Вообще, [...]]]> В данный момент магнитная запись если не умерла, то лежит присмерти и тонкости этой науки осваивают только фрики, любители «теплого лампового звука» (не удивлюсь увеличению их количества, как случилось с грампластинками).
Тем не менее, магнитная запись активно существовала более 60 лет и в ней были некоторые неявные тонкости, при этом интересные для попаданца…

Вообще, история магнитной записи длиннее чем кажется.
Первая магнитная запись была продемонстрирована в 1878 году, при этом первая электронная лампа — 1905 год. То есть вменяемого усилителя не было (только трансформатор) и звук был… скажем так: тих и ужасен.

Как результат, магнитофон проиграл граммофону и был оставлен до 1930-х годов. Но работы по нему велись.

Идея подмагничивания появилась почти сразу.
Дело в том, что магнитный носитель имеет петлю гистерезиса.
Само явление очень интересное, появляется именно при перемагничивании. Перемагничивание не начинается при той же напряженности магнитного поля, как и первичное намагничивание. Нужно подать большую напряженность. Причем эта напряженность магнитного поля должна быть тем больше, чем сильнее намагничен материал. Получается такое себе запаздывание реакции, и зависит оно от текущего состояния материала.
Понятно, что явление нелинейное, а нелинейность в звукозаписи это уже совсем неприятно. Поэтому решили подать на записывающую головку постоянное напряжение, чтобы вывести систему на линейный участок. Когда такое предложили точно неизвестно, но качество записи от этого изменилось мало.

И тут — первый патент на перемагничивание переменным током, 1921 год.
Патент невнятный, открытие проскочило почти незаметным. Авторы в этом патенте много чего написали, и с подмагничиванием переменным током не разобрались. А явление само по себе неочевидное.

Дело в том, что если подать на записывающую головку кроме звукового сигнала еще просто переменный ток частотой 60 — 100 кГц, то результат записи улучшается просто драматически.

По легенде — открыто явление было абсолютно случайно, якобы инженер нечаянно уронил провод от работающего генератора на магнитную головку во время записи. Ситуация как бы мало представимая, даже для 1920-х годов и техники тех времен. Но с другой стороны в 1920-х изобретатели эффекта сами не поняли что обнаружили, а это говорит о том, что никакой теории под эффект не подводилось, изобретение было случайным.

Как бы ни было — но патенты на подмагничивание переменным током посыпались с 1937 года — в Америке, Германии, Японии. И, похоже, патенты были независимы. Вот тут уже, возможно, сначала что-то просчитывалось, а потом делались эксперименты.

В подмагничивании важен уровень подмагничивания — обычно он в районе нескольких миллиампер, что на порядок больше записываемого сигнала. От уровня подмагничивания зависит и динамический диапазон и АЧХ записи. Этот уровень всегда компромисс, при этом что чем выше частота записи, тем уровень должен быть ниже. В аппаратуре Hi-End этот уровень можно регулировать вручную. Ну и применяется динамическое подмагничивание, которое определяет какую частоту сейчас пишут и на ходу меняет уровень.

Что в этом попаданцу?

А зарегистрировать патент быстрее остальных. Причем  — забить в нем все детали и эффекты, благо это все изучалось в радиокружках.

Но если попаданец будет современным дизайнером… то ему эту статью читать не надо, все равно ничего не поймет.

Эта статья — перевод статьи на английском языке. Если где криво перевел — поправляйте…

Мой отец собрал этот Heathkit CR-1 Crystal [...]]]> «Радио лисьей норы» (fox hole radio) — это самодельные радиоприемники, которые собирали военнопленные из подручных средств.
Их условия жизни очень напоминают условия, в которых окажется попаданец — без инструментов, материалов и во враждебном окружении.

Эта статья — перевод статьи на английском языке.
Если где криво перевел — поправляйте…

Мой отец собрал этот Heathkit CR-1 Crystal Radio (детекторное радио) для меня на мой день рождения, когда я был в 5-м классе, примерно в 1959-м. Мне помогло.

Это было волшебное устройство и оно заставило меня серьезно заинтересоваться радио в раннем возрасте. Я даже не понимал, что отсутствие батареи было достижением. Оно работало великолепно — не дает мне спать по ночам в попытках найти пределы диапазонов. В процессе я начал понимать, что именно можно использовать для антенны, различия между 1N34 и выпрямительным диодом, и почему если говорить в наушниках, то сигнал не уйдет в антенну. Это должно работать, не так ли?..

…Неправильно, это не должно работать! (Я узнал после просмотра каталога Heathkit, что этот подвиг потребует радиопередатчик и я стал пускать слюни на передатчики в каталоге, которые могут это сделать — как DX-100, который я в конечном счете приобрел).

