Тайната на Маркони

"Научни и технически статии" - селекция от научни и технически статии по радиоелектронни теми: нови елементи на електронни компоненти, научни разработки в областта на радиотехниката и електрониката, статии за историята на развитието на радиотехниката и електрониката, нови технологии и методи за изграждане и развитие на радиоелектронни устройства, обещаващи бъдещи технологии, аспекти и динамика на развитието на всички области на радиотехниката и електрониката, рецензии на изложби на радиоелектронни теми.

Експертите имат много въпроси, свързани с различни аспекти на първата трансокеанска радиокомуникация. Много от тях са причинени от факта, че радиооборудването от началото на XX век. беше изключително несъвършен, което затрудни определянето на техническите му характеристики. Очевидно следователно самият Маркони и неговите помощници по различно време са цитирали противоречиви съобщения относно техническите данни на използваното от тях радио оборудване.

Все още не е известна високочестотната мощност в антената, осигурена от предавателя, разположен в Полду. Измерването на високочестотна мощност, особено при високи нива, е предизвикателство дори и сега. В началото на ХХ век. Просто беше невъзможно точното измерване на мощността на предавателя и беше определено приблизително въз основа на показанията на много инструменти. Дизайнерът на предавателя в Poldhu A. Flemming изчислява мощността му на 25 kW. Трябва да се подчертае, че Флеминг е бил един от най-опитните дизайнери на предаватели в света по това време и неговата оценка е достоверна. Фигура 1 показва изходната искрова междина на този предавател. Както можете да видите от снимката, искрата е заобиколена от тухлена стена. Това се прави за целите на пожарната безопасност, тъй като по време на работа на предавателя искри отлитаха далеч от ограничителя.

Самият Маркони по всякакъв начин избягваше да отговаря на въпроси за мощността и честотата на предавателя в Полду, очевидно осъзнавайки, че не е в състояние да им отговори точно. Но в една от лекциите си в началото на 30-те години Маркони забелязва, че предавателят, с който е осъществявал първата трансатлантическа комуникация, е с мощност 15 kW [1]. Имайте предвид, че това беше казано само повече от 30 години след самото събитие от вече много опитен човек с богат опит в проектирането на системи за радиопредаване. Очевидно мощността на предавателя в Полду е била приблизително в границите, посочени от Флеминг и Маркони, т.е. беше около 20 kW.

Втората, най-голямата загадка за нас, е дължината на вълната, на която е работил предавателят на Маркони. По различно време, в различни лекции за първата трансатлантическа връзка, Маркони и неговите асистенти посочват няколко дължини на вълните. В лекция, която той изнесе в Кралския институт през 1908 г., Маркони определи дължината на вълната на предавателя на 365,8 м. Но много по-късно, в началото на 30-те години, той вече заяви, че работната дължина на вълната на предавателя, построен от Флеминг, е 1800 м [1 ].

Къде е истината? Коя стойност е вярна? Колкото и да е странно, няма. Може да се предположи, че точната честота на роботизирания предавател наистина е била неизвестна на самия Маркони. С течение на времето той просто направи корекции на очакваната честота на работа на този предавател въз основа на придобития си опит.

Флеминг твърди, че е разчитал, че предавателят му ще работи на 300 м. Но нито той, нито Маркони по това време са могли да предположат, че изборът на такава дължина на вълната е изключително жалко за провеждането на трансатлантически комуникации през деня. Вълни с тази дължина претърпяват значително поглъщане по време на разпространението през деня в слоя на йоносферата D. Това дава сериозни аргументи на онези, които се съмняват във факта на първата трансатлантическа радиокомуникация на Маркони. Това вероятно е причината през 30-те години Маркони да "замени" противоречивата дължина на вълната от 300 м с по-подходяща 1800 м. Радио вълните с тази дължина се отразяват от слой D през деня.

