2. Первые шаги в практическом использовании электромагнитных волн

Великий русский ученый Александр Степанович Попов родился в 1859 г. в семье священника на Урале. По семейной традиции начал учиться в духовной семинарии, однако после окончания общеобразовательных классов поступил на физико-математический факультет Петербургского университета.

После окончания университета в 1892 году, А. С. Попов начинает работать лабораторным ассистентом в университете, а с 1893 года – преподавателем физики в Минном офицерском классе в Кронштадте. По тем временам это было военно-образовательное заведение высокого уровня, с прекрасными лабораториями, мастерскими и библиотекой. Будучи хорошо знаком с проблемами электромагнетизма, Попов стал упорно обдумывать вопрос о создании беспроводной системы связи и вести экспериментальные исследования отдельных ее элементов. К 1895 году ему удалось сконструировать высокочувствительный когерер с автоматическим восстановлением чувствительности с помощью электрического звонка, управлявшегося принимаемым сигналом. В качестве передатчика использовалась катушка Румкорфа с разрядником. Первые натурные испытания были проведены в саду Минных классов, а 25 апреля (7 мая) 1985 года он продемонстрировал работу линии связи в физической аудитории Петербургского университета на заседании Русского физико-химического общества. Следующие два года А. С. Попов посвятил усовершенствованию аппаратуры и в течение 1897 года провел ряд ее испытаний на кораблях русского военно-морского флота, добившись дальности радиосвязи до 5 км. Надо отметить, что он не запатентовал свое изобретение (возможно, что это связано с тем, что, по существу, он был гражданским служащим в военно-морском учебном заведении). Одновременно в Италии, а с 1986 г. в Англии, проводил подобного рода опыты Гульельмо Маркони. Он родился в Италии в довольно богатой семье. В школе он учился довольно посредственно. Далее он поступил в Болонский университет (который он не закончил), где учился под руководством Аугусто Риги, научные интересы которого были связаны с электромагнетизмом. В это время Маркони начинает эксперименты с аппаратурой для осуществления беспроводной связи. В 1895 г. ему удается достичь дальности связи в 1.5 км. В 1896 г. он переезжает в Англию, где 1897 году ему удалось добиться дальности связи до 16 км. В этом же году он организовал акционерное общество «Маркони», в рамках которого продолжал дальнейшую работу над системами радиосвязи. В конце 1901 г. он заявляет, что установил связь (одностороннюю) между Полдью в Корнуелсе (западная оконечность Великобритании) и Сент-Джон на острове Ньюфаундленд (около восточного берега Канады). Узнав об этом, Никола Тесла заявил, что Маркони использовал 17 принадлежащих ему (Тесла) патентов .

