26.27M

Category:

physics

Радиоэлектроника - область науки и техники

1.

Лекция 1
Physical Principles of Radio Electronics
[email protected]
СПбГУ
2022
12-й раз
1

wiki
Радиоэлектроника — область науки и техники, охватывающая
теорию, методы создания и использования устройств для передачи,
приёма и преобразования информации с помощью
электромагнитной энергии.
Радиотехника — наука, изучающая электромагнитные
колебания и волны радиодиапазона, методы генерации, усиления,
преобразования, излучения и приёма, а также применение их для
передачи информации.
Электроника — область науки и техники, занимающаяся
созданием и практическим использованием различных
электронных устройств и приборов, работа которых основана на
изменении концентрации и перемещении заряженных частиц
(электронов).
Radioelectronics
Radio electronics
Radio Electronics
2

3.

1. Пара без перерыва и начинаем в 9.25.
2. Вход и выход – свободные.
3. 14 лекций. Экзамен. Весной - радиопрактикум.
4. Временная группа VKontakte ФОРЭ 2022, ФИЗФАК СПбГУ, 2 курс.
https://vk.com/club152314591
Там есть книга и конспект.
3

4.

Пришлите мне по почте две
фотографии:
такую и в полный рост.
Иначе я вас не узнаю при встрече
на экзамене.
4

5.

Зачем физику
радиотехника? спросит
вдумчивый читатель.
5

6.

Susan Jocelyn Bell, 24
Приходящее к нам из космоса
радиоизлучение испытывает
влияние вещества,
выбрасываемого Солнцем и
движущегося к границам
Солнечной системы.
Наблюдаемые из-за этого
временные флуктуации
радиоизлучения во многом
подобны мерцанию света
звёзд, обусловленному
движениями воздушных масс в
атмосфере. Для исследования
подобных флуктуаций,
обусловленных межпланетным
веществом, и был
предназначен радиотелескоп,
строительство которого было
начато в Кембридже в 60-е
годы.
6

7.

Диаграмма направленности
7

8.

question-mark-animation
8

9.

Самописец пишет сам
9

10.

Сигнал
28 ноября 1967 года
Метки времени
= 81.5 MHz, l = 3.7 m
( В Википедии 85.7 и 3.5)
10

11.

Рекорд – 1.39 мсек. Скорость вращения звезды на экваторе составляет почти четверть скорости света.
11

12.

.Джоселин Белл Бернелл (род. 1943) — британский
астрофизик. Будучи аспиранткой Энтони Хьюиша, она стала в
1967 году первооткрывателем пульсаров.
Энтони Хьюиш (род. 1924) — соавтор открытия пульсаров,
получивший за это в 1974 году Нобелевскую премию по физике.
Мартин Райл (1918—1984) — британский астрофизик,
получивший в 1974 году Нобелевскую премию по физике
вместе с Энтони Хьюишем.
Подробнее см.: https://www.nkj.ru/archive/articles/24742/
Susan Jocelyn Bell; born 15 July 1943 is an astrophysicist from Northern Ireland who,
as a postgraduate student, discovered the first radio pulsars in 1967. The discovery
eventually earned the Nobel Prize in Physics in 1974; however, she was not one of
the prize's recipients. Wiki
«Высказывались предложения, что я должна получить часть Нобелевской премии,
которая была присуждена Тони Хьюишу за открытие пульсаров…
Я полагаю, что Нобелевские премии потеряли бы свой авторитет, если бы они
присуждались студентам-исследователям, за исключением особенных случаев, и я не
думаю, что я попадаю в эту категорию». https://www.nkj.ru/archive/articles/24742/
12

13.

Аресибо, Пуэрто-Рико.
13

14.

Радиотелескоп. Аресибо, Пуэрто-Рико,
с 1963 по 2016 – самый большой в мире.
14

15.

16.

Russell A. Hulse, 24
2 июля 1974 г.
16

17.

18.

The pulse period is 59 milliseconds
Эврика! Doppler!
1 Year = 31 536 000 sec
T = 7 h 45 m
1993 год
Нобелевская премия
Halse & Taylor
18

19.

The pulse period is 59 milliseconds, 17 rps
16 000 световых лет от Земли
В 1990 году проводя астрономические наблюдения в обсерватории
Аресибо, Александр Вольщан (Aleksander Wolszczan)
обнаружил пульсар PSR 1257+12.
Анализ полученных данных показал, что вокруг
пульсара обращаются 2 планеты массой
в 3,4 и 2,8 земных (PSR B1257+12 c и PSR B1257 +12 b).
19

20.

