Создание научных основ радиотехники
МИНИСТЕРСТВО
ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ
АГЕНТСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА
ФГБОУ ВПО
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ»
РЕФЕРАТ
по дисциплине
«История и философия науки»
на тему: «Создание
научных основ радиотехники»
Выполнила:
аспирант 1 года обучения кафедры
№23 «Аэропортов и авиаперевозок»
по направлению:
.22.01- «Транспортные и
транспортно -
технологические системы страны, ее
регионов и городов,
организация производства на
транспорте»
Поликарпова А.Н.
Проверил: Майор М.Н.
г.
Санкт-Петербург
г.
Содержание
Введение
Глава 1.
Предпосылки создания радио
1.1 Естественнонаучные
открытия в области электротехники
1.2 Первые
устройства беспроводной связи
Глава 2.
Создание беспроводной связи
2.1 Изобретение
радио
2.2 Начало
беспроводной связи
2.3
Формирование научных основ радиотехники
Заключение
Список
литературы
Введение
Неуклонное совершенствование методологической базы радиотехники как одной
из самых динамично развивающихся технических дисциплин, дающих начало новым
техническим наукам, с одной стороны, а с другой, - ее стремительное вхождение в
повседневную жизнь, сопровождающееся падением интереса к инженерному
творчеству, - все это детерминирует необходимость ретроспективного погружения в
историю этой науки. История радиотехники, как и история любой науки, есть некое
«хранилище подсказок» на вопросы, поставленные самой жизнью.
Цель реферата - рассмотреть ретроспективу формирования научных основ
радиотехники в контексте современных научных достижений в данной области, для
выявления причин кризиса научного познания в области радиотехники.
Поставленная цель предполагает решение следующих задач:
1. Исследование генезиса радиотехники.
. Рассмотрение основных научных достижений радиотехники.
. Исследование процесса развития радиотехники через научные
революции.
. Исследование причин, последствий, возможных путей выхода из
кризиса, отчасти связанного с падением престижа научного познания в области
радиотехники.
Задачи, выдвинутые мной, актуальны, поскольку их решение поможет глубже
вникнуть в проблему, с которой столкнулось человечество на данном этапе своей
истории. Эта проблема связана с потерей интереса к научному и техническому
творчеству, что является парадоксальным в условиях современного прогресса при
его неуклонных темпах роста. Необычным является и тот факт, что интерес к
новинкам потребительской электроники и научным открытиям не угасает, а наоборот
возрастает. Люди следят за выпуском современных устройств связи, портативных
компьютеров, но в корне не понимают, по какому принципу осуществляются функции,
заложенные разработчиками в различной технике. Установить причины и возможные
последствия этого кризиса предлагается с помощью рассмотрения истории,
выявления тенденций развития такой технической дисциплине, как радиотехника.
Глава 1. Предпосылки создания радио
1.1 Естественнонаучные открытия в области
электротехники
XIX
век был ознаменован величайшими открытиями в области электричества и
электромагнетизма, положившими начало развитию современной электротехники и
радиоэлектроники.
Одним из отцов-основателей электротехники можно по праву считать
итальянского ученого Александра Вольта. Именно он в 1800 году создал
«элемент Вольта» - первый гальванический элемент. Он опустил в банку с кислотой
две пластинки - цинковую и медную - и соединил их проволокой. После этого
цинковая пластина начала растворяться, а на медной стали выделяться пузырьки
газа. Вольта предположил и показал, что по проволоке протекает электрический
ток.
Для удобства практического применения, Вольта придал гальваническому
элементу форму вертикального цилиндра (столба), состоящего из соединённых между
собой колец цинка, меди и сукна, пропитанных кислотой. Вольтов столб высотою в
полметра развивал напряжение, чувствительное для человека. Изобретение А.
Вольта позволило создать устройство для получения электричества достаточно
большой емкости - тем самым решив одну из острых проблем ученых-исследователей
того времени.
С давних времен электричество и магнетизм были известны по отдельности
(первые упоминания об электричестве и магнетизме относятся к VIII веку до н.э.), однако их взаимосвязь
не была доказана ни одним ученым.
Одним из первых ученых, экспериментально подтвердившим связь между
электричеством и магнетизмом, был датский физик Ганс Христиан Эрстед. В
1820 году он продемонстрировал, что проволока, по которой течет электрический
ток, вызывает отклонение магнитной стрелки компаса.
Эрстед на лекции в университете демонстрировал нагрев проволоки
электричеством от Вольтова столба, для чего составил электрическую, или, как
тогда говорили, гальваническую цепь. На демонстрационном столе находился
морской компас, поверх стеклянной крышки которого проходил один из проводов.
