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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Radiotélégraphe. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Radiotélégraphe - un moyen de transmettre (recevoir) des informations textuelles par radio. Les lettres de l'alphabet sont représentées par une combinaison de points et de tirets (code Morse). Actuellement, cette technologie est principalement utilisée par les amateurs amateurs, ainsi que dans les signaux de diverses balises radio et moins souvent dans les interphones.
La radiotélégraphie sans fil est considérée à juste titre comme la plus grande invention de la fin du XIXe siècle, qui a ouvert une nouvelle ère dans l'histoire du progrès humain. De même que l'ancien télégraphe électrique a jeté les bases de l'électrotechnique, la création du radiotélégraphe a servi de point de départ au développement de l'ingénierie radio, puis de l'électronique, dont on voit désormais partout les succès grandioses. Un autre parallèle intéressant peut être noté dans l'histoire de ces deux inventions : les créateurs du télégraphe, Semering et Schilling, ont été les premiers inventeurs qui ont essayé d'utiliser la curiosité récemment découverte - le courant électrique, au profit de l'homme, et le fonctionnement de Les radiotélégraphes de Popov et Marconi étaient basés sur le phénomène nouvellement découvert du rayonnement électromagnétique. Comme alors, aujourd'hui, la technologie de la communication a été la première à exiger et à utiliser les dernières réalisations de la science. Dans un télégraphe électrique, le porteur du signal est un courant électrique. En radiotélégraphie, ce vecteur est constitué d'ondes électromagnétiques qui se propagent dans l'espace à grande vitesse et ne nécessitent aucun fil pour elles-mêmes. La découverte du courant électrique et la découverte des ondes électromagnétiques sont distantes d'exactement cent ans, et par leur exemple on peut voir quels succès éclatants la physique a obtenus au cours de ce siècle. Si le courant électrique, comme on s'en souvient, a été découvert par Galvani tout à fait par accident, alors les ondes électromagnétiques se sont d'abord manifestées à la suite d'une expérience tout à fait intentionnelle de Hertz, qui savait parfaitement quoi et comment rechercher, car même vingt ans avant sa découverte remarquable, l'existence d'ondes électromagnétiques avec une précision mathématique a été prédite par le grand physicien anglais Maxwell. Pour comprendre le principe de la radiotélégraphie, rappelons ce qu'est un champ électrique et ce qu'est un champ magnétique. Prenons une balle en plastique et frottons-la avec un chiffon en laine - après cela, la balle acquerra la capacité d'attirer de petits morceaux de papier et des ordures. Comme on dit habituellement, il deviendra électrifié, c'est-à-dire qu'il recevra une certaine charge électrique à sa surface. Dans l'un des chapitres précédents, il a déjà été signalé que cette charge peut être négative et positive, et deux balles de même charge se repousseront avec une certaine force, et deux balles de charges opposées s'attireront. Pourquoi cela arrive-t-il? À un moment donné, Faraday a suggéré que chaque balle crée autour d'elle une sorte de perturbation invisible, qu'il a appelée le champ électrique. Le champ d'une boule chargée agit sur une autre boule, et vice versa. À l'heure actuelle, l'hypothèse de Faraday est acceptée par la science, bien que l'on ne sache rien sur la nature de ce domaine, ce qu'il est en tant que tel. Outre le fait que le champ électrique existe, seules deux de ses propriétés incontestables sont évidentes : il se propage dans l'espace autour de tout corps chargé avec une vitesse énorme, quoique finie, de 300000 XNUMX km/s et agit sur tout autre corps électriquement chargé qui se retrouve dans ce champ, l'attirant ou le repoussant avec une certaine force. Une variation de cet effet peut être considérée comme un courant électrique. Comme déjà mentionné, tout courant électrique est un mouvement dirigé de particules chargées. Par exemple, dans les métaux, c'est le mouvement des électrons, et dans les électrolytes, le mouvement des ions. Qu'est-ce qui fait que ces particules se déplacent dans une direction ? La réponse est connue : cette force est le champ électrique. Lorsque le circuit est fermé dans le conducteur sur toute sa longueur d'un pôle de la source d'alimentation à l'autre, un champ électrique apparaît qui agit sur les particules chargées, les forçant à se déplacer d'une certaine manière (par exemple, dans un électrolyte, positivement les ions chargés sont attirés vers la cathode et les ions chargés négativement vers l'anode) . Une grande partie de ce qui a été dit sur le champ électrique peut être attribuée au champ magnétique. Tout le monde a eu affaire à des aimants métalliques permanents et connaît leur propriété à s'attirer et à se repousser, selon les pôles - semblables ou opposés - qu'ils dirigent l'un vers l'autre. L'interaction des aimants s'explique par le fait qu'un champ magnétique apparaît autour de l'un d'eux et que le champ d'un aimant agit sur un autre aimant, et vice versa. Il a déjà été noté qu'un champ magnétique apparaît dans l'espace autour de chaque charge en mouvement, et tout courant électrique (qui - nous le répétons à nouveau - est un flux dirigé de particules chargées) génère un champ magnétique autour de lui-même. Le phénomène opposé a également été discuté - le phénomène d'induction électromagnétique, lorsqu'un champ magnétique changeant induit un courant électrique dans les conducteurs. Mais pourquoi ce courant apparaît-il et pourquoi ne se produit-il que lorsque le champ magnétique change ? Essayons de comprendre cela. Prenons le transformateur déjà discuté ci-dessus, qui est constitué de deux bobines placées sur un noyau. En connectant l'enroulement primaire du transformateur au réseau, nous obtiendrons un courant dans l'enroulement secondaire. Cela signifie que les électrons de