Collapse of Arecibo radio telescope
20

21.

22.

Five-hundred-meter
Aperture
Spherical
Telescope
11 January 2020
FAST
22

23.

Кто
был
первым?
Следите за датами!!!
23

24.

1867
24

25.

1867
(Attempt)
25

26.

Amos Emerson Dolbear (1837 – 1910)
was an American physicist and inventor.
25

27.

Рождение радио
1887
??
27

28.

Deutsches Museum von Meisterwerken der
Naturwissenschaft und Technik in München
?
28

29.

30.

В 1889 г. к Г.Герцу обратился гражданский инженер Г.Губер из Мюнхена
(Германия) с запросом, не могут ли быть открытые Г.Герцем волны
использованы для беспроволочного телеграфа?
В 1897 г., через три года после смерти Г.Герца, инженер Г.Губер переслал
ответное письмо Г.Герца в Elektrotechnische Zeitschrift , которое и было там
напечатано без комментариев:
p.t.o.
30

31.

«Милостивый государь!
Я с удовольствием отвечаю на Ваше любезное письмо от 1 декабря.
Силовые магнитные линии распространяются подобно лучам, так же как и
электростатические силовые линии, только тогда, когда их колебания
достаточно быстры; в этом случае оба типа силовых линий неотделимы друг
от друга, и лучи или волны, о которых идёт речь в моих исследованиях,
могли с одинаковым правом быть названы как магнитными, так и
электрическими.
Но колебания трансформатора или телефона намного более медленны.
Предположим, что у нас 1000 колебаний в сек., что уже представляется
довольно высоким числом колебаний; этому соответствовала бы в эфире
волна длиной в 300 км; фокусные расстояния применяемых зеркал должны
были бы иметь размеры того же порядка.
Если бы Вы были в состоянии построить вогнутые зеркала размером с
материк, то Вы могли бы отлично поставить опыты, которые Вы имеете в
виду. Но с обычными зеркалами практически сделать ничего нельзя, и Вы не
сможете обнаружить ни малейшего действия.
Так по крайней мере я думаю.
С совершенным уважением, преданный Вам, Г. Герц.»
31

32.

Sir Oliver Joseph Lodge
14
августа
1894 г.
p.t.o.
14 августа 1894 г. на заседании Британской ассоциации содействия развитию науки в Оксфордском университете
Оливер Лодж и Александр Мирхед произвели первую успешную демонстрацию радиотелеграфии. В ходе демонстрации
радиосигнал азбуки Морзе был отправлен из лаборатории в соседнем Кларендоновском корпусе и принят аппаратом на
расстоянии 40 м - в театре Музея естественной истории, где проходила лекция. Изобретённый Лоджем радиоприёмник —
«Прибор для регистрации приёма электромагнитных волн» — содержал кондуктор — (когерер), источник тока, реле и
гальванометр. Когерер представлял собой стеклянную трубку, набитую металлическими опилками («трубка Бранли»),
которые для восстановления чувствительности к «волнам Герца» следовало периодически встряхивать; для этой цели
использовался электрический звонок или механизм с молоточком-зацепом (собственно, этой комбинации трубки с
«прерывателем»-трамблёром Лодж и дал название «когерер»). Однако дальнейших исследований в области практического
применения своих наработок Лодж не повёл. В дальнейшем А. С. Попов и Г. Маркони усовершенствовали его прибор.
32

33.

14 августа 1894 г. на заседании Британской ассоциации содействия развитию
науки в Оксфордском университете Оливер Лодж и Александр Мирхед
произвели первую успешную демонстрацию радиотелеграфии.
В ходе демонстрации радиосигнал азбуки Морзе был отправлен из лаборатории
в соседнем Кларендоновском корпусе (т. е. через стену) и принят аппаратом на
расстоянии 40 м - в театре Музея естественной истории, где проходила лекция.
Изобретённый Лоджем радиоприёмник — «Прибор для регистрации приёма
электромагнитных волн» — содержал кондуктор — (когерер), источник тока,
реле и гальванометр.
Когерер представлял собой стеклянную трубку, набитую металлическими
опилками («трубка Бранли»), которые для восстановления чувствительности к
«волнам Герца» следовало периодически встряхивать; для этой цели
использовался электрический звонок или механизм с молоточком-зацепом
(собственно, этой комбинации трубки с «прерывателем» Лодж и дал название
«когерер»).
Однако дальнейших исследований в области практического применения своих
наработок Лодж не повёл.
В дальнейшем А. С. Попов и Г. Маркони усовершенствовали его прибор.
33

34.

