конденсатор, который затем разряжается через головные телефоны.

С хорошим кристаллом галенита детектора работает очень стабильно, но прохождение сильных атмосферных помех иногда выводит его из строя, очевидно этот детектор ведёт себя как когерер и поверхности электродов слегка свариваются вместе. Если контакт графит-галенит временно разъединить, а затем вернуть в прежнее положение, то чувствительность детектора полностью восстанавливается.

Магнитный детектор

Магнитный детектор Маркони состоит из бесконечной ленты, которая содержит 70 нитей железной проволоки №40 (0,08 мм), покрытой шёлком. Лента проходит через два шкива, которые приводятся во вращение часовым механизмом, и в какой-то момент каждая точка ленты проходит через стеклянную трубку, на которую намотан медный провод №36 (0,13 мм) в шёлковой изоляции, длина обмотки около двух сантиметров. Это первичная обмотка, к её концам подсоединены клеммы. Над этой обмоткой помещена катушка со вторичной обмоткой, намотанная тем же проводом, сопротивление обмотки составляет 140 Ом, концы обмотки подсоединены к клеммам, к которым подключаются головные телефоны. Над катушками размещаются два подковообразных магнита с одноимёнными полюсами, расположенными рядом, как показано на рисунке 9-1 . Принцип работы детектора основан на том, что электрические колебания могут влиять на магнитный гистерезис железа. Рисунок 9-2 , возможно, поможет разобраться в принципе работы детектора. Предположим, что кусок мягкого железа от трансформатора переменного тока подвергается намагничиванию силой Н, которая вначале увеличивается до максимума, затем опускается до нуля, далее достигает отрицательного максимума и снова снижается до нуля, мы обнаружим, что если на одной оси графика откладывать величину намагничивающей силы Н, а по другой оси - плотность силовых линий В, то кривая примет вид, показанный на рис. 9 . Начиная с нуля, если намагничивающая сила постепенно увеличивается до максимума и если мы будем отмечать величину плотности потока для каждого приращения намагничивающей силы, то получаем кривую 0, 1. Если же сила снизилась до нуля, то кривая не вернётся обратно в исходную позицию, но будет следовать в направлении 1, 2, и если теперь железо подвергнуть действию намагничивающей силы обратной полярности, то кривая займёт положение 2, 3, 4, 5. Таким образом видно, что магнитное воздействие на железо из-за гистерезиса отстаёт от намагничивающей силы, и что после намагничивания железо сохраняет свой магнетизм в течение некоторого времени после действия намагничивающей силы. Именно это отставание и нейтрализуют электрические колебания, проходящие через первичную обмотку.

Рассмотрим теперь сам магнитный детектор. Лента из мягкого железа, проходящая перед полюсами двух постоянных магнитов, и по мере того, как каждая часть ленты проходит перед этими полюсами, она намагничивается и под действием часового механизма эти намагниченные части движутся далее. Если теперь электрические колебания пройдут через первичную обмотку, то гистерезис ленты исчезнет и та намагниченная часть ленты, которая вышла из поля магнита, размагнитится и произойдёт перераспределение силовых линий через вторую обмотку, что приведёт к возникновению в ней тока, а поскольку головные телефоны соединены со вторичной обмоткой, то и в них будет протекать этот ток, который можно будет услышать.

На Рисунке 10 показан аппарат производства компании Маркони, здесь видно, что имеется два набора катушек и магнитов, а часовой механизм и подвижная металлическая лента являются общими для них. В случае выхода из строя детектора на одной стороне можно будет легко переключиться на другую сторону. С левой стороны прибора находится заводной ключ и ключ для включения или остановки, регулировочный винт справа наверху предназначен для регулирования натяжения подвижной железной ленты.

Рис. 10. Магнитный детектор Маркони (со снятой крышкой) и телефонный конденсатор

На Рисунке 11 изображена схема детектора и показаны магниты в положении наибольшей чувствительности, то есть с одноимёнными полюсами друг к другу. Хотя в этом положении система очень чувствительна, но шум, иногда слышимый в телефонах, очень мешает при приёме слабых сигналов.