l'enroulement secondaire ont commencé à se déplacer dans une direction, c'est-à-dire qu'une sorte de force a commencé à agir sur eux. Quelle est la nature de cette force ? Pendant longtemps, les scientifiques et les ingénieurs électriciens se sont retrouvés dans une impasse face à cette question. Utilisant déjà des transformateurs, ils ne pouvaient pas comprendre pleinement les processus qui s'y déroulaient. Il était seulement évident que ce phénomène ne pouvait s'expliquer uniquement par l'action d'un champ magnétique. Une hypothèse intéressante expliquant cela et bien d'autres phénomènes électriques a été avancée en 1864 par le célèbre physicien anglais Maxwell. Pour le comprendre, notons que le processus qui se produit dans l'enroulement secondaire d'un transformateur est très similaire à celui observé dans n'importe quel conducteur d'un circuit électrique fermé - à la fois ici et là, les électrons commencent à se déplacer de manière dirigée. Mais dans le conducteur du circuit, cela se produit sous l'influence d'un champ électrique. Peut-être un champ électrique apparaît-il également dans l'enroulement secondaire du transformateur ? Mais d'où vient-il ? Dans un circuit fermé, un champ électrique apparaît en raison de l'inclusion d'une source de courant (batterie ou générateur) dans celui-ci. Mais dans le circuit secondaire du transformateur, comme vous le savez, il n'y a pas de sources de courant externes. Maxwell a suggéré que le champ électrique apparaît ici sous l'influence d'un champ magnétique changeant. Il est allé plus loin et a commencé à affirmer que ces deux champs sont étroitement liés l'un à l'autre, que tout champ magnétique changeant génère un champ électrique, et tout champ électrique changeant génère un champ magnétique, et qu'ils ne peuvent pas du tout exister l'un sans l'autre, ce qui représente , pour ainsi dire, un seul champ électromagnétique. La théorie de Maxwell peut être expliquée par l'exemple simple suivant. Imaginez qu'une balle chargée soit suspendue à un ressort. Si nous la tirons vers le bas puis la relâchons, la balle commencera à osciller autour d'un certain point d'équilibre. Supposons que ces oscillations se produisent avec une fréquence très élevée (c'est-à-dire que la balle a le temps de monter et de descendre plusieurs centaines voire des milliers de fois en une seconde). Nous allons maintenant mesurer l'amplitude de l'intensité du champ électrique à un certain point près de la balle. Evidemment, ce n'est pas une valeur constante : quand la balle s'approche, la tension va augmenter, quand elle s'éloigne, elle va diminuer. La période de ces changements sera évidemment égale à la période d'oscillations de la boule. En d'autres termes, un champ électrique alternatif apparaît à cet endroit. Suivant l'hypothèse de Maxwell, il faut supposer que ce champ électrique changeant va générer autour de lui un champ magnétique changeant avec la même périodicité, et ce dernier va provoquer l'apparition d'un champ électrique alternatif déjà plus éloigné de la charge, et ainsi de suite. Ainsi, un système de champs électriques et magnétiques changeant périodiquement apparaîtra dans l'espace entourant la balle. Une onde dite électromagnétique se forme, circulant dans toutes les directions à partir d'une charge oscillante à une vitesse de 300000 XNUMX km/s. A chaque nouvelle oscillation de la boule, une autre onde électromagnétique est émise dans l'espace. Combien de vibrations, tant d'ondes. Mais quel que soit le nombre d'ondes émises par unité de temps, la vitesse de leur propagation est strictement constante. Si nous supposons que la balle fait une oscillation par seconde, alors pendant ce temps la partie "tête" de l'onde sera à une distance de 300000 1000000 km de la source de rayonnement. Si la fréquence est de 1 300000 300 d'oscillations par seconde, alors toutes ces ondes rempliront l'espace en XNUMX seconde, en comptant en ligne droite à partir de la source de rayonnement à XNUMX XNUMX km. La part de chaque onde individuelle aura un trajet de XNUMX m.Ainsi, la longueur de chaque onde est directement liée à la fréquence d'oscillation du système qui l'a générée. Notez que cette onde, pour ainsi dire, a toutes les conditions pour sa propagation en elle-même. Bien que chaque milieu dense affaiblisse sa force à un degré ou à un autre, une onde électromagnétique peut, en principe, se propager dans l'air et l'eau, traverser le bois, le verre, la chair humaine. Cependant, le meilleur milieu pour cela est le vide. Voyons maintenant ce qui se passe s'il y a un conducteur sur le chemin de propagation d'une onde électromagnétique. De toute évidence, le champ électrique de l'onde agira sur les électrons du conducteur, qui, par conséquent, commenceront à se déplacer de manière dirigée, c'est-à-dire qu'un courant électrique alternatif apparaîtra dans le conducteur, ayant la même période d'oscillation et la même fréquence que le champ électrique qui l'a généré. Ainsi, il est possible de donner une explication au phénomène d'induction électromagnétique découvert par Faraday. Il est clair que notre exemple est quelque peu idéal. En conditions réelles, le champ électromagnétique émis par une boule chargée oscillante sera très faible, et son intensité à grande distance est pratiquement nulle. Le courant induit dans le conducteur secondaire sera si faible qu'aucun appareil ne l'enregistrera. Pour cette raison, pendant la vie de Maxwell, sa théorie n'a pas reçu de confirmation expérimentale. De nombreux scientifiques partageaient son point de vue et cherchaient un moyen d'aider à détecter les ondes électromagnétiques. Les expériences dans ce sens sont devenues le point de départ du développement de l'ingénierie radio. Ce n'est qu'en 1886 que le physicien allemand Hertz a mené une expérience qui a confirmé la théorie de Maxwell. Pour exciter les ondes électromagnétiques, Hertz a utilisé un appareil qu'il a appelé un vibrateur, et pour la détection - un autre appareil - un résonateur.
