Кіріспе
Радио хабар таратушының түрі. Жарық аралық таратушы – электрлік ұшқын арқылы радио толқындарын жасайтын радио хабар таратушының ескірген түрі. Жарық аралық таратушылар радио хабар таратушының алғашқы түрі болды және 1887 жылдан бастап Бірінші дүниежүзілік соғыстың соңына дейін, радионың алғашқы үш онжылдығында – сымсыз телеграфия немесе «жарық» дәуірінде кеңінен қолданылды. Неміс физигі Генрих Герц 1887 жылы алғашқы тәжірибелік жарық аралық таратушыны жасады, ол радио толқындарының бар екенін дәлелдеді және олардың қасиеттерін зерттеді. Жарық аралық таратушылардың негізгі кемшілігі – олар радио толқындарының қысқа мерзімді импульстарын, яғни сөндірілген толқындарды жасайды; олар қазіргі заманғы AM немесе FM радио таратуда қолданылатын аудио (дыбыс) сигналдарын тасымалдауға қабілетті үздіксіз толқындарды өндіре алмайды. Сондықтан жарық аралық таратушылар аудио сигналдарды жібермей, ақпаратты радиотелеграфия арқылы таратты; оператор телеграф кілті арқылы таратушыны қосып-өшіріп, Морзе кодында мәтіндік хабарламаларды құру үшін радио толқындарының импульстарын жасады. Радиотелеграфиялық байланыс үшін алғашқы практикалық жарық аралық таратушылар мен қабылдағыштарды 1896 жылы Гульельмо Маркони жасады. Жарық аралық таратушыларды алғаш рет кемелерде қолданды, олар жағалаумен байланыс орнатып, кеме батып бара жатса, дабыл сигналын жіберді. Олар 1912 жылғы «Титаник» апаты сияқты теңіздегі құтқару операцияларында маңызды рөл атқарды. Бірінші дүниежүзілік соғыстан кейін вакуумдық түтіктерді пайдаланатын таратушылар жасалды, олар арзан болды және үздіксіз толқындарды өндірді, олардың таралу радиусы үлкен, кедергісі аз және аудио сигналдарын тасымалдауға қабілетті болды, нәтижесінде 1920 жылға қарай жарық аралық таратушылар қолданудан шықты. Жарық аралық таратушылар өндіретін радиосигналдар электрлік «шулы» болады; олардың жолақтығы кең, басқа радио хабарларын бұзуға мүмкіндік беретін радиожиілікті кедергі (RFI) тудырады. Бұл типтегі радиоэміссия 1934 жылдан бері халықаралық заңмен тыйым салынған. Радио толқындары, радиожиілікті электромагниттік толқындар, уақыт бойынша өзгеретін электр тогы арқылы туындауы мүмкін, олар өткізгіш арқылы ағып өтетін электрондардан тұрады және кенеттен жылдамдығын өзгертеді, осылайша үдемелі қозғалысқа ие болады. Екі өткізгіш арасындағы жарық аралығы арқылы электрлік ұшқынмен разрядталатын электр зарядталған сыйымдылық радио толқындарын жасайтын алғашқы құрылғы болды. Практикалық жарық аралық таратушы мынадай бөліктерден тұрады: Кернеуді арттыруға арналған трансформатор, қуат көзінен (аккумулятор немесе электр розеткасы) төмен кернеулі электр энергиясын жарық аралығынан секіруге жеткілікті жоғары кернеуге (бірнеше киловольттан бастап қуатты таратушыларда 75-100 киловольтқа дейін) түрлендіреді. Трансформатор конденсаторды зарядтайды. Аккумулятормен жұмыс істейтін аз қуатты таратушыларда бұл әдетте индукциялық катушка (Румкорф катушкасы) болды. Бір немесе бірнеше резонанстық контурлар (тұнтталған контурлар немесе резервуарлық контурлар), олар ұшқынмен қозғанда радиожиіліктік электр тербелістерін тудырады. Резонанстық контур трансформатордан жоғары кернеулі электр энергиясын сақтайтын конденсатордан (алғашқы кезде Лейден банкасы деп аталған тип) және бірге қосылған индуктор немесе тюнингтік катушкадан тұрады. Сыйымдылық және индуктивтілік мәндері өндірілетін радио толқындарының жиілігін анықтайды. 1897 жылға дейінгі алғашқы жарық аралық таратушыларда резонанстық контур болмаған; антенна осы функцияны орындап, резонатор ретінде әрекет етті. Алайда, бұл таратушы өндірген электромагниттік энергия кең жолақта таралып, оның тиімді радиусы ең көп дегенде бірнеше километрге дейін шектелді. Көптеген жарық аралық таратушыларда екі резонанстық контур ауалық өзекті трансформатормен біріктірілген, ол резонанстық трансформатор немесе тербеліс трансформаторы деп аталды. Ұшқын импульсі резонанстық контурды қоңырау сияқты «қоңырау» қозғалысына келтіреді, антеннамен электромагниттік толқындар ретінде сәулеленетін қысқа тербелісті ток тудырады.