Вдруг кто-то из студентов (здесь показания свидетелей расходятся - говорят, это
был аспирант, а то и вовсе университетский швейцар) случайно заметил, что,
когда Эрстед замкнул цепь, магнитная стрелка компаса отклонилась в сторону.
Однако существует мнение, что Эрстед заметил отклонение стрелки сам.
В пользу стороннего наблюдателя говорит то, что, во-первых, сам Эрстед
был занят манипуляциями скручивания проводов, к тому же вряд ли бы он, много
раз проводивший такой опыт, стал живо интересоваться его ходом.
Однако предыдущие исследования Эрстеда и его увлечённость концепцией
Шеллинга говорят об обратном. В некоторых источниках даже указывается, что
Эрстед якобы всюду носил с собой магнит, чтобы непрерывно думать о связи
магнетизма и электричества. Возможно, это вымысел, призванный упрочить позицию
Эрстеда как первооткрывателя. В самом деле, если был так озабочен проблемой,
почему не попытался раньше целенаправленно поставить опыт с электрической цепью
и компасом? Ведь компас - одно из наиболее очевидных практических использований
магнита. Тем не менее, нельзя отрицать, что над проблемой связи электричества и
магнетизма он задумывался, как впрочем, и над проблемами связи других явлений,
между которыми никакой связи не было.
Для начала Эрстед повторил условия своего лекционного опыта, а затем стал
их менять. И обнаружил следующее: «Если расстояние от проволоки до стрелки не
превосходит 3/4 дюйма, отклонение составляет 45°. Если расстояние увеличивать,
то угол пропорционально уменьшается. Абсолютная величина отклонения изменяется
в зависимости от мощности аппарата».
В дальнейшем экспериментатор решает проверить действие проводников из
различных металлов на стрелку. Для этого берутся проволоки из платины, золота,
серебра, латуни, свинца, железа. И происходит необъяснимое! Металлы, которые
никогда не обнаруживали магнитных свойств, приобретали их, когда через них
протекал электрический ток.
Эрстед стал экранировать стрелку от провода стеклом, деревом, смолой,
гончарной глиной, камнями, диском электрофора. Экранирование не состоялось.
Стрелка упорно отклонялась. Отклонялась даже тогда, когда её поместили в сосуд
с водой. Последовал вывод: «Такая передача действия сквозь различные вещества
не наблюдалась у обычного электричества и электричества вольтаического».
Когда соединительную проволоку Эрстед ставил вертикально, то магнитная
стрелка совсем не указывала на неё, а располагалась как бы по касательной к
окружности с центром по оси проволоки. Исследователь предложил считать действие
проволоки с током вихревым, так как именно вихрям свойственно действовать в
противоположных направлениях на двух концах одного диаметра.
Ознакомившись с работой Эрстеда, английский физик-экспериментатор Майкл
Фарадей обнаружил вращение магнита вокруг проводника с током и вращение
проводника с током вокруг магнита. Через 10 лет он открыл явление
электромагнитной индукции, исследовал явление самоиндукции и экстратоки
замыкания-размыкания. Фарадей дал представление о силовых линиях, которые
считал существующими, высказал мысль о том, что распространение
электромагнитных взаимодействий есть процесс волновой, распространяющийся с
конечной скоростью. Фарадей дал математическое описание явления
электромагнитной индукции (закон Фарадея), которое впоследствии стало одним из
четырех уравнений Максвелла. Фарадей предположил, что в пространстве вокруг
проводника с током действуют особые электромагнитные силы, но не завершил
работ, связанных с этим предположением.
В 1861 - 1865 годах британский физик, математик и механик Джеймс Максвелл
продолжил работу Фарадея, путем проведения ряда экспериментов с
электромагнитными волнами и создания на их основе теории электромагнитного
поля, которую сформулировал в виде системы из четырех дифференциальных
уравнений в частных производных (уравнения Максвелла). Из них следовала
возможность существования электромагнитного поля, способного распространяться в
пространстве в виде электромагнитной волны, частным случаем которой является
световая волна. Максвелл пришел к выводу о электромагнитной природе света
(1865) и показал, что скорость распространения электромагнитных волн в вакууме
равна скорости света.
1.2 Первые устройства беспроводной
связи
В 1872 году американский изобретатель Малон Лумис получил первый в мире
патент на устройство беспроводной связи - радиотелеграф. Это устройство было
способно передавать радиосигнал на расстояние до 20 км, что было
продемонстрировано изобретателем в октябре 1872 года в штате Вирджиния.
ноября 1875 американский инженер Томас Эдисон объявил прессе, что в ходе
экспериментов с телеграфом он замечал явление, которое он назвал «эфирными
силами». Однако данная теория не была признана научным сообществом и Эдисон не
стал продолжать свои исследования в этой области.