"Практичный человек со временем,
мы полагаем, ухватится за волны Герца,
запатентует их применение для пользы человека,
организует синдикаты, товарищества и т. д.“
Из вступления к статье О. Лоджа "Творение Герца"
помещённой в английском журнале
"The Electrician " за 1894 г."
34

35.

Много лет спустя Лодж сам говорил об этом периоде
его работы так: «Хотя метод сигнализации на
небольшом расстоянии через стены или другие
непроводящие тела посредством волн Герца,
посылаемых одной станцией и обнаруживаемых
трубкой Бранли на другой станции, применялся
автором и некоторыми другими авторами в Англии,
он не был использован ими для практического
телеграфирования. Идея замены гальванометра...
на реле, работающее как звукоуказатель, или
телеграфным аппаратом Морзе сама по себе
очевидна, но была столь далека от интересов автора
в то время, что он не увидел какой бы то ни было
практической возможности телеграфирования
через пространство... В этом заблуждении
относительно практических применений
беспроволочной телеграфии он, несомненно,
ошибался. Другие не были столь слепы, хотя и не
менее автора заняты».
О.Lodge. Signalling across space without wires, being a description of «Work of
Hertz and his successors». 4 ed. with additional remarks concerning the application
to telegraphy and later developments. The Electrician Printing and Publishing Co,
Ltd. London, 1901, p. 45.
35

36.

Александр Степанович Попов
Александр Степанович Попов родился 4
марта 1859 (16 марта 1859) года на Урале в
посёлке Турьинские Рудники Верхотурского
уезда Пермской губернии.
В семье его отца, местного священника
кроме Александра было ещё 6 детей. Жили
более чем скромно. В 10-летнем возрасте
Александр Попов был отправлен в
Далматовское духовное училище, где учился
с 1869 по 1871 годы. В 1871 году Александр
Попов перевёлся в Екатеринбургское
духовное училище.
… Отец его, священник Стефан Попов
состоит на службе настоятелем при
Максимовской церкви Турьинских
рудников, Верхотурского уезда, жалованья
получает 215 руб. и квартирных 90 руб. в
год; сверх того, получает с благочинения
за несение им должности благочинного 120
руб. в год, имеет собственный дом, не
S425
приносящий никакого дохода».
В 1873 году он перевёлся в Пермскую
духовную семинарию. После окончания
общеобразовательных классов Пермской
духовной семинарии (1877 год) Александр
успешно сдал вступительные экзамены на
физико-математический факультет
Петербургского университета.
36

37.

"Кронштадтский вестник", 1895, № 51 (4156), 30 апреля
В настоящее время преподавателем Минного офицерского класса А. С. Поповым
производится ряд опытов над применением к изучению электрических колебаний,
происходящих в атмосфере, и вообще к изучению атмосферного электричества
металлических порошков, чувствительных к колебательным электрическим
разрядам. В известных условиях металлический порошок меняет электрическое
сопротивление под влиянием колебательного разряда.
Эти особые свойства порошков были открыты ещё в 1891 г. и после этого служили
предметом нескольких исследований, а в 1894 г. г-н Лодж, пользуясь этими
свойствами порошков, показывал опыты с герцевыми электрическими лучами в
Лондонском королевском обществе для громадной аудитории.
Уважаемый преподаватель А. С. Попов, делая опыты с порошками, комбинировал
особый переносный прибор отвечающий на электрические колебания обыкновенным
электрическим звонком и чувствительный к герцевским волнам на открытом
воздухе на расстоянии до 30 сажен.
Об этих опытах А. С. Поповым в прошлый вторник было доложено в Физическом
отделении Русского физико-химического общества ( 25 апреля (7 мая) 1895 г. ),
где было встречено с большим интересом и сочувствием.
Поводом ко всем этим опытам служит теоретическая возможность сигнализации
на расстоянии без проводников, наподобие оптического телеграфа, но при помощи
электрических лучей.
3

38. Грозотметчик

Три ошибки в схеме.
38

39.

