Доклад по ИРСС_1. Появление ламповых радиопередатчиков. Начало радио амвещания
 Скачать 26.41 Kb.
|
|
Появление ламповых радиопередатчиков. Начало радио АМ-вещания План выступления Что такое амплитудная модуляция (АМ) Первые опыты по передаче АМ сигнала Предпосылки к созданию массового АМ вещания (ламповые диоды, триоды, радиопередатчик А.Мейснера) Совершенствование АМ-вещания. Вклад АМ-вещания в развитие техники связи Амплитудная модуляция (АМ) – модуляция, при которой незатухающие колебания изменяются по амплитуде в соответствии с модулирующими его колебаниями более низкой частоты. АМ сигнал образуется перемножением двух колебаний: сообщения и «несущей». Сообщением может быть любой низкочастотный сигнал. В начале развития АМ-вещания сообщением был любой звук: человеческий голос, музыка. АМ-вещание было первым воплощением человеческой мечты передавать на огромные расстояния информацию понятную человеку. Первым шагом в этом направлении была радиотелеграфия. С ее помощью можно было передавать при помощи разных кодов символьные сообщения на большие расстояния, но для обычного человека эта информация была недоступна и требовались специальные устройства, которые преобразовывали импульсы в конкретные символы. Превратить радио в доступную для всех среду общения стало целью для многих ученых и изобретателей. Первый серьезный шаг в этом направлении сделал американец канадского происхождения Реджинальд Обри Фессенден. В своем страстном желании сделать «идеальный» приемник он прошел множество испытаний. Он работал в лаборатории Эдиссона, после увольнения работает на разных высоких должностях, но бросает все и уходит в Бюро прогнозов погоды ради реализации своей мечты, а затем и в национальную электрическую сигнальную компанию. Изобретатель приходит к убеждению, что для передачи звука хорошего качества нужен генератор переменного тока высокой частоты. Такой генератор в 1906 году был изобретен шведом Александерсоном, который предоставил в распоряжение канадца генератор с частотой 50 килогерц. Уже вечером 24 декабря 1906 года Фессенден, используя генератор Александерсона, впервые в мире осуществил трансляцию радиопрограммы. Моряки судов американского флота от Атлантики до Карибского бассейна смогли собственными ушами услышать музыку (играл фонограф, а также сам Фессенден на скрипке - отрывок из "O, святая ночь"), куплет песни "Почитание и смирение" под ту же скрипку и текст из Библии ("Слава Богу на небесах и людям доброй воли на земле"). Так впервые была осуществлена радиопередача звукового сообщения на большие расстояния без проводов, и был реализован метод амплитудной модуляции. Термин модуляция впервые применил именно Фессенден. Его передатчик состоял из генератора Александерсона, специального угольного микрофона и антенны. Угольный микрофон включался между генератором и антенной. Под действием звуковых колебаний менялось сопротивление микрофона и, соответственно, менялась амплитуда высокочастотных колебаний на антенне. Происходила модуляция высокочастотного сигнала. Использование механических генераторов высокочастотных колебаний было тупиковой ветвью развития радиосвязи. Пределом частотных колебаний для них было десятки килогерц. КПД таких передатчиков был меньше, чем у паровоза. Форма высокочастотного сигнала не была идеальной синусоидой, что приводило к появлению дополнительных гармоник и ухудшало избирательность сигнала. Для поддержания стабильной частоты требовались специальные технические решения. Появление электронных ламп – диодов и триодов дало толчок развитию радиосвязи и, конкретно, АМ-вещания. Пытаясь усовершенствовать применявшиеся в те годы детекторы электромагнитных колебаний (когерер, магнитный и кристаллический детекторы и др.), Флеминг в 1904 г. изобрел первую радиолампу — диод. Применение в приемниках диода вместо известных в те годы детекторов сигналов, не на много повысило их чувствительность, однако диод имел большую надежность и быстро нашел широкое применение в радиоприемной аппаратуре. Ключевое событие в электронике произошло в 