Дуговые передатчики

Значительный период в истории радиосвязи связан с применением передатчиков, основанных на использовании свойств вольтовой дуги - дуговых передатчиков. При увеличении тока в вольтовой дуге выше некоторого предела нарастание напряжения между электродами сменяется его уменьшением. При графическом изображении зависимости падения напряжения от подводимого тока (ампер-вольтной характеристики) на ней обнаруживается "падающий" участок: ток растет, а падение напряжения уменьшается; в пределах этого участка сопротивление дуги для колебаний тока - отрицательное. Включение дуги в режиме отрицательного сопротивления в колебательный контур приводит к компенсации джоулевых потерь в нем и потерь, вносимых в него подключаемыми цепями, например антенной. В результате устанавливаются колебания с постоянной амплитудой.

Явление самовозбуждения колебаний в цепи с вольтовой дугой было открыто Элью Томсоном еще в с 1892 г.

Выбором материалов для электродов (например, медь и уголь), последовательным включением нескольких дуг, применением водородного или водяного охлаждения, воздействием на дугу магнитного поля и другими мерами удается получать колебания большой мощности с частотами до сотен килогерц. В отличие от искрового генератора получаемые колебания тока - незатухающие, по форме близкие к синусоидальным.

Свойство дуги генерировать колебания с частотами порядка 10 кГц было исследовано в 1900 г. английским физиком У. Дудделем. Датский физик В. Поульсен, поместив дугу в атмосферу водорода, получал частоты генерируемых колебаний до 100 кГц, после чего дуговой генератор, подключенный к антенне, стал использоваться в качестве радиопередатчика. После 1908-1910 гг. мощные дуговые радиопередатчики получили значительное развитие и широкое применение, продолжавшееся вплоть до 20-х годов.

Упрощенный пример схемы дугового передатчика с рядом дуг, соединенных последовательно, приведен на рис. 7. Здесь не показаны входящие в конструкцию передатчика мощные агрегаты для создания в камере дуг газовой среды и сильного магнитного поля, для отвода тепла и др. На рисунке М - микрофон, посредством которого осуществлялась радиотелефонная связь: изменение сопротивления микрофона при действии на него звуков речи приводило к изменению энергии колебаний в антенне. В результате амплитуда получаемых волн меняется соответственно речевому сигналу, происходит амплитудная модуляция радиосигналов.

Рис. 7. Дуговой передатчик

Включение микрофона в цепь большой мощности потребовало разработки специальной конструкции с интенсивным внешним охлаждением.

Попытки радиотелефонной связи с включением микрофона в цепь антенны предпринимались в начале 1900-х годов и с искровыми передатчиками. При высокой частотности искр удавалось получать слабо затухающие колебания, однако существенного успеха эти попытки не принесли.

Дуговые передатчики в целом ряде усовершенствованных конструктивных вариантов применялись как для телеграфной, так и для телефонной радиосвязи вплоть до 1930 г. Мощности дуговых радиостанций достигали 1000 кВт и более.

Одновременно с дуговыми генераторами на передающих станциях дальних линий радиосвязи применялись мощные машинные генераторы. В отличие от машинного генератора в виде многоконтактного прерывателя, предложенного в 1885 г. Эдисоном, эти генераторы были бесконтактными, индукционными. Роторы этих мощных машин были многозубцовыми и имели прочную конструкцию, рассчитанную на вращение с большой скоростью: до 20 000 оборотов в минуту. Частота генерируемого тока достигала десятков килогерц. Для получения более высоких частот к машинному генератору добавлялись цепи умножения частоты в виде трансформаторов с нелинейными магнитными характеристиками сердечников.

В 20-е годы началось интенсивное развитие вакуумной электроники. Электронные лампы, изобретенные еще в первом десятилетии XX в., постоянно совершенствовались и внедрялись в серийное и массовое производство. На протяжении 20-х годов радиопередатчики и радиоприемники стали ламповыми и оставались таковыми вплоть до 50-60-х годов. В радиопередатчиках большой мощности электронные лампы применяются и в настоящее время.