Первый этап развития радиотехники Понятия радиотехника еще не существовало. Это время первых изобретений беспроводного телеграфа А.С. Поповым, Г. Маркони, Н. Теслой, О. Лоджем, А. Слаби, Г. Арко, Э. Дюкрете и др. В этот период зарождалась радиотехника и происходил переход от сильно затухающих колебаний к незатухающим колебаниям. Основные поставки средств связи в Российскую армию и флот осуществлялись из-за рубежа. Эта зависимость России от зарубежного, в лучшем случае лабораторного, оборудования частично объясняла неудачи России в Русско-японской войне 1905 г. Так, только две береговые радиостанции, были установлены в 1903 г. на Дальнем Востоке. Они были маломощными, что не позволяло обеспечивать надежную связь и управление кораблями в море. Искровые передатчики и кристаллические детекторы на этом этапе постепенно достигли технического совершенства. В конце этого периода, который приходился на конец Первой мировой войны, появились дуговые передатчики и машины высокой частоты. Казалось бы, все возможности радиотехники на этом этапе были исчерпаны и ее развитие должно было бы остановиться. Однако появляются новые приборы — электронные лампы.
Второй этап развития. Характеризуется широким использованием электронных ламп как в качестве детекторов и усилителей в приемниках, так и генераторов в передатчиках. Радиолампы усовершенствовали радиотелефонию. Благодаря им появились новые отрасли промышленности — радиовещание, телевидение, радиолокация, автоматика, телемеханика и вычислительная техника. Поэтому более узкое понятие радиотехника было заменено емким — радиоэлектроника. Большое значение в производстве отечественных радиоламп имело создание Нижегородской радиолаборатории в первые годы советской власти. Коллективу Нижегородской радиолаборатории во главе с М.А. Бонч-Бруевичем удалось создать мощные радиолампы, не имевшие в то время аналогов за рубежом. За годы первых советских пятилеток наметился бурный скачок в развитии отечественной радиоэлектроники. К началу Великой Отечественной войны советская радиопромышлен-ность выпускала отечественные средства связи, радиостанции, пеленгационные и радиолокационные системы. Но имелись проблемы с оснащенностью войск радио-техническими средствами как в количественном плане, так и в плане номенклатуры поставляемых в войска средств. По некоторым направлениям (например, тактическая радиосвязь на УКВ) не удалось создать необходимых заделов для быстрой разработки серийных образцов и организации их массового выпуска.
Технология радиоламп к концу Второй мировой войны достигла совершенства. Когда реальная угроза применения ядерного оружия против СССР требовала от разработчиков радиоаппаратуры нового качества — радиационной стойкости разрабатываемых изделий, а установка радиотехнического оборудования в реактивные самолеты и межконтинентальные ракеты, в которых аппаратура подвергалась огромным перегрузкам, требовала особой надежности, появились радиолампы особого типа. Это были радиолампы, созданные на Новосибирском НПП «Восток». Таких ламп не было нигде в мире. Это стержневые радиолампы. Надежность таких ламп превышала 5000 часов. Они обладали удивительной экономичностью и по сравнению с американскими миниатюрными лампами обладают заметно более высокими характеристиками. Эти лампы не устанавливались в панельки при монтаже, а впаивались как резисторы и конденсаторы на платы радиоаппаратуры. В 1950-е годы электронные приборы получили массовое распространение, их номенклатура расширилась от усилительных и генераторных радиоламп разных типов и характеристик до электронно-лучевых трубок разных размеров и очень чувствительных фотоэлектронных приборов. Опять наступило насыщение в развитии радиоэлектроники. Нужен был новый качественный скачок.
Стержневые лампы Традиционные лампы
Третий этап развития. Появление к концу Второй мировой войны полупроводниковых усилительных приборов — транзисторов — указало на начало третьего этапа в развитии радиоэлектроники. Полупроводники были известны давно и широко использовались в качестве детекторов и выпрямителей. Исторически первым устройством, в котором полупроводник заменил электронную лампу, был изобретенный в 1922 г. сотрудником Нижегородской радиолаборатории О.В. Лосевым приемник, известный под названием «кристадин». Однако недостаточное в то время теоретическое и экспериментальное знание свойств полупроводников не позволило этому изобретению оказать заметное влияние на развитие радиоэлектроники. Только изобретение в США в 1948 г. транзистора, способного заменить электронную лампу, привело к широкому проникновению полупроводников в радиоэлектронику. Новый исторический этап развития радиоэлектроники наступил с изобретением транзисторов. Их применение приводит к коренным изменениям в радиоэлектронной аппаратуре — как схемотехническим, так и конструктивным.