Le vibrateur Hertz se composait de deux tiges de même longueur, qui étaient fixées aux pinces de l'enroulement secondaire de la bobine d'induction. Aux extrémités des tiges se faisant face, de petites boules de métal étaient renforcées. Lorsque le courant inductif traversait l'enroulement secondaire de la bobine, une étincelle sautait entre les billes et des ondes électromagnétiques étaient émises dans l'espace environnant. Le résonateur de Hertz consistait en un fil plié en un anneau, aux deux extrémités duquel des billes de métal étaient également renforcées. Sous l'action d'un champ magnétique alternatif d'une onde électromagnétique, un courant électrique alternatif a été induit dans le résonateur, à la suite duquel une décharge s'est produite entre les billes. Ainsi, lors de la décharge dans le vibreur, un saut d'étincelle entre les billes du résonateur a été observé. Ce phénomène ne pouvait être expliqué que sur la base de la théorie de Maxwell, de sorte que grâce à l'expérience de Hertz, l'existence d'ondes électromagnétiques était clairement prouvée. Hertz a été le premier à contrôler consciemment les ondes électromagnétiques, mais il ne s'est jamais donné pour tâche de créer un appareil permettant la communication radio sans fil. Cependant, les expériences de Hertz, dont la description parut en 1888, intéressaient les physiciens du monde entier. De nombreux scientifiques ont commencé à chercher des moyens d'améliorer l'émetteur et le récepteur des ondes électromagnétiques. Le résonateur hertzien était un appareil de très faible sensibilité et ne pouvait donc capter les ondes électromagnétiques émises par le vibreur qu'à l'intérieur de la pièce. Hertz a d'abord réussi à transmettre sur une distance de 5, puis - 18 m. En 1891, le physicien français Edouard Branly découvre que la limaille de métal placée dans un tube de verre, lorsqu'un courant électrique les traverse, ne présente pas toujours la même résistance. Lorsque des ondes électromagnétiques sont apparues à proximité du tube, par exemple à partir d'une étincelle obtenue au moyen d'une bobine de Ruhmkorff, la résistance de la sciure de bois a rapidement chuté et n'a été restaurée qu'après avoir été légèrement secouée. Branly a souligné que cette propriété qui est la leur peut être utilisée pour détecter les ondes électromagnétiques.
En 1894, le physicien anglais Lodge utilise pour la première fois le tube de Branly, qu'il appelle un "cohéreur" (du latin coheare - relier, lier) afin d'enregistrer le passage des ondes électromagnétiques. Cela a permis d'augmenter la portée de réception à plusieurs dizaines de mètres. Pour restaurer la sensibilité du cohéreur après le passage des ondes électromagnétiques, Lodge a installé un mouvement d'horlogerie fonctionnant en continu qui le secouait en permanence. En fait, Lodge n'a eu qu'à franchir une étape pour créer un récepteur radio, mais il n'a pas franchi cette étape. Pour la première fois, l'idée de la possibilité d'utiliser les ondes électromagnétiques pour les besoins de communication a été présentée par l'ingénieur russe Popov. Il a souligné que les signaux transmis peuvent avoir une certaine durée (par exemple, certains signaux peuvent être allongés, d'autres plus courts) et, en utilisant le code Morse, les dépêches peuvent être transmises sans fil. Cependant, ce dispositif n'avait de sens que s'il était possible d'obtenir une transmission radio stable sur une longue distance. Après avoir étudié les tubes de Branly et de Lodge, Popov entreprit de développer un cohérent encore plus sensible. Au final, il réussit à créer un cohéreur très sensible avec des électrodes de platine remplies de limaille de fer.
