Загадка Марконі
"Науково-технічні статті" - добірка науково-технічних статей радіоелектронної тематики: новинки електронних компонентів, наукові розробки в галузі радіотехніки та електроніки, статті з історії розвитку радіотехніки та електроніки, нові технології та методи побудови та розробки радіоелектронних пристроїв, перспективні технології майбутнього, аспекти та динаміка розвитку всіх напрямків радіотехніки та електроніки, огляди виставок радіоелектронної тематики.
У фахівців виникає багато питань, що належать до різних моментів проведення першого трансокеанського радіозв'язку. Багато хто з них викликаний тим, що радіоапаратура початку XX ст. була вкрай недосконалою, через що виникали труднощі щодо її технічних характеристик. Очевидно тому сам Марконі та його помічники в різний час наводили повідомлення, що суперечать один одному, про технічні дані використовуваної ними радіоапаратури.
Досі точно невідома високочастотна потужність в антені, яку забезпечував передавач, розташований у Poldhu. Вимірювання високочастотної потужності, особливо її високих рівнів, навіть у час представляє складне завдання. На початку XX ст. точно виміряти потужність передавача було неможливо, і визначали її приблизно виходячи з показань багатьох приладів. Конструктор передавача в Poldhu А. Флеммінг оцінював його потужність 25 кВт. Слід підкреслити, що Флеммінг на той час був одним з найдосвідченіших конструкторів передавачів у світі, і його оцінка заслуговує на довіру. На рис.1 показаний вихідний іскровий розрядник цього передавача. Як видно з фотографії, розрядник оточений цегляним муром. Це зроблено з метою пожежної безпеки, оскільки під час роботи передавача іскри розліталися далеко від розрядника.
СамМарконі всіляко ухилявся від відповідей на питання про потужність і частоту передавача в Poldhu, очевидно розуміючи, що точно відповісти на них він не в змозі. Але в одній зі своїх лекцій на початку 30-х Марконі помітив, що передавач, який він використовував для проведення першої трансатлантичної зв'язку, мав потужність 15 кВт [1]. Сказано це було лише через 30 років після самої події вже досвідченою людиною, що має величезний досвід у конструюванні радіопередаючих систем. Очевидно, величина потужності передавача в Poldhu лежала приблизно межах, зазначених Флеммингом і Марконі, тобто. становила близько 20 квт.
Другу, найбільшу нам загадку, представляє довжина хвилі, де працював передавач Марконі. У різний час у різних лекціях, присвячених проведенню першого трансатлантичного зв'язку, Марконі та його помічники називали кілька довжин хвиль. Марконі в лекції, яку він давав у Royal Institution у 1908 р., визначив довжину хвилі передавача у 365,8 м. Але набагато пізніше, на початку 30-х років, він уже стверджував, що довжина робочої хвилі передавача, побудованого Флеммінгом, становила 1800 м [1].
Де ж правда? Яка величина правильна? Як не дивно, жодна. Можна припустити, що точна частота роботи передавача справді була невідома самому Марконі. З часом він просто вносив у передбачувану частоту роботи цього передавача корекції, ґрунтуючись на своєму набутому досвіді.
Флемінг стверджував, що він розраховував свій передавач для роботи на довжині хвилі 300 м. Але ні він, ні Марконі на той час не могли припустити, що вибір такої довжини хвилі був вкрай невдалим для трансатлантичного зв'язку в денний час. Хвилі такої довжини зазнають значногопоглинання при денному поширенні в шарі іоносфери D. Це дало в руки серйозні аргументи, що сумніваються у факті проведення Марконі першого трансатлантичного радіозв'язку. Ймовірно, саме тому в 30-ті роки Марконі "замінив" спірну довжину хвилі 300 м більшої за 1800 м. Радіохвилі такої довжини відбиваються від шару D у денний час.
А все ж таки, якою насправді була частота роботи передавача в Poldhu? Наступні покоління радіотехніків успішно вирішили цю загадку. У перших іскрових передавачах частоту їхньої роботи повністю визначала частота налаштування антени на чвертьхвильовий резонанс. На підставі відомих даних про розміри антени і конструкції вихідного ланцюга передавача [2] була розрахована частота чвертьхвильового резонансу антеної системи і, отже, визначена частота передавача, що використовується для першої трансатлантичної зв'язку. Розрахункова частота дорівнювала 511 кГц.
