Изобретение радио принципы радиосвязи доклад
Обновлено: 30.06.2024
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
Александр Степанович Попов одним из первых в России занялся изучением электромагнитных волн. Он начал с повторения опытов Герца, но затем нашел более надежный и чувствительный способ приема электромагнитных волн.
Попов применил когерер (от лат. - “когеренция” - “сцепление”) в качестве детали непосредственно регистрирующей электромагнитные волны. Этот прибор представляет собой стеклянную трубку с двумя электродами. Внутри трубки находятся мелкие металлические опилки.
В основу работы прибора когерера положено влияние электрических разрядов на металлические порошки. Все происходит следующим образом: в обычных условиях опилки имеют довольно плохой контакт друг с другом, поэтому когерер обладает большим сопротивлением. Пришедшая электромагнитная волна создает в когерере переменный ток высокой частоты. Опилки спекаются из-за мельчайших искорок, проскакивающих между ними. В результате сопротивление когерера резко падает со 100000 до 1000 - 500 Ом, то есть в 100-200 раз. После этого нужно вернуть прибору большое сопротивление. Это можно сделать просто встряхнув его. Но прибор должен работать автоматически для осуществления беспроволочной связи. Поэтому А.С. Попов использовал звонковое устройство для встряхивания когерера после приема сигнала. Срабатывало реле, включался звонок, и когерер получал “легкую встряску”, в результате чего сцепление между металлическими опилками ослабевало, и они были готовы принять следующий сигнал.
А.С. Попов создал первую антенну для беспроволочной связи, заземлив один из выводов когерера и присоединив другой к высокоподнятому куску проволоки. Это позволило повысить чувствительность аппарата, так как заземление превращает проводящую поверхность земли в часть открытого колебательного контура.
Основные принципы работы современных радиоприемников те же, что и в приборе А.С. Попова. Они также имеют антенну, в которой приходящая волна вызывает очень слабые электромагнитные колебания. Энергия этих колебаний не используется непосредственно для работы приемника. Такие слабые сигналы управляют источниками энергии, питающими последующие цепи. Управление осуществляется при помощи полупроводниковых приборов.
А.С. Попов впервые продемонстрировал действие своего прибора 7 мая 1895г. на заседании Русского физико-химического общества в Петербурге. Этот прибор стал первым в мире радиоприемником, а день 7 мая стал днем рождения радио. И сейчас он ежегодно отмечается в России.
Изобретатель продолжал совершенствовать приемную аппаратуру, поставив себе цель построить прибор для передачи сигналов на большие расстояния. Вначале радиосвязь была установлена на расстоянии 250 м. Вскоре удалось добиться дальности связи более 600 м. Затем на маневрах Черноморского флота в 1899г. ученый установил радиосвязь на расстоянии свыше 20км, а в 1901г. дальность радиосвязи была уже 150км.
Изменились способы регистрации сигнала. Параллельно звонку был включен телеграфный аппарат. Это позволило вести автоматическую запись сигналов.
Также была использована новая конструкция передатчика. Появился колебательный контур, индуктивно связанный с антенной и настроенный с ней в резонанс. В нем был размещен искровой промежуток.
Cкоро при участии А.С. Попов началось внедрение радиосвязи на флоте и в армии России. В начале 1900г. радиосвязь была успешно использована во время спасательных работ в Финском заливе. Через 5 лет после постройки первого приемника начала действовать регулярная линия беспроволочной связи на расстоянии 40 км. Опыты продолжались и совершенствовались приборы, медленно, постепенно увеличивалась дальность действия радиосвязи. Благодаря радиограмме, переданной зимой 1900г., удалось спасти рыбаков, которых шторм унес в открытое море.
История изобретения радио
Открытие электромагнитного поля в 1845 году, к которому долго шел английский ученый-физик М. Фарадей, стало сенсацией 19 века. Спустя два десятилетия, тоже англичанин – Д. К. Максвелл теоретически обосновал и сформулировал существование электромагнитных волн, одним из видов которых являются радиоволны. Человек их не видит и не ощущает, поэтому без обоснования теории электродинамики было бы невозможно создание самого радиоприемника.
