История возникновения радио и радиолокации

Так советские радиотехники решили проблему организации дальней радиосвязи

практически на любое расстояние совершенно оригинальным способом.

В середине 1926 года и фирма Маркони объявила о своих работах в области

коротких волн.

Успехи направленных коротковолновых связей в СССР и Англии побудили и

другие страны перейти к коротким волнам. Во многих странах началось

строительство мощных коротковолновых станций для круглосуточной дальней

радиосвязи. Благодаря экономичности и уверенности этих связей возросло

государственное значение радиосвязи вообще.

Основные недостатки радиосвязи, обнаруженные еще А. С. Поповым, —

атмосферные помехи и замирания сигнала, хотя и получили теоретическое

объяснение, но не уменьшились. Наоборот, с ростом числа радиостанций

появились еще и взаимные помехи станций друг другу. Объединение с проводной

связью потребовало от радиосвязи такой же высокой надежности при

составлении комбинированных каналов связи, какой обладала связь по

проволоке.

Для повышения надежности радиосвязи, особенно после второй мировой войны,

применялись многие меры повышения помехозащиты: выбор длин волн с учетом

времени дня и года, составление так называемых «радиопрогнозов», прием на

несколько разнесенных антенн, специальные методы передачи сигналов и др.

Работы академиков А. Н. Колмогорова и В. А. Котельникова заложили

теоретические основания помехоустойчивости радиосвязи. В шестидесятых годах

был разработан еще один метод: преобразование сигналов в такую форму, в

которой они сохраняют свой вид, несмотря на отдельные искажения помехами

(так называемое помехозащитное кодирование). Созданные трудами многих

ученых теоретические работы в этой области выливаются сейчас в новую науку

— теорию информации, которая рассматривает общие законы приема и передачи

сигналов.

Современные радиостанции работают в общей системе электросвязи, пользуясь

аппаратами Бодо, СТ-65 и др., и ведут многократную передачу. По каналам

радиомагистрали Москва — Хабаровск обмен производится со скоростью свыше

двух тысяч слов в минуту, причем и такая скорость не является предельной.

Комбинированная электросвязь потребовала использования коротковолновой

техники и для радиотелефонной магистральной связи. С 1929 года началось

внедрение в радио методов проводной дальней телефонной связи, прошедшее тот

же сложный процесс борьбы с помехами и неустойчивостью. Появились

многочисленные приборы для автоматической регулировки уровня модуляции, для

заглушения приема во время пауз речи, уравнения звуков гласных и согласных,

способы зашифровки речи как средства защиты от подслушивания и т. д. Все

эти способы решают задачу лишь вчерне, но все же они позволили связать

радиотелефонной связью Москву со всеми центрами в России и за границей, а

также все континенты и государства.

При широчайшем развитии устройств для объединения радио с проводной

связью сами передающие и приемные приборы подверглись очень существенным,

но не принципиальным изменениям. В середине века в радиопередаче

применялись только многокаскадные, стабилизированные по частоте передатчики

с лампами, охлаждаемыми водой или воздухом под большим давлением. Такие

лампы со времен Нижегородской лаборатории сохранили без изменения свои

основные черты, но, конечно, за это время значительно улучшились их

эксплуатационные качества. То же самое происходит с приемниками: сложная

схема супергетеродина, подвергается непринципиальным изменениям, повышающим

эксплуатационную надежность.

Виды радиосвязи

От очень коротких волн (сантиметровых и дециметровых), с которыми вел

свои исследования Герц и проводил первые опыты радиосвязи А. С. Попов,

практическая радиотехника перешла к длинным волнам, затем к коротким, а

после второй мировой войны вновь возвращается к очень коротким волнам.

В диапазоне от 100 до 3000 м разместились радиовещательные станции и

специальные службы (морские, аэронавигационные и т. п.). Волны длиннее 3

км, идущие со стороны самых длинных волн (от 50 км), в настоящее время

использует важнейшая область связи — проводная высокочастотная связь (ВЧ

связь). Такая связь осуществляется путем подключения группы маломощных

длинноволновых передатчиков, настроенных на разные волны с промежутками

между ними в 3—4 тыс. герц, к обычным телефонным проводам. Токи высокой

частоты, созданные этими передатчиками, распространяются вдоль проводов,

оказывая очень слабое воздействие на радиоприемники, не связанные с этими

проводами, и обеспечивая в то же время хороший, свободный от многих помех

прием на специальных приемниках, присоединенных к этим проводам.