Так було успішно вирішено дві загадки, поставлені Марконі: приблизно визначено потужність передавача в Poldhu та розраховано його робочу частоту. Але залишилися ще інші питання, які досі невирішені.
Саме щодо застосування цього приймача виникає багато питань. Для налаштування ланцюгів приймача Марконі повинен був точно знати частоту роботи передавача, що у Poldhu. Якщо ви будете у музеї старої техніки, зверніть увагу на детекторні приймачі початку XX ст. Багатопозиційні перемикачі котушок, градуйовані в умовних одиницях, шкали конденсаторів, градуйовані в градусах. До приймачів додаються номограми для перекладу положень перемикачів, відведення котушок та ємності конденсаторів у довжину хвилі. Не знаючи точно довжини хвилі передавача в Poldhu, Марконі міг би цілодобово налаштовувати свійприймач у пошуках слабких сигналів, що пройшли через Атлантичний океан, якби. Так, якби він не експериментував зі своїм приймачем в Англії і не привіз на приймальну станцію в Канаду вже налаштований на частоту роботи передавача приймач. Причому налаштований роботи спільно з антеною тієї довжини, яку використовував Марконі в St. Джон's. Знаючи характер Марконі, його передбачливість у найменших дрібницях, можна припустити, що саме так і було.
Для роботи спільно з цим приймачем Марконі взяв три когерери. Один, заповнений вугільними крихтами, інший - сумішшю вугільних крихт і кобальтової тирси і третій - експериментальний ртутний когерер, який Марконі до цього використовував для роботи на приймачах, встановлених на кораблях італійського морського флоту. Якщо перші два типи когерерів були добре вивчені, то з ртутним когерером Марконі лише починав експериментувати. Ртутний когерер був краплю ртуті, що знаходиться між двома залізними контактами (рис.3). За твердженнями Марконі, ртутний когерер на той час був найчутливішим. Саме застосування високочутливого ртутного когерера дозволило йому в ті роки встановити свої рекорди за дальністю радіозв'язку.
Але знову повернемося на приймальну станцію в St. John's і звернемо увагу на приймальну антену. Марконі вперто намагається підняти на кулі антену довжиною рівно 150 м. Чому він не вкоротив антену, наприклад до 100 м, щоб вона витримала сильний вітер, або не використовував антену довжиною 200 м, яку куля теж цілком змогла б підняти? Постараємося відповісти на ці питання, ґрунтуючись на відомих фактах.
Марконі при експериментах із першими когерерними приймачами виявив, що найбільшу силу сигналів забезпечує антена довжиною, кратною половинідовжини радіохвилі, що приймається приймачем. Отже, намагаючись використати резонансну антену довжиною 150 м, Марконі був упевнений, що довжина хвилі передавача в Poldhu дорівнює 300 м.
А далі відбуваються незрозумілі події. Маючи налаштований високочутливий приймач, Марконі, за запевненням його помічника Р. Вівіана [3], з незрозумілих причин його не використовував, а вів прийом лише на високочутливий ртутний когерер, підключений до антени і навушників. І цей простий приймач Марконі зміг почути сигнали з Англії!
Передбачувана схема приймача Марконі, яка використовується для трансатлантичного зв'язку, представлена на рис.4. Уважно розглянемо її. На схемі показані: чвертьхвильова антена, що є резонансною для сигналу, що приймається, ртутний когерер, навушники, акумуляторна батарея. Розраховуючи використовувати напівхвильову резонансну антену для довжини хвилі 300 м, Марконі випадково використовував чвертьхвильову антену резонансну для дійсної частоти роботи передавача. Насправді, довжина хвилі для частоти 511 кГц становить 587 м, а чверть довжини хвилі -147 м, що дуже близько до довжини антени, що використовується.