Этот недостаток может быть преодолён путём размещения магнитов, как показано на рисунке 12 , при этом магниты расположены противоположными полюсами друг к другу, и кроме того, край одного из магнитов находится чуть выше края другого путём отодвигания магнита от ленты, лучшее положение находится экспериментально. Магниты, используемые в этом детекторе, с одной стороны ярко отполированы, а с другой зачернены. Когда обе отполированные или зачернённые стороны находятся спереди, то магниты будут повёрнуты друг к другу одноимёнными полюсами, когда же спереди находится одна отполированная и одна зачернённая стороны, то магниты будут расположены друг к другу разноимёнными полюсами. Практическое использование этого детектора зарекомендовало его высокую надёжность. Он также имеет хорошую чувствительность и практически не требует никакого ухода кроме периодической подзаводки. Именно магнитный детектор Маркони был установлен на затонувшем лайнере "Титаник".

Телефонные трубки

Телефонные трубки для приёма беспроводных сообщений по существу не отличаются от обычных коммерческих. Отличие имеется только в незначительных деталях конструкции. Как известно, телефонная трубка в основном состоит из постоянного подковообразного магнита, на полюсах которых установлено расширение из мягкого железа, на которые установлены катушки с обмотками из изолированной медной проволоки, эти две катушки соединены последовательно, и концы обмоток подключены к клеммам. Непосредственно перед полюсами, близко к ним, расположен гибкий диск (мембрана) из мягкого железа, закреплённый жёстко по краям. На рисунке 13 конструкция показана наглядно. Две такие телефонные трубки, соединённые последовательно и прикреплённые к соединительной дуге, образуют головные телефоны (наушники). Телефоны, как правило, применяются в схемах с высокоомным детектором, их эффективность зависит от ампер-витков, обычно их обмотки имеют гораздо более высокое сопротивление, чем у обычных коммерческих телефонов, сопротивление обмоток может находиться в пределах от 500 Ом до 5 кОм и зависит от типа схемы, в которой они будут использоваться. Поскольку медным проводом в шёлковой или бумажной изоляции было бы невозможно получить необходимое количество витков в небольшом пространстве катушек, то катушки намотаны медным эмалированным проводом, который занимает гораздо меньше места.

Рис. 13. Устройство телефонной трубки.

Телефонные трубки признаны одним из самых чувствительных приборов из когда-либо изобретённых для определения наличия электрического тока, о их чувствительности можно судить по тому, что прерывистый ток величиной всего несколько микроампер производит легко слышимый в трубках звук. Громкость звука, однако, зависит не только от величины тока, но и от его частоты. Было установлено, что телефонная трубка имеет максимальную чувствительность на частотах, лежащих между 600 и 1000 Гц. Это, несомненно, связано с тем, что собственная частота мембраны примерно такого же порядка, а также, возможно, играет роль тот факт, что человеческое ухо лучше всего воспринимает звуки, лежащие на этих частотах.