И все пак, каква беше действителната честота на предавателя в Полду? Следващите поколения радиотехници успешно разрешиха тази загадка. При първите предаватели на искри честотата на тяхната работа се определя изцяло от честотата на настройка на антенната система към резонанс с четвърт вълна. Въз основа на известните данни за размерите на антената и дизайна на изходната верига на предавателя в [2], беше изчислена честотата на четвърт-вълновия резонанс на антенната система и, следователно, честотата на предавателя, използван за беше определена първата трансатлантическа комуникация. Изчислената честота се оказа 511 kHz.

По този начин две пъзели, поставени от Маркони, бяха успешно решени: мощността на предавателя в Полду беше приблизително определена и изчислена неговата работна честота. Но все още има други въпроси, все още нерешени до края.

По отношение на използването на този приемник възникват много въпроси. За да настрои веригите на приемника, Маркони трябваше да знае точно честотата на предавателя, разположен в Полду. Ако сте в музей на старите технологии, обърнете внимание на приемните детектори от началото на XX век. Многопозиционни превключватели за бобини, които са градуирани в конвенционални единици, кондензаторни скали, градуирани в градуси. Приемниците са снабдени с номограми за превеждане на позициите на превключвателите, отстраняване на намотките и капацитет на кондензаторите по дължина на вълната. Без да знае точната дължина на вълната на предавателя в Полду, Маркони можеше да настрои приемника си в продължение на дни в търсене на слаби сигнали, преминали през Атлантическия океан, макар и само. Да, ако той не беше експериментирал с приемника си в Англия и не беше донесъл приемаща станция в Канада с приемника, вече настроен на честотата на предавателя. Нещо повече, той е настроен да работи съвместно с антена със същата дължина, която Маркони използва в St. Джон. Познавайки характера на Маркони, неговата прозорливост в най-малките подробности, можем да предположим, че е точно така.

За да работи с този приемник, Маркони взе три кохера. Едната е пълна с трохи от въглища, друга със смес от трохи от въглища и кобалтови дървени стърготини, а третата е експериментален живачен кохерист, който Маркони преди е използвал за работа върху приемници, инсталирани на кораби на италианския флот. Докато първите два вида кохери бяха добре проучени, Маркони тъкмо започваше да експериментира с живачен кохерер. Кохерерът на живак представлява капка живак между два железни контакта (фиг. 3). Според Маркони живачният кохерист е бил най-чувствителен по това време. Използването на високочувствителен живачен кохерер му позволи през онези години да поставя своите рекорди в обхвата на радиокомуникацията.

Но да се върнем към приемащата станция в Св. Джон и насочете вниманието ни към приемащата антена. Маркони упорито се опитва да вдигне антена с дължина точно 150 м на топка. Защо не е съкратил антената, например, на 100 м, за да може да издържи на силен вятър, или не е използвал антена 200 m дължина, която топката може да е вдигнала? Ще се опитаме да отговорим на тези въпроси въз основа на известни факти.

По време на експерименти с първите кохерентни приемници, Маркони открива, че най-голямата сила на сигнала се осигурява от антена с дължина, кратна на половината от дължината на радиовълната, получена от приемника. Следователно, когато се опитва да използва резонансна антена с дължина 150 м, Маркони беше уверен, че дължината на вълната на предавателя в Полду е 300 м.

И тогава се случват напълно непонятни събития. Разполагайки с настроен високочувствителен приемник, Маркони, според уверението на асистента си Р. Вивиан [3], по неизвестна причина не го е използвал, а е получил само високочувствителен живачен кохерер, свързан към антена и слушалки. И на този прост приемник Маркони успя да чуе сигнали от Англия!

Предложеното оформление на приемника на Маркони, използван от него за трансатлантически комуникации, е показано на фиг. 4. Обмислете го внимателно. Диаграмата показва: антена с четвърт вълна, която е резонансна за получения сигнал, живачен кохерист, слушалки, акумулаторна батерия. Когато изчислява да използва полувълнова резонансна антена за дължина на вълната 300 m, Маркони случайно използва четвърт вълнова резонансна антена за действителната честота на предавателя. Всъщност дължината на вълната за 511 kHz е 587 m, а четвърт дължината на вълната е 147 m, което е много близо до дължината на антената, използвана от Маркони.

