ДомойСтатьиЖурналыСхемыСправочникСсылки
К 100-летию радио
[Содержание номера] [Содержание года] [Архив] [Статьи]
Первый радиотехник А.С.Попов

В.Марченков г.Санкт-Петербург
Александр Степанович Попов

Предпосылками возникновения радиотехники, как самостоятельной области знаний, и радиосвязи явились фундаментальные исследования электрических явлений, выполненные на протяжении XIX века, прежде всего - работы английских ученых М.Фарадея, Дж.Максвелла и немецкого физика Г.Герца. Герц своими трудами экспериментально подтвердил существование электромагнитных волн с помощью созданных им лабораторных приборов - искрового передатчика и искрового индикатора этих волн.

Передающее устройство содержало катушку (спираль) Румкорфа с первичной и повышающей вторичной обмотками, искровой промежуток между электродами, присоединенными к выводам повышающей обмотки, и автоматический электромеханический прерыватель тока. Искровой промежуток с высоковольтными электродами Герц выделил в самостоятельную конструкцию, выполнявшую роль искрового генератора и симметричной вибраторной антенны. Она вошла в историю под названием вибратор Герца.

В таком виде схема искрового передатчика была положена в основу передающей аппаратуры беспроводного телеграфа первого поколения.

Для обнаружения электромагнитных волн Герц разработал искровые индикаторы в виде симметричного вибратора или приемной рамки с микроскопическими искровыми промежутками. В отличие от вибратора Герца такие индикаторы были практически непригодны для использования в качестве приемных устройств в системах беспроводной связи.

Среди ученых, повторявших опыты Герца, наиболее далеко продвинулся английский физик О.Лодж, создавший в 1893 г. весьма удачный индикатор электромагнитных волн. Его прибор содержал трубку Э.Бранли, названную Лоджем когерером (от английского слова "cohesion" - сцепление), источник тока, присоединенный к когереру отрезок провода (антенну), гальванометр или звонок, весьма наглядно отмечавшие прием электромагнитных сигналов. Механический встряхиватель постоянно восстанавливал чувствительность когерера. Но и индикатор Лоджа оставался чисто лабораторным прибором и не мог обеспечить с достаточной надежностью прием электромагнитных сигналов без дальнейшего его усовершенствования.

О возможности использовать электромагнитные волны для сигнализации наиболее четко высказались в 1892 г. английский физик В.Крукс и в 1893 г. американский изобретатель Н.Тесла.

Таким образом, к началу 90-х годов прошлого века реальная возможность использования электромагнитных волн для беспроводной связи стала вполне очевидной. Оставалось разработать практическую схему и построить пригодную для осуществления радиосвязи аппаратуру. И эту задачу удалось решить в 1895 г. талантливому русскому физику А.С.Попову.

Жизни и деятельности А.С.Попова посвящено весьма много публикаций, в том числе в журнале "Радио". Поэтому остановимся здесь лишь на основных вехах его творческого пути.

Александр Степанович Попов родился 16 марта (4 марта по старому стилю) 1859 г. в поселке Турьинские рудники на Северном Урале в семье священника. Уже в юношеские годы у него возникла тяга к точным наукам, и после окончания семинарии он поступает на физико-математический факультет Санкт-Петербургского университета.

Во время учебы А.С.Попов проявлял интерес не только к академической науке, но и практической деятельности. Так, весной 1880 г. он участвовал в организации и проведении Первой электротехнической выставки в Санкт-Петербурге. В 1881 г. в товариществе "Электротехник" занимается устройством дугового электрического освещения в Санкт-Петербурге, работает монтером на электростанции.

После весьма успешного окончания университета (1882 г.) А.С.Попов мог остаться при нем для "приготовления к профессорскому званию", но Александр Степанович предпочел работу в одном из лучших в России электротехнических учебных заведений - Минном офицерском классе в г. Кронштадте, куда он поступил на должность преподавателя в 1883 г. С 1890 г. А.С.Попов одновременно начинает преподавать в Техническом училище Морского ведомства.

Природная одаренность, трудолюбие в сочетании с многолетней научной и педагогической деятельностью в стенах этих учреждений сформировали Александра Степановича как весьма опытного физика и электротехника. Он стал одним из видных специалистов по практическому применению электричества на флоте.

А.С.Попов много внимания уделял совершенствованию оснащения лаборатории Минного офицерского класса приборами и оборудованием. Александр Степанович, владея слесарным, токарным и столярным ремеслами, мастерством стеклодува, сам занимался изготовлением и ремонтом различных лабораторных приборов. Эти навыки очень пригодились ему в разработке приборов беспроводной связи.