Эти два открытия и послужили отправной точкой изобретения радио, хотя не сразу были приняты научным сообществом. Было сделано множество работ и изобретений. Только по прошествии еще двадцати лет, в 1886-88 годах, немецкий ученый Генрих Герц поставил удачный эксперимент с простым прибором, состоящим из генератора и резонатора, и зафиксировал излучение электромагнитных волн на короткое расстояние. Но практического применения этой конструкции Г. Герц не видел.
Генрих Рудольф Герц
Физики разных стран год за годом проводили эксперименты по усовершенствованию электромагнитных волновых приемников и расширению диапазона передачи сигнала. Среди этих ученых были Т. Эдисон в 1876-85 годах, О. Лодж и Э. Бранли в 1889-90 годах, Н. Тесла в 1891-93 годах, индийский физик Д. Чандра Бозе в 1894 году и многие другие
Первое радио Попова
Кто первый создатель радио
Ученые всего мира искали способы передачи сигналов на расстояние. Изобретателями радиоприемника по праву считают нескольких претендентов, которые работали одновременно, но никак не были связаны между собой. Эти фамилии многие знают – русский ученый Александр Попов, американец Никола Тесла, итальянский предприниматель . Гульельмо Маркони.
Н. Тесла первым запатентовал свое изобретение, которое использовалось для дальнейшего развития радиосвязи. Он продемонстрировал, как генератор переменного тока производит колебания токов высокой, для того времени, частоты, и метод подавления звука при помощи этих частот. Он первым зафиксировал явление электрического резонанса. Весной 1891 года Н. Тесла получил американский патент на свой инновационный метод.
Уже в 1893 году американский ученый читает лекции и демонстрирует как при помощи резонанс-трансформатора можно передавать электрические сигналы в эфир. Он доказывает, что эту техническую систему можно использовать для беспроводной связи.
Никола Тесла
Российскому физико-химическому сообществу Александр Попов читал доклад весной 1895 года и тогда продемонстрировал усовершенствованный прибор О. Лоджа. Позднее, в 1896 году, русский ученый опубликовал статью в научном издании о создании им в 1895 году прибора приема электромагнитных колебаний на расстояние до 60 м, который в дальнейшем может быть применен для передачи сигналов на большие расстояния.
В Италии Гульельмо Маркони так же работает над созданием передачи и приема телеграфного сигнала, и весной 1895 года провел эксперимент передачи сигнала на несколько сотен метров. Летом 1896 года итальянский предприниматель подает заявку на получение патента Великобритании на изобретение своей аппаратуры. В сентябре он успешно демонстрирует прием сигнала на расстояние до 2,5 км. В июле 1897 года Маркони получает патент, оформленный от 2 июня 1896 года.
Гульельмо Маркони
Принцип работы радио
Радио – это первая беспроводная связь. Носителем сигнала являются радиоволны, распространяющиеся в пространстве. Это невероятно простое устройство, которые используется в разных ситуациях. Например, радио-няня – маленький аппарат в детской комнате принимает звук и передает его родителям, находящимся в другом помещении. По такой связи можно отправлять не только звуковые сигналы, но и изображения на огромные расстояния.
Впервые, в радиоприемнике, изобретенном А. Поповым для Российского военно-морского флота, был применен когерер – прибор, чувствительный к электромагнитным волнам. Один вывод когерера был заземлен, другой, присоединен к проволоке и высоко поднят.
Схема радио Попова
Устройство первого радиоприемника А. Попова имеет следующие детали:
- электромагнитное реле;
- батарея (источник постоянного тока);
- антенный провод;
- когерер;
- молоточек звонка;
- чашечка звонка;
- электромагнит звонка.
Принцип работы таков:
1) Высокочастотные колебания формируются в радиопередатчике – это несущий сигнал или несущая частота, на которую накладывается информация и происходит модуляция с помощью электрических колебаний низкой частоты. Антенна передает в эфир радиоволны (модулированный сигнал).
2) Приемная антенна находит модулированные сигналы и отправляет в радиоприемник.
3) Детектор в приемнике выделяет полезный сигнал нужной несущей частоты из множества радиосигналов от разных радиопередатчиков.