В 1878 году английский и американский изобретатель Дэвид Хьюз
запатентовал устройство для передачи и приема радиоволн, на основании открытой
им зависимости между шумами в приемнике телефона и воздействием на него
индуктивного маятника. Впоследствии это изобретение получило название «микрофон
Хьюза».
В 1884 году итальянец Фемистокл Кальчецци-Онести изобрёл трубку,
наполненную железными опилками, названную впоследствии «когерер». Это
изобретение послужило прообразом электрических коммутаторов, без которых
радиовещание невозможно.
В 1885 году Т. Эдисон получил патент на систему радиосвязи между судами,
который он затем продал Гульельмо Маркони.
Электромагнитные волны радиодиапазона (λ = 6 м, f = 500 МГц) впервые были
получены и изучены немецким физиком и естесствоиспытателем Генрихом Герцем в
1886-1889 гг. Он их генерировал и излучал при помощи вибратора, возбуждаемого
искровым разрядом. Во втором вибраторе под действием принимаемой волны
проскакивала искра.
Г. Герц показал, что электромагнитные волны способны отражаться,
преломляться, интерферировать и поляризоваться, подобно световым волнам. Таким
образом, он продемонстрировал, что радиоизлучение обладает всеми свойствами
волн, которые стали называть электромагнитными волнами или волнами Герца. Он
обнаружил, что уравнения, описывающие электромагнитное поле, можно
переформулировать в виде дифференциального уравнения в частных производных,
названного волновым уравнением. Однако Герц не предвидел
возможности применения электромагнитных волн для передачи информации.
Интересно, что идея использования электромагнитных явлений для передачи
сигналов принадлежит еще А. Амперу.
Существенную роль в опытах Герца играло явление электрического резонанса,
исследованное норвежцем Бьеркнесом (1890-1891). Формула для определения
резонансной частоты колебательного LC-контура при отсутствии затухания:
(1)
Она
была получена еще в 1853 г. У. Томсоном (лорд Кельвин) в связи с решением
проблем, возникших при прокладке телеграфного трансатлантического кабеля.
Француз Э. Бранли обнаружил (1890) и изучил явление уменьшения сопротивления
металлического порошка при воздействии на него электрических колебаний и
восстановлении исходного высокого сопротивления при встряхивании. Лабораторный
прибор для демонстрации этого явления Э. Бранли назвал радиокондуктором,
впервые введя в оборот термин “радио”.
Также
известны другие изобретатели устройств для радиопередачи. В 1885-1892 гг.
фермер из Кентукки Натан Стаблфилд претендовал на изобретение радио, но его
устройство, похоже, работало на индуктивном принципе, а не на приёме-передаче
радиосигнала. В 1893-1894 годах Бразильский священник и ученый Роберто де Мора
провел эксперименты по беспроводной связи, но не опубликовал свои достижения до
1900 года.
Глава 2. Создание беспроводной связи
.1 Изобретение радио
В истории радио и развитии «беспроводной телеграфии», есть несколько
претендентов на изобретение радио. Так, сербский инженер Никола Тесла
разработал устройства для надежной генерации радиосигналов, публично
продемонстрировал принципы радиосвязи и первым передал радиосигналы на большие
расстояния. Итальянский ученый и предприниматель Гульельмо Маркони одним из
первых запатентовал устройство радиопередатчика, оснащал корабли спасательными
средствами беспроводной связи, создал первую трансатлантическую службу
радиосвязи. Русский физик и электротехник Александр Сергеевич Попов разработал
устройство для радиопередачи для кораблей военно-морского флота.
В 1893 в Сент-Луисе (США) Никола Тесла представил общественности
демонстрацию беспроводной радиосвязи. Адресуя своё выступление слушателям
Института Франклина в Филадельфии и Национальной Ассоциации Электрического
Света, он подробно рассказал о принципах радиосвязи. Аппаратура, которую он
использовал для демонстрации, содержала все те элементы, которые применялись в
ранних радиосистемах до появления электронных ламп. Тесла был первым, кто
применил явление электрической проводимости для практических целей беспроводной
связи. Кроме того, он первым применил электромагнитные приемники, которые
превосходили когереры по чувствительности. В дальнейшем они использовались
Маркони и другими экспериментаторами. После этого выступления принципы
радиосвязи (посылка сигнала к приёмнику через воздушное пространство) стали
широко обсуждаться. Многие учёные, изобретатели и экспериментаторы занялись
исследованием беспроводных методов связи.