Исследованием электромагнитных волн А.С.Попов начал заниматься вскоре после сообщений об опытах Г.Герца. Весной 1890 г. он прочитал морским офицерам в Кронштадте серию публичных лекций под общим названием "Новейшие исследования о соотношении между световыми и электрическими явлениями". Лекции сопровождались опытами по распространению электромагнитных волн, их отражению, преломлению и поляризации. Добиваясь надежного приема электромагнитных волн и наглядной индикации их приема, А.С.Попов изготовил и применил газоразрядные трубки Гейслера. Но они светились только в непосредственной близости от искрового передатчика. В 1893 г. А.С.Попов разработал в этих же целях специальную конструкцию радиометра в виде вращающейся легкой турбинки, используемую в физике для исследования инфракрасных лучей. Однако полученные результаты его не удовлетворили.

Новый творческий импульс в совершенствовании методов приема электромагнитных волн дала Александру Степановичу статья О.Лоджа в журнале "Electrician" за 1894 г., где были изложены эксперименты с лучами Герца и описаны индикаторы электромагнитных волн этого английского физика.

Используя имеющуюся в его распоряжении элементную базу, А.С.Попов, после ряда экспериментов с когерером, в апреле 1895 г. разработал электрическую схему и собрал свой первый когерерный приемник, способный принимать электромагнитные сигналы различной длительности. Схема А.С.Попова в дальнейшем была положена в основу приемной аппаратуры беспроводного телеграфа первого поколения и стала классической.

Первый когерерный радиоприемник А.С.Попова со снятой крышкой экранирующего футляра (макет) Внешний вид макета радиоприемника Попова - 19194 байта

Несмотря на свою кажущуюся простоту, схема приемника оказалась по тому времени настолько совершенной и оптимальной, что заслуживает более детального рассмотрения.

В качестве приемной антенны (А) использовался несимметричный коротковолновый вибратор в виде вертикального отрезка провода длиной 2,5 м. (Математическое обоснование теории такой антенны сделал немецкий ученый М.Абрагам в 1900г.).

Ввиду чрезвычайно широкого спектра частот, излучаемых искровым передатчиком с непосредственной связью генератора с антенной, точная резонансная настройка приемника на частоту передатчика не имела смысла. (Необходимость в такой настройке возникла после изобретений О.Лоджем в 1897 г. настраиваемой индуктивной связи приемника с антенной и аналогичной связи передатчика с антенной, предложенной немецким физиком К.Брауном в 1900г.).

Схема приемопередающей системы Попова - 17153 байта Электрическая схема приемопередающей системы А.С.Попова (апрель-май 1895 г.)

В качестве детектора применен когерер (Кг) на основе окисленного металлического порошка, работающий в режиме электронного ключа, открывающегося под действием высокочастотного тока принимаемого сигнала. Высокочастотные индуктивные дроссели (L), выполненные в виде спирали из тонкой проволоки, осуществляют развязку когерера и цепей реле (Р) и звонка (З).

Релейный усилитель слабых электрических сигналов на линейном телеграфном реле Сименса позволял включать на выходе приемника любое сильноточное оконечное регистрирующее или исполнительное устройство: электрический звонок (в приемнике А.С.Попова), самописец, телеграфный аппарат и т.д.

В приемнике была применена звуковая индикация сигналов с помощью электрического звонка, которая была весьма впечатляющей при демонстрационных показах аппаратуры.

Восстановление чувствительности когерера осуществлялось автоматическим, синхронным с принимаемыми сигналами, встряхиванием когерера электромеханическим вибратором звонка. Это был первый случай использования в радиотехническом устройстве отрицательной обратной связи (в данном случае электромеханического типа), получившей в дальнейшем широкое применение.

Конструктивно приемник А.С.Попова был собран на деревянном шасси и помещен в цинковый футляр с боковыми окнами, закрытыми металлической сеткой. Приемная антенна подключалась к когереру через отверстия с каучуковым изолятором на передней стенке футляра.

В искровом передатчике применялась лабораторная катушка Румкорфа с автоматическим электромеханическим прерывателем тока (П) - молоточком Вагнера-Нефа - и коммутатором Румкорфа (К) в качестве ключа. Передающей антенной и генератором электромагнитных колебаний служил большой вибратор Герца (В) с квадратными медными листами 400х400 мм на концах, работающий в диапазоне коротких волн. Искровой промежуток вибратора помещен в сосуд с техническим маслом, обладающим высокой диэлектрической проницаемостью, что увеличивало величину пробивного напряжения искрового промежутка и, следовательно, мощность, излучаемую передатчиком.

Используя коммутатор Румкорфа в качестве ключа, А.С.Попов передавал электромагнитные сигналы различной длительности. На короткое нажатие ключа передатчика приемник отвечал одиночным звонком, на длинные - серией звонков.