Существует история появления этого термина в индустрии трансляций радио и телевидения:
В 1909 году калифорнийский преподаватель колледжа электроники, изобретатель Ч. Геррольд создает радиостанцию. Он использует технологию с искровым разрядником. Несущая частота модулируется голосом, позже еще и музыкой. Его музыкальные и новостные передачи сначала слушали ученики и выпускники колледжа.
Чарльз Геррольд за работой на радиостанции
Развитие радио и радиовещания
В 1897 году Г. Маркони сделал существенный прорыв в развитии радиовещания. Он соединил приемник с телеграфным аппаратом, а передатчик с ключом Морзе, и получил радиотелеграфическую связь. По его мнению, антенны приёмника и передатчика должны были быть одной длины, что повышало мощность передатчика. К тому же, А. Попов отмечал лучшую чувствительность детектора Гульельмо Маркони.
В конце 1898 года, француз Э. Дюкретэ начинает мало-серийный выпуск приемников системы А. Попова.
Радиомастерская в Кронштадте. Александр Попов (справа)
В 1906 году ученые-изобретатели Р. Фессенден и Л. Форест обнаружили принцип амплитудной модуляции радиосигнала низкочастотным сигналом. Это сделало возможным передавать человеческую речь и музыку в эфире. 24 декабря корабли в море услышали Р. Фессендена – он читал отрывки из библии и играл на скрипке.
В 1907 году Г. Маркони создал постоянно действующую телеграфную линию между Ирландией и Шотландией.
В 1909 году за выдающийся вклад в развитие беспроводной телеграфии Г. Маркони становится лауреатом Нобелевской премии.
Радиовещание в СССР
В Советской России первые опытные радиотрансляции в 1919 году проводились в Нижнем Новгороде, в 1920 году в Москве, Казани и нескольких больших городах. В 1921 году была принята программа по организации радиовещания в крупных городах и уездных центрах. В конце сентября в Москве начал работать первый радиоузел. Так внедрилось постоянное массовое вещание радиопередач по уличным громкоговорителям в СССР.
В 1922 году в нашей столице на Шаболовке было завершено строительство самой высокой в СССР 160-метровой башни, позднее названной в честь архитектора В. Шухова. Весной на Шуховскую башню установили мощные радиопередатчики, а к концу лета начали осуществлять пробные передачи для населения страны.
Шуховская башня. 1922 год
В тридцатые годы прошлого века радиовещание сыграло большую роль в патриотическом воспитании населения, пропаганде передовых методов труда, стахановского движения, организации социалистических соревнований и др.
Со временем были заложены основы радиорепортажа и радиоинтервью, особую популярность приобрел жанр радионовостей. Появились музыкальные, развлекательные, спортивные, детские радиопередачи.
В 1937 году радиовещание перенесено в новый Московский радиодом на Малой Никитской, пущен коротковолновый радиопередатчик.
До ВО войны Советский Союз отставал в развитии радиосвязи от других стран. К 1940 году в США имелось более 50 миллионов радиоприемников, в Англии около 10 миллионов, а во Франции порядка 5 миллионов. На тот момент в СССР существовало 15 радиозаводов, где было выпущено 140 тысяч радиоприемников. К 41-му году насчитывалось около 500 тысяч приборов радиовещания.
Куйбышевская радиовещательная станция. Грузовой вход в техническое здание.
Основное назначение было вещание на СССР, Европу, Северную Африку и Дальний Восток. Также велись передачи на английском, немецком и французском языках. В ночное время сигнал принимался и в США. Через эту станцию шла связь с резидентурой Юстас-Алексу. На полную мощность радиостанция заработала в 1945 году, а впоследствии названа в честь А. Попова.
Юрий Левитан – диктор Всесоюзного радио Госкомитета СССР
Радиовещание в диапазоне УКВ стало широко внедряться в послевоенные годы. Начинается строительство областных телерадиоцентров, радиофикация колхозов, переход Всесоюзного радио на трехпрограммное вещание.
В 2012 году Государственной комиссией по радиочастотам (ГКРЧ) подписан протокол, согласно которому выделяется полоса радиочастот для создания на территории Российской Федерации сетей цифрового радиовещания.