19
августа 1894 британский физик Оливер Лодж продемонстрировал прием сигнала
азбуки Морзе с помощью радиоволн, используя когерер. В ноябре 1894 года
индийский физик Джагадис Чандра Бозе
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%BE%D1%88%D0%B5,_%D0%94%D0%B6%D0%B0%D0%B3%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D1%88_%D0%A7%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D1%80%D0%B0>
публично продемонстрировал использование радиоволн в Калькутте, но он не был
заинтересован в патентовании своей работы. Бозе произвёл возгорание пороха и
звон колокола на расстоянии с помощью электромагнитных волн, доказав, что
коммуникационные сигналы могут быть отправлены без использования проводов. В
1899 он объявил об изобретении «железо-ртутно-железного когерера с телефонным
детектором» в документе, представленном в Лондонское Королевское Общество.
В
1895 году российский физик Александр Степанович Попов продемонстрировал аппарат
для приёма электромагнитных волн. Этот аппарат мог принимать радиосигналы,
несущие информацию - азбуку Морзе. С этого приёмника началась эра создания
средств радиотехники, пригодных для практических целей. Уже в 1900 году
аппаратура А.С. Попова обеспечивала надежную связь в операции по спасению
броненосца «Генерал-адмирал Апраскин», севшего на камни у острова Гогланд.
В
1896 году Гульельмо Маркони провёл демонстрацию устройства для передачи и
приёма радиосигналов. В том же году он получил Британский патент на
усовершенствования по передаче электрических импульсов и сигналов и аппарат для
этой цели. Это был первый патент в области радио, хотя в нём были применены методы,
использованные ранее другими экспериментаторами (в первую очередь Тесла), и
использованы инструменты, похожие на те, которые ранее демонстрировали другие
(в частности, А. С. Попов).
В
1896 Чандра Бозе <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%BE%D1%88%D0%B5,_%D0%94%D0%B6%D0%B0%D0%B3%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D1%88_%D0%A7%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D1%80%D0%B0>
отправился в Лондон для проведения цикла лекций и встретился с Маркони, который
проводил эксперименты по беспроводной связи для британского почтового ведомства.
В 1897 Маркони построил первую радиостанцию на острове Уайт в Англии, а уже в
1898 он смог открыть первый радиозавод в Англии, на котором работало около 50
человек.
В
США в 1897 Никола Тесла подал заявку на два ключевых патента в области радио.
Эти два патента были выданы ему в начале 1900 года. В этот же год он начал
строительство башни «Уорденклиф», которая должна была войти в мощную систему
беспроводной связи (мощностью около 200 кВт). Тесла утверждал, что башня
«Уорденклиф», как часть мировой системы передатчиков, позволила бы обеспечить
надёжный многоканальный приём и передачу информации, общемировую навигацию,
синхронизацию часов, а также глобальную систему определения координат.
В
1904 году в патентном ведомстве США отменили свое прежнее решение и вручили
Маркони патент на изобретение радио, возможно, под влиянием его финансовых
покровителей в Штатах, в числе которых были предприниматели Томас Эдисон и
Эндрю Карнеги. Помимо прочего, данное решение позволило правительству США
избежать необходимости выплачивать отчисления, на которые претендовал Тесла при
использовании его патента.
2.2 Начало беспроводной связи
С появлением первых промышленных образцов устройств беспроводной связи и
массовой потребности в них, появилась необходимость их серийного производства.
Для организации производства аппаратуры радиосвязи создавались первые
коммерческие компании, руководимые изобретателями аппаратуры. Так, Гульельмо
Маркони основал компанию «Бритиш Маркони», которая занималась производством
радиоаппаратуры и ее применением для связи между береговыми радиостанциями и
судами в море. Эта компания вместе со своим дочерним филиалом в Америке жестко
отстаивала свои коммерческие интересы - заключала с владельцем каждого судна
долгосрочный контракт, обязывающий этого владельца пользоваться услугами только
компании «Бритиш Маркони» и грозящий большими денежными штрафами в случае его
неисполнения. Компания действовала подобным образом до 1983 года через
американскую компанию ATT, владея всем её внутренним оборудованием, и отказываясь
устанавливать связь с кораблями, оборудованными аппаратурой не-Маркони.