Le problème suivant était d'améliorer le processus de secouage de la sciure après collage causé par le passage d'une onde électromagnétique. Le mécanisme d'horloge utilisé par Lodge pour restaurer la sensibilité du cohéreur n'assurait pas un fonctionnement fiable du circuit : une telle secousse était erratique et pouvait entraîner des signaux manqués. Popov cherchait une méthode automatique qui permettrait de restaurer la sensibilité du cohéreur uniquement après la réception du signal. Après avoir fait de nombreuses expériences, Popov a inventé une méthode pour secouer périodiquement le cohéreur à l'aide d'un marteau électrique et a utilisé un relais électrique pour allumer le circuit de cette cloche. Le schéma développé par Popov était très sensible et déjà en 1894, il pouvait l'utiliser pour recevoir des signaux à une distance de plusieurs dizaines de mètres. Au cours de ces expériences, Popov a attiré l'attention sur le fait que la portée du récepteur augmente sensiblement si un fil vertical est connecté au cohéreur. Ainsi, l'antenne de réception a été inventée, à l'aide de laquelle Popov a apporté des améliorations significatives aux conditions de fonctionnement du récepteur. En 1895, il avait créé ce qui était le premier récepteur radio de l'histoire. Ce récepteur radio était agencé comme suit. Le tube sensitif à limaille métallique (cohéreur) a été renforcé en position horizontale ; un morceau de fil, qui était une antenne de réception, était attaché à une extrémité du tube, et un fil de terre était attaché à l'autre extrémité. Le circuit électrique de la batterie était fermé par un cohéreur et un relais électromagnétique : en raison de la résistance élevée de la sciure de bois dans le tube (jusqu'à 100000 XNUMX ohms), le courant dans le circuit de la batterie était insuffisant pour attirer l'armature du relais. Mais dès que le tube a été exposé aux ondes électromagnétiques, la sciure de bois s'est collée et la résistance du tube a été considérablement réduite. Le courant dans le circuit a augmenté et l'armature du relais a été attirée. Dans ce cas, le deuxième circuit était fermé et le courant était dirigé à travers les enroulements du relais de sonnerie, à la suite de quoi la sonnerie est entrée en action. Le marteau a frappé la cloche et la chaîne s'est ouverte. Le marteau est revenu à sa position d'origine sous l'action d'un ressort et a heurté le tube, secouant la sciure. Ainsi, le tube a de nouveau été rendu sensible aux ondes électromagnétiques.
Le 7 mai 1895, Popov a démontré le fonctionnement de son récepteur radio lors d'un rapport lors d'une réunion de la Société russe de physique et de chimie. La source des oscillations électromagnétiques dans ses expériences était le vibrateur émetteur de Hertz, seulement dans l'émetteur de Popov l'éclateur était allumé entre l'antenne et le sol. En janvier 1896, un article de Popov décrivant son successeur est publié dans le journal de cette société. Puis Popov a attaché un appareil télégraphique Morse à son plan et a enregistré l'enregistrement sur bande. Le résultat a été le premier radiotélégraphe au monde - un émetteur et un récepteur avec l'enregistrement des signaux en code Morse.
Regardons de plus près son appareil. Une clé de télégraphe Morse était connectée entre la batterie et l'enroulement primaire de la bobine de Ruhmkorff. Lorsque cette clé était fermée, le courant continu de la batterie parcourait les spires du bobinage. Le disjoncteur à haute fréquence a fermé et ouvert le circuit, à la suite de quoi (voir le chapitre "Transformateur") le courant continu a été converti en courant alternatif. En raison de l'induction électromagnétique, un courant alternatif haute tension a été induit dans l'enroulement secondaire de la bobine de Ruhmkorff. Cet enroulement était fermé à un éclateur. Ainsi, chaque fermeture de la clé télégraphique générait des flots d'étincelles dans l'éclateur. Des circuits courts ou plus longs produisaient des courants d'étincelles courts et longs qui correspondaient aux points et tirets du code Morse. Un pôle du parafoudre était mis à la terre et l'autre était connecté à une antenne, qui rayonnait les ondes électromagnétiques générées par le parafoudre dans l'espace environnant. Certaines de ces ondes frappent l'antenne du récepteur et y induisent un faible courant alternatif. De plus, la durée de chaque impulsion de courant reçue correspondait exactement à la durée du signal de l'éclateur. Le dispositif du récepteur était presque le même que dans le modèle précédent: le cohéreur était relié à une batterie et à un électroaimant dont le relais, à l'aide d'une batterie locale, actionnait un appareil