История зарубежного радиовещания
Радиовещание становится средством массовой информации в 1922-23 годах, которое начинает конкурировать с печатными СМИ. Почти во всех странах мира транслируются экспериментальные радиопередачи.
В Америке к концу 1922 года было выдано почти 600 лицензий на право радиовещания. Целью таковой деятельности могло быть освещение новостей в стране, просветительство, религиозные или культурные программы, трансляция концертов и т. п.
British Broadcasting Company
National Broadcasting Company
Так, в двадцатые годы прошлого столетия появились две школы радиовещания:
В этом видеоуроке мы поговорим о значении опытов Герца по обнаружению электромагнитных волн. Узнаем, что называется радиосвязью и в чём заключается её основная идея. Познакомимся с процессами амплитудной модуляции и детектированием. А также поговорим об истории развития радиовещания.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Изобретение радио. Принципы радиосвязи"
Эксперименты Герца показали, что с помощью электромагнитных волн можно подавать и принимать сигналы. Но сам Герц не видел практического применения открытых им электромагнитных волн, так как все удачные эксперименты проводились в очень малой области пространства — в пределах лабораторного стола. Однако его опыты послужили толчком для исследования новых возможностей приёма и передачи электромагнитных волн.
Одним из первых, кто высказал мысль о применении электромагнитных волн для передачи сигналов на расстояние был Александр Степанович Попов. 7 мая 1895 года на заседании Русского физико-химического общества учёный продемонстрировал прибор, способный улавливать и регистрировать грозовые разряды на расстоянии до 30 километров.
А уже менее чем через год (24 марта 1896 года) Попов передал первую в мире беспроводную радиограмму на расстояние 250 метров. Но обо всём по порядку. Итак, в 1890 году французский физик Эдуард Бранли для регистрации электромагнитных волн изобрёл прибор, позже названный когерером.
Он представлял собой стеклянную трубку, в которой находились металлические опилки с выведенными наружу контактами. При нормальных условиях сопротивление опилок очень большое. Но под действием электромагнитных колебаний между ними проскакивают искорки, опилки слипаются и сопротивление когерера резко уменьшается в несколько сот раз. Чтобы вернуть прибор в исходное состояние его нужно было встряхнуть.
В 1894 году произошла первая в мире публичная демонстрация опытов по беспроводной телеграфии британским физиком Оливером Лоджем в Оксфордском университете. При демонстрации сигнал был отправлен из лаборатории в соседнем корпусе и принят прибором в театре на расстоянии 40 метров.
Радиоприёмник Лоджа представлял собой антенну, гальванометр, электрический звонок и радио-кондуктор Бранли, который Лодж и назвал когерером. Однако при регистрации радиоволн цепь приёмника оставалось замкнутой и по прекращении действия волн. Для разрыва контакта и приведения приёмника в состояние готовности к приёму следующего сигнала требовалось вмешательство человека….
В том же году преподаватель Минного офицерского класса в Кронштадте, выпускник петербургского университета Александр Степанович Попов собрал радиоприёмник, регистрирующий электромагнитные волны, возникающие при грозовых разрядах.
Примерно тогда же Попов заинтересовался опытами Лоджа и попытался воспроизвести их, построив собственную модификацию приёмника.
Главное отличие приёмника Попова от прибора Лоджа состояла в следующем. Для приёма нового радиосигнала когерер нужно встряхнуть, чтобы нарушить контакт между опилками. Попов ввёл в схему автоматическую обратную связь. Как только появляется электромагнитная волна, в опилках проскакиваю искорки и сопротивление когерера падает. Это влечёт увеличение силы тока в цепи и якорь реле замыкает цепь электромагнита, включённого параллельно цепи когерера. А молоточек звонка сигнализирует о приходе волны. При этом цепь размыкается и молоточек ударяет по когереру, встряхивая опилки и, тем самым, увеличивая их сопротивление — реле размыкает цепь звонка.
Летом 1895 года Попов усовершенствовал свой прибор, добавив к нему приёмную антенну. А в марте 189) года — телеграфный аппарат для приёма текста.
12 декабря 1901 года Маркони потряс мировую общественность, осуществив первый сеанс трансатлантической радиосвязи между Англией и Ньюфаундлендом. Он передал букву S азбуки Морзе на расстояние в 3200 километров, что до этого считалось принципиально невозможным.