А.С.Попов в своём докладе "Телеграфия без проводов", прочитанном
29 декабря 1899 г. на соединённом заседании русского технического общества и Первого
Всероссийского электротехнического съезда и опубликованном в
"Физико-математическом ежегоднике“, 1900, N1, с.100-121 сказал: "В первый раз телеграфный
аппарат при помощи трубки Бранли был приведён в действие Лоджем. Трубка была включена
последовательно с электромагнитом телеграфа и батареей. Волна, произведённая разрядом,
происшедшим по соседству, замыкала ток и якорь притягивался, но ненадолго, потому что трубка
постоянно встряхивалась особой зацепкой, на одной из быстро вращающихся осей телеграфного
аппарата, выходящей наружу".
В заключение несколько слов по поводу «открытия» Маркони. Заслуга открытия явлений,
послуживших Маркони, принадлежит Герцу и Бранли. Затем идёт целый ряд приложений, начатых
Минчиным, Лоджем и многими после них, в том числе и мною, а Маркони первый имел смелость
стать на практическую почву и достиг в своих опытах больших расстояний усовершенствованием
действующих приборов и усилением энергии источников электрических колебаний.
Преподаватель Минного офицерского класса А. Попов,
Нижний Новгород.
Письмо О. Лоджа
Dear Sir, I have always thought highly of Professor Popoffs work in connexion with
wireless telegraphy. It is true that I used an automatic hammer, or other vibrator driven by
clockwork or other mechanism, to restore the coherer to sensitiveness; but Popoff was
the first to make the signal itself actuate the tapper-back; and that I think is the
novelty we owe to Popoff. It was speedy adopted by Marconi and others, though it is true
that at the present time I do not use it, having for some time returned to the mechanical
method of decohesion, employing for that purpose a revolving sharp-edged small steel
wheel dipping into mercury through a film of oil, and constantly slowly rotating.
39

40.

+Tesla
40

41.

Гулье́льмо Марко́ ни (итал. Guglielmo
Marchese Marconi; 25 апреля 1874,
Болонья — 20 июля 1937, Рим) — маркиз,
итальянский радиотехник и
предприниматель, лауреат Нобелевской
премии по физике за 1909 год.
В начале 1896 года приехал в
Великобританию, где продемонстрировал
свою аппаратуру, передав импульсный
сигнал с крыши лондонского почтамта в
другое здание на расстояние 400 м.
Изобретение заинтересовало главного
инженера телеграфа в британском
почтовом ведомстве В. Г. Приса. При
содействии Приса Маркони продолжил
работы и 2 июня 1896 подал заявку на
получение патента Великобритании с
формулировкой «Усовершенствования в
передаче электрических импульсов и
сигналов и в аппаратуре для этого».
Родился в Болонье в семье крупного землевладельца.
Его мать, Энни Джеймсон, была шотландскоирландского происхождения и приходилась внучкой
Джону Джеймсону, основавшему вискикурню Jameson.
Augusto Righi;
41

42.

Marconi
42

43.

2 июля 1897 года получил патент и уже 20 июля создал и организовал акционерное
общество «Маркони К°». Для работы в фирме Маркони пригласил многих учёных и
инженеров. Летом того же года осуществил передачу радиосигналов на 14 км через
Бристольский залив, в октябре — на расстояние 21 км. В 1898 году открыл в
Челмсфорде первый «завод беспроволочного телеграфа», на котором работали 50
человек.
В конце 1902 года им была налажена регулярная трансатлантическая радиосвязь.
В 1905 году запатентовал направленную связь.
За заслуги перед государством 30 декабря 1914 года Маркони был назначен
пожизненным сенатором Италии. В 1932 году установил первую радиотелефонную
микроволновую связь. Последние годы жизни провёл в Италии.
После прихода к власти фашизма Маркони приветствовал его и в 1923 году вступил в
Фашистскую партию.
17 июня 1929 года король Виктор Эммануил III даровал Маркони наследственный титул
маркиза.
В 1930 году Муссолини назначил его главой Королевской академии Италии. Этот пост
сделал его членом главного управляющего органа фашистской Италии — Большого
фашистского совета.
Огромное влияние на дальнейшее развитие радиотехники оказала совершенно ошибочная точка
зрения Маркони, считавшего, что электромагнитные волны могут без больших потерь проходить
через грунт и воду.
43

44.

45.

46.

Морское ведомство посылало Попова, как молодого и
талантливого учёного, в Америку, на Всемирную
электротехническую выставку в Чикаго в 1893.
Электроосвещением выставки занимался Тесла, и там же
показывал свои работы. Попов писал потом в книге
"Телеграфирование без проводов":
"Тесла на станции отправления поднял на высокой мачте
изолированный проводник, снабжённый на верхнем конце
некоторой ёмкостью в виде металлического листа; нижний
конец этой проволоки соединялся с полюсом трансформатора
высокого напряжения и большой частоты. Другой полюс
трансформатора был присоединён к земле. Разряды
трансформатора были слышны на станции приёма в телефон,
включённый в землю и высоко поднятый провод...".
46