A spark gap transmitter is an obsolete type of radio transmitter which generates radio waves by means of an electric spark. Spark gap transmitters were the first type of radio transmitter, and were the main type used during the wireless telegraphy or "spark" era, the first three decades of radio, from 1887 to the end of World War I. German physicist Heinrich Hertz built the first experimental spark gap transmitters in 1887, with which he proved the existence of radio waves and studied their properties. A fundamental limitation of spark gap transmitters is that they generate a series of brief transient pulses of radio waves called damped waves; they are unable to produce the continuous waves used to carry audio (sound) in modern AM or FM radio transmission. So spark gap transmitters could not transmit audio, and instead transmitted information by radiotelegraphy; the operator switched the transmitter on and off with a telegraph key, creating pulses of radio waves to spell out text messages in Morse code. The first practical spark gap transmitters and receivers for radiotelegraphy communication were developed by Guglielmo Marconi around 1896. One of the first uses for spark gap transmitters was on ships, to communicate with shore and broadcast a distress call if the ship was sinking. They played a crucial role in maritime rescues such as the 1912 RMS Titanic disaster. After World War I, vacuum tube transmitters were developed, which were less expensive and produced continuous waves which had a greater range, produced less interference, and could also carry audio, making spark transmitters obsolete by 1920. The radio signals produced by spark gap transmitters are electrically "noisy"; they have a wide bandwidth, creating radio frequency interference (RFI) that can disrupt other radio transmissions. This type of radio emission has been prohibited by international law since 1934. Radio waves, electromagnetic waves of radio frequency, can be generated by time varying electric currents, consisting of electrons flowing through a conductor which suddenly change their velocity, thus accelerating. An electrically charged capacitance discharged through an electric spark across a spark gap between two conductors was the first device known which could generate radio waves. A practical spark gap transmitter consists of these parts:
A high voltage transformer, to transform the low voltage electricity from the power source, a battery or electric outlet, to a high enough voltage (from a few kilovolts to 75 100 kilovolts in powerful transmitters) to jump across the spark gap. The transformer charges the capacitor. In low power transmitters powered by batteries this was usually an induction coil (Ruhmkorff coil). One or more resonant circuits (tuned circuits or tank circuits) which create radio frequency electrical oscillations when excited by the spark. A resonant circuit consists of a capacitor (in early days a type called a Leyden jar) which stores high voltage electricity from the transformer, and a coil of wire called an inductor or tuning coil, connected together. The values of the capacitance and inductance determine the frequency of the radio waves produced. The earliest spark gap transmitters before 1897 did not have a resonant circuit; the antenna performed this function, acting as a resonator. However, this meant that the electromagnetic energy produced by the transmitter was dissipated across a wide band, thereby limiting its effective range to a few kilometers at most. Most spark transmitters had two resonant circuits coupled together with an air core transformer called a resonant transformer or oscillation transformer. The impulsive spark excites the resonant circuit to "ring" like a bell, producing a brief oscillating current which is radiated as electromagnetic waves by the antenna.
Индукциялық катушка
Индукциялық катушка (Румкорф катушкасы) көбінесе 500 Вт-тан төмен қуатты, әдетте батареямен жұмыс істейтін, аз қуатты хабар таратушыларда қолданылды. Индукциялық катушка – DC тогымен жұмыс істейтін трансформатордың бір түрі, онда катушкадағы «үзіліс» деп аталатын қозғалмалы контакті негізгі орамаға ток беретін тізбекті үздіксіз үзеді, нәтижесінде катушка жоғары кернеу импульстарын тудырады. Негізгі орамаға ток қосылғанда, негізгі орама темір өзекте магниттік өріс жасайды, ол серіппелі үзіліс қолды байланыстан алыстатып, тізбекті ашады және негізгі токты тоқтатады. Содан кейін магниттік өріс күйрейді, екіншілік орамада жоғары кернеу импульсін тудырады, ал үзіліс қолы кернеуді қайтадан жабылу үшін серпіледі, және цикл қайталанады. Жоғары кернеудің әрбір импульсі конденсаторды от шашуға дейін зарядтайды, нәтижесінде әр импульсқа бір от шашу түзіледі. Үзілістердің жұмыс жиілігі 20–100 Гц-ке дейін шектелген, қабылдағышта әлсіз гуылдай естіледі. Қуатты индукциялық катушкалы хабар таратушыларда дірілдейтін үзіліс орнына сынап турбиналық үзіліс қолданылды. Бұл бірнеше мың герцке дейін токтың үзілуіне мүмкіндік берді, ал жылдамдығы ең жақсы дыбыс алу үшін реттелуге болатын.