d'écriture Morse inclus dans le circuit à la place d'une cloche. Tant que le cohéreur n'était pas exposé aux ondes électromagnétiques, sa résistance était si grande qu'aucun courant ne circulait dans le circuit du cohéreur. Lorsque les ondes électromagnétiques ont agi sur le cohéreur, sa résistance a considérablement diminué et l'intensité du courant dans le circuit a tellement augmenté que l'électroaimant a attiré son armature, allumant le circuit télégraphique. Cette attraction ne s'est pas arrêtée tant que les ondes électromagnétiques ont agi sur le cohéreur. Simultanément à la fermeture du circuit, un marteau entre en action, qui frappe le cohéreur. La résistance de ces derniers s'accrut. Cependant, si les vagues continuaient à agir, la résistance diminuait immédiatement à nouveau et l'état de faible résistance continuait malgré les secousses. Pendant tout ce temps, l'appareil télégraphique a tracé une ligne sur la bande. Et ce n'est que lorsque l'influence des ondes électromagnétiques a cessé que l'effet de secousse s'est manifesté et que la résistance a augmenté jusqu'à la valeur précédente - l'appareil a été éteint jusqu'à l'apparition d'une nouvelle vague. Ainsi, des points et des tirets ont été dessinés sur la bande télégraphique, correspondant aux signaux de la dépêche envoyée. Le 24 mars 1896, Popov a démontré son équipement lors d'une réunion de la Société russe de physique et de chimie et a transmis des signaux sur une distance de 250 m.Le premier radiogramme au monde consistait en deux mots "Heinrich Hertz". Parallèlement à Popov, le jeune italien Guglielmo Marconi crée son installation radiotélégraphique. Depuis l'enfance, il s'intéresse passionnément à l'électricité, puis s'intéresse à l'idée d'un télégraphe sans fil. En 1896, il assemble un émetteur et un récepteur, de conception très similaire à ceux inventés par Popov. La même année, Marconi apporte son invention en Angleterre. Sa mère était une Anglaise et, grâce à ses relations, il fut bien accueilli dans les îles britanniques. En 1896, Marconi obtient un brevet anglais pour son radiotélégraphe (c'est le premier brevet déposé pour la télégraphie sans fil ; ainsi, d'un point de vue formel, Marconi est à juste titre considéré comme l'inventeur de la radio, puisqu'il est le premier à avoir breveté son invention). En juin 1897, une société par actions est organisée pour appliquer l'invention de Marconi. A 23 ans, il fait preuve d'une ingéniosité et d'une entreprise étonnantes. Dès les premiers pas, son entreprise a reçu une base financière solide. Chaque fois que possible, Marconi a essayé de démontrer les avantages d'un nouveau moyen de communication sans fil. Ainsi, en juin 1898, des courses de voile traditionnelles devaient avoir lieu dans la région de Dublin. Ces courses ont toujours attiré l'attention de tous. Marconi se rendit à Dublin et convint avec l'un des principaux journaux irlandais qu'il lui transmettrait par radio depuis un bateau à vapeur dans la zone de course, toutes les informations susceptibles d'intéresser le public pour publication dans des éditions spéciales du journal. L'expérience a été une totale réussite. Pendant plusieurs heures, Marconi a dirigé le transfert, qui a été accepté par la rédaction. Les informations ainsi obtenues étaient en avance sur toutes les autres et le journal augmenta considérablement son tirage. Pour Marconi, ce fut également un grand succès : en peu de temps, le capital social de sa société a doublé, atteignant 200 XNUMX livres sterling. Cela lui a donné l'occasion d'améliorer rapidement son radiotélégraphe. Quelques années plus tard, il était déjà largement en avance sur Popov dans ses développements. L'un des principaux éléments des premiers récepteurs radio était le cohéreur. Il est donc naturel que les principaux efforts des inventeurs qui ont cherché à augmenter la sensibilité des appareils récepteurs se soient portés précisément sur son amélioration. Marconi a été le premier à attirer l'attention sur une propriété importante d'un cohéreur, à savoir la dépendance de son action sur l'amplitude de la tension d'oscillation à haute fréquence qui lui est appliquée. Afin de capter pleinement l'énergie du champ magnétique créé par le courant négligeable induit dans l'antenne, il était nécessaire de l'amplifier. Marconi a trouvé un moyen simple et ingénieux de résoudre ce problème. En 1898, il a inclus dans son jigger radio (qui signifie "trieur") - un transformateur haute fréquence, dont l'enroulement primaire était connecté au même circuit que l'antenne, et l'enroulement secondaire était connecté au cohéreur. La même année, Marconi dépose un brevet pour ce schéma.