В СССР такая ВЧ связь получила развитие в работах В. И. Коваленкова, Н,

А. Баева, Г. В. Добровольского и др. Перед Отечественной войной начала

работать длиннейшая и мире магистраль ВЧ связи Москва— Хабаровск,

позволившая вести три разговора по одной паре проводов. Впоследствии

появились 12-канальныв системы, занявшие верхнюю часть «длинноволновой»

области (до 100 тыс. герц) радиоспектра. ВЧ связь дала возможность

осуществлять междугороднюю и международную связь с вызовом абонента из

любого города любой страны, пользуясь наборным диском автоматического

телефона.

После второй мировой войны стала быстро развиваться новая область

высокочастотной связи, также многоканальная, использующая другой конец

электромагнитного спектра — область ультракоротких волн. Б. А. Введенский

уже в 1928 году вывел основные законы их распространения. По мере

разработки ламп, пригодных для возбуждения и приема УКВ (магнетроны,

клистроны, лампы бегущей волны) шло постепенное укорачивание длин волн

вплоть до сантиметровых. Очень короткие (сантиметровые) волны позволяют

осуществлять остронаправленные антенны при сравнительно небольших размерах.

Вся эта техника использовалась главным образом со времени Великой

Отечественной войны. Длительное время господствовало представление,

будто дальность распространения метровых, дециметровых и

сантиметровых волн ограничена прямой видимостью и что станции, работающие

на таких волнах, даже при очень малой мощности, обеспечивают большую силу

сигналов лишь до горизонта. Из теории также следовало, что плотность

электронов в ближней тропосфере и высшей газовой оболочке земли —

ионосфере, недостаточна для отражения этих волн к земле и они должны

уходить в космическое пространство. Это же подтверждала и новая наука —

радиоастрономия, по данным которой земная атмосфера, регулярно «прозрачна»

для УКВ и сверхкоротких радиоволн и нерегулярно «прозрачна» для волн

длиннее 10—30 м. Тем не менее наблюдались отдельные случаи приема

ультракоротковолновых передач на очень далеких расстояниях. Хотя эти случаи

было принято относить к событиям анормальным, они все же требовали

объяснения.

В 50-х годах было высказано предположение о возможности появления в

ионосфере местных образований — «облаков» с высокой плотностью электронов,

которые могут вызывать частичное рассеяние падающих на них сверхкоротких

волн. Причем такие рассеянные волны могут обладать достаточной энергией для

обнаружения их очень чувствительным приемником. Опыты с большими

направленными антеннами на приеме и передаче при значительной мощности

излучения показали, что если основные лучи, фокусируемые такими антеннами,

пересекаются на высоте 10 или 100 км, то действительно происходит дальняя

передача на 200—300 км в первом случае (тропосферное рассеяние), и до 2

тыс. км по втором случае (ионосферное рассеяние). Выяснилось также, что в

указанных условиях, несмотря на большие колебания силы приема, сигналы

оказываются все же достаточно надежными и обеспечивают круглосуточную

регистрацию.

Уже после того, как дальние связи на сверхкоротких волнах вошли в

практику, оказалось, что приведенное выше объяснение не всегда справедливо.

Вскоре было предложено и другое объяснение: метеориты, падающие в большом

количестве (10—1000 в час), ионизируют земную атмосферу на несколько

секунд, а иногда и минут. В эти короткие отрезки времени резко

увеличивается сила приема сигналов, а если мощность передатчика велика, то

падение даже маленьких, но многочисленных метеоритов дает сплошное

отражение радиоволн, которое может обеспечить дальний прием, в особенности

ночью.

Общепринятая теория дальнего распространения сверхкоротких волн уже давно

разработана, определилась техника дальней радиосвязи на этих волнах и

существуют дальние радиолинии, работающие на сантиметровых волнах.

Таким образом, пользуясь диапазоном ультракоротких волн можно по желанию

или строго ограничить дальность радиосвязи горизонтом, или же осуществлять

дальнюю связь на тысячи км, обеспечивая устойчивую силу приема в нужном

районе и сохраняя острую направленность такой передачи. Нельзя не

упомянуть, что может быть самым большим преимуществом этого диапазона

является то обстоятельство, что в нем можно разместить очень много

радиостанций с большими промежутками между ними по длине волны.

В диапазоне коротких волн, учитывая их огромную дальность действия и

относительно малую направленность, можно разместить не более 2—3 тыс.