• 20 июля Гульельмо Маркони зарегистрировал в Лондоне компанию «Wireless Telegraph Trading Signal Company, Ltd.» («Торговая Компания Беспроводного Телеграфа и Сигналов»).
• В июле по приглашению итальянского правительства, Маркони возвратился в Италию, где в Ла-Спезии (La Spezia) осуществил связь между береговым арсеналом и находящимся в море линкором «Сан-Мартино» («San Martino») на расстояние 18 км.
• Оливер Джозеф Лодж (Oliver Joseph Lodge) (см. 1894) изобрел и запатентовал (16 августа 1898) принцип настройки колебательной системы на резонансную частоту с помощью изменения индуктивности и емкости (патент впоследствии приобретен Маркони).
• Александр Степанович Попов удостоился Почетного диплома Нижегородской Всероссийской промышленной и художественной выставки «За изобретение нового и оригинального инструмента для исследования гроз». Установил (весной 1897) радиосвязь на расстояние ок. 600 м, а затем (летом 1997) до 5 км между кораблями в Кронштадтской гавани. Во время опытов обнаружил, что металлические корабли влияют на распространение волн. Предложил способ определения направления на работающий передатчик.
• Эрнст Резерфорд (1871–1937), новозеландский физик в дальнейшем проживающий в Англии (Кембридж), опубликовал статью «Магнитный детектор электрических волн и некоторые его применения». В статье, в частности, сообщалось об использовании детектора в опытах по обнаружению электромагнитных волн на больших расстояниях. Он писал: «Мы работали с вибратором Герца, имеющим пластины площадью 40 см 2 и короткий разрядный контур. Мы получили достаточно большое отклонение магнитометра на расстоянии 40 ярдов (37 м). Причем волны проходили через несколько толстых стенок, расположенных между вибратором и приемником… В дальнейших опытах была поставлена задача – определить максимальное расстояние от вибратора, на котором можно обнаружить электромагнитное излучение… Первые опыты проводились в лаборатории Кембриджа, причем приемник находился в одном из дальних зданий. Достаточно большой эффект был получен на расстоянии около четверти мили от вибратора, и судя по величине отклонения (магнитометра), эффект можно было бы заметить на расстоянии, в несколько раз большем…». В дальнейшем Резерфорд узнал об успешных результатах Маркони и прекратил опыты со своим детектором. В последствии обессмертил свое имя в области радиоактивности.
• Карл Фердинанд Браун (Karl Ferdinand Braun), немецкий физик (см. 1874). Изобрел (1897) электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) – так называемую «трубку Брауна» (в будущем – кинескоп) для исследования электрических колебаний (осциллограф).
• В августе в деревне Сакроу (Sacrow) недалеко от Берлина и Потсдама, Адольф Слаби (Adolf Slaby) (1849–1913) и его помощник Георг Арко (George von Arco) (1869–1940) провели первые испытания системы связи, подобной созданной Маркони. До этого (май 1897) Слаби участвовал в экспериментах Маркони с радиосвязью на Бристольском канале в Англии. Мачта первой антенны была установлена на крыше церкви «Heiland». В настоящее время на здании установлена мемориальная доска в честь этого события. В октябре 1897 осуществили успешную передачу на расстояние 21 км. В дальнейшем между Слаби и Маркони возникли трения по правам на изобретения системы связи. Патент Маркони в Германии был зарегистрирован на год раньше патента Слаби, тем не менее, Слаби утверждал, что изменил антенную систему Маркони и изобрел другое устройство. Система, предложенная Слаби и Арко, в 1903 была объединена с разработками Брауна и «Siemens Halske». В результате возникла собственная германская программа развития радио, основным разработчиком которой стала компания «Telefunken».
• В ноябре открыта первая стационарная станция Маркони в Нидлесе (Needless) на острове Уайт (Великобритания) и были проведены сеансы связи с г. Борнмутом (23 км).
• Джозеф Джон Томсон (Thomson) (1856–1940), английский физик, президент Лондонского королевского общества (1915–1920). Исследовал прохождение электрического тока через разреженные газы. Исследуя «катодные лучи», открыл (1897) электрон и определил (1898) его заряд. Предложил (1903) одну из первых моделей атома. Один из создателей электронной теории металлов. Нобелевская премия (1906).

В начале текущего года я занялся воспроизведением некоторых опытов... над электрическими колебаниями с целью пользоваться ими на лекциях, но первые же попытки показали мне, что явление, лежащее в основе этих опытов,- изменение сопротивления металлических опилок под влиянием электрических колебаний - довольно непостоянно; чтобы овладеть явлением, пришлось перепробовать несколько комбинаций. В результате я пришел к устройству прибора, служащего для объективных наблюдений электрических колебаний, пригодного как для лекционных целей, так и для регистрирования электрических пертурбаций, происходящих в атмосфере...

В 1891 г. Бранли открыл, что... металлические порошки обладают способностью мгновенно изменять свое сопротивление электрическому току, если вблизи них произойдет разрядэлектрофорной машины или индукционной катушки...

Механические сотрясения возвращают снова опилкам прежнее состояние, характеризуемое большим сопротивлением. Действие разряда опять может уменьшить его, и снова встряхиванием можно получить прежние величины сопротивления...

Прежде всего я пожелал дать такую форму прибору с опилками, чтобы иметь возмож­ное постоянство чувствительности...