Les conducteurs a et b désignent ici le circuit d'antenne dans lequel l'enroulement primaire du jigger c a été inclus. À la suite de la transformation, la tension du faible courant d'antenne dans le circuit secondaire a considérablement augmenté. Du jigger d, le signal est allé au cohéreur j, auquel la batterie b' était reliée et le relais K, qui a allumé l'appareil télégraphique, comme c'était le cas dans les circuits précédents. Cette simple innovation a permis d'augmenter plusieurs fois la sensibilité des premières stations de réception radio. La portée de transmission est immédiatement passée de 30 à 85 milles. La même année, Marconi effectue un transfert outre-Manche. Une autre étape extrêmement importante vers l'augmentation de la sensibilité du récepteur a été faite en 1899 par Rybkin, l'assistant le plus proche de Popov. Dans l'une des expériences qu'il a menées, il s'est avéré qu'en raison de la distance, les instruments ne fonctionnaient pas. N'étant pas sûr de leur parfait état de fonctionnement, Rybkin a essayé d'inclure un récepteur téléphonique ordinaire dans le circuit de cohérence au lieu d'un relais et d'un appareil télégraphique et a découvert que chaque décharge à la station provoque un léger craquement dans le téléphone, de sorte que toute dépêche pourrait être facilement capté à l'oreille. La chose la plus frappante ici était que le cohéreur, avec cette inclusion, n'avait pas besoin d'être secoué. Ce phénomène, alors mal compris, ne fut expliqué que quelques années plus tard. Le fait est que si le cohéreur fonctionnait généralement comme une résistance variable qui, à la suite du frittage de grains métalliques, passait presque de l'infini à une valeur relativement petite, alors dans ce schéma, il agissait sur une base complètement différente et n'était rien de plus qu'un détecteur au sens moderne de ce mot, c'est-à-dire un appareil qui faisait passer le courant dans une seule direction, avait une conductivité unilatérale et transformait le courant alternatif (rectifié) en un courant continu pulsé. Les courants d'antenne négligeables redressés par le détecteur étaient totalement insuffisants pour actionner le relais télégraphique, mais en revanche ils pouvaient agir sur un appareil très sensible - la membrane du récepteur téléphonique, générant de faibles ondes sonores de la même manière qu'elle l'était dans un téléphone ordinaire. En mettant le téléphone à votre oreille, vous pouviez entendre des craquements longs et courts, correspondant aux points et tirets du code Morse. L'appareil de réception avec la transition vers le téléphone a été grandement simplifié. Il n'y avait aucun mécanisme pour enregistrer les signes télégraphiques, la batterie a diminué et le besoin de secouer constamment la poudre de métal a disparu. Si dans le récepteur précédent, qui fonctionnait pour un appareil d'enregistrement, les interférences des décharges de foudre entraînaient souvent de faux déclenchements du relais et déformaient les enregistrements, alors la réception auditive avec l'habileté d'un télégraphiste connu permettait plus d'isoler correctement les caractères télégraphiques alternés contre le arrière-plan d'un crépitement chaotique d'interférences. Mais l'avantage le plus significatif du nouveau récepteur était sa plus grande sensibilité. L'étape suivante dans l'amélioration des récepteurs radio a été associée à une augmentation de leur sélectivité, puisque les toutes premières tentatives de passer des expériences à l'utilisation pratique des ondes électromagnétiques pour transmettre des signaux à distance ont montré avec toute leur acuité que le développement ultérieur de ce nouveau type de communication et sa généralisation ne seraient possibles que dans le cas où l'on trouverait des méthodes efficaces permettant à plusieurs stations émettrices de fonctionner simultanément sur les ondes. Pour le cas avec une connexion filaire, ce problème a ensuite été résolu très simplement. Il suffisait de connecter chacun des appareils de réception situés à n'importe quel point avec leurs fils individuels à l'installation de transmission correspondante. Mais qu'aurait-il fallu faire dans le cas d'une transmission sans fil ? Les expériences des premières stations de Popov et de Marconi ont immédiatement révélé toutes les imperfections à cet égard des équipements utilisés à cette époque. La réception de signaux dans la zone de couverture de deux stations fonctionnant simultanément s'est avérée totalement impossible en raison d'interférences mutuelles. Une issue a été trouvée dans la transmission des signaux radiotélégraphiques par ondes de longueurs diverses, en utilisant le phénomène de résonance pour les isoler dans l'appareil récepteur.
Pour comprendre l'essence de cette méthode, examinons plus en détail les propriétés d'une bobine inductive et d'un condensateur. Imaginez une bobine avec un grand nombre de spires, parcourue par un courant alternatif. Un courant électrique changeant, comme mentionné précédemment, génère un champ magnétique changeant dans l'espace environnant, qui à son tour crée un champ électrique changeant. Ce champ électrique induit un courant électrique dans les spires de la bobine, dirigé vers la principale - un phénomène appelé auto-induction se produit. Extérieurement, cet effet se manifeste notamment par le fait que lorsque le circuit est fermé, le courant dans toute bobine n'atteint pas sa valeur maximale immédiatement, mais avec un certain retard par rapport, par exemple, à un conducteur droit classique. Lorsque le réseau est ouvert, le champ électrique changeant induit un courant dans la bobine qui coïncide dans le sens avec le principal, et donc le courant dans la bobine reste pendant un certain temps après la mise hors tension. Cette propriété de la bobine de retarder et, pour ainsi dire, de retenir le courant en elle-même pendant un certain temps sans aucune influence extérieure est caractérisée par une valeur spéciale appelée inductance. Chaque bobine a sa propre inductance, dont la valeur dépend de la taille du conducteur et de sa forme, mais ne dépend pas du courant qui circule. Quant au condensateur, il est généralement constitué de deux plaques situées très proches l'une de l'autre, mais séparées par un diélectrique, c'est-à-dire une substance qui ne transmet pas de courant électrique. Les plaques