В
1906 году Реджинальд Фессенден <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B5%D1%81%D1%81%D0%B5%D0%BD%D0%B4%D0%B5%D0%BD,_%D0%A0%D0%B5%D0%B4%D0%B6%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%B4_%D0%9E%D0%B1%D1%80%D0%B8>,
используя генератор переменного тока Эрнста Александерсона
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%81%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D0%B5%D1%80%D1%81%D0%BE%D0%BD,_%D0%AD%D1%80%D0%BD%D0%B5%D1%81%D1%82>
и роторный передатчик с искровым разрядником, осуществил первую радиопередачу
звукового сигнала. Корабли в море услышали трансляцию игры Фессендена на
скрипке «O Святая ночь» и чтение отрывка из Библии. Уже в апреле 1909 Чарльз
Геррольд, преподаватель электроники из Сан-Хосе, Калифорния, построил
радиовещательную станцию. В ней использовалась технология с искровым
разрядником, но несущая частота модулировалась голосом, а затем музыкой. Эта
радиостанция, названная «San Jose Calling», существовала всё время и в конечном
итоге превратилась в сегодняшнюю радиостанцию KCBS в Сан-Франциско. Чарльз
Геррольд, сын фермера из долины Санта-Клара, придумал термин «узкая рассылка» и
«трансляция», чтобы определить предназначение передачи для одного получателя,
например, на борту судна, или для широкой аудитории. (В английском языке термин
«broadcast» используется в сельском хозяйстве в смысле операции по
разбрасыванию семян в разных направлениях. Это слово Чарльз Геррольд применил
для обозначения трансляции для широкой аудитории.) Чарльз Геррольд не
утверждает, что первым передал человеческий голос по радио, а то, что он первым
начал радиовещание. Чтобы радиосигнал распространялся во всех направлениях, он
разработал всенаправленную антенну, которую он монтировал на крышах различных
зданий в Сан-Хосе. Геррольд также претендует на звание первого радиовещателя,
принимающего рекламные объявления.
Появление
радиопередатчиков, как показало кораблекрушение «Титаника», было необходимо
прежде всего на судах - многих пассажиров парохода можно было бы спасти, если
бы на всех находившихся поблизости судах были радиоустановки и правильно велась
служба радиосвязи. В связи с катастрофой была созвана Международная конференция
по охране человеческой жизни на море, которая подготовила соглашение, требующее
обеспечения круглосуточной работы судовых радиостанций. После этого
беспроводной телеграф с искровым передатчиком стал повсеместно устанавливаться
на больших судах.
С
внедрением радиостанций в массовое производство, у компаний-производителей
появились свободные денежные средства, которые можно было задействовать в
дальнейших научных исследованиях радиотехники. Так, на деньги, полученные от
прибыли своей компании, Гильельмо Маркони создал комплекс для дуплексной
трансатлантической беспроводной связи между Северной Америкой и Европой. В то
же время инженеры-исследователи занимались теоретическими изысканиями в области
передачи кодированного сигнала. Одним из первых изобретателей модуляции сигнала
был Джоном Реншоу Карсон, который изобрел однополосную амплитудную модуляцию.
2.3 Формирование научных основ
радиотехники
Несмотря на то, что теоретическое обоснование распространения
электромагнитных волн (как обобщенного случая радиоволн) уже было дано в конце XIX века, основные открытия в области
радиотехники происходили в XX
веке. беспроводной связь радио телеграфия
Радиотехника, основанная на применении электродных ламп, завоевала
главенствующее положение в третьем десятилетии (1915-1924 гг.). Первоначально
развитие приемно-усилительной аппаратуры с использованием электронных ламп
диктовалось потребностями военного времени.
В 1922 году О. В. Лосев начал опыты по применению кристаллических приборов
для усиления и генерации колебаний. В этом же году радиолюбителями открыто
свойство коротких волн распространяться на любые расстояния благодаря
преломлению в верхних слоях атмосферы и отражению от них.
Следующее десятилетие характерно бурным количественным ростом
производства радиовещательных и началом практического освоения телевизионного
приема сигналов. Бурное развитие средств радиосвязи привело к появлению
большого количества радиоизлучающих средств в достаточно узком диапазоне волн,
что привело к появлению помех радиоприему. Для борьбы с помехами необходимо
было не только повышать избирательность и чувствительность приемников, но и
осваивать новые более широкие по полосе пропускания диапазоны волн. В
результате плодотворных научных изысканий в 30-е годы прошлого столетия
осваиваются метровые радиоволны, распространяющиеся в пределах прямой
видимости, прямолинейно, не огибая земной поверхности. Именно в этот период
начала создаваться наука о радиоприеме и радиоприемных устройствах,
объединяющая в себе творческие и инженерно-прикладные решения.
В 1934 году Э. Армстронг изобрел частотную модуляцию (ЧМ),
позволившую избавиться от помех и обеспечивавшую высококачественное
воспроизведение звука радиоприемника и передачу полного диапазона слышимости
человеческого уха - звуков от барабана до флейты, в диапазоне от 50 Гц до 15
000 Гц.
Серьезным препятствием прогрессу радиоприемной техники служили свойства
триода, ограничивавшие возможность усиления колебаний на длинных и особенно
коротких волнах. Появление в тридцатых годах тетродов, а затем и пентодов
открыли новые перспективы в развитии радиоприемной аппаратуры. Приемники,
выполненные на пентодах, имели хорошую чувствительность даже без применения
регенерации. Совершенно в новом свете представился принцип супергетеродинного
приема. Работы Стрэтта в США, Сифорова в СССР создали теорию супергетеродина
для приема длинных и коротких волн. Эта теория применяется и в настоящее время.
Успешному применению супергетеродинных приемников содействовал выпуск специальных
многосеточных ламп для преобразования частоты. Были внедрены
электродинамические громкоговорители, которые резко повысили акустические
качества радиоприема. С 1935 года расширились теоретические и экспериментальные
исследования в области сверхвысоких частот. Разрабатывалась теория симметричных
и коаксиальных линий. Существенный вклад в эту область внес советский ученый А.
А. Пистолькорс. Затем были предложены конструкции и обосновано применение
объемных резонаторов и волноводов. В качестве электронного прибора для
гетеродинов ультракоротких волн был создан клистрон. Наконец, благодаря работам
Армстронга, Кобси, Сифорова и других была внедрена частотная модуляция на
ультракоротких волнах. Все эти научные достижения положили основу для
разработки приемников метрового, дециметрового, сантиметрового, а затем и
миллиметрового диапазонов волн.
Освоению ультракоротковолновой аппаратуры сопутствовало появление новых
областей радиотехники: дальней радиорелейной связи и радиолокации. В качестве
теоретической базы для проектирования радиорелейной приемной и передающей
аппаратуры использовались научные достижения в области многоканального
телефонного уплотнения линий проводной связи, т. к. техника уплотненных передач
по проводам достигла к этому времени широкого развития.
Радиолокация (в том числе и локационный прием) стала возможной с
развитием техники сверхвысоких частот. Однако этого было недостаточно.
Потребовалась глубокая разработка еще одной отрасли науки, которая получила
название «импульсная техника» и которая базируется на изучении переходных
процессов в цепях радиоаппаратуры. Интересы радиолокации потребовали расширения
знаний в области антенн сверхвысоких частот.
В послевоенное время радиотехника начинает развиваться ускоренными
темпами. Обобщение научных и практических достижений привело к тому, что эти
достижения уже не охватывались старым понятием «радиотехника» - пришлось
говорить о чрезвычайно обширной науке - радиоэлектронике, в которую с
каждым годом входили и входят новые отрасли знаний и применений. Отдельные
отрасли радиоэлектроники, такие как радиосвязь, радиовещание, радиолокация,
телевидение, радионавигация, телеметрия, телеуправление,
радиоастрономия и др., предъявляют свои специфические требования к
радиоприемным устройствам. В каждой из этих областей используется не один, а
несколько диапазонов радиоволн, что вносит еще большее разнообразие на пути
совершенствования техники радиоприема.
Изобретение устройств для радиопередачи наглядно продемонстрировало
возможность беспроводной передачи данных, однако для успешного практического
применения данного изобретения были необходимы более совершенные алгоритмы
передачи, более надежная и энергоэффективная элементная база.
В связи с вышеизложенным, развитие научной мысли в области радиотехники
можно разделить на следующие направления: исследование новых сред передачи
информации; развитие методов и алгоритмов обработки информации; развитие
схемотехники радиоустройств.
Рассмотрим ретроспективу научных открытий в области радиотехники как
процесс развития радиотехники через научные революции:
· 1906. Ли де Форрест (США) - электровакуумная радиолампа.
· 1928. Х. Блэк (США) - усилитель с отрицательной обратной
связью.
· 1928. Г. Найквист (США) - «Критерий Найквиста» (возможность
передачи со скоростью 2 Бод на1 Гц) [Nуquist Н. Gertain topics in trаnsmission theory // Тгаns. Аm. IEЕ, 1928, 47, №2, р.б17-644].
· 1933. В.А. Котельников (Россия) - «Теорема Котельникова»
(возможность точно восстановить аналоговый сигнал U(t) по его отсчетам, взятым
в точках tк = k∆t, к =..-2, -1, О, 1, 2, 3,...).
· 1930-е годы - теория модуляции, теория распространения
радиоволн.
· 1947. Д. Бардин, У. Браттайн (США) - точечный транзистор.
· 1949. Шокли (США) - плоскостной транзистор.
· 1930-1940 годы - радио- и гидролокация.
· 1950-е гг. - компьютер.
· 1940-1950-е годы - телевидение.
· 1957. СССР - искусственные спутники Земли.
· 1960-е годы - оптоэлектроника.
· 1970-е годы - акустоэлектроника.
· 1980-е годы - волоконно-оптические системы передачи
информации.
· 1980-е годы - интегральная схемотехника, миниатюризация.
· 1970-1990-е годы - сверхпроводимость (прогноз -
научно-техническая революция после 2020 г.).
