4. Разработка радиовещательных систем, освоение новых частотных диапазонов

Попытки передачи звуковых сигналов были сделаны на заре развития радиосвязи: в 1902 г. учеником А. С. Попова С. Я. Лившицем в России и на два года раньше Фессенденом в Америке. Далее тем же Фессенденом проводились эксперименты в этом направлении с использованием дуговых и электромашинных генераторов. Однако только после появления ламповых передатчиков эта проблема нашла свое решение. Первым способом модуляции, нашедшим широкое применение был метод сеточной модуляции, использованный американским инженером Вандербройлем в 1915 г. Однако все модификации этого метода малоэффективны с точки зрения коэффициента полезного действия передатчика. Значительно более эффективным оказался способ анодной модуляции, запатентованный американским инженером Р. Хейзингом в 1914 г. После Первой мировой войны во всех промышленно-развитых странах началось строительство радиовещательных станций. Все они использовали диапазоны километровых (150 кГц – 450 кГц) и мириаметровых (500 кГц – 1.5 МГц) волн. Например, в США в 1923 г. было порядка 600 радиовещательных станций. На этих же частотах в некоторых странах (США, Англия, многие страны Европы) работали и радиолюбители, которые создавали помехи радиовещанию. Запретить их работу было нельзя, так как в некоторых странах (прежде всего в США) они были хорошо организованы. Поэтому решением МККР в 1919 г. им было разрешено работать только на частотах больших 1.5 МГц. Волны этого диапазона считались непригодными для радиосвязи. Радиолюбители начали интенсивно осваивать новый для себя диапазон частот и очень быстро выяснилось, что здесь возможны дальние связи при мощностях на много порядков меньше, чем у профессиональных радиостанций, работающих на длинных волн. К 1923 г. были установлены связи между всеми континентами, и это становилось обыденным явлением (необходимо отметить, что эти годы 1921 – 1925 были годами высокой солнечной активности, что существенно способствовало дальним связям в диапазоне коротких волн). Эти результаты вызвали большой интерес ученых и во многих странах начались исследования распространения коротких волн и затем их освоения. Была подтверждена гипотеза Хевисайда и Кеннели об ионосферном характере распространения этих волн, что привело к интенсивному исследованию свойств ионосферы. Значительную роль здесь сыграли работы советских ученых М. В. Шулейкина, А. Н. Щукина, Д. А. Рожанского, Б. А. Введенского и американских – Эпплтона, Николса и Шейдинга. А. Н. Щукин – выпускник ЛЭТИ, еще будучи студентом начал исследования по распространению коротких волн в Центральной радиолаборатории (ЦРЛ) под руководством известного радиофизика Д. А. Рожанского (автора метода наведенных эдс в теории антенн, впоследствии члена-корреспондента АН СССР). К концу тридцатых годов он стал признанным специалистом в области распространения радиоволн; его монография "Распространение радиоволн" изданная в 1940 г., являлась энциклопедией для специалистов в этой области, был избран действительным членом АН СССР. Б. А. Введенский известен своими многочисленными работами в области распространения ультракоротких волн (метрового, дециметрового диапазонов), в том числе в условиях сверхрефракции. Принимал активное участие в разработке средств по радиообнаружению самолетов. Был действительным членом А. Н. СССР. В связи с развитием радиовещания встала проблема передачи по радио изображений, т.е. телевидения. Первые работы по передаче изображений с помощью электрических сигналов были начаты в начале ХХ века в Петербурге профессором Технологического института Б. Л. Розингом. Однако первые вещательные системы телевидения, появившиеся в двадцатые и тридцатые годы в СССР, Англии, Германии и США, были электромеханические, в то время как опыты Розинга предполагали электронную систему получения изображения и электромеханическую для его передачи. В 1919 г. в Америку эмигрировал ученик Розинга В. К. Зворыкин, Работая в фирме Вестингауз, он в 1923 г. подал патент на передающую трубку под названием «иконоскоп», а в 1924 году – на приемную под названием «кинескоп». Перейдя в фирму РКА (RCA) он занялся разработкой системы полностью электронного телевидения. В это же время такую же систему, но с другой передающей трубкой (диссектором) разрабатывал Фарнсворт, которому в результате судебного процесса был присужден приоритет. РКА приобрела лицензию у Фарнсворта и в 1939 г. в США началось регулярное телевизионное вещание. Необходимо отметить, что идея использовать накопление заряда на элементах экрана