Это была первая в истории система передачи и приема электромагнитных затухающих колебаний, пригодная для надежного обмена информационными сигналами. В апреле 1895 г. аппаратура была испытана сначала в лаборатории, а затем в саду Минного офицерского класса. Она стала прототипом всех последующих систем беспроводного телеграфа первого поколения и была многократно повторена различными фирмами мира.

Первая публичная демонстрация приборов А.С.Попова состоялась во время его доклада "Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям" 7 мая (25 апреля по старому стилю) 1895 г. на заседании Физического отделения Русского физико-химического общества в Санкт-Петербургском университете.

Это событие задокументировано в ряде публикаций того времени: в газете "Кронштадтский вестник" от 30 апреля (по старому стилю) 1895 г., в протоколе заседания РФХО 25 апреля (по старому стилю) 1895 г., помещенном в августовском номере "Журнала РФХО" за 1895 г., в статье самого А.С.Попова по его докладу 25 апреля 1895 г. с подробным описанием экспериментов и схемы приемника. Эта статья была опубликована в январском номере "Журнала РФХО" за 1896 г.

Во время первых опытов А.С.Попов заметил способность приемного устройства реагировать на электромагнитные сигналы атмосферного происхождения. Изучив это явление, он летом 1895 г. разработал новую модификацию своего прибора, добавив в него самописец с медленно протягивающейся телеграфной лентой, наматываемой на барабан с пружинным двигателем и пишущим пером, которое управлялось с помощью электромагнита, подключенного к выходу приемника. Эта конструкция стала вторым изобретением А.С.Попова в области применения электромагнитных волн и вошла в историю под названием "грозоотметчик". Летом 1895 г. грозоотметчик был установлен для наблюдений в физическом кабинете Лесного института в Санкт-Петербурге. Не следует путать грозоотметчик с первым приемником А.С.Попова - это разные приборы, хотя в основу их положена одна и та же приемная схема.

Преследуя лишь научные цели и не помышляя о коммерческой выгоде, А.С.Попов не патентовал свои изобретения.

На протяжении 1895 и 1896 гг. А.С.Попов совершенствовал свою аппаратуру и неоднократно выступал с демонстрациями ее работы перед различными аудиториями. 31 января 1896 г. он демонстрировал передачу электромагнитных сигналов с использованием в передатчике и приемнике вибраторных антенн, настроенных в резонанс. 24 марта 1896 г. Александр Степанович показал направленную передачу сигналов дециметрового диапазона волн на расстоянии 250 м, применив в передатчике и приемнике антенны с рефлекторами в форме параболических цилиндров. В приемном рефлекторе впервые был использован несимметричный вибратор в виде короткого цилиндра.

В июне 1896 г. молодой итальянский изобретатель Гульельмо Маркони подал в Англии патентную заявку на систему беспроводной сигнализации, аппаратура которой во многом была аналогична аппаратуре А.С.Попова.
Примечание редакции. Нет оснований считать, что Маркони заимствовал у Попова его схему, как и нет оснований подвергать сомнению изестные из воспоминаний сведения об экспериментах Маркони по беспроводной сигнализации с помощью электромагнитных волн, начатых им в 1895 г. И А.С.Попов и Г.Маркони использовали в экспериментах результаты своих предшественников и в первую очередь, говоря о приемнике, работы О.Лоджа. А что Маркони пришел к весьма близкому схемному решению, то история науки и техники знает немало аналогичных случаев.

Александр Степанович Попов отдавал должное работам Маркони. Он писал, что "Маркони первый имел смелость стать на практическую почву и достиг в своих опытах больших расстояний". Было бы неверным преуменьшать роль итальянского радиотехника в быстром распространении и развитии радиосвязи (см. статью "Гульельмо Маркони и зарождение радиосвязи" в "Радио", 1995, №1).


Подробные сведения об устройстве аппаратуры Г.Маркони стали известны после выдачи патента от 2 июля 1897 г. на "усовершенствования в передаче электрических импульсов и сигналов и в аппаратуре для этого". К этому времени научная и техническая общественность ряда стран мира уже была знакома с работами А.С.Попова по большому числу публикаций 1895-1897 гг. Патент Г.Маркони имел действие только на территории Англии. В России, Франции и Германии в выдаче патента ему было отказано со ссылкой на приоритетные публикации А.С.Попова. Таким образом, изобретение А.С.Попова оказало содействие становлению производства аппаратуры беспроводной связи в ряде европейских стран без ограничений, накладываемых патентом Г.Маркони.

А.С.Попов, получив разрешение от Морского министерства России, подготовил новую аппаратуру - для беспроводного телеграфирования - и весной 1897 г. начал ее успешные испытания на военных кораблях в Кронштадтской гавани и Финском заливе. Главным результатом этих испытаний стал переход от вибраторов к обычным искровым разрядникам и от антенного провода к антенной сети. Было также изучено влияние на прием электромагнитных сигналов металлической оснастки корабля и соседних судов.