Первые промышленные разработки полупроводниковых приборов в СССР относятся к 1947 году. В НИИ «ИСТОК» были внедрены в производство СВЧ диоды для радиолокаци-онных систем сантиметрового и миллиметрового диапазонов. Первыми транзисторами, выпущенными отечественной были точечные триоды КС1, КС2, КСЗ, КС4, КС5, КС6, КС7 и КС8. Первыми промышленными типами плоскостных триодов в СССР являлись сплавные германиевые триоды типа П1, П2 и ПЗ, выпуск которых начался с 1955 г. Наряду с этими триодами типа р-n-р был освоен выпуск симметричных по отношению к триодам П13-П15 германиевых n-р-n триодов П8, П9 и П11. Наряду с германиевыми был освоен выпуск кремниевых n-p-n транзисторов П101, П102, П103, П104, П105 и П106. Эти триоды предназначены для работы при температуре до 125 °C. Полупроводниковые приборы становятся непременной частью радиоэлектронных систем. Их применение приводит к коренным изменениям в радиоэлектронной аппаратуре как схемотехническим, так и конструктивным. Появляются полупроводнико -вые источники электрической энергии — солнечные батареи, и термоэлектрические генераторы. Широко используются полупроводниковые источники света. Это светодиоды и полупроводниковые лазеры. Совершенствование полупроводниковой технологии позволило существенно уменьшить габариты разрабатываемых радиоэлектронных систем сначала за счет микромодульных конструкций, а затем и микросборок, используя монтаж с бескорпусными полупроводниковыми элементами.
Наступает новый переломный момент в развитии радиоэлектроники, когда почти одновременно в СССР (НИИ «Пульсар»), и США ( Texas Instruments ) создаются первые твердотельные интегральные схемы. Интегральные микросхемы вытесняют транзисторы как в аналоговых, так и цифровых устройствах. Появляются настольные вычислительные машины на цифровых интегральных микросхемах. Новое направление в радиоэлектронике — цифровая обработка сигналов, благодаря цифровым интегральным схемам и первым аналого-цифровым преобразователям в интегральном исполнении начинает реализовываться на практике. За первое десятилетие развития интегральная радиоэлектроника достигает таких высот, что в 1971 году в компании Intel (США) создается первый в мире программируемый однокристальный микропроцессор i4004 с 2300 транзисторами на одном кристалле. А еще через 8 лет эта же фирма создает первый программируемый сигнальный процессор 12 920 на одном кристалле, который мог подаваемый на его вход аналоговый сигнал преобразовывать в цифровой код, подвергать код цифровой обработке по запрограммированному алгоритму и преобразовывать результат в аналоговую форму, выдавая его на выход. Несколько позже в СССР появляется аналог американского микропроцессора 18080 с серийным названием 580ИК80, а в 1980-х усовершенствованный аналог сигнального процессора 12 920 с серийным названием КМ1813ВЕ1. Наступил новый этап развития радиоэлектроники, свидетелями которого мы все являемся.
Четвертый этап развития. Этап программируемой радиоэлектроники. Программируемая радиоэлектронная система — это не только цифровая, но и реконфигурируемая система, способная к постоянному усовершенствованию и модернизации только за счет смены программного обеспечения. Концепция программируемой радиоэлектроники отражает главное изменение в современной конструкторской парадигме, для которой соотношение аппаратно-программных средств выбирается с явным преобладанием программных средств, что и обеспечивает возможность быстрого изменения тактико-технических характеристик радиоэлектронных систем в соответствии с изменяющимися требованиями и возможностями. Эта концепция распространяется практически на все разрабатываемые современные радиоэлектронные устройства и встраиваемые системы, начиная от сотовых телефонов и до радиолокационных станций.
Радиоэлектроника образовалась в результате синтеза радиотехники (радио - от лат. radio - испускаю лучи) и электроники. Современная радиоэлектроника - это собирательное название ряда областей науки и техники, основными из которых являются: радиотехника, радиофизика и электроника. Главная задача радиотехники состоит в передаче информации на расстояние с помощью электромагнитных колебаний. Науку, занимающуюся изучением физических основ генерации, усиления, излучением и приемом электромагнитных колебаний радиочастотного и оптического диапазонов, называют радиофизикой. В более широком смысле современная радиотехника - область науки и техники, связанная с генерацией, усилением, преобразованием, обработкой, хранением, излучением и приемом электромагнитных колебаний радиочастотного диапазона, используемых для передачи информации на расстояние. Как следует из сказанного, радиотехника и радиоэлектроника очень тесно связаны и часто эти термины заменяют друг друга.
Историческая справка В начале XIX в. была создана наука об электромагнитных явлениях, которая и стала фундаментом для радиоэлектроники и теории связи. У истоков радиотехники лежит величайшее открытие электромагнитного поля, связанное с тремя выдающимися учеными: Майклом Фарадеем (1791-1867), установившим закон электромагнитной индукции; Джеймсом Клерком Максвеллом (1831-1879), создателем классической электродинамики; Генрихом Герцем (1857-1894), впервые экспериментально получившим электромагнитные волны. В 1831 г. английский ученый М. Фарадей открыл закон электромагнитной индукции. Это позволило в 1873 г. другому английскому физику, Дж. К. Максвеллу, разработать теорию электромагнитного поля и описать законы распространения радиоволн. Максвелл доказал, что свет имеет электромагнитную природу, что электромагнитные волны любых частот распространяются в пространстве со скоростью света. Эти доказательства были оформлены Максвеллом строго математически в виде уравнений, которые получили название «уравнения Максвелла». Это теория была экспериментально подтверждена Г. Герцем (1887) в Германии, доказавшим существование излучения электромагнитных волн и показавшим их распространение, отражение, преломление, интерференцию и поляризацию.