Следует отметить, что прикладное применение научных открытий в области
радиотехники позволило осуществить целый научный прорыв в других областях
знания, а также открыть новые области знания. Например при помощи исследований
в области радиотехники появились радиомодуляция, радиолокация, телевидение,
микроэлектроника и многое другое.
С изобретением телевидения и интернета телеграфия по радио не исчезает,
напротив, степень её автоматизации увеличивается. От наземных линий связи
1930-х годов к телетайпам автоматизированного кодирования, затем эти средства
были адаптированы к импульсно-кодовому набору и автоматической маршрутизации, и
наконец появился телекс. В течение тридцати лет телекс является самым дешёвым
средством дальней связи, так как 25 каналов телекса занимают ту же полосу
пропускания, как один голосовой канал. Для деловых и правительственных кругов
важным является то, что телексом можно пересылать подписанные документы.
В XX веке начинается переход от индустриальной модели общества к
постиндустриальной. В индустриальной модели, благодаря машинному производству,
человечество получает все необходимое в промышленных масштабах.
Радиопромышленность - не исключение. Радиолюбители получают все необходимые
детали в полном объеме. Однако постепенно происходит переход к
постиндустриальному обществу. Это влечет за собой не только переход к более
наукоемкому производству и к увеличению доли интеллектуального труда в
производстве, но и к возникновению «общества потребления». Французский философ
и социолог Жан Бодрийяр считал, что «общество потребления» сложилось в Западной
Европе к началу 70-х годов XX века, а в США к началу 60-х годов XX века. По
мнению Бодрийяра, в таком обществе существует излишнее изобилие и нагромождение
товаров, и вся функция людей заключается в потреблении. Особое место занимают
товары электроники. Они становятся доступнее, и всё большее количество людей стремится
получить новые модели различных устройств.
Во второй половине XX-века происходит качественное изменение в элементной
базе радиотехнических устройств. Появляются микросхемы, и происходит
постепенная миниатюризация приборов. Стремительными темпами развивается
компьютерная техника, которая позволяет радиотехнике получить новые методы и
инструменты в конструировании различных устройств. Но одновременно с этим,
уменьшается количество людей, которые хотят заниматься созданием и
обслуживанием новых устройств. К началу 90-х годов XX в. США интерес к
радиолюбительской электронике начинает падать. Закрывается радиожурнал Ham
Radio, который издавался с 1968 года. Закрывается фирма Heath, которая была
одним из крупнейших производителей наборов для домашнего изготовления техники.
Это свидетельствует о важном психологическом моменте у человека: «проще и
быстрее купить, чем собирать самому». Нарушается важная взаимосвязь. Подростки,
которые занимались радиолюбительской схемотехникой, в последствие учились в университетах
и становились учеными или радиоинженерами, теперь покупают устройства связи и
не стремятся разбираться в их конструкции.
В значительной степени инженерная деятельность была связана с
изобретательством и конструированием. В XX веке были сформулированы общие
положения теории решения творческих задач. Появилась возможность обучения
навыкам творческого труда, так как изобретение - это не только «творческий
полет», но и большое количество рутинной работы. Однако из-за мнимого изобилия
товаров и услуг меняется отношение к труду и творчеству. Стоит отметить, что
творческая деятельность издавна была доступна лишь немногим людям.
В современных реалиях творческая деятельность, в том числе и инженерное
творчество, становится прерогативой ещё более узкого круга людей. Основная
масса потребителей не испытывает интереса и участия к науке или искусству.
Отношение к действительному миру у таких людей определяется как любопытство.
Примером такого чувства может служить любопытство к популярным научным и
техническим достижениям. Но это носит поверхностный характер. Вникнуть в
глубину проблемы могут лишь немногие представители творческого класса. Тем не
менее, стоит отметить феномен потери уникальности продукта творчества и
возникновение массового коллективного творческого процесса. По мнению Вальтера
Беньямина, аутентичность и оригинальность теряют свой смысл, когда художник
начинает использовать такие методы, которым изначально присуща множественность.
Одним из выходов в сложившейся ситуации может быть повышение престижа
профессии ученого-радиотехника и инженера-радиотехника в глазах подрастающего
поколения, также существует необходимость пересмотреть саму суть подготовки
научных и инженерных кадров. Большую роль играет грамотно организованная, по
законам коммуникативистики, информационная компания о современной
радиоиндустрии, ее истории, людях, создававших эту отрасль, - подросткам.