Далі продовжимо розгляд ланцюга загадок. Вважається малоймовірним, що з таким простим приймачем можна було прийняти сигнали передавача з Poldhu, що знаходиться на відстані 3500 км. Тієї мізерно малої потужності електромагнітної енергії, що дійшла з Англії до Канади, було явно недостатньо для переведення ртутного когерера в режим когерування. Для прийому на такому великому видаленні ртутний когерер повинен працювати як мінімум як детектування. Але навіть у цьому випадку для впевненого прийому настільки далеких сигналів детекторний приймач повинен мати посилення!
У схемі приймача(Рис.4) відсутні підсилювальні елементи. Однак, хоч як це дивно, посилення в ньому цілком можливе. Справа в тому, що в ртутному когерері між ртуттю і контактами утворюється тонка плівка оксиду, яка, як ми тепер знаємо, може мати N-подібну характеристику. Внаслідок цього ртутний когерер у приймачі Марконі міг працювати як своєрідний аналог тунельного діода і мати посилення! Дослідженнями властивостей плівок оксидів, що мають N-подібну характеристику, у 20-ті роки в СРСР займався відомий радіотехнік О.В. Лосєв. У 1922 р. він збудував детекторний приймач з діодом на основі окису цинку, який мав значний коефіцієнт посилення (близько 15). За такого посилення Марконі цілком міг прийняти сигнали передавальної станції з Poldhu.
Не можна повністю заперечувати те, що перший трансатлантичний радіозв'язок міг бути проведено на високочастотних гармоніках, які у процесі роботи іскрового передавача. У 60-ті роки в Daventry (Велика Британія) короткочасно був включений іскровий телеграфний передавач, аналогічний за конструкцією того, що використовував Марконі. Частота роботи цього передавача дорівнювала 540 кГц, тобто близька до використовуваного для першої трансатлантичної зв'язку. Присутній при цих випробуваннях інженер Р. Макголдвік пише [4], що спектр частот цього іскрового передавача сягав 50 МГц.
При потужності передавача в Poldhu 15-25 кВт потужність високочастотних гармонік, що лежать у короткохвильовому діапазоні, могла бути достатньою для того, щоб бути впевнено прийнятою на відстані 3500 км. Для випромінювання високочастотних гармонік цілком могла підійти антена, використовувана разом із цим передавачем, а ртутний когерер міг успішно реєструвати сигнали, що у діапазоні коротких хвиль.
Правоту цюверсії міг би підтвердити лише експеримент. Але вже давно немає тієї передаючої антени, яка була використана для проведення першого трансатлантичного зв'язку, загубився в нетрях років оригінальний передавач. Ускладнює проведення такого експерименту і те, що включення іскрового передавача в сучасному світі, наповненому різноманітними радіоелектронними засобами просто неможливо! Перешкоди, створювані навіть одним потужним іскровим передавачем, значно ускладнять роботу радіоелектронних систем всього світу. Наша земна куля стала маленькою для іскрових передавачів та для експериментів з ними.
Приходимо до висновку, що при встановленні першого трансатлантичного радіозв'язку Марконі супроводжував неймовірний успіх, щасливе поєднання багатьох факторів, що сприяли успіху. Занадто багато випадковостей, скаже читач, зібралися разом. Таке просто неможливе! Проте історія іноді доводить протилежне. Перший трансатлантичний радіозв'язок став результатом постійної та копіткої роботи Марконі, його титанічних зусиль щодо вдосконалення перших засобів радіозв'язку.
- Bondyopadhyay P. В. Investigations on Correct Wavelength of Transmissions of Marconi's December 1901 Transatlantic Wireless Signal// IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium Digest. – 1993. -№12.-P. 72-75.
- Belrose J. S. Radioscientist's Reaction to Marconi's first transatlantic Wireless Experiment Revisted // IEE APS/URSI Meeting, Boston, MA/- July 2001.
- Philips V. S. Італійський Navy Coherer порушує тур з центру шпильки// IEEE Proceedings. - A, 140. - 1993.-P. 175-185.
- Paul McGoldvick Let Guglielmo Rest // www.chipcenter.com/Wireless, RF і semiconductors information for engineer, htm.
Автор: І.М. Григорів, м. Білгород, Україна