передающей трубки была заимствована у венгерского изобретателя Кальмана Тихани, патенты которого были куплены фирмой РКА. В Англии вещание началось немного раньше. Там была принята полностью электронная система Шёнберга. В Германии была принята своя система, большой вклад в разработку которой был сделан известным ученым Манфредом фон Арденне. Он занимался, кроме телевидения, электронной микроскопией, физикой плазмы, электромедицинскими технологиями, ядерными технологиями и, в общей сложности, был автором около 600 патентов. После окончания Отечественной войны был вывезен в СССР вместе с коллективом своего немецкого института и работал в течение 10 лет в институте «А» в Сухуми, был дважды награжден Сталинскими (государственными) премиями. Сначала он занимался разделением изотопов, затем проблемами удержания плазмы в процессах ядерного синтеза. Примерно на это же время (1936 г.) пришлось начало радиовещания в диапазоне метровых волн с частотной модуляцией. Внедрение этой системы является заслугой Э. Армстронга, который ее разработал и в жесткой борьбе с вещателями, использовавшими системы с амплитудной модуляцией, добился принятия своей новой системы. Армстронг был выдающемся инженером и изобретателем, однако постоянная борьба за свои идеи и патенты подорвала его нервную систему и в 1954 г. он покончил с собой. К середине тридцатых годов относятся работы по созданию радиолокационных систем, которые велись одновременно, окутанные большой секретностью, в США, Англии, Германии и СССР. Первые соображения о возможности отражения радиоволн от каких либо объектов были высказаны А. С. Поповым во время операции по снятию с мели броненосца береговой обороны "Генерал-адмирал Апраксин". В 1904 Г. немецкий ученый Христиан Хюльсмеер получил патент на возможность обнаружения металлических предметов с помощью электромагнитных волн. В 1917 г. Никола Тесла сформулировал основную идею радиолокации:"с помощью электромагнитных волн мы можем установить относительное положение или курс движущегося объекта, такого как корабль в море, расстояние до него или его скорость". К началу Второй мировой войны, в каждой из этих стран были созданы работоспособные радиолокационные системы первого поколения. В США Роберт Пейдж продемонстрировал работу моноимпульсного радара, в Англии, Франции и Германии это было сделано чуть позже, в Венгрии в лабораториях фирмы Тунгсрам это сделал Золтан Бей в 1936. Первое боевое применение радиолокации происходило во время "битвы за Англию" в 1940 г. Английские радиолокационные станции, работавшие на частотах немного больше 30 МГц, обнаруживали немецкие бомбардировщики на достаточном расстоянии от берегов Англии для того, чтобы успеть поднять истребители. Эти события и многое другое, связанное с радиолокацией, описаны в романе Артура Кларка "Глиссада" (Glidepath). В этой области, к началу Второй мировой войны, в наибольшей степени продвинулась Германия, однако во время войны потеряла свои позиции, так как США и Англия разрабатывали и применяли системы на более коротких волнах и с большим энергетическим потенциалом. В СССР первые работы в этой области начались в начале тридцатых годов. Сначала разрабатывались системы обнаружения, не позволявшие измерять расстояние до цели. Работы велись в организации НИИ-9 (отпочковавшейся от ЦРЛ) под научным руководством М. А. Бонч-Бруевича. Одновременно работы велись в Ленинградском физико-техническом институте (ЛФТИ) группой Д. А. Рожанского и Ю. Б. Кобзарева, которая сосредоточилась, в основном, на импульсных системах. Надо отметить, что идея импульсных систем впервые была использована в экспериментах по изучению ионосферы. В НИИ-9 в 1938 г также начались работы по импульсным системам. Однако первый образец импульсной радиолокационной станции дальнего обнаружения (с отдельными передающей и приемной антеннами) под названием «Редут» (РУС-2) был создан в ЛФТИ, испытан в 1940 г. и принят на вооружение. Дальнейшие разработки велись совместно с НИИ радиопромышленности, в мае 1941 г. одноантенная РЛС «Пегматит» была предъявлена на испытания и в 1942 г. принята на вооружение как РУС-2с. В СССР в двадцатые годы и в первой половине тридцатых годов огромную роль в развитии радиотехники сыграла Центральная радиолаборатория, созданная в Ленинграде. С ней были связаны практически все ученые и многие инженеры, работавшие в области радиотехники. С течением времени от нее отпочковывались отдельные направления и создавались новые научно-исследовательские институты и предприятия радиоэлектронной («слаботочной» как тогда говорили) промышленности.