Наиболее удачная форма по значительной чувствительности, при достаточном постоянстве, выполнена следующим образом. Внутри стеклянной трубки, на ее стенках, приклеены две полоски тонкой листовой платины АВ и CD почти во всю длину трубки (рис. 1).Одна полоска выведена на внешнюю поверхность с одного конца трубки, другая - с противоположного конца. Полоски платины своими краями лежат на расстоянии около 2 мм при ширине 8 мм; внутренние концы полосок В и С не доходят до пробок, закрывающих трубку, чтобы порошок, в ней помещенный, не мог, набившись под пробку, образовать неразрушаемых сотрясениями проводящих нитей, как то случилось в некоторых моделях. Длина всей трубки достаточна в 6-8 см при диаметре около 1 см...

Трубка при своем действии располагается горизонтально, так что полоски лежат в нижней ее половине и металлический порошок вполне покрывает их. Однако лучшее действие получается в том случае, если трубка наполнена не более чем на половину.

Во всех опытах как на величину, так и на постоянство чувствительности влияют размеры зерен металлического порошка и вещество его. Наилучшие результаты получаются при употреблении железного порошка...

Схема (рис. 2) показывает расположение частей прибора. Трубка с опилками подвешена горизонтально между зажимами М и N на легкой часовой пружине, которая для большей эластичности согнута со стороны одного зажима зигзагом. Над трубкой расположен звонок так, чтобы при своем действии он мог давать легкие удары молоточком посередине трубки, защищенной от разбивания резиновым кольцом. Удобнее всего трубку и звонок укрепить на общей вертикальной дощечке. Реле может быть помещено как угодно.

Действует прибор следующим образом. Ток батареи в 4-5 В постоянно циркулирует от зажима Р и платиновой пластинки А,далее через порошок, содержащийся в трубке, к другой пластинке Б и по обмотке электромагнита реле обратно к батарее. Сила этого тока недостаточна для притягивания якоря реле, но если трубка АВ подвергнется действию электрического колебания, то сопротивление мгновенно уменьшится, и ток увеличится на столько, что якорь реле притянется. В этот момент цепь, идущая от батареи к звонку, прерванная в точке С, замкнется, и звонок начнет действовать, но тотчас же сотрясения трубки опять уменьшат ее проводимость, и реле разом­кнет цепь звонка. В моем приборе сопротивление опилок после сильного встряхивания бывает около 100000 Ом, а реле, имея сопротивление около 250 Ом, притягивает якорь при токах от 5 до 10 мА (пределы регулировки), т. е. когда сопротивление всей цепи падает ниже тысячиомов. На одиночное колебание прибор отвечает коротким звонком; непрерывно действующие разряды спирали отзываются довольно частыми, через приблизительно равные промежутки следующими звонками...

Прибор... может служить для различных лекционных опытов с электрическими колебаниями...

Другое применение прибора, которое может дать более интересные результаты, будет его способность отмечать электрические колебания, происходящие в проводнике, связанном с точкой А или В (на схеме), в том случае, когда этот проводник подвергается действию электромагнитных пертурбаций, происходящих в атмосфере. Для этого достаточно прибор, защищенный от всяких других действий, связать с воздушным проводом, проложенным вдали от телеграфов и телефонов, или же со стержнем громоотвода. Всякое колебание, переходящее за известный предел по своей интенсивности, может быть отмечено прибором и даже зарегистрировано, так как всякое замыкание контакта реле на схеме в точке С может привести в действие, кроме звонка, еще электромагнитный отметчик. Для этого достаточно один конец его обмотки присоединить между точками С и D, а другой к зажиму батареи Р, т. е. включить электромагнит в цепь параллельно звонку... 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, обладающий достаточной энергией.

Кронштадт, декабрь 1895 г.