d'un condensateur sont appelées ses plaques. Si vous connectez les plaques de condensateur aux pôles d'une source de courant continu (par exemple, à une batterie électrique), une charge électrique s'y accumulera, qui restera même après la déconnexion de la batterie. La capacité d'un condensateur à stocker une charge est déterminée par sa capacité électrique. Chaque condensateur a sa propre capacité, et sa valeur dépend de la surface des plaques, de la distance qui les sépare et des propriétés du diélectrique qui les sépare. Si les plaques du condensateur sont connectées avec un morceau de fil, sa décharge rapide se produira - les électrons de la plaque où ils étaient en excès iront vers une autre où ils n'étaient pas suffisants, après quoi la charge de chacune des plaques sera égal à zéro. Eh bien, que se passe-t-il si le condensateur n'est pas déchargé sur lui-même, mais à travers une bobine d'induction ? Dans ce cas, un phénomène très intéressant est observé. Imaginez un condensateur chargé avec une bobine attachée à ses plaques. Évidemment, le condensateur commencera à se décharger et un courant électrique apparaîtra dans le circuit, mais sa force n'atteindra pas immédiatement sa valeur maximale, mais augmentera progressivement en raison du phénomène d'auto-induction dans la bobine. Au moment où le condensateur est complètement déchargé, le courant dans la bobine atteindra sa valeur maximale. Que va-t-il se passer ? Malgré le fait que les deux plaques du condensateur auront déjà une charge nulle, le flux de courant à travers la bobine se poursuivra, car, en raison de la même auto-induction, le courant dans la bobine ne peut pas s'arrêter instantanément. C'est comme si la bobine se transformait pendant quelques instants en source de courant et chargeait le condensateur de la même manière qu'une batterie électrique. Ce n'est que maintenant que les charges des plaques sont inversées - celle qui était chargée négativement auparavant devient positive, et vice versa. En conséquence, lorsque le courant dans la bobine est nul, le condensateur sera à nouveau chargé. Cependant, au même moment, il recommencera à se décharger à travers la bobine et tout le processus se répétera dans le sens opposé. S'il n'y avait pas de pertes inévitables d'électricité, une telle recharge pourrait prendre un temps arbitrairement long. Le phénomène décrit est appelé oscillations électriques et le système condensateur-bobine dans lequel ces oscillations se produisent est appelé circuit oscillant. Selon le nombre de fois en une seconde que le condensateur a le temps de se recharger, on parle de l'une ou l'autre fréquence d'oscillation. La fréquence d'oscillation est directement liée aux propriétés du circuit oscillant, principalement l'inductance de la bobine et la capacité du condensateur. On remarque que plus ces valeurs sont petites, plus la fréquence des oscillations dans le circuit est grande, c'est-à-dire que le condensateur a le temps de se recharger plus de fois en une seconde. Comme toutes les oscillations (par exemple, les oscillations d'un pendule), les oscillations dans le système condensateur-bobine, si elles ne sont pas soutenues de l'extérieur, finiront par s'arrêter, car l'énergie initiale sera dépensée pour chauffer les fils et le rayonnement électromagnétique. Cela signifie qu'à chaque oscillation, le courant maximal dans la bobine et la tension maximale sur les plaques du condensateur seront de moins en moins importants. Cependant, tout comme l'oscillation d'un pendule dans une horloge mécanique, les oscillations électriques peuvent être maintenues, par exemple, en connectant un condensateur à une source de courant alternatif externe. Mais le courant alternatif, comme on s'en souvient, change également de valeur avec une certaine fréquence, ou, en d'autres termes, a sa propre fréquence d'oscillation. Tout circuit oscillant n'est pas indifférent à la fréquence d'oscillation du courant qui l'alimente. Si, par exemple, ce courant a une fréquence d'oscillation trop grande ou trop petite par rapport à la fréquence d'oscillation du circuit lui-même, alors l'intensité du courant et sa tension dans le circuit oscillant ne seront jamais importantes (puisque cette influence externe interférera avec ses propres oscillations plus que les aider). Cependant, dans les cas où la fréquence des oscillations du courant externe est proche de la fréquence naturelle des oscillations du circuit, l'intensité et la tension du courant du circuit commencent à augmenter et atteignent leur maximum lorsque ces fréquences coïncident complètement. Dans ce cas, le circuit oscillant est dit en résonance. La résonance est particulièrement prononcée dans les circuits à faible résistance. Dans ce cas, la tension aux bornes du condensateur et de la bobine peut être plusieurs fois supérieure à la tension d'alimentation externe. Il y a une sorte de surtension ou de surtension. Le phénomène de résonance électrique a été utilisé pour mettre en œuvre des radiocommunications sélectives. Marconi a été l'un des premiers à régler les circuits oscillatoires des stations émettrices et réceptrices sur la même fréquence. Pour cela, notamment, il utilisa son jigger, comprenant un condensateur en parallèle avec son enroulement secondaire et obtenant ainsi un circuit oscillant. Le circuit de l'émetteur a également été modifié pour inclure des bobines inductives et des condensateurs dans le circuit d'antenne, de sorte que chaque station émettrice puisse transmettre des signaux avec une certaine fréquence d'oscillation des ondes. Depuis maintenant plusieurs stations de radio transmettaient des messages, chacune avec sa propre fréquence, les ondes émises par elles excitaient des courants alternatifs de différentes fréquences dans l'antenne de réception. Mais le récepteur n'a choisi que les signaux dont la fréquence coïncidait avec la fréquence propre d'oscillation de son circuit oscillant, car c'est seulement dans ce cas que le phénomène de résonance a été observé. Le jigger de ce circuit fonctionnait comme un filtre et n'amplifiait aucun courant d'antenne (comme c'était le cas auparavant), mais distinguait parmi eux le courant de la fréquence sur laquelle le récepteur donné était réglé. Depuis lors, les circuits résonnants sont devenus partie intégrante des dispositifs de réception et de transmission.