радиостанций во всем мире, если задаться целью полного исключения помех

друг другу. Этого можно добиться только при соблюдении жесткого условия,

что радиостанции будут отличаться по частоте на б— 10 кГц. При таком

разносе между станциями можно вести только телеграфную или телефонную

радиопередачу. Если же использовать область ультракоротких волн, то те же 2

тыс. радиостанций можно расставить одна от другой по частоте на 10 МГц и

при этом все они могут работать в одном и том же районе. Подобные

возможности разделения станций по частоте обеспечивают передачу фактически

безграничной информации.

Такие возможности и были использованы для телевизионных передач,

нуждающихся в очень широкой полосе частот. В основе электрической передачи

изображений любого типа лежит полиграфический принцип представления картины

точками разной степени зачернения. Глаз эту точечную структуру охватывает

сразу, но в электрической системе эти точки передаются одна за другой по

строкам; из строк образуются кадры, число которых должно быть 15—25 в

секунду. Для телевизионной передачи хорошего качества нужно передавать в

секунду около 5 миллионов точек. Передача каждой точки выполняется посылкой

одного импульса длительностью '/ззооооо секунды и разной мощности, в

зависимости от освещенности точки. Такие импульсы можно передавать без

помех соседним радиостанциям, если разнос по частоте между ними не менее 10

МГц.

Регулярные передачи электронного телевидения начались в США и в СССР еще

до второй мировой войны, но только после ее окончания развитие телевидения

приняло стремительный характер, опережая по темпам развитие радиовещания.

Во время Отечественной войны был разработан новый вид радиосвязи —

импульсная передача на УКВ. Б. А. Котельников еще в 1937 году показал, что

для передачи, например речи, не нужно передавать весь непрерывный процесс,

а достаточно посылать только «пробы» его в виде кратковременных импульсов,

определяющих величины основного процесса к моменты проб. Число таких проб

для передачи речи может быть не более 5—8 тысяч в секунду. Следовательно,

если система может передавать как в телевидении 5—8 млн. импульсов, то она

и состоянии передать до тысячи разговоров по одной линии УКВ радиосвязи.

Так появилась импульсная многоканальная система передачи на УКВ, которая

соревнуется с упомянутой выше проводной ВЧ связью на длинных волнах.

Огромное число проводных магистралей ВЧ связи вызвало к жизни еще один

способ осуществления многоканальной радиосвязи, в котором используются уже

не импульсные, а непрерывно излучающие УКВ передатчики. Они могут

передавать без промежуточных преобразований сигналы, поступающие от

аппаратуры длинных волн на проводные линии ВЧ связи. Эти так называемые

радиорелейные линии связи получили очень большое распространение у нас и за

рубежом. Во всех системах радиорелейных линий -применяются очень маломощные

передатчики и остронаправленные антенны. Примерно через каждые 50—60 км

ставятся промежуточные приемно-передающие станции.

Интенсивное развитие автоматики, которое стало возможным лишь после того,

как эта область техники перешла от управляющей механической и

гидравлической аппаратуры к приборам радиотехники и электроники, требует

очень гибких средств связи. Без наличия такой связи невозможно, например,

управление подвижными объектами: тракторами, судами, самолетами, ракетами и

искусственными спутниками Земли. Большая информационная емкость современных

систем радиосвязи позволяет осуществлять очень сложные программы управления

объектами, а сочетание методов управления по радио с телевидением в пункте

исполнения программы и с техникой радиолокации обеспечивает системе

радиопередачи команд чрезвычайно широкие возможности.

Однако, обнаружилось, что подобная автоматизация требует обработки столь

большого количества передаваемых команд и обратных ответов аппаратуры, за

которыми следуют вновь отправляемые команды коррекции, что человек не может

справиться с таким потоком данных, учитывая необходимость быстрого принятия

решений с учетом всех полученных данных и обстановки.

Выход из этого затруднения дала новая область радиотехники и электроники

— техника вычислительных машин, которая позволила не только ликвидировать

указанные затруднения, но и по-новому решать основную задачу самой техники

связи — увеличивать реальную производительность ее.

Таким образом, система, построенная человеком, в дальнейшем работает без

его непосредственного участия и нуждается в его помощи лишь для ремонта,

профилактики и введения новых общих «заданий» в первоначальную программу,

работы. Такого рода системы автоматической радиосвязи с обработкой

информации в недалеком будущем будут все больше входить в практику

управления, освобождая человека от обработки информации и предоставляя ему

возможность выбирать окончательные решения на основе всех подготовленных

машиной данных.

Радиолокация

Как уже было отмечено ранее, эффект отражения радиоволн от металлических

объектов впервые бы замечен еще А. С. Поповым.