М. А. Бражников ,
, ГОУ гимназия № 625, г. Москва

Из истории создания радио

Работы А.С. Попова

25 апреля (7 мая) 1895 г. Попов сделал сообщение на заседании Физического отделения Русского физико-химического общества «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям» . В протоколе заседания отмечено: «Исходя из опытов Бранли <...> [и. – Ред. ] пользуясь высокой чувствительностью металлических порошков к весьма слабым электрическим колебаниям, докладчик построил прибор, предназначенный для показывания быстрых колебаний в атмосферном электричестве. прибор состоит из стеклянной трубки, наполненной металлическим порошком и введённой в цепь чувствительного реле. Реле замыкает ток батареи, приводящей в действие электрический звонок, расположенный так, что молоточек его ударяет и по чашке звонка, и по стеклянной трубке. Когда прибор находится в поле электрических колебаний или соединён с проводником, находящимся в сфере их действия, то сопротивление порошка уменьшается, реле замыкает ток батареи и приводит в действие звонок; уже первые удары звонка по трубке восстанавливают прежнее большое сопротивление порошка и, следовательно, приводят прибор в прежнее, чувствительное к электрическим колебаниям состояние. Предварительные опыты, произведённые докладчиком с помощью небольшой телефонной линии в г. Кронштадте, показали, что воздух действительно иногда подвержен быстрым переменам его потенциала. Основные опыты изменения сопротивления порошков под влиянием электрических колебаний и описанный прибор были показаны докладчиком» . (См. табл. 3 ниже.)

В январе 1896 г. в статье «Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний» была приведена схема прибора и описана его работа . По сравнению с докладом статья была дополнена описанием «другого применения прибора», а именно второго приёмника, снабжённого самописцем и «пригодного для регистрирования электрических пертурбаций, происходящих в атмосфере» (позже этот прибор был назван грозоотметчиком ). В статье А.С. Попов указывает, что публикация О. Лоджа побудила его начать непосредственные исследования. Однако он использовал иной тип когерера, а также придумал оригинальный способ автоматического декогерирования под воздействием приходящей радиоволны. Грозоотметчик принимал разряды на расстоянии в десятки километров. Эти приборы были надёжны: грозоотметчик работал в Лесном институте несколько лет. Гипотетическая идея телеграфирования без проводов обретала реальность.

Таким образом, А.С. Попов в 1895 г. первым: показал принципиальную возможность приёма сигналов на значительном расстоянии; создал приборы практического назначения с приёмом волн через заземлённую антенну (открытый колебательный контур) и с регистрацией сигнала и восстановлением чувствительности когерера с помощью энергии приходящей волны. (Как отмечал сам изобретатель в своей вышеупомянутой статье в январе 1896 г., «на одиночное колебание прибор отвечает коротким звонком; непрерывно действующие разряды спирали отзываются довольно частыми, через приблизительно равные промежутки следующими звонками». Таким образом, важно подчеркнуть, что первая система А.С. Попова, как и все последующие его системы, была пригодна для передачи и приёма на расстояние без проводов коротких (точек) и длинных (тире) сигналов, что позволяло их использовать для передачи и приёма сообщений кодом Морзе . – Ред. )

Передатчик. В первичную обмотку катушки Румкорфа В 0 включался механический прерыватель I , приводимый в действие электрическим двигателем. В эту же цепь был включён ключ М – манипулятор оригинальной конструкции, который позволял замыкать цепь вручную: подпружиненная металлическая игла нажатием руки опускалась в чашку со ртутью. Поверх ртути наливалось парафиновое масло, что позволяло избежать искрения, а следовательно, и быстрого окисления контакта. При замыкании первичной цепи возбуждалась вторичная обмотка, и между полюсами разрядника возникал искровой пробой. затухающие высокочастотные колебания приводили к излучению цуга электромагнитных волн заземлённой антенной. Длина волны определялась длиной антенны.

Приёмник. В цепь приёмной заземлённой антенны была введена катушка индуктивности с двумя щупами, которые позволяли настраивать приёмный контур на резонансную частоту. Высокочастотная цепь когерера состояла из катушки индуктивности, самого когерера и конденсатора – в виде двух лейденских банок. При прохождении высокочастотного сигнала когерер замыкал цепь реле, которое включало в цепь местной батареи электромагнит аппарата Морзе М и одновременно молоточковый встряхиватель. Якорь электромагнита аппарата Морзе замыкал реле R ′, которое включало вторую местную батарею, запитывавшую электромагнит. Последний «отстопоривал» часовой механизм Морзе, что позволяло осуществлять автоматический приём телеграмм, о чём также возвещал звонок S , включённый в цепь реле R .