В начале 1898 г. владелец французской фирмы по изготовлению научных приборов инженер Э.Дюкрете предложил А.С.Попову сотрудничество и начал производство аппаратуры беспроводного телеграфирования по системе А.С.Попова.

Телефонный радиоприемник системы А.С.Попова с кристаллическим точечным диодом, производства фирмы Дюкрете (1900 г.) Радиоприемник фирмы Дюкрете системы Попова - 22381 байт

В 1899 г. испытания аппаратуры системы А.С.Попова были продолжены на судах Черноморской эскадры.

Продолжая обзор важнейших работ А.С.Попова, следует остановиться еще на двух его изобретениях, имевших чрезвычайно большое значение для радиосвязи. Это - разработка им в 1899 г. первой схемы детекторного приемника и первой конструкции кристаллического точечного диода. В детекторном приемнике когерер не нуждался в постоянном механическом встряхивании, а работал в режиме амплитудно-линейного детектирования сигналов, позволяя принимать их на слух с использованием головных телефонов. Эту особенность когерера случайно обнаружили в 1899 г. помощники Александра Степановича П.Н.Рыбкин и Д.С.Троицкий при проведении испытаний аппаратуры по программе, разработанной А.С.Поповым. Всесторонне исследовав это свойство когерера, А.С.Попов разработал схему и построил детекторный приемник, названный им "телефонный приемник депеш", чувствительность которого в несколько раз превышала чувствительность когерерного приемника. А.С.Попов подал патентные заявки на эту схему в России, Франции и Англии и вскоре получил положительные решения.

Детекторный приемник позволял принимать сигналы как затухающих, так и незатухающих колебаний и стал прототипом приемников амплитудно-модулированных сигналов в радиотелеграфии и в радиотелефонии.

В 1900 г. А.С.Попов сделал свое четвертое важное изобретение: создал первый кристаллический точечный диод с контактом стальные иголки - уголь и с успехом применил его в своем детекторном приемнике. Это изобретение А.С.Попова на шесть лет опередило аналогичные конструкции диодов американских изобретателей Д.Пикарда и, независимо, Г.Данвуди.

Телефонный приемник А.С.Попова сыграл неоценимую роль при организации в России линии регулярной радиосвязи протяженностью 45 км между островом Гогланд и г.Коткой в Финском заливе. Линия была построена под руководством А.С.Попова и морского офицера А.А.Реммерта для проведения аварийных работ на броненосце "Генерал-адмирал Апраксин".

С 1900 г. Морское министерство поручило А.С.Попову руководство работами по оснащению кораблей флота станциями беспроводного телеграфа. В том же году в Минном офицерском классе приступили к преподаванию курса радиотелеграфного дела по программе, разработанной А.С.Поповым. И тогда же в Кронштадте под руководством Александра Степановича была организована Кронштадтская мастерская для изготовления и ремонта приборов телеграфирования без проводов, положившая начало российской радиопромышленности.

Осенью 1903 г., будучи уже с 1901 г. профессором Санкт-Петербургского электротехнического института, А.С.Попов и его ученик С.Я.Лифшиц, используя искровой передатчик и детекторный приемник, разработали систему радиотелефонирования, в которой вместо телеграфного ключа использовался микрофон. Успешные испытания системы проводились в диапазоне от 40 до 150 м. Это была первая в истории радиотелефонная система радиосвязи с использованием затухающих электрических колебаний. Но в ту пору началось освоение незатухающих электромагнитных колебаний, поэтому система А.С.Попова и С.Я.Лифшица не получила дальнейшего развития.

Схема радиотелефонной системы А.С.Попова и С.Я.Лифшица - 7965 байт Электрическая схема радиотелефонной системы А.С.Попова и С.Я.Лифшица (1903 г.)

С 1901 г. по 1905 г. А.С.Попов, являясь профессором физики Санкт-Петербургского электротехнического института, продолжал сотрудничество с Морским ведомством по оснащению флота беспроволочным телеграфом. В 1905 г. он становится первым выборным директором института. Но вскоре Александра Степановича Попова не стало - 13 января 1906 г. (31 декабря 1905 г. по старому стилю) он скоропостижно скончался от кровоизлияния в мозг на 47 году жизни.

Признание заслуг перед наукой и Россией пришло к А.С.Попову при жизни. Действительный статский советник, директор Санкт-Петербургского электротехнического института, председатель Русского электротехнического общества и Русского физико-химического общества, почетный член Русского технического общества, почетный инженер-электрик, кавалер орденов Святой Анны 2 и 3 ст., Святого Станислава 2 ст. - таков неполный послужной список талантливого русского ученого и изобретателя.

© Радио, №3, 1995 г.

Официальный сайт журнала

ДомойСтатьиЖурналыСхемыСправочникСсылки
AK Laboratory, 2000г.