Введение

Кохер был примитивной формой детектора радиосигнала, использовавшегося в первых радиоприемниках в эпоху беспроводной телеграфии в начале XX века. Его применение в радиосвязи основывалось на исследованиях французского физика Эдуарда Бранли, проведенных в 1890 году, и было адаптировано другими физиками и изобретателями в течение последующего десятилетия. Устройство состоит из трубки или капсулы, содержащей два электрода, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга, между которыми находятся рыхлые металлические опилки. При подаче на устройство радиочастотного сигнала металлические частицы сцеплялись, уменьшая первоначально высокое сопротивление, и позволяя протекать большему постоянному току. В приемнике этот ток приводил в действие звонок или регистрировал сигнал на бумажной ленте. Металлические опилки в кохере оставались проводящими после прекращения сигнала (импульса), поэтому кохер требовалось "декогерировать" – приводить в исходное состояние, постукивая по нему механическим прерывателем, управляемым электромагнитом, после каждого принятого сигнала. Кохеры оставались широко распространенными примерно до 1907 года, когда их заменили более чувствительные электролитические и кристаллические детекторы.

История

Поведение частиц или металлических опилок в присутствии электричества или электрических искр было замечено во многих экспериментах задолго до работы Эдуарда Бранли в 1890 году и даже до того, как была доказана теория электромагнетизма. В 1835 году шведский ученый Питер Сэмюэл Мунк заметил изменение сопротивления в смеси металлических опилок в присутствии искрового разряда из Лейденской банки. В 1850 году Пьер Гитар обнаружил, что при электризации пыльного воздуха частицы склонны собираться в виде нитей. Идея о том, что частицы могут реагировать на электричество, была использована в грозовом мосте английского инженера Сэмюэля Альфреда Варли в 1866 году – устройстве для защиты телеграфных линий от молнии, состоящем из куска дерева с двумя металлическими шипами, входящими в камеру. Пространство было заполнено порошковым углем, который не пропускал низковольтные телеграфные сигналы, но проводил и заземлял высоковольтный разряд молнии. В 1879 году валлийский ученый Дэвид Эдвард Хьюз обнаружил, что неплотные контакты между угольным стержнем и двумя угольными блоками, а также металлические гранулы в разрабатываемом им микрофоне, реагировали на искры, генерируемые в соседнем аппарате. Шотландский инженер-электрик и астроном Джордж Форбс предположил, что трубка Бранли может реагировать на волны Герца – тип электромагнитного излучения, распространяющегося в воздухе, существование которого было доказано немецким физиком Генрихом Герцем (позже названным радиоволнами). В 1893 году физик В. Б. Крофт продемонстрировал эксперименты Бранли на заседании Физического общества в Лондоне. Крофту и другим было неясно, реагировали ли опилки в трубке Бранли на искры или на свет от искр. Джордж Минчин заметил, что трубка Бранли может реагировать на волны Герца так же, как и его солнечный элемент, и написал статью "Действие электромагнитного излучения на пленки, содержащие металлические порошки".

Операция

В отличие от современных AM-радиостанций, передающих непрерывную радиочастоту, амплитуда (мощность) которой модулируется звуковым сигналом, первые радиопередатчики передавали информацию посредством беспроводной телеграфии (радиотелеграфии). Передатчик включался и выключался (ключевание включением-выключением) для создания импульсов различной длины немодулированного сигнала несущей волны – "точек" и "тире", составляющих текстовые сообщения в коде Морзе. В результате, ранние радиоприемные устройства должны были лишь обнаруживать наличие или отсутствие радиосигнала, а не преобразовывать его в звук. Устройство, выполнявшее эту функцию, называлось детектором. Когерер был наиболее успешным из множества детекторных устройств, использовавшихся на заре развития радио. Принцип работы когерера основан на явлении сопротивления электрического контакта. А именно, металлические частицы, когерируя (слипаясь), начинают проводить электричество значительно лучше после воздействия радиочастотного электричества. Радиосигнал от антенны подавался непосредственно на электроды когерера. При поступлении радиосигнала от "точки" или "тире" когерер становился проводящим. Электроды когерера также подключались к цепи постоянного тока, питаемой от батареи, создающей щелчок в наушниках или телеграфном аппарате, либо оставляющей отметку на бумажной ленте для записи сигнала. К сожалению, уменьшение электрического сопротивления когерера сохранялось после прекращения подачи радиосигнала. Это создавало проблему, поскольку когерер должен был быть готов немедленно принять следующую "точку" или "тире". Поэтому был добавлен механизм декогерирования, который постукивал по когереру, механически нарушая сцепление частиц и возвращая его в состояние высокого сопротивления. Если в момент постукивания передается "тире", то радиочастота все еще принимается, когерер снова становится проводящим, и процесс повторяется, оставляя очередную отметку на ленте. В результате, "тире" на ленте отображалось в виде нескольких близко расположенных "точек". Явление когеренции частиц под воздействием радиоволн остается малоизученным даже сегодня. Недавние эксперименты с частичными когерерами подтвердили гипотезу о том, что когезия частиц происходит за счет микросварки, вызванной радиочастотным электричеством, протекающим через небольшую площадь контакта между частицами.

Когерент с неполным соединением

Существует несколько вариантов того, что известно как когерер несовершенного контакта. Принцип работы (микросварка), предложенный выше для когерера из стружки, может быть менее применим к этому типу, поскольку в декогеренции нет необходимости. Вариант этого устройства, использующий железо и ртуть, был применен Маркони для отправки первого трансатлантического радиосообщения. Более ранняя форма была изобретена Джагдишем Чандрой Босом в 1899 году. Устройство состояло из небольшой металлической чашки, содержащей лужицу ртути, покрытую очень тонкой изолирующей плёнкой масла; над поверхностью масла подвешен небольшой железный диск. С помощью регулировочного винта нижний край диска прижимается к ртути, покрытой маслом, с давлением, достаточно малым, чтобы не пробить масляную плёнку. Принцип его работы изучен не до конца. Обнаружение сигнала происходит, когда радиочастотный сигнал каким-то образом пробивает изолирующую плёнку масла, позволяя устройству проводить ток и активировать последовательно подключённый приёмный звуковой сигнализатор. Эта форма когерера самовосстанавливается и не требует декогеренции. В 1899 году Бозе представил доклад в Королевском обществе в Лондоне о разработке "железо-ртутного когерера с телефонным детектором". Позже он также получил патент "Детектор электрических возмущений" (1904) на конкретный электромагнитный приёмник.