12/24 марта 1896 г. на заседании Русского физического общества Попов продемонстрировал приём телеграммы с помощью своего приёмника (антенной служил медный провод диаметром 1,5–2 мм, выпущенный через оконную раму наружу и подвешенный к крыше здания, от которой был изолирован фарфоровыми кольцами). По воспоминаниям участников заседания В.К. Лебединского, О.Д. Хвольсона и В.В. Скобельцына, слова «Генрих Герц» были переданы в немецкой транскрипции (Heinrich Hertz . – Ред. ] и записаны аппаратом Морзе . Проф. Хвольсон писал: «Я на этом заседании присутствовал и ясно помню все детали. Станция отправления находилась в Химическом институте университета, приёмная станция – в аудитории старого физического кабинета. Расстояние – приблизительно 250 м. Передача происходила таким образом, что буквы передавались по алфавиту Морзе, и при этом знаки были явно слышны. У доски стоял председатель Физического общества проф. Ф.Ф. Петрушевский, имея в руках бумагу с ключом к алфавиту Морзе и кусок мела. После каждого передаваемого знака он смотрел на бумагу и затем записывал на доске соответствующую букву. Постепенно на доске получились слова «Heinrich Hertz » и притом латинскими буквами. Трудно описать восторг многочисленных присутствующих и овации А.С. Попову, когда эти два слова были написаны» . Следует добавить, что за передающим аппаратом находился П.Н. Рыбкин. Заседание было публичным, но развёрнутого отчёта о них опубликовано не было , т. к. работы были взяты под контроль военного ведомства .

Если 1895–1996 гг. можно с полным правом назвать годами рождения радиосвязи во всём мире: в России, Англии, Германии, Франции, то последующее пятилетие – годами практического освоения беспроволочной телеграфии.

Летом 1896 г. А.С. Попов провёл первые опыты на паровом катере «Рыбка» .

Летом 1896 г. на Всероссийской промышленной и художественной выставке в Нижнем Новгороде демонстрировался «Прибор для записи электрических колебаний в атмосфере» (грозоотметчик) А.С. Попова, за который ему был присуждён Диплом 2-го разряда.

В мае 1897 г. А.С. Попов проводит опыты по приёму-передаче радиосигналов на катере «Рыбка» в Кронштадтской гавани, дальность составила 640 м . Летом он был вынужден уехать работать на электростанцию на Нижегородской ярмарке, оставив подробный план действий П.Н. Рыбкину. Среди поставленных задач были: «1. Увеличить расстояние, на которое можно посылать сигналы <…> 3. Определить степень постоянства чувствительности приборов <…> 4. Определить влияние атмосферных условий <…> 5. Испытать действие приборов в судовой обстановке <…>» . Все опыты на Транзундском рейде в Выборгском заливе проводил П.Н. Рыбкин, находясь в переписке с А.С. Поповым. Передатчик был установлен на пристани острова Тейкар-Сари. Приёмная станция помещалась на паровом катере. Она состояла из подвешенного на мачте высотой 24 фута (≈ 7,3 м) приёмного провода длиной около 9 м, чувствительной трубки, введённой в цепь двух элементов, и вольтметра Карпантье. По отклонению стрелки вольтметра и обнаруживались сигналы, посылаемые отправительной станцией. Заземлением служил цинковый лист, опущенный в воду . Позже приёмная станция была перенесена на крейсер «Африка». Опыты были закончены установкой телеграфного сообщения между учебным судном «Европа» и крейсером «Африка». Испытания при этих условиях установили наибольшую дальность около 3 км . Проведённые работы позволили сделать важные выводы: «1. Грозовые тучи и даже облака, давая электрические разряды, служат источниками ЭМВ, которые могут вызвать действие приёмного прибора помимо отправления, и при частых разрядах во время грозы телеграфирование невозможно <...> 2. Влажность атмосферы оказывает неблагоприятное действие на изолировку вибратора и ослабляет разряд, но это влияние легко устранимо устройством закрытых приборов <...> 3. Очень было важно решить, влияет ли состояние атмосферы на распространение радиоволн, для этого делались опыты во время проливного дождя и очень мелкого дождя, – ослабляющего действия не было замечено. Тумана не было во время опытов <...> ).