1907 г. когда американский инженер Ли де Форест (Lee De Forest 1873-1961 гг.) получил патент на триод — лампу с анодом, сеткой и катодом. Ли де Форест ввел в электронную лампу между ее анодом и катодом сетку. Это позволило, незначительно изменяя напряжение между сеткой и катодом, регулировать величину тока, протекающего в анодной цепи. Таким образом, появилась возможность осуществить усиление сигналов, поступающих в сеточную цепь лампы. Следующим шагом в развитии АМ-радиосвязи было создание ламповых генераторов. Первые ламповые генераторы гармонических колебаний были созданы несколькими исследователями в 1912-1914 гг. По-видимому, первым, кто создал в 1912 г. регенеративный приемник с трансформаторной положительной обратной связью был австрийский инженер 3. Штраус. Его работа осталась малоизвестной, однако она оказала влияние на крупного немецкого инженера Александра Мейсснера, разработавшего генератор таких колебаний в 1913 г. В июне того же года он создал первый ламповый передатчик и испытал его на экспериментальной линии радиотелефонной связи между Берлином и Науэном длиной 36 км. Предложенная им схема сразу же получила широкое распространение. Патент на это изобретение был выдан А. Мейсснеру в 1919 г. Основой генератора являлась вакуумная лампа, к аноду которой был подключен колебательный контур (катушка индуктивности с параллельно включенным конденсатором). Частота собственных колебаний соответствовала рабочей частоте передатчика. Следующим важным элементом была катушка обратной связи, индуктивно связанная с катушкой колебательного контура. Катушка обратной связи подключалась между катодом и сеткой электронной лампы. Катушка обратной связи подключалась в сетке так, что энергия от нее совпадала по фазе с первоначальными колебаниями в колебательном контуре. За счет подбора коэффициента положительной обратной связи в генераторе возникали незатухающие гармонические колебания. При стабильных параметрах (напряжение сети, температура окружающей среды, коэффициент положительной обратной связи) генератор создавал идеальные синусоидальные колебания со стабильной высокой частотой. Эти колебания передавались в антенну. Следующей задачей, которую решил Мейсснер, была модуляция высокочастотных колебаний. Предложенный им метод был назван методом поглощения. Суть его состояла в том, что часть высокочастотных колебаний в части колебательного контура поглощалась на параллельно включенной электронной лампе (триоде). Проводимость этой электронной лампы модулировалась за счет подачи на ее сетку через разделительный трансформатор сигнала с микрофона. За счет такого решения на высокочастотные колебания генератора накладывались низкочастотные колебания от микрофона. Происходила амплитудная модуляция. В эфир поступало сообщение. Недостатком такого способа модуляции был низкий коэффициент полезного действия – часть высокочастотной энергии просто превращалась в тепло на модулирующей лампе. Все последующие способы модуляции заключались в модуляции тока сетки или анодной модуляции. Эти способы модуляции имели более высокий коэффициент полезного действия. В качестве задающих генераторов в дальнейшем были разработаны и широко применялись трехточечные генераторы Хартли и Колпитца. Одновременно с развитием техники радиопередачи совершенствовалась и техника радиоприема. До 1960-х годов в течение более 50 лет при конструировании радиоприемных устройств самого разного назначения использовались электронные лампы Основные принципы, лежавшие в основе построения схем приемных которым руководствуются и ныне, были разработаны учеными и инженерами до 1930-х годов. Практически одновременно исследователями разных стран были предложены ламповые приемники - регенеративный, сверхрегенеративный, супергетеродинный и инфрадинный. Все технические решения в области радиоприема были направлены на повышение чувствительности, избирательности и помехозащищенности. Быстрое развитие систем радиосвязи и вещания сделало необходимым выделение для их работы большого числа частотных каналов. В 1920-х