Обратите внимание на маркировку «DET» на правом верньере. Это было подстроечный конденсатор детектора. Этими маленькие буквами CD (Civil Defense, гражданской обороны) были маркировки были частоты, отведенные в диапазоне AM для CONELRAD предупреждений (640 и 1240 kHz). Эта маркировка должна была быть на всех радиоприемниках, построенных между 1953 и 1963, в том числе и в этом. COntrol of ELectromagnetic RADiation (контроль электромагнитного излучения). Меры, принимаемые правительством США для предотвращения наведения советских бомбардировщиков на наши AM передатчики, как было в Императорском Флоте Японии во время нападения на Перл-Харбор. Радиостанции, передающие чрезвычайно важную информацию, должны были менять частоту каждые несколько минут. WGBB на Лонг-Айленде был такой станции. Детекторное радио было бы очень удобно в этом месте.

Мой папа установил Philmore Aerial Kit с блестящим многожильным медным проводом вдоль карниза нашего дома, используя держатели ТВ-антенны для изоляции концов. Я думаю, комплект первоначально имел два прозрачных стеклянных изоляторов на концах антенны, которые мы почему-то не использовали. Этот комплект имел фарфоровые изоляторы для организации ввода и крутые проводящие ленты с разъемами Fahnstock для подачи сигнала при закрытом деревянном окне. Была также крутая медная жила с собственным Fahnstock разъемом, которая пошла вокруг горячей трубы водяного радиатора в моей комнате для заземления.

Неизолированные, блестящие многожильные медные провода антенны работают лучше, чем антенны, сделанные из «обычного» провода!

Счастливые времена — я до сих пор использую CR-1, и это все еще прекрасно работает, хотя ручки-«клювики» и гарнитура не являются оригинальными. Я собрал много детекторных приемников, но это все еще работает лучше всего; из-за тщательного согласования сопротивления антенна-диод-гарнитура.

Радио Лисьей Норы

«Если это глупо, но работает — это не глупо» Законы Мерфи

Во время Первой мировой войны, Второй мировой войны и последующих конфликтах, многие военнопленные, построили «Fox Hole Radio» слушать новости, музыку, Tokyo Rose, Axis Sally, Lord Haw Haw и, возможно, Hanoi Hannah. Хотя вражеская пропаганда была смехотворна, эти станции привлекли военнопленных популярной музыкой, передаваемой мощными передатчиками. Радиостанции BBC, Радио Австралии и вооруженных сил США несли новости из дома, музыку и все важные результаты спортивных соревнований. Эти приемники лисьей норы не требует батарей — они приводились в действие сигналом от отдаленной радиостанции, который собирается антеннами приемника. Они были построены и использовались во время между в «Ждите» и «Спешите и Ждите». Часто в лисьей норе. Если бы вы были там, вы знаете.

Радио может быть построено из всяческого лома, за исключением наушников; они могли быть найдены во вражеском танке или обломках самолета. Перфорированный Messerschmitt также может быть источником необходимого провода для подстроечной катушки и антенны. Радиостанции были построены молодыми солдатами, которые знали, как сделать такие вещи. Они были эквивалентом сегодняшних техно-гиков и хакеров (но не современный ребенок, который думает, что «коммуникационные технологии» это тыкание пальцем в экран iPhone китайского производства. Меня не интересуют такие вещи, но я отвлекся ). Это было в начале технологий 20-го века и любой уважающий себя солдат знал их. Вездесущие радиолюбители вероятно, помогли, применяя свои навыки в то время.

Я построил Fox Hole Радио как описано ниже после того, как друг принес пакет Красный Креста времен Второй мировой войны, содержащий среди других вещей бритвенные лезвия. Это были лезвия типа «Blue Blade», которые имели синее оксидным покрытие, а это покрытие, при контакте с обычным графитовым карандашом создавало микроконтактный выпрямитель. Это работало «кристаллом» и «cats whisker» в ранних детекторных приемниках; оно заставляло ток из антенны течь только в одном направлении. Это приводило к «наращиванию» сигнала антенны до уровня, который можно было услышать в наушниках с помощью процесса, известного как «детектирование». Прикрепленная катушка изолированной проволоки, намотанной на кусок бамбука, действовал вместе с емкостью антенной проволоки как колебательный контур, настроенный на радиочастотный диапазон, представляющий интерес. Эксперимент со схемой — можно попробовать «короткое замыкание» витков катушки замыкая их скрепкой; можно попробовать подключить скрепку к цепи лезвие бритвы/наушников вместо этого. Это РЕАЛЬНАЯ основа — но комплексное сопротивление катушки — ключ для получения качественного сигнала.

Все, что тогда требовалось был длинный кусок проволоки для антенны (и забор из колючей проволоки с деревянными столбами, или длинный телефонный провод «commo wire» были идеальны). Плюс заземление, состоящее из металлического палаточного кола или штыка, забитых во влажную почву.

Вверху: Типичное импровизационное заземление. Металлический колышек от палатки забитый во влажную землю. Здесь заземления радиоприемник PRC-25. Ловите идею.