АЖ трансформаторы
АЖ-мен жұмыс істейтін жоғары қуатты берілістерде трансформатор кіріс кернеуін қажетті жоғары кернеуге дейін көтереді. Трансформатордан шығатын синусоидты кернеу тікелей конденсаторға қолданылады, сондықтан конденсатордағы кернеу жоғары оң кернеуден нөлге дейін, содан кейін жоғары теріс кернеуге дейін өзгереді. Ұшқын аралығы реттеледі, сондықтан ұшқындар тек максималды кернеуге жақын, АЖ синусоидты толқынының жоғарғы нүктелерінде, конденсатор толық зарядталған кезде пайда болады. АЖ синусоидты толқынының әр циклында екі жоғарғы нүкте болғандықтан, идеалды жағдайда әр циклде екі ұшқын пайда болып, ұшқынның жиілігі АЖ қуатының жиілігінен екі есеге тең болатын. Томас Эдисон 1875 жылы радионы ашуға жақын болды; ол жоғары кернеулі ұшқын тізбектерімен тәжірибе жасап, "эфирлік тоқтар" деп атаған радио толқындарын жасап, анықтады, бірақ уақыт жетіспеуіне байланысты бұл мәселені одан әрі зерттемеді. Фицджеральд 1883 жылы жарияланған қысқаша ескертпесінде электромагниттік толқындарды конденсаторды жылдам разряд ету арқылы практикалық түрде жасауға болатынын ұсынды; осы әдіс ұшқын бергіштерінде қолданылды, алайда бұл басқа өнертапқыштарға ықпал еткеніне ешқандай дәлел жоқ. Ұшқын бергіштері тарихының бөлінуі төменде көрсетілген түрлерге сәйкес келеді, бұл ұйымдастыру көптеген сымсыз оқулықтарында қолданылады.
"Шыбыртқы" дәуірі
Радио алғаш рет кемелерде қолданылды, жағалаумен байланыс орнату және кеме батып бара жатқанда дабыл беру үшін. Маркони компаниясы жағалау станцияларының желісін құрды және 1904 жылы алғашқы Морзе кодімен дабыл сигналын – CQD әріптерін енгізді. Ол 1906 жылы SOS келісіміне қол жеткізілген Екінші Халықаралық радиотелеграфиялық конвенцияға дейін қолданылды. Радиотелеграфия арқылы жасалған алғашқы маңызды теңіз құтқару операциясы 1909 жылғы 23 қаңтарда RMS Republic лайнерінің апатқа ұшырауы болды, нәтижесінде 1500 адам құтқарылды. Сымсыз телеграфия дәуіріндегі ұшқынды таратушылардың пайдаланған радио жиіліктері: Жиілік (килогерц) Толқын ұзындығы (метр) Типтік қуат диапазоны (кВт) Әуесқойлар > 1500 < 200 0,25 0,5 Кемелер 500, 660, 1000 600, 450, 300 1 10 Әскери-теңіз күштері 187,5 500 1600 600 5 20 Орташа өлшемді құрлық станциялары 187,5 333 1600 900 5 20 Трансокеандық станциялар 15 187,5 20 000 1600 20 500 Ұшқынды таратушылар мен оларды қабылдауға арналған кристалл қабылдағыштар қарапайым болғандықтан, оларды көптеген әуесқойлар өздері жасаған. Төмен қуатты әуесқойлық таратушылар ("сыңғырлағыштар") көбінесе Ford Model T сияқты ерте автомобильдерден алынған "тремблер" тұтану катушкаларымен жасалған. 1912 жылғы 14 сәуірде болған кеме апаты радионың маңыздылығын арттырды, бірақ қаза болғандардың саны жаңа радио индустриясының нашар ұйымдасқандығына назар салды және кейбір кемшіліктерді жойған реттеуді қажет етті. АҚШ-тың 1912 жылғы Радио заңы барлық радио таратушыларға лицензия талап етті, таратушылардың максималды демпферлеуі 0,2-ге дейін шектелді, бұл ескі, шулы, синтондық емес таратушыларды эфирден шығару үшін жасалды, ал әуесқойлар негізінен 1,5 МГц жоғары жиіліктегі пайдаланылмаған жиіліктермен және 1 киловатт қуатпен шектелді. 1910 жылдан бастап өнеркәсіптік елдер басқа елдермен коммерциялық және дипломатиялық телеграммалар алмасу және олардың теңіз арқылы орналасқан колонияларымен байланыс орнату үшін осы станциялардың жаһандық желісін құрды. Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде радио стратегиялық қорғаныс технологиясына айналды, өйткені ұзын қашықтыққа радиотелеграфиялық станциялары жоқ ел жаудың су асты телеграф кабельдерін кесіп оқшаулануы мүмкін еді. Осы кезде ұшқынды таратушылар көнеріп қалған, радио тыңдаушылар мен авиациялық органдар шулы, ескі теңіз ұшқынды таратушыларының радио қабылдауға кедергі келтіріп жатыр деген шағымдар айтты. Бірақ кеме жүргізушілер ескі кемелерде әлі де қолданылып жүрген ескі ұшқынды жабдықты ауыстыруға қажетті капиталдық шығындарға байланысты, тоңазытқыш толқындарға толық тыйым салуға қарсы болды. Конвенция 1929 жылдан кейін жаңа құрлықтағы ұшқынды таратушыларға лицензия беруге тыйым салды. 