Au début du XXe siècle, plusieurs dizaines de scientifiques de nombreux pays se sont engagés avec enthousiasme dans la télégraphie sans fil. Cependant, les plus grands succès étaient toujours associés au nom de Marconi, qui était sans aucun doute l'un des ingénieurs radio les plus éminents de cette époque. Après une série d'expériences sur la transmission sur de longues distances, Marconi a fait une découverte frappante - il s'est avéré que le renflement du globe n'interfère en rien avec le mouvement des ondes électromagnétiques. Cela l'a incité à expérimenter la télégraphie à travers l'océan. Déjà en 1901, la première transmission radio transatlantique de l'histoire a eu lieu, au cours de laquelle l'assistant de Marconi, Fleming, a transmis la lettre "S" de la station anglaise de Poldu en code Morse, et Marconi, qui se trouvait de l'autre côté de l'océan Atlantique. , sur l'île de Terre-Neuve, l'a reçu à une distance de 1800 milles. Le prochain point important dans l'amélioration des récepteurs a été la création de nouveaux pièges à ondes (détecteurs). Le cohéreur de Branly a joué un rôle important dans les premières années des communications radio. Cependant, il était trop capricieux et difficile à manier. De plus, il devait être constamment secoué pour restaurer la capacité de répondre au prochain signal radio. L'une des tâches centrales était la création d'un cohéreur "auto-ajustable". La première tentative dans ce sens a été faite en 1899 par Popov avec un téléphone. Le second est Marconi, qui a conçu son détecteur magnétique au début du XXe siècle.
Le principe de fonctionnement du détecteur magnétique était basé sur le phénomène dit d'hystérésis. Le fait est que le fer est généralement magnétisé avec un certain retard dans le temps. Cependant, l'aimantation peut être améliorée si, au moment de l'exposition à un champ magnétique externe, une secousse notable des molécules de fer est provoquée. Cela peut être fait par un choc mécanique ou une courte impulsion d'un autre champ magnétique. Ce phénomène a été utilisé par Marconi. Dans son détecteur magnétique, une bande sans fin de fil de fer doux était tendue sur deux disques roulants, se déplaçant à une vitesse de cinq pouces par seconde et passant sous les pôles de deux aimants permanents à l'intérieur d'un petit tube de verre. Les enroulements primaire et secondaire étaient enroulés sur ce tube, et l'enroulement primaire était connecté au circuit d'antenne, et le secondaire était connecté au téléphone. Passant sous les pôles de l'aimant, le ruban de fer était magnétisé d'abord dans un sens puis dans le sens opposé. L'inversion de l'aimantation elle-même a eu lieu sous les doubles pôles médians du même nom, mais pas immédiatement au moment où la bande est passée sous eux, mais quelque peu retardée (en raison de la propriété du fer mentionnée ci-dessus). L'image des lignes magnétiques émanant des pôles et fermées dans le fil de fer était déformée, et les lignes magnétiques semblaient être emportées par le fil dans la direction du mouvement. Le champ magnétique haute fréquence formé à l'intérieur de l'enroulement primaire lors du passage du signal radio reçu a instantanément affaibli le phénomène d'hystérésis dans le fil de fer et y a produit une réaimantation par choc. La configuration des lignes de force a radicalement changé et elles ont été installées dans la position qui leur est caractéristique lorsque le fil est à l'arrêt. Ce brusque déplacement des lignes de force créait un courant instantané dans l'enroulement secondaire, ce qui provoquait un son dans le téléphone. L'appareil n'avait pas besoin d'être secoué et était toujours prêt à recevoir le signal suivant. Dans les mêmes années, d'autres types de détecteurs ont été proposés par d'autres ingénieurs radio. Depuis lors, le développement rapide de l'ingénierie radio a commencé. En 1902, à l'aide de son détecteur magnétique, Marconi mena une série d'expériences remarquables sur le croiseur de guerre italien Carlo Alberto. Pendant le voyage d'Italie en Angleterre et en Russie, il était entièrement libre de recevoir à une distance de 2000 km de Poldu, où se trouvait la station émettrice. En novembre de la même année 1902, des communications radio officielles furent établies entre les États-Unis et l'Angleterre. Le président Roosevelt et le roi Édouard VIII ont échangé des radiogrammes de salutation. Et en octobre 1907, la firme Marconi ouvre au grand public la première station radiotélégraphique de l'histoire, transmettant des messages de l'Europe vers l'Amérique. L'intérêt pour cette nouveauté s'est avéré énorme - 14 XNUMX mots ont été transmis le premier jour. Auteur : Ryzhov K.V.
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