В 1898 г. дальность уверенного приёма увеличилась до 5,5 км между судами и 11 км между береговой станцией и крейсером «Африка».

В 1899 г. была обнаружена возможность приёма сигналов беспроволочного телеграфа на слух – в наушники. Это упростило схему приёма и увеличило дальность связи. 11 июня были приняты сигналы на расстоянии 36 км между фортом Константин и селением Лебяжье.

Слева – крейсер «Генерал-адмирал Апраксин» на камнях у о. Гогланд, 1899–1900 гг.
Справа – памятная стела в честь установления 24 января 1900 г. первой линии радиосвязи между о. Гогланд и о. Кутсало
(URL: http://www.qrz.ru)

Событием стала авария броненосца «Генерал-адмирал Апраксин», севшего на мель у о. Гогланд в ноябре 1899 г. Для проведения спасательных работ была необходима надёжная и быстрая связь. Однако остров находился посреди Финского залива, и прокладка телеграфного провода в зимнее время не представлялась возможной. Именно эти сложные условия продемонстрировали достоинства радио. С начала февраля по апрель 1900 г. между Гогландом и Коткой действовала первая в мире линия радиосвязи, имевшая не экспериментальное, как у Маркони (он летом 1899 г. добился устойчивой передачи через Ла-Манш ), а практическое значение. Она сыграла важную роль не только в успешном завершении спасательных работ. 6 февраля (н. ст.) А.С. Попов передал радиограмму начальника главного морского штаба вице-адмирала Ф.К. Авелана командиру ледокола «Ермак», которую принял П.Н. Рыбкин. Запись аппаратного журнала Гогландской станции гласит: «24/I 9 ч у. Гогланд из С.-Петербурга командиру Ледокола Ермак Около Лавенсари оторвало льдину с пятьюдесятью рыбаками Окажите немедленно содействие спасению этих людей Сто восемьдесят шесть Авелан» . Фотокопия этой страницы представлена в табл. 3. Ледокол «Ермак», находившийся в то время у о. Гогланд, вышел на поиски в море и снял рыбаков. Попов известил коменданта Кронштадта С.О. Макарова, тот в свою очередь оповестил министра финансов С.Ю. Витте: «Изобретатель телеграфирования без проволок Попов телеграфировал мне с острова Кутсало, что им принята телеграмма без проволок следующего содержания: “Камень передний удалён. Ермак ушёл четыре часа утра за рыбаками, унесёнными на льдине от острова Лавенсари”». В тот же день С.О. Макаров поздравил А.С. Попова по телеграфу: «Котка. Попову. От имени кронштадтских моряков сердечно приветствую вас с блестящим успехом вашего изобретения. Открытие беспроволочного телеграфного сообщения от Кутсало до Гогланда на расстоянии 43 вёрст есть крупнейшая научная победа » . Начался новый этап развития радио в России. Вице-адмирал И.М. Диков доносил в рапорте управляющему Морским министерством адмиралу П.П. Тыртову: «С установлением сообщения по беспроволочному телеграфу между Гогландом и Кутсало <...> можно считать опыты с этим способом сигнализации законченными, и Морской технический комитет полагает, что наступило время вводить беспроволочный телеграф на судах нашего флота <...>» .

В 1898 г. был налажен выпуск приборов А.С. Попова сначала фирмой Дюкрете в Париже, а затем Кронштадтской радиомастерской. Значительным достижением явилась разработка телефонного приёмника на основе детекторного эффекта когерера, позволившего увеличить дальность связи до 40 км. Впоследствии Попов получил на него патент в России, Англии и Франции. Уже в 1900 г. эти приборы нашли практическое применение, а с 1904 г. изготавливались Петербургским отделением фирмы «Сименс и Гальске» и немецкой фирмой «Телефункен» .