Передача и приём информации посредством электромагнитных волн называется радиосвязью.
Основные принципы радиосвязи заключаются в следующем:
· в передающей антенне создаётся переменный ток высокой частоты;
· ток вызывает переменное электромагнитное поле, которое распространяется в пространстве в виде электромагнитной волны;
· электромагнитная волна вызывает в приёмной антенне переменный ток той же частоты, что и частота передатчика.
В 1906 году американцами Реджинальдом Фессендом и Ли де Форестом было обнаружено возможность амплитудной модуляции радиосигнала низкочастотным сигналом, что позволило передавать в эфире человеческую речь. Давайте посмотрим, как это происходит.
Итак, электромагнитные волны излучаются передающей антенной, в которой колебания возбуждаются с помощью специального высокочастотного генератора. Такие колебания получили название несущих, а их частота остаётся строго постоянной.
Если в цепь передающей антенны включить микрофон и произносить перед ним звуки, то колебания мембраны микрофона будут преобразовывать звуковые волны в электрические сигналы в виде переменного тока, частота которого совпадает с частотой звуковых колебаний. Этот ток будет изменять амплитуду несущих высокочастотных колебаний в соответствии с амплитудой звуковых колебаний. Такое преобразование называют амплитудной модуляцией.
Чтобы обеспечить получение звука в радиоприёмной установке, необходимо преобразовать высокочастотные модулированные колебания в колебания звуковой частоты, с помощью которых была осуществлена модуляция. Процесс преобразования модулированных колебаний в колебания звуковой частоты называют детектированием.
Детектирование осуществляется путём использования полупроводников или специальных устройств, обладающих односторонней проводимостью, которые носят название детекторов. Таким элементом может быть, например, полупроводниковый диод.
Ток, текущий в цепи детектора, представляет собой пульсирующий ток переменной величины, который можно рассматривать как сочетание высокочастотных пульсаций и колебаний звуковой частоты. Для того чтобы полностью осуществить разделение высокочастотных пульсаций и тока звуковой частоты, достаточно в цепи детектора создать разветвление, причём такое, в котором одна из ветвей была бы легкопроходимой для высокочастотных токов, другая же представляла для таких токов большое сопротивление, а для токов звуковой частоты обладала бы незначительным сопротивлением. Таким разветвлением являются, например, параллельно соединённые конденсатор и громкоговоритель, являющийся нагрузкой.
Фильтр работает так. В те моменты времени, когда диод пропускает ток, часть его проходит через нагрузку, а другая часть тока ответвляется в конденсатор, заряжая его. Разветвление тока уменьшает пульсации тока, проходящего через нагрузку. Зато в промежутке между импульсами, когда диод заперт, конденсатор частично разряжается через нагрузку. Поэтому в интервале между импульсами ток через нагрузку идёт в ту же сторону. Каждый новый импульс подзаряжает конденсатор. В результате этого через нагрузку идёт ток звуковой частоты, форма колебаний которого почти точно воспроизводит форму низкочастотного сигнала на передающей станции.
Конечно же в приёмную антенну поступают волны огромного количества радиостанций, которые осуществляют вещание только на строго отведённой ей несущей частоте. Поэтому в приёмное устройство добавляется резонансный контур с конденсатором переменной ёмкости. Меняя ёмкость конденсатора можно изменять частоту колебаний в контуре. Когда эта частота совпадает с частотой, на которой работает передающая радиостанция, наступает резонанс и амплитуда колебаний выбранной радиостанции в контуре приёмника будет максимальной по сравнению с амплитудами колебаний, поступивших от радиостанций, вещающих на других несущих частотах.
Для примера давайте с вами определим во сколько раз необходимо изменить ёмкость приёмного колебательного контура радиоприёмника, чтобы настроить его на длину волны в 31 м, если радиостанция вещает на волне в 25 м.