годах были освоены только два диапазона длинных (ДВ) и средних (СВ) волн. Дефицит радиочастотного спектра поставил на повестку дня проблему стабилизации частоты передатчиков, так как у генераторов на LC элементах стабильность частоты была низкой и составляла величину порядка 10-3. Радиостанции, частоты которых имели столь низкую стабильность, использовали радиочастотный спектр неэффективно, так как занимали в эфире заметно большую полосу частот, чем это было необходимо для качественной передачи сигналов. Решение проблемы стабилизации частоты пришло с появлением кварцевых резонаторов – приборов, использующих пьезоэффект. Решающий вклад в решение вопросов стабилизации частоты передатчиков с помощью кварцевых резонаторов сделали американские инженеры В. Кэди и Дж. Пирс. Следующим направлением развития АМ-вещания было увеличение мощности радиопередатчиков. Это было особенно важно для развития радиовещания, так как мощные радиостанции могли обеспечить значительную зону обслуживания. Первые два десятилетия радиовещания отмечены непрерывным ростом мощностей отдельных радиостанций, работавших в диапазонах ДВ и СВ. На отдельных станциях, построенных в 1914-1919 гг., число параллельно включенных ламп было очень большим. Так, например, в передатчике в городе Регби (Англия), построенном фирмой «Маркони», количество ламп в усилителе мощности доходило до 60. В городе Арлингтон (США) была создана в 1919 г. радиотелефонная станция, работавшая на волне 6000 м, выходной каскад которой имел в зависимости от необходимой мощности от 300 до 550 ламп. В построенной в 1922 г. под руководством А. М. Бонч-Бруевича Московской Центральной радиотелефонной станции мощностью 12 кВт модуляторный и генераторный каскады имели по 12 параллельно включенных ламп. С развитием электровакуумной техники для создания мощных передатчиков стали разрабатываться лампы высокой мощности [2]. В середине 1930-х годов мощности генераторных ламп отпаянной конструкции достигли 300 кВт. Дальнейшее увеличение мощности оказалось легче осуществимым у ламп разборной конструкции, работавших под откачкой. В последующие годы были разработаны лампы мощностью более 500 кВт. Развитие АМ-вещания шло взрывными темпами. Например, к 1 июля 1930 г. число батарейных и сетевых радиоприемников у населения США достигло 13,5 млн шт. Большое внимание уделялось развитию радиовещания и в Советской России. Правда, перед радиовещанием ставилась не развлекательная, а пропагандистская цель. В феврале 1920 года председатель Совнаркома В. И. Ленин писал руководителю Нижегородской радиолаборатории М. А. Бонч-Бруевичу: “Газета без бумаги” и “без расстояний”, которую Вы создаете, будет великим делом. Всяческое и всемерное содействие обещаю Вам оказывать этой и подобным работам”. На развитие Нижегородской лаборатории в труднейшие для молодой советской республики годы всегда находились деньги. В 1926 г. в Москве, на Шаболовке, был построен радиовещательный передатчик мощностью 40 кВт; его регулярная работа началась в 1927 г. В историю советской радиотехники этот передатчик вошел под названием “Новый Коминтерн”. Создателями станции были М. А. Бонч-Бруевич, М. А. Кугушев и В. В. Татаринов. В СССР с его громадной территорией, удручающим состоянием промышленного производства радиоприемников главной задачей было создание мощных радиовещательных станций, позволяющих вести прием на детекторные и радиолюбительские приемники. В мощном радиостроении Советскому Союзу не было равных в мире. Для AM вешания в диапазонах низких, средних и высоких частот в настоящее время выделено всего 135 частотных каналов, в которых общее число действующих в разных странах передатчиков составляет примерно 3000. Суммарная мощность этих передатчиков колоссальна и составляет около 50 МВт. Таким образом, насыщенность этих диапазонов частот работающими станциями AM вещания весьма велика. В развитии АМ-вещания наступил предел. На смену ему пришло частотно-модулированное и цифровое вещание, но влияние АМ вещания на развитие мировой цивилизации невозможно переоценить. |