История передачи голоса по радио часто начинается с имени Реджинальда Фессендена. В 1900 году этот канадско-американский изобретатель впервые осуществил передачу звука на расстояние около мили, используя искровой передатчик. Значительный шаг вперёд он сделал в 1906 году, организовав с помощью машинного генератора высокой частоты (ВЧ) настоящий музыкальный концерт в эфире. Для этого Фессенден применил амплитудную модуляцию, создав специальный угольный микрофон, который включался непосредственно в антенную цепь и мог выдерживать ток в несколько ампер. Изменение его сопротивления модулировало ток в антенне, создавая радиосигнал, несущий звук.
Появление более совершенного решения
Однако у метода Фессендена был существенный недостаток: при повышении мощности угольные зёрна в микрофоне перегревались и спекались. Это создавало опасность для диктора и ограничивало развитие технологии. Более элегантное и безопасное решение, которое стало ключевым для дуговых и машинных генераторов вплоть до распространения электронных ламп, предложил немецкий инженер Лео Пунгс (1883-1979). Его изобретение, «регулировочный дроссель» или дроссель Пунгса, произвело настоящую революцию.
Принцип работы устройства, как описал его Герхарт Гёдель, заключался в следующем: в антенный контур включалась катушка с сердечником из тонких стальных пластин. На этот же сердечник наматывалась вторая, управляющая обмотка. Когда на неё подавался звуковой сигнал, менялось магнитное состояние сердечника, а следовательно, и его индуктивность. Это изменение индуктивности модулировало ток несущей частоты в антенне, преобразуя звук в радиоволны.
Изобретатель и его прорыв
Лео Пунгс, родившийся в Москве в семье фабриканта, получил образование в области электротехники в Дармштадте (Германия). В 1913 году, работая в берлинской компании AEG (позже Lorenz), он изобрёл свой знаменитый дроссель. Практическое применение не заставило себя ждать: в 1920 году с помощью этого устройства был модулирован мощный 4-киловаттный дуговой генератор под Потсдамом.
4-киловаттный дуговой передатчик, посредством которого был передан Рождественский концерт 22 декабря 1920 года
Историческое событие произошло в канун Рождества, 22 декабря 1920 года. Скромный концерт в исполнении двух музыкантов (фисгармония и скрипка) был передан в эфир и успешно принят в Москве на расстоянии 1700 километров, что стало впечатляющим достижением для того времени.
Преимущества и дальнейшее развитие
Главным преимуществом дросселя Пунгса перед схемой Фессендена была безопасность. Микрофон теперь можно было размещать вдали от мощного передатчика, так как модуляция осуществлялась не за счёт изменения активного сопротивления (что вело к перегреву), а за счёт изменения реактивного сопротивления катушки. Это решало проблему перегрева и спекания угольного микрофона.
Интересно, что сам эффект изменения индуктивности катушки со стальным сердечником под действием постоянного тока был известен ещё Фессендену в 1902 году. Однако в то время существовало предубеждение против использования стальных сердечников в высокочастотной технике, и идея не получила развития. Пунгс смог преодолеть это предубеждение, создав практичное устройство.
Позже, уже будучи руководителем Технической школы Брауншвейга, Пунгс совместно с коллегами Харбигом и Тертом разработал усовершенствованный процесс HAPUG-модуляции. Его целью была экономия генерируемой мощности за счёт поддержания почти постоянного и максимально высокого коэффициента модуляции, для чего напряжение несущей частоты динамически подстраивалось под модулирующий сигнал.
Слева - обычная модуляция; справа - HAPUG-модуляция.
Устройство и принцип работы дросселя
Дроссель Пунгса не только использовался с дуговыми генераторами, но и нашёл применение в первых ламповых передатчиках на средних и коротких волнах. Конструктивно он представлял собой катушку со сложным сердечником.
На схеме показана конструкция с трёхстержневым сердечником, разделённым на две части (I и II). На них намотаны высокочастотные обмотки S1 и S2, которые вместе с конденсатором C образуют колебательный контур. На центральный стержень намотана управляющая обмотка S3. Генератор ВЧ обозначен как W. Обратите внимание: Этот день в истории. Ток в обмотке S3 регулируется реостатом R (или микрофоном). Изменение этого тока меняет намагниченность сердечника, что влияет на индуктивность катушек S1, S2 и, следовательно, на ток ВЧ, регистрируемый амперметром A.
Обмотки S1 и S2 намотаны так, чтобы ВЧ напряжение не наводилось в управляющей цепи, что защищает источник питания. Эксперименты показали, что полное сопротивление высокочастотных обмоток могло меняться с 800 Ом (без намагничивания) до 2 Ом (при полном насыщении сердечника).
Конструктивные особенности и применение
Конструкция дросселя сильно зависела от рабочей частоты. Для длинных волн (2000-3000 м) сердечник навивался из тонкой стальной ленты, для средних и коротких (300-1000 м) — из эмалированного стального провода. Чем выше частота, тем меньше были габариты устройства. Например, для мощности 1.5 кВт на волне 500 м дроссель весил всего 10 грамм и имел размеры 10x7x6 см.
На фото: A — обмотка управления, B — сердечник из тонкого эмалированного провода. Для охлаждения вся конструкция часто помещалась в резервуар с маслом.
Для качественной передачи звука без искажений дроссель должен был работать на линейном участке своей характеристики. Для этого сердечник предварительно подмагничивался постоянным током (смещение), что устанавливало рабочую точку в середине линейного участка.
На графике показана зависимость антенного тока от тока управления для разных длин волн. Вертикальная линия A обозначает рабочую точку, устанавливаемую предварительным смещением.
Схема передатчика и итоги
На схеме дугового передатчика дроссель Пунгса (обозначенный как «Телефонный дроссель») включён в заземлённую часть антенны, которая индуктивно связана с дугой. Реостат R устанавливает необходимое смещение. Стоит отметить, что для модуляции мощного передатчика (например, на 5 кВт) требовался и значительный низкочастотный сигнал (около 1 кВт), но качество передачи при этом было очень высоким.
Дроссель Пунгса использовался не только для телефонии, но и в телеграфии. В этом режиме сердечник переключался телеграфным ключом между состояниями отсутствия тока и полного насыщения, работая как высокочастотный ключ.
Еще по теме здесь: История.
Источник: Забытая страница истории радио. Дроссель Пунгса.