1934 жылдан кейін кемелердегі төтенше жағдайларды қоспағанда, "B" класы деп аталатын тоңазытқыш радио толқынының шығарылуына тыйым салынды. Тесла катушкасынан алынған 0,1–1 МГц жиіліктің жүздеген мың вольттық жоғары тербелістік кернеуі тікелей пациенттің денесіне қолданылды. Емдеу ауыртпады, өйткені радио жиіліктеріндегі ток электр тогының физиологиялық реакциясын тудырмайды. 1926 жылы Уильям Т. Бови радиожиі токтарын скальпельге қолданғанда, медициналық операцияларда тіндерді кесіп, күйдіруге болатынын ашты, ал ұшқынды осцилляторлар электрохирургиялық генераторлар немесе "Бови" ретінде 1980 жылдарға дейін қолданылды. 1950 жылдары жапондық ойыншықтар компаниясы Matsudaya төмен қуатты ұшқынды таратушыны контроллерде радио басқару сигналдарын шығарудың арзан тәсілі ретінде қолданған Radicon деп аталатын арзан қашықтан басқарылатын жүк көліктері, қайықтары және роботтарының желісін шығарды. Сигналдар ойыншықтағы когерентті қабылдағышпен қабылданды. Ұшқынды осцилляторлар газ вольфрамды дәнекерлеуде дәнекерлеу доғасын бастау үшін қажетті жоғары жиілікті жоғары кернеуді өндіру үшін әлі де қолданылады. Күшті ұшқынды импульс генераторлары әлі де ЭМП-ны модельдеу үшін қолданылады.
Spark transmitters and the crystal receivers used to receive them were simple enough that they were widely built by hobbyists. Low power amateur transmitters ("squeak boxes") were often built with "trembler" ignition coils from early automobiles such as the Ford Model T.
The sinking 14 April 1912 increased public appreciation for the role of radio, but the loss of life brought attention to the disorganized state of the new radio industry, and prompted regulation which corrected some abuses. In the US 1912 Radio Act, licenses were required for all radio transmitters, maximum damping of transmitters was limited to a decrement of 0.2 to get old noisy non syntonic transmitters off the air, and amateurs were mainly restricted to the unused frequencies above 1.5 MHz and output power of 1 kilowatt. Beginning about 1910, industrial countries built global networks of these stations to exchange commercial and diplomatic telegram traffic with other countries and communicate with their overseas colonies. During World War I, radio became a strategic defensive technology, as it was realized a nation without long distance radiotelegraph stations could be isolated by an enemy cutting its submarine telegraph cables. Spark transmitters were long obsolete at this point, and broadcast radio audiences and aviation authorities were complaining of the disruption to radio reception that noisy legacy marine spark transmitters were causing. But shipping interests vigorously fought a blanket prohibition on damped waves, due to the capital expenditure that would be required to replace ancient spark equipment that was still being used on older ships. The Convention prohibited licensing of new land spark transmitters after 1929. Damped wave radio emission, called Class B, was banned after 1934 except for emergency use on ships. High oscillating voltages of hundreds of thousands of volts at frequencies of 0.1 1 MHz from a Tesla coil were applied directly to the patient's body. The treatment was not painful, because currents in the radio frequency range do not cause the physiological reaction of electric shock. In 1926 William T. Bovie discovered that RF currents applied to a scalpel could cut and cauterize tissue in medical operations, and spark oscillators were used as electrosurgery generators or "Bovies" as late as the 1980s. In the 1950s a Japanese toy company, Matsudaya, produced a line of cheap remote control toy trucks, boats and robots called Radicon, which used a low power spark transmitter in the controller as an inexpensive way to produce the radio control signals. The signals were received in the toy by a coherer receiver. Spark gap oscillators are still used to generate high frequency high voltage needed to initiate welding arcs in gas tungsten arc welding. Powerful spark gap pulse generators are still used to simulate EMPs.