В заключение отметим, что к началу двадцатых годов двадцатого века во многих странах были созданы необходимые технические предпосылки для регулярного радиовещания. Так самые первые регулярные передачи вышли в радиоэфир 20 мая 1920 года в Монреале (Канада). В том же году 22 ноября вышла в эфир самая мощная радиостанция Европы, находящаяся в Германии. В России первые концерты по радио транслировались из знаменитой нижегородской радио лаборатории 27 и 27 мая 1922 года. Слышимость их простиралась на расстоянии до трёх тысяч километров. В Москве 17 сентября того же года московская радиотелефонная станция передала музыкальный концерт по радио. А первый живой оперативный радиорепортаж с Красной Площади был осуществлён в октябре 1925 года во время похорон председатель революционного военного совета Михаила Васильевича Фрунзе.
279 дн. с момента
до конца учебного года
Сайт имеет мобильную версию. Вы будете автоматически на нее перенаправлены, если зайдете на сайт с мобильного устройства
Изобретение радио А.Поповым
Александр Степанович Попова (1859—1905), повторяя опыты Герца с электроволнами, усовершенствовал приборы так, что в 1889 г. в его приемных резонаторах стали возникать довольно сильные искры. А уже в 1894 г. Попов построил вполне чувствительный к электрическим волнам приемник, принципиальны особенности которого сохранились в радиоаппаратуре до сих пор.
Для увеличения чувствительности приемника Попов использовал явление резонанса, а также изобрёл высоко поднятую приемную антенну. Другой особенностью приемника Попова был способ регистрации волн, для чего Попов применил не искру, а специальный прибор — когерер, незадолго до этого изобретенный Бранли и применявшийся для лабораторных опытов.
Когерер представлял собой стеклянную трубку с мелкими металлическими опилками внутри, в оба конца трубки вводились провода, соприкасающиеся с опилками. В обычных условиях электрическое сопротивление в опилках было большим, но когда в цепи создавался переменный ток высокой частоты, между опилками проскакивали искорки и опилки сваривались, так что сопротивление когерера уменьшалось. Встряхиваясь, когерер вновь получал большое сопротивление, и молоточек звонка ударял по колокольчику…
В 1912 г. радио помогло спасти сотни людей с успевшего послать сигнал "SOS" "Титаника".
Распространение радиоволн
Так как при передаче электромагнитных волн приемник и передатчик часто располагаются вблизи поверхности Земли, то форма и физические свойства Земной поверхности будут значительно влиять на распространение радиоволн. Помимо этого, на распространение радиоволн будет также влиять состояние атмосферы.
В верхних слоях атмосферы находится ионосфера. Ионосфера отражает волны с длинной волны λ>10 м. Рассмотрим каждый вид волн отдельно.
Ультракороткие волны
Ультракороткие волны - (λ
Короткие волны
Диапазон коротких волн - от 10 м до 100 м. Данные волны будут отражаться от ионосферы. Они распространяются на большие расстояния только за счет того, что многократно будут отражаться от ионосферы к Земле, и от Земли к ионосфере. Эти волны не могут пройти сквозь ионосферу.
Мы можем испустить сигнал в Южной Америке, а принять его, например, в центре Азии. Этот диапазон волн оказывается как бы зажатым между Землей и ионосферой.
Средние и длинные волны
Средние и длинные волны - (λ значительно больше 100 м). Данный диапазон волн отражается ионосферой. Помимо этого, данные волны хорошо огибают земную поверхность. Это происходит вследствие явления дифракции. Причем, чем больше длинна волны, тем это огибание будет сильнее выражено. Эти волны используются для передачи сигналов на большие расстояния.
Радиолокация
Радиолокация - это обнаружение и определение точного местонахождения некоторого объекта с помощью радиоволн. Радиолокационная установка называется радаром или радиолокатором. Радар состоит из принимающей и передающей частей. Из антенны передаются остронаправленные волны.
Отраженные волны принимаются либо этой же антенной, либо другой. Так как волна является остронаправленной, то можно говорить о луче радиолокатора. Направление на объект определяется как направление луча, в момент когда отраженный луч поступил в приемную антенну.
Для определения расстояния до объекта используют импульсное излучение. Передающая антенна излучает волны очень короткими импульсами, а остальное время она работает на прием отраженных волн.
Расстояние определяется путем измерения времени прохождения волны до объекта и обратно. И так как скорость распространения электромагнитных волн равняется скорости света, будет справедлива следующая формула: R = ct/2.
Читайте также: