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.
Статистика
В дореволюционной России Связь была развита слабо. Основным средством перевозки почты служил гужевой транспорт. Общее количество телеграфных аппаратов в стране к 1914 составляло 8225, телефонных — 301 тыс., в то время как в Великобритании их имелось около 800 тыс., в Германии — около 1400 тыс., в США — 10 млн. Число радиостанций было ничтожно. С. в России почти целиком зависела от иностранной промышленности, поставлявшей ей аппаратуру.
В СССР виды и средства связи развиваются на основе единого государственного плана. Наиболее массовый вид связи — почтовая связь. В 1974 доставлено 8, 9 млрд. писем (в 1940 — 2, 6 млрд.), 39, 5 млрд. газет и журналов (в 1940 — 6, 7 млрд.), 203 млн. посылок (в 1940 — 45 млн.). Внедряются новые средства автоматизации, сортировки почтовой корреспонденции, для чего введён шестизначный индекс на почтовых конвертах. Построены или строятся современные почтамты, особенно в Москве, Ленинграде, столицах союзных республик. Например, на сортировочном почтамте при Казанском вокзале в Москве за сутки обрабатывается до 600 тыс. экз. периодических изданий, свыше 5 млн. писем, 100 тыс. бандеролей и около 75 тыс. посылок (1974). Большой удельный вес в почтовых операциях занимает распространение периодической печати Центральным розничным агентством "Союзпечать". В области электросвязи всех видов широко внедряется автоматизация передачи информации, особенно начиная с середины 60-х гг.
| 1940 | 1965 | 1974 | |
| Число телефонных аппаратов на общей телефонной сети (на конец года), тыс. | 1729 | 6399 | 15825 |
| Из них автоматических, тыс. | 414 | 4450 | 14631 |
| в том числе: на городской телефонной сети | 414 | 4110 | 12767 |
| на сельской телефонной сети | 340 | 1864 | |
| Процент телефонизации сельских Советов | 70, 0 | 98, 3 | 99, 7 |
| совхозов | 76, 3 | 99, 2 | 99, 9 |
| колхозов | 9, 2 | 99, 6 | 99, 95 |
| Процент совхозов и колхозов, имеющих внутрипроизводственную телефонную связь: | |||
| совхозов | 68, 1 | 82, 2 | |
| колхозов | 31, 8 | 69, 8 |
Основные показатели развития телефонной связи в СССР
В 60—70-е гг. проводится работа по созданию Единой автоматизированной системы связи (ЕАСС), по увеличению ёмкости городской и сельской телефонной связи (количество телефонов на 100 чел. населения) и протяжённости каналов междугородной телефонной связи за счёт строительства новых кабельных и радиорелейных линий связи, а также в значительной мере путём реконструкции и доуплотнения существующих. В 1974 столицы всех союзных республик и многие крупные города страны имели автоматическую или полуавтоматическую связь с Москвой. Число междугородных переговоров в 1974 составило 684 млн. по сравнению с 92 млн. в 1940. В стране создана сеть абонентского телеграфа; осуществляется переход на автоматизированную систему прямых соединений, что позволяет ускорить прохождение телеграмм не менее чем в 2 раза; внедряется факсимильная связь (фототелеграфия) для скоростной передачи полос центральных газет по широкополосным (кабельным, радиорелейным и спутниковым) каналам связи. В СССР годовой исходящий телеграфный обмен составил 421 млн. телеграмм в 1974 (в 1940 — 141 млн.). На основе ЭВМ создаётся Общегосударственная система передачи данных, имеющая большое значение для внедрения автоматизированных систем управления.
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
3. Развитие связи в СССР. 1917—1967, М., 1967; Псурцев Н. Д
4. Устав связи Союза ССР, М., 1954
29-04-2015, 02:25