Первые работы по созданию радиолокационных систем начались в нашей стране

в середине 30-х годов. Впервые идею радиолокации высказал научный сотрудник

Ленинградского электрофизического института (ЛЭФИ) П.К. Ощепков еще в 1932

году. Позднее он же предложил идею импульсного излучения.

16 января 1934 года в Ленинградском физико - техническом институте (ЛФТИ)

под председательством академика А. Ф. Иоффе состоялось совещание, на

котором представители ПВО РККА поставили задачу обнаружения самолетов на

высотах до 10 и дальности до 50 км в любое время суток и в любых погодных

условиях. За работу взялись несколько групп изобретателей и ученых. Уже

летом 1934 года группа энтузиастов, среди которых были Б. К. Шембель, В.В.

Цимбалин и П. К. Ощепков, представила членам правительства опытную

установку. Проект получил необходимое финансирование и в 1938 году был

испытан макет импульсного радиолокатора, который имел дальность действия до

50 км при высоте цели 1,5 км. Создатели макета Ю, Б, Кобзарев, П, А,

Погорелко и Н, Я, Чернецов в 1941 году за разработку радиолокационной

техники были удостоены Государственной премии СССР. Дальнейшие разработки

были направлены в основном на увеличение дальности действия и повышение

точности определения координат. Станция РУС- 2 принятая летом 1940 года на

вооружение войск ПВО не имела аналогов в мире по своим техническим

характеристикам , она сослужила хорошую службу во время Великой

Отечественной войны при обороне Москвы от налетов вражеской авиации. После

войны перед радиолокационной техникой новые сферы применения во многих

отраслях народного хозяйства. Без радаров теперь немыслимы авиация и

судовождение. Радиолокационные станции исследуют планеты Солнечной системы

и поверхность нашей Земли, определяют параметры орбит спутников и

обнаруживают скопления грозовых облаков. За последние десятилетия

радиолокационная техника неузнаваемо изменилась.

Стремление увеличить дальность действия привело к тому, что радиолокация,

как и многие другие области техники, пережила эпоху «гигантомании».

Создавались все более мощные магнетроны, антенны все больших размеров,

устанавливавшиеся на гигантских поворотных платформах. Мощность РЛС

достигла 10 и более мегаватт в импульсе. Более мощные передатчики создавать

было уже физически невозможно: резонаторы и волноводы не выдерживали

высокой напряженности электромагнитного поля, в них происходили

неуправляемые разряды. Появились данные и о биологической опасности

высококонцентрированного излучения РЛС : у людей проживающих вблизи РЛС

наблюдались заболевания кроветворной системы, воспаленные лимфатические

узлы. Со временем появились нормы на предельную плотность потока СВЧ

энергии, допустимые для работы человека (кратковременно допускается до 10

мВт/см^2).

Новые требования, предъявляемые к РЛС, привели к разработке совершенно

новой техники, новых принципов радиолокации. В настоящее время на

современных РЛС импульс посылаемый станцией представляет собой сигнал,

закодированный по весьма сложному алгоритму (наиболее распространен код

Баркера), позволяющий получать данные повышенной точности и ряд

дополнительных сведений о наблюдаемой цели. С появлением транзисторов и

вычислительной техники мощные мегаваттные передатчики ушли в прошлое. На

их смену пришли сложные системы РЛС средней мощности объединенные

посредством ЭВМ. Благодаря внедрению информационных технологий стала

возможна синхронная автоматическая работа нескольких РЛС. Радиолокационные

комплексы постоянно совершенствуются, находят новые сферы применения.

Однако есть еще масса неизученного, поэтому эта область науки еще долго

будет интересна физикам, математикам, радиоинженерам; будет объектом

серьезных научных работ и изысканий.

Заключение

Мы очень кратко рассмотрели путь развития радиосвязи и радиолокации,

открытый великим изобретением А. С. Попова. Путь этот не был прямым и

гладким. Для реализации рекомендаций А. С, Попова о создании дальней

радиотелеграфной связи» осуществления радиотелефона, развития радиолокации

потребовалось более 60 лет усиленной работы ученых и инженеров, Советские

радиотехники на многих этапах этой работы шли во главе мировой науки.

Блистательным доказательством высокого уровня советской радиотехники

явилась автоматическая радиосвязь на расстояние около 500 тыс. км,

осуществленная во время запуска первой в мире искусственного спутника.

Успехи советской радиотехники являются бессмертным венком изобретателю

радио А. С. Попову.

Список литературы

1. Васильев А. М. А. С. Попов и современная радиосвязь. М., «Знание»,

1959

2. Лобанов М. М. Из прошлого радиолокации. М., Воениздат, 1969

Страницы: 1, 2, 3