Фрэнсис Ролт-Уилер - Как мальчик Хюг сам построил радиостанцию
В 1897 году молодому изобретателю удалось с помощью катушки, дающей искру в двадцать дюймов, при вертикальной антенне на высоте 150 ф., передать телеграмму на расстояние в девять миль.
В 1898 г. он установил радиоаппарат на яхте королевы Виктории: так, впервые было установлено беспроволочное сообщение судна с берегом. Кроме того, беспроволочные аппараты были установлены на маяках. Затем Маркони применил, как в передающем аппарате, так и в принимающем, трансформаторы. Шары не входили больше в прямую воздушную сеть. В одну цепь с антенной передающего аппарата была включена вторичная обмотка трансформатора, а искровой промежуток был между индукционной катушкой и первичной обмоткой его. Результатом была большая частота волн в зависимости от устранения вторичных неправильных колебаний антенны, которой они не могли теперь достигать, так как вторичная обмотка трансформатора (а значит и антенны) могла вибрировать только в унисон с колебаниями первичной обмотки.
В 1899 г., применяя трансформатор и на передаточном, и на приемном аппарате (трансформаторы впоследствии были много раз видоизменены), Маркони посылал телеграммы на расстояние 28 миль. В том же году английский флот принял его систему; а еще до конца года была достигнута передача на 100 миль.
Два главных возражения, которые во время испытаний аппаратов Маркони выдвигал английский флот, сводились к следующему: так как электромагнитные волны распространялись по всем направлениям и могли быть приняты всяким, имеющим приемник, известия, передаваемые по радио не могли быть тайными. Второе — что на больших расстояниях волны были настолько слабы, что известными тогда способами не могли быть уловлены.
Лодж в 1897 году первый нашел, как сохранять известия в тайне. Он ввел принцип «настраивания», т. е. предложил, чтобы посылались волны определенной длины и чтобы приемник отвечал волнами той же длины. Если примером взять рябь, вызванную брошенным в воду камешком, то длина волны будет расстояние от гребня к гребню, ширина — половина расстояния между высотой гребня и углублением между волнами, скорость — быстрота движения волн, измеряемая обыкновенно в секундах, и «частота» — количество волн в секунду.
Маркони быстро схватил сущность теории Лоджа и применил ее на практике. В то же время он придумал способ увеличения энергии передаточного аппарата. С этими двумя усовершенствованиями он построил «синтонический беспроволочный телеграф», при помощи которого телеграммы передавались на расстояние 155 миль.
Это был высший пункт достижений Маркони в его приспособлениях, основанных на искровой передаче Герца. До сих пор на коммерческих судах приняты радиоаппараты, построенные на этом принципе; военные суда пользуются дуговой или альтернаторной передачей, искровая же была оставлена флотом Соединенных Штатов уже в 1915 г.; американские любители пользовались этой системой передачи до 1923 г., хотя ее неудобства были уже ясны и необходимость установления постоянных систем волн вполне определилась.
Этот основной вид радиотелеграфа должен быть хорошо усвоен. Прежде всего передающий аппарат.
В раннем приборе Маркони верхний проводник проходил через внутреннюю обмотку индукционной катушки прямо в землю, а медные шары были в прямой цепи, при чем толчок давала батарея и первичная обмотка катушки, снабженной обыкновенным прерывателем. В аппарате, известном под именем настроенного радиотелеграфа, верхний проводник проходит через вторичную обмотку трансформатора, а оттуда в соответственно настраивающую катушку, представляющую собой цилиндр, обмотанный проволокой Заземленный провод соединяется скользящим контактом, проходящим через витки этой настраивающей катушки, удлиняя или укорачивая проволоку между верхним и заземленным проводником и включаясь в тот или другой виток настраивающей катушки и соответственно удлиняет или укорачивает длину волн подобно тому, как длина маятника определяет дугу и период его качаний.
Принцип настроенного передатчика Маркони.
Первичная обмотка трансформатора возбуждается искровым промежутком в цепи, в которую включен сильный конденсатор из десяти лейденских банок; конденсатор заряжен от индукционной катушки, получающей первоначальный ток от батареи; обе цепи, в первую из которых входит батарея, индукционная катушка, конденсатор, искровой промежуток и первичная обмотка трансформатора, а в другую — вторичная обмотка трансформатора, настроенная при помощи изменения количества включенных витков настраивающей катушки (точка соприкосновения соединения с заземленным проводником должна скользить), пока колебания обеих цепей не будут одинаковы. Тогда можно сказать, что цепи настроены одинаково. В таком случае электрические колебания, возникающие в цепи конденсатора, вследствие заряда и разряда через искровой промежуток, создают соответствующие колебания в антенне подобного же рода и максимальной силы. Таким образом мощность энергии, исходящей от антенны значительно возрастает, так как вместо сильно затухающих колебаний, получавшихся от первоначального аппарата, антенна излучает слабо затухающие волны.
Тот же принцип применен к приемному аппарату. В антенну принимающего аппарата помещается первичная обмотка трансформатора, а внизу катушка для настройки такая же, как в передающем аппарате. Вторичная обмотка трансформатора соединяется с маленьким конденсатором, а оттуда с кохерером и аппаратом Морзе, как и прежде. Цепи настраиваются одинаково друг с другом и с цепью посылающего аппарата.
Таким образом, конденсатор в посылающем аппарате сосредоточивает значительное количество энергии и с каждым разрядом передает ее передающей антенне, возбуждающей длинные колебания, очень медленно прекращающиеся, так что один ряд волн еще не замер, когда уже начинается другой. Так как они настроены одинаково, колебания происходят в промежутки, равные промежуткам колебаний цепи; это усиливает действие подобно тому, как ряд легких толчков через известные промежутки может заставить качаться тяжелый маятник, если промежутки будут соответствовать естественным промежуткам качания маятника. Большой висячий мост может сломаться от того, что на нем будет прыгать маленький мальчик, если только прыжок будет происходить через соответствующие естественным колебаниям моста промежутки.
Точно так же, если антенна приемного аппарата настроена одинаково с антенной передающего, она также будет испытывать возрастающее действие волн. Так как наименьшая частота колебаний радиоволн 6 тысяч в секунду, то эти 6 тысяч толчков, сделанные в надлежащие промежутки, уже через секунду окажут сильное действие. Таким образом, слабый толчок передающего аппарата сильно возрастет в приемнике, если только приемник одинаково с ним настроен.
В этом раннем, но знаменитом приборе, кохерер и пишущий аппарат Морзе работали прекрасно, но медленно и трудно регулировались. Маркони скоро оставил их и заменил своим магнитным детектором. Это было его собственное изобретение, а не изменение ранее изобретенных приборов. Он работал великолепно и им пользовались более десяти лет (особенно для портативных аппаратов в армии), так он был прочен и удобен. Детектор этот состоит из бесконечной движущейся ленты железной проволоки, медленно вращающейся на двух блоках, приводимых в движение часовым механизмом, и проходящей через две стеклянные трубочки с намотанной на них изолированной шелком проволокой. Одна из этих катушек соединена с телефонной трубкой, другая с верхней цепью. Вне трубок помещены два подковообразных постоянных магнита, которые намагничивают медленно движущуюся железную ленту. Таким образом, пока катушки на стеклянных трубках остаются в состоянии покоя, железная лента остается намагниченной, и по ней постоянно идет электрический ток.
Но в тот момент, когда в антенне начинают появляться электрические колебания, в катушке появляются переменные токи большой частоты и изменяют направление магнетизма в железной ленте. Следствием этого внезапного движения линий магнитной силы является возникновение индуктивного тока во второй катушке, соединенной с железной трубкой. От каждой искры передающего аппарата к приемному аппарату идет ряд волн; эти волны возбуждают ток во второй катушке и дают шум, слышный в телефон. Так как эти шумы следуют один за другим со скоростью нескольких сот или нескольких тысяч в секунду, они соединяются вместе и дают то, что ухо воспринимает как продолжительную музыкальную ноту. Таким образом, если ряд искр посылающего аппарата прерывается посредством ключа в соответствии с знаками азбуки Морзе, слушатель может воспринимать их по телефону как музыкальную ноту, разбитую на длинные и короткие звуки.
Приемник с детектором.
