Открытие электричества позволило передавать сигналы по проводам, что легло в основу телеграфа и телефона. Однако проводная связь имеет фундаментальное ограничение: её невозможно использовать на движущихся объектах, таких как суда, самолеты, поезда или автомобили. Решением этой проблемы стало изобретение радио, название которого происходит от латинского слова «radio» — «излучать». Для беспроводной передачи информации необходимы всего два устройства: радиопередатчик и радиоприемник, которые связываются друг с другом посредством электромагнитных волн, или радиоволн.
Рождение радио: вклад Александра Попова
История практического радио началась в 1895 году, когда русский ученый Александр Степанович Попов создал первый в мире радиоприемник. Этот прибор, по словам изобретателя, был призван «заменить недостающие человеку электромагнитные чувства». Изначально устройство регистрировало атмосферные разряды — молнии, но вскоре было усовершенствовано для приема и записи телеграфных сообщений. Изобретение Попова стало кульминацией работ многих ученых по всему миру.
Научный фундамент: от Эрстеда до Герца
Развитие радиотехники стало возможным благодаря целой череде фундаментальных открытий. Датчанин Ханс Эрстед продемонстрировал связь между электрическим током и магнитным полем. Английский физик Майкл Фарадей доказал обратный эффект — возникновение тока под действием изменяющегося магнитного поля. Его соотечественник Джеймс Клерк Максвелл теоретически обосновал существование электромагнитных волн, которые распространяются в пространстве со скоростью света. Он же предположил, что свет — это частный случай таких волн. В 1888 году немецкий ученый Генрих Герц впервые получил и исследовал длинные электромагнитные волны в лаборатории. Именно на основе этих опытов А.С. Попов и создал свой практический прибор.
Как работал первый радиоприемник
Устройство первого приемника Попова было гениально простым. Его сердцем был когерер — стеклянная трубка с металлическими опилками. При воздействии радиоволн, принятых антенной (которую Попов также впервые применил для связи), опилки сцеплялись и начинали проводить электрический ток от батареи. Это замыкало цепь электромагнитного реле, которое включало звонок. Удар молоточка звонка встряхивал когерер, разрывая сцепление опилок и подготавливая прибор к приему следующего сигнала. Передатчиком служил искровой разрядник, создававший колебания в антенне.
Попов непрерывно совершенствовал свое изобретение, увеличивая дальность связи. Уже в 1900 году радио доказало свою жизненную важность: радиограмма, переданная по созданной им линии связи, позволила ледоколу «Ермак» найти и спасти рыбаков, унесенных на льдине в море. Так радио, начавшее свою историю со спасения людей, стало одним из главных технологических прорывов XX века.
Что такое радиоволны?
Радиоволны — это лишь один из видов электромагнитного излучения, к которому также относятся видимый свет, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские лучи и гамма-излучение (подробнее см. Инфракрасная техника, Рентгеновская техника). Главное различие между ними — частота колебаний, измеряемая в герцах (Гц). Частота обратно пропорциональна длине волны.
Диапазоны радиоволн и их применение
Сверхдлинные (СДВ) и длинные (ДВ) волны (сотни и десятки километров) способны огибать Землю и проникать в воду, что делает их идеальными для связи с подводными лодками, однако требуются очень мощные передатчики.
Средние волны (СВ) (километровые) днем поглощаются ионосферой, а ночью отражаются от нее, поэтому ночное радиовещание имеет большую дальность.
Короткие волны (КВ) (десятикилометровые и менее) эффективно отражаются от ионосферы, что позволяет осуществлять дальнюю связь. На этом принципе работают многие международные радиостанции и службы связи для судов и самолетов.
Ультракороткие волны (УКВ) (метровые и короче) практически не отражаются от ионосферы и распространяются прямолинейно, как свет. Поэтому связь на УКВ возможна только в пределах прямой видимости между антеннами. Этот диапазон используется для телевидения, радиорелейной и спутниковой связи, мобильной связи и радиолокации.
Радио сегодня: больше, чем просто связь
Сегодня радио — неотъемлемая часть современной инфраструктуры. Им оснащены все виды транспорта, научные экспедиции, системы диспетчерского управления на транспорте, стройках и в шахтах (см. Диспетчерское управление). Космическая радиосвязь позволяет получать данные с межпланетных станций за миллионы километров от Земли.
Но значение изобретения Попова вышло далеко за рамки радиотелефонии и радиовещания. Оно породило целый спектр технологий: телевидение, радиолокацию, радиоастрономию, системы дистанционного управления и многое другое. Таким образом, радио стало краеугольным камнем, на котором построена значительная часть современной технической цивилизации.