3. Разработка элементной базы для генерации и усиления высокочастотных сигналов

Первые системы Попова и Маркони использовали затухающие колебания, возбуждаемые искрой в разряднике передатчика. Эти сигналы имели широкий спектр и были мало эффективны, так как антенна являлась единственной резонансной системой во всем устройстве и пропускала только небольшую часть спектра сигнала. Еще в 1893 г. сербский ученый Николай Тесла, работавший в Америке, предложил использовать дуговой разряд для преобразования постоянного тока в переменный. Тесла был гениальным ученым и инженером, однако, как часто бывает с такими людьми, представлял собой неоднозначную фигуру. Одним из важнейших его изобретений представляются электрические системы с переменным трехфазным током. Однако его главной мечтой было создание систем передачи электрической энергии через свободное пространство, что не может быть реализовано для более или менее значительных мощностей. В 1900 году английский электротехник Вильям Дуддель предложил использовать дуговой генератор в качестве радиопередатчика. Немного позже, в 1902 г. датский инженер В. Поульсен предложил новую конструкцию мощного дугового генератора для диапазона длинных волн, которые широко использовались до 1915 г. Кроме этого он изобрел в 1899 г. "телеграфон" – устройство для магнитной записи сигналов на носитель в виде стальной проволоки. Примерно с 1905 г. начинаются работы по созданию электромашинных генераторов. Наибольший вклад был внесен инженером Реджинальдом Фессенденом в Америке и В. П. Вологдиным в России. Фессенден получил степень магистра в 14 лет, работал вместе с Томасом Эдисоном, двадцати шести лет стал профессором электротехники в университете Пардью. Он предложил принцип гетеродинирования, в 1900 г. осуществил передачу речи с помощью искрового передатчика, первым в 1906 г. осуществил двухстороннюю связь через Атлантический океан, имел более 500 патентов. Владимир Петрович Вологдин кроме создания электромашинных генераторов занимался разработкой ртутных выпрямителей для питания мощных радиопередатчиков, первый применил высокочастотные колебания для термической обработки металлических изделий, стал в 1948 г. первым лауреатом золотой медали имени А. С. Попова, был избран членом-корреспондентом АН СССР. Высокочастотные машины строились до мощностей порядка 1000 кВт и на частоты до 100 кГц. Чаще всего они представляли собой так называемые альтернаторы - совмещенные электродвигатель, работающий на промышленной частоте, и высокочастотный генератор. Ограниченность скорости вращения их роторов не позволяла получать колебания более высокой частоты. Ситуация изменилась с появлением электровакуумных приборов. Еще великий американский изобретатель Томас Эдисон в 1883 году наблюдал ток электронной эмиссии в лампе накаливания с дополнительным электродом, но не придал этому значения. В 1904 г. английский ученый Джон Флеминг создал и запатентовал (сначала в Великобритании, а в 1905 г. в США) электровакуумный диод, который можно было использовать в качестве детектора (выпрямителя) высокочастотных колебаний (названный потом кенотроном). Позже Верховный суд США аннулировал патент США, ссылаясь на открытие Эдисона. В 1907 г. американский инженер Ли де Форест запатентовал трехэлектродную лампу – триод, с помощью которой можно было усиливать электрические сигналы (он назвал его "аудион"). Используя в качестве основы диод Флеминга, он ввел между катодом и анодом дополнительный электрод – управляющую сетку, потенциал которой позволял управлять величиной анодного тока. Ли де Форест имел более 300 патентов, в 1916 г. осуществил одну из первых радиовещательных передач, в 1919 г. предложил способ озвучивания кинофильмов путем нанесения звуковой дорожки на кинопленку. С этого момента на протяжении порядка 50 лет электровакуумные приборы (триоды, тетроды, пентоды) являлись единственными активными элементами в радиотехнике и электронике. Тетрод был создан немецким ученым Вальтером Шоттки во время Первой мировой войны, конструкция пентода была запатентована в США в 1934 г. Холстом и Теллегеном. Первые успешные применения триодов в радиоприемной технике относятся к периоду 1912 – 1915 гг. Это регенеративные одноламповые приемники, почти одновременно предложенные Раундом и Флемингом (Англия), Армстронгом, Ли де Форестом, Лэнгмюром (Америка), Мейсснером, Арко, Рейсом (Германия), Штраусом (Австрия). Первый автогенератор был запатентован в 1913 г. Мейсснером. В 1917 г. французский инженер Л. Леви, и почти одновременно Армстронг, Арко и Шоттки, предложили принцип супергетеродинного приема. В 1921 Г. Армстронг запатентовал сверхрегенеративный радиоприемник. К началу двадцатых годов XX столетия все основные типы радиоприемных устройств были изобретены и запатентованы. Использование электронных ламп в радиопередатчиках начинается с автогенератора с трансформаторной связью Мейсснера, позднее – в 1915 г. была запатентована американцем из Лабораторий имени Белла Ральфом Хартли схема «индуктивной трехточки», в 1918 г. американцем канадского происхождения Эдвином Колпитцем запатентована схема «емкостной трехточки». Хартли также принадлежит первая формулировка сущности теории информации: "объем передаваемой информации пропорционален ширине спектра передаваемого сигнала и длительности передачи". Ему также принадлежит открытие "преобразования Хартли" родственное "преобразованию Фурье", но позволяющее получить вещественный спектр вещественной функции времени. По существу эти три схемы реализуют все возможные схемы автогенераторов с положительной обратной связью. Первые схемы ламповых усилителей мощности для передатчиков появились в 1914 – 1915 гг. Таким образом, все основные изобретения принципиального порядка были сделаны, и далее предстояла работа по их внедрению и совершенствованию. В России первые радиоприемные лампы начали выпускаться под руководством М. А. Бонч-Бруевича в 1914-1915 гг. В дальнейшем он руководил Нижегородской радиолабораторией (1918 – 1928), которая была одним из первых очагов развития радиотехники в СССР. В 1918 г. им была предложена ламповая схема с двумя устойчивыми состояниями, позже названная "триггером", в 1931 г. избран членом-корреспондентом АН СССР. Генераторные лампы в России стали выпускать под руководством Н. Д. Папалекси в 1914 г., а в 1919 году (уже в СССР) под руководством М. А. Бонч-Бруевича была налажена разработка мощных генераторных ламп (до 100 кВт) в Нижегородской радиолаборатории. Существенную роль в развитии и совершенствовании электровакуумных приборов сыграли работы академика АН СССР А. А. Чернышева в области «подогревных» катодов (1924 г.).