В конструкциях передатчиков и приёмников 1897–1901 гг. продолжают развиваться технические идеи, реализованные в первом приёмнике, появляется настройка на резонанс, усложняются антенны. Сбываются прогнозы А.С. Попова: «Могу выразить надежду, что мой прибор 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». В 1899 г. Кронштадтская мастерская изготавливает индукционную катушку с длиной искры 80 см! Ещё большее увеличение излучаемой мощности дало повышение частоты прерывания тока, питающего индукционную катушку (увеличилось число разрядов в секунду), см. табл. 3.

1. Протокол 151 (201) заседания Физического отделения Русского физико-химического общества 25 апреля 1895 г. // Изобретение радио А.С. Поповым. С. 53.
2. Попов А.С. Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний // Изобретение радио А.С. Поповым. С. 55–64.
3. Кьяндская-Попова Е.Г., Морозов И.Д. К вопросу о первой в мире радиограмме // Физика-ПС. 2001. № 12. (Издат. дом «1 сентября».)
4. Кудрявцев-Скайф С. А.С. Попов, изобретатель радио. Военмориздат, 1945. 259 с.
5. Головин Г.И. Изобретатель радио – А.С. Попов. Молотов: Молотовгиз, 1948. 312 с.
6. Урвалов В.А. А.С. Попов – изобретатель радио. // Физика-ПС. 2006. № 7. Электронная версия газ. «Физика». URL:
7. Памятники науки и техники в музеях России / Ред. Г.Г. Григорян, В.А. Цирюльников. М: Государственный политехнич. музей. М.: Знание, 1992. 149 с.

1. Морозов И.Д. А.С. Попов с Г. Маркони не встречался и подарков ему не дарил // Физика-ПС. 2003. № 16, 17. Что изобрёл А.С. Попов и на что получил патент Г. Маркони // Физика-ПС. 2002. № 16, 20.
2. Радиоэлектроника и связь. 1995. № 1 (9). (Юбилейный вып. «100-летию изобретения радио А.С. Поповым посвящается».)
3. Северинова В.П., Урвалов В.А. Первые лауреаты премии им. проф. А.С. Попова // Физика-ПС. 2008. № 8.
4. Урвалов В.А. А.С. Попов – изобретатель радио // Физика-ПС. 2006. № 8. Покорение эфира // Физика-ПС. 2001. № 17.
5. Федотов Е.А. Внедрение радиосвязи на Черноморском флоте и в Севастополе // Физика-ПС. 2007. № 7. Сравнивая схемы О. Лоджа, А.С. Попова, Г. Маркони // Физика-ПС. 2001. № 4.
6. Шмырёв А.А. Изобретение радио А.С. Поповым // Физика-ПС. 2008. № 7.

Аппаратура для беспроволочной передачи электрических сигналов различной длительности (т. е. радиосвязи. – Ред. ) состояла из передатчика (в составе катушки Румкорфа с ключом в цепи питания, искрового разрядника и вибратора в виде двух металлических листов 40 × 40 см) и приёмника с антенной (вертикальным проводом высотой 2,5 м), схема которого включала когерер и телеграфное реле, с помощью которого подключался электрический звонок, обеспечивающий звуковую индикацию принятых сигналов и восстановление чувствительности когерера механическим воздействием на него после каждого сигнала . – Правка автора.

Телеграфная лента сохранялась у В.К. Лебединского, но погибла при взятии немцами Риги в 1918 г. .

В протоколе была записана лишь одна фраза:

«А.С. Попов показывает приборы для лекционного демонстрирования опытов Герца». Поэтому приоритет А.С. Попова пришлось доказывать для всего остального мира постфактум; но именно к этой дате относит О.Д. Хвольсон рождение радиосвязи .

К аналогичным выводам пришёл и Маркони в результате опытов близ Ла-Манша и побережья США летом-осенью 1899 г. «Было надёжно установлена (возможность. – М.Б. ) применения для передачи сигналов (аппаратами Маркони беспроводной телеграфии. – М.Б. ) между кораблями эскадры в условиях дождя, тумана и темноты. Ветер, дождь, туман и другие погодные условия не влияют на передачу; однако влажность может уменьшить радиус действия, быстроту и точность передачи вследствие ухудшения изоляции воздушного провода и приборов. Темнота не влияет» . При высоте антенны 45 м дальность приёма достигала 30–40 км.