Фактически только специализированные лицеи дают возможность ознакомиться
с современными инженерными методами. Чтобы привлечь внимание общества к этой
проблеме - необходим целый ряд мер, а именно: создание новых радиолюбительских
кружков для детей и подростков, разработка грамотной социальной рекламной
политики, повышение престижа профессий - ученого и инженера. Если не
предпринять необходимых мер, то кризис в науке и технике может перейти в ещё
более сложную форму. Это может повлечь за собой утерю знаний и упадок
цивилизации, а для нашей страны - все более нарастающее отставание от Запада в
технологической гонке. Может возникнуть ситуация, похожая на ситуацию в
средневековой Европе, когда грамотой владела узкая привилегированная прослойка
общества. Для недопущения погружения в неосредневековье необходимы срочные меры
в области популяризации научно-технического знания.
Заключение
Развитие радиотехники на заре своей истории было непосредственно связано
с развитием электротехники. В качестве теоретической основы развития
радиотехники в этот период особенно важной была теория колебательных цепей.
Наряду с изобретениями электрических устройств для радиопередачи, все
большее и большее внимание стало уделяться теоретическим изысканиям в области
обработки, кодирования и шифрования информации - так в один ряд исследователей
радиотехники с учеными-изобретателями встают ученые-теоретики.
Впоследствии, с усложнением радиоаппаратуры, увеличением влияния помех,
радиотехника как наука была слишком трудна для изучения в первозданном виде и
соответственно была разделена на более специализированные научные сферы.
Вследствие этого усложнения, получаемые новые знания становятся более
специфичными, проверка этих знаний является весьма трудоемкой и, как правило,
все меньшее количество людей способны воспринять эти знания. Зарождается
процесс, при котором возникает потеря интереса к научно-техническому
творчеству, но при этом результаты этого творчества оказываются невероятно
востребованными. Следствием этого процесса является кризис научного познания в
области радиотехники.
Для преодоления этого кризиса нами было предложено рассмотрение этой
проблемы в следующих аспектах: гносеологическом, техническом и социальном.
Гносеологический подход описан в работах В.И. Купцова. Л.Х. Нурмухамедова
и А.В. Кривошейкина, которые рассматривают кризис развития радиотехники как
один из этапов научной революции. Для преодоления кризиса в этом случае
необходимо создавать новые научные теории, которые были бы более глобальными и
позволяли создать наиболее полную картину мира, учитывающую все
экспериментальные свидетельства.
Технический подход рассматривается в работах В.В. Шахгильдяна и
заключается в получении новых технологий, устройств и систем, позволяющих
предоставить наиболее полный набор эмпирических фактов, на основе которых можно
критически проанализировать сложившиеся научные парадигмы, а возможно и создать
собственную парадигму.
Социальный подход изложен в работах Ж. Бодрийяра, В. Беньямина, Т.Л.
Михайловой. Он заключается в том, что для преодоления кризиса научного познания
в области радиотехники необходимо создать условия для массового коллективного
творческого процесса. Необходимо, с одной стороны, повысить престиж профессии
ученого-радиотехника, а с другой стороны, развивать индивидуальные
исследовательские способности каждого заинтересованного человека.
Список литературы
1. Анкудинов И.Г., Митрофанов А.М., Соколов О.Л. Основы
научных исследований: Учебное пособие. - СПб.: СЗТУ, 2002.
2. Беньямин, В. Учение о подобии. Медиаэстетические
произведения. - М.: РГГУ, 2012.
. Бодрийяр, Ж. Общество потребления. Его мифы и
структуры. - М.: Культурная революция, Республика, 2006.
. Борисов В.П. Современная радиоэлектроника. - М.:
Наука, 1993.
. Борисов В.П., Сретенский В.Н. Опыты, теории и
открытия, предшествовавшие эпохе радио. / Радиотехника, 1995. Вып. 4-5.
. Быховский М.А. Развитие телекоммуникаций: на пути к
информационному обществу: история телеграфа, телефона и радио до начала XX
века: учебное пособие для вузов / Быховский М.А. - Изд. 2-е. - М.: URSS, 2012.
- 340 с
. Капица П.Л. Эксперимент, теория, практика - М.,
1981.
. Купцов В.И. Философия и методология науки: Учебное
пособие/ Под ред. В.И. Купцова. - М.: Аспект-пресс. 1996.
. Никифоров А.Л. Философия науки: Учебное пособие. -
М.: Дом интеллектуальной книги”, 1998. - 276 с.
. Нурмухамедов Л.Х., Кривошейкин А.В. Современные
проблемы науки и производства. Часть 2. Оптоволоконные устройства и системы
передачи информации: Учеб. пособие.- СПб.: изд. СПбГУКиТ, 2010.
. Нурмухамедов Л.Х., Кривошейкин А.В. История и
методология науки и производства: Учебное пособие.- СПб.: СПбГУКиТ, 2006.
. Радиотехника. Большая Советская энциклопедия. Т.23.
- М: Советская энциклопедия, 1975.
. Шарыгина Л.И. События и даты в истории
радиоэлектроники. - Томск: Том. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники,
2011.