Нека продължим разглеждането на веригата от загадки. Счита се за малко вероятно с такъв прост приемник да е възможно да се приемат сигнали от предавател от Poldhu на 3500 км. Тази незначителна мощност на електромагнитната енергия, която идваше от Англия в Канада, очевидно не беше достатъчна, за да прехвърли живачния кохерист в режим на кохеринг. За да приема на такова голямо разстояние, живачният кохерист трябва да работи поне в режим на откриване. Но дори и в този случай, за надеждно приемане на такива отдалечени сигнали, приемникът на детектора трябва да има усилване!

В схемата на приемника няма усилващи елементи (фиг. 4). Колкото и да е странно, усилването в него е напълно възможно. Въпросът е, че в живачния кохерист между живака и контактите се образува тънък оксиден филм, който, както вече знаем, може да има N-образна характеристика. В резултат живачният кохерист в приемника на Маркони може да работи като един вид аналог на тунелен диод и да има усилване! През 20-те години в СССР известният радиоинженер О. В. се занимава с изследвания на свойствата на оксидните филми с N-образна характеристика. Лосев. През 1922 г. той построява детектор на цинков оксид диод, който има значително увеличение (около 15). С това усилване Маркони можеше да получи сигнали от предавателна станция от Полду.

Не може да се отрече напълно, че първата трансатлантическа радиокомуникация е могла да бъде осъществена с помощта на високочестотни хармоници, генерирани по време на работа на искров предавател. През 60-те години в Давънтри (Великобритания) за кратко е включен искров телеграфен предавател, подобен по дизайн на този, използван от Маркони. Честотата на този предавател беше 540 kHz, тоест близка до тази, използвана за първата трансатлантическа комуникация. Инженерът Р. Макголдуик, който присъства на тези тестове, пише [4], че честотният спектър на този искров предавател се е разширил над 50 MHz.

С мощност на предавател в Poldhu от 15-25 kW, мощността на високочестотните хармоници, лежащи в късовълновия диапазон, би могла да бъде напълно достатъчна, за да бъде получена уверено на разстояние от 3500 км. Антена, използвана заедно с този предавател, може да бъде подходяща за излъчване на високочестотни хармоници и живачен кохерер може успешно да регистрира сигнали, лежащи в късата вълна.

Коректността на тази версия може да бъде потвърдена само чрез експеримент. Но предавателната антена, която се използва за първата трансатлантическа комуникация, отдавна е изчезнала; оригиналният предавател е загубен в дивата природа от години. Усложнява подобен експеримент фактът, че включването на искров предавател в съвременния свят, изпълнен с разнообразни радиоелектронни средства, е просто невъзможно! Смущенията, създадени дори от един мощен предавател на искри, значително ще усложнят работата на електронните системи по света. Нашият глобус стана малък за предаватели на искри и за експерименти с тях.

Стигаме до заключението, че създаването на първата трансатлантическа радиокомуникация Маркони беше придружено от невероятен късмет, щастлива комбинация от много фактори, допринесли за успеха. Прекалено много инциденти, ще каже читателят, се съберат. Това е просто невъзможно! Историята обаче понякога доказва друго. Първата трансатлантическа радиокомуникация е резултат от постоянната и старателна работа на Маркони, неговите титанични усилия за подобряване на първите средства за радиокомуникация.

Bondyopadhyay P. B. Изследвания относно правилната дължина на вълната на предаванията на трансатлантическия безжичен сигнал на Маркони от декември 1901 г. // IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium Digest. - 1993. -№12.-П. 72-75.
Реакция на Belrose J. S. Radioscientist към първия трансатлантически безжичен експеримент на Маркони, преразгледан // IEE APS/URSI Meeting, Boston, MA/- юли 2001 г.
Philips V. S. Скандалът с италианския флот Coherer в началото на века // IEEE Proceedings. - A, 140. - 1993. - P. 175-185.
Paul McGoldvick Нека Guglielmo почива // www.chipcenter.com/ Безжична, радиочестотна и полупроводникова информация за инженер, htm.

Автор: И.Н. Григоров, Белгород, Русия

Тайната на Маркони

Мнения на читателите