Изобретение радио осуществлено в России 7 мая 1895 года. Александр Степанович Попов (1859-1906) на заседании Русского Физико-химического общества в Петербурге продемонстрировал изобретенный им грозоотметчик - первый в мире радиоприемник. В 1896 году А.С. Попов осуществил телеграфирование без проводов на расстояние 250 м, передав с помощью азбуки Морзе первую в мире радиограмму «Генрих Герц». В том же году А.С. Попов установил радиосвязь между кораблем «Россия» и берегом на расстоянии 5 км. В 1899 г. он осуществил радиосвязь на расстоянии 52 км, обеспечившую работы по спасению броненосца «Генерал-адмирал Апраксин», севшего на камни. Было передано 440 радиограмм. В 1900 г. на IV Всемирном электротехничес -ком конгрессе в Париже А.С. Попову за изобретение радио были присуждены почетный диплом и золотая медаль. За рубежом широко известен итальянец Гульельмо Маркони (1874-1937), приме- нивший электромагнитные волны и много сделавший для развития радио. В 1901 г. Маркони осуществил радиосвязь через Атлантический океан (за рубежом изо- бретателем радио считают Г. Маркони, поскольку он запатентовал грозоотметчик почти такой же конструкции, как и грозоотметчик А.С. Попова, который свое изобретение не запатентовал). Маркони первым построил радиопередатчики и радиоприемники современного типа. Сотни пассажиров трагически затонувшего лайнера «Титаник» были спасены благодаря аппаратам Маркони.
Во всех передатчиках до 1936 года использовалась амплитудная модуляция (АМ), а в последствии началось внедрение в практику радиосвязи частотной модуляции (ЧМ), которая имеет главное преимущество - высокую помехоустойчивость. Передача на значительные расстояния достигается применением многократной ретрансляции в линиях радиорелейной связи ( переизлучение сантиметровых волн осуществляется с помощью цепочки ретрансляторов) или с помощью спутниковой связи (ретранслятор находится на борту искусственного спутника Земли). Позволяя вести на больших расстояниях одновременно десятки тысяч телефонных разговоров и передавать десятки телевизионных программ, радиорелейная и спутниковая связь по своим возможностям являются несравненно более эффективными, чем обычная дальняя радиосвязь на коротких волнах : Во-первых, чем выше частота электромагнитных колебаний, тем шире рабочая полоса частот. Например, средневолновый радиовещательный диапазон лежит в пределах 0,3-3 МГц, его ширина составляет 2,7 МГц. Т.е. телевидение с шириной рабочей полосы в 6 мегагерц передать не удастся. В то же время для этого подходит СВЧ-диапазон, т.к. тут рабочая полоса намного шире и в ней легко расположить десятки каналов телевидения.
Во-вторых, плюс от повышения рабочего диапазона заключается в следующем. Угол расходимости пучка радиоволн пропорционален длине волны и обратно пропорциона -лен размеру передающей антенны. Для получения более узкого луча при одном и том же размере антенны нужно уменьшать длину волны колебания. При увеличении частоты в 2 раза, луч станет тоньше в 4 раза, плотность потока Вт/м 2 в направлении на абонента увеличится в 4 раза. Более высокие частоты более выгодны энергетически. Развитие радиотехники это постоянное освоение все более высоких частот электромагнит- ных волн и применение сигналов с широким спектром. В настоящее время средства для установления радиосвязи и обеспечения ее функционирования образуют службы радио-связи, различаемые по назначению, дальности действия, структуре и другим признакам. Существуют службы : наземной и космической радиосвязи; фиксированной (между определенными пунктами) и подвижной (между подвижной и стационарной радиостанциями или между подвижными радиостанциями ); радиовещания и телевидения. Для специальных служебных надобностей имеются ведомственные службы радиосвязи, например, в гражданской авиации, на железнодорожном, морском и речном транспорте, в службах пожарной охраны, милиции, медицинской службе, а также внутрипроизводствен-ная связь на промышленных предприятиях, в некоторых учреждениях и т.д. Большое значение имеет радиосвязь в вооруженных силах.
Развитие радиотехники непосредственно связано с созданием элементной базы, в частности, с разработкой электронных приборов для систем передачи информации на расстояние с помощью электромагнитных колебаний. Дальнейшее развитие радиотехники непрерывно ставило задачи по созданию и внедрению новых электронных элементов и узлов, что привело к появлению самостоятельной отрасли науки - электроники. https:// vkvideo.ru/video-197866857_456239064 Обзор развития радио https:// vkvideo.ru/video-94316588_456239195 Развитие систем связи