Нужны еще несколько других мелочей, таких как булавка, кусок бамбука, пластиковой бутылки из-под воды, стеклянная бутылка или картонный цилиндрик от туалетной бумаги как основа для настроечной катушки. Тогда кусок дерева от патронного ящик это шасси, а несколько винтов, кнопки или гвозди и скрепки, чтобы сделать «тюнер». При наличии сильного сигнала и/или хорошей антенны трудно добиться, чтобы такая схема НЕ работала! Приведенные ниже фотографии иллюстрируют основную идею.

Вверху: Fox Hole Radio собрано с помощью вороненного лезвия времен Второй Мировой Войны и грифеля для детектора. Обратите внимание на бамбуковое основание с катушкой, и скрепку, прикрепленный к пробке, которая скользит по виткам катушки, чтобы настроить радио. Оранжевый провод идет к антенне, а черный провод к заземлению. Это «Deluxe Model» с пружинными зажимами для внешних подключений.

Вверху: Крупно показана булавка, удерживающая карандаш по отношению к лезвию бритвы. Медная проволока используется для контакта между булавкой и антенной. Эта сборка функционирует как «Cat’s Whisker» классических кристаллических детекторов. Моя кошка особенно ценит этот альтернативный дизайн.

Радио настраивается, перемещая точку контакта карандаша в разных местах на лезвии, чтобы найти «золотую середину», где детектор заработает (сигнал при этом будет звучать громче). Затем установите скрепку на витках катушки (нужно намотать столько витков, сколько сможете: -100+), чтобы настроить и оптимизировать сигнал, который вы хотите услышать. Нужно не так немного проб и ошибок, чтобы получить хороший сигнал, и это во многом зависит от высоты и длины антенны, качества вашего заземления, частоты и мощности вашей целевой станции. Ну или просто повезет. («Шанс выпадает лишь подготовленному уму» — Л. Пастер).

Кроме того, можно настроить радио, изменяя индуктивность катушки для более длинных радиоволн — вставив железный болт внутрь бамбукового основания катушки. Или настроить на более короткие волны, уменьшив индуктивность, вставив кусок латуни — этот пулемет 50-го калибра работает просто отлично. Импровизировать, адаптироваться, преодолеть. Это радио также поможет услышать местные AM-станции, подобные тем, которые использовались в течение Второй мировой войны и за ее пределами для военных коммуникаций. Если станции достаточно близко, вы даже не должны настроить радио! Они принимаются очень неплохо. Эти Fox Hole Radio, несомненно, были использованы нелегально в лагерях военнопленными, очень смелыми людьми.

Личный знак солдата тоже будет работать вместо бритвенного лезвия, но лезвие, кажется, работает лучше. Хм, я уверен, что воронение на магазине пистолена 45-го калибра будет работать тоже. Здесь работает валентные электроны в запрещенной зоне полупроводника. Вам нужен наушники с большим сопротивлением для преобразования электрического сигнала в звук и высокое сопротивление гарантирует, что телефоны не будут шунтировать цепь. Современные наушники-затычки с сопротивлением в восемь Ом работать не будут — но опять же, их и не было во время Второй Мировой Войны …

Компания Gillette производит вороненые лезвия для военных целей. Любопытно, что, если вы посмотрите на лезвие, то вы увидите маленькую стрелку, напечатанную с обоих сторон, якобы, чтобы указать способ вставки его в бритву. (Лезвие, которое использовалось в этом Fox Hole Radio не было сделано Gillette). Gillette изготавливает эти лезвия и затем специально намагничивает их для использования военнопленными в качестве компаса. После подвески лезвия на волоске, стрелка указывает на север. («The Escape Factory», рференс 6). Спасибо, ребята.

Аварийный Радио приемник:

Так как детекторные приемники имеют части минимального размера, то возможно построить действительно маленькое аварийное радио. Компактный размер не дает возможностей настройки частоты и, конечно, не требуется никаких батарей. На самом деле, самая большая часть это пластиковая катушка, на которой намотана антенна. Это катушка содержит 50 футов 0.34 лакированного провода для антенны. Чем больше антенна, тем лучше! (Если ваша антенна установлена на всю зиму, это не слишком много). Наушник даже больше, чем сам радио «приемник». см. ниже

Принципиальная схема:

Схема, показанная выше, очень проста. Он состоит колебательного контура, где индуктивность имеет 55 витков изолированного медного провода, намотаного на тороид диаметром 1/2 дюйма. Лакированная изоляция провода будет прекрасно работать. С этого конкретного тороида и 55 витков мы получим индуктивность примерно 12 мкГн. Антенна соединена с одним концом колебательного контура, заземление с другим. Параллельно повешен подстроечный конденсатор 0,005 мкФ. Анод 1N34A германиевого диода подсоединен к концу антенны. Наушники с высоким сопротивлением подсоединены между катодом диода и заземлением. Так как эти наушники представляют собой очень высокое сопротивление, включенное параллельно с емкостью, то эта емкость будет заряжаться до пикового напряжения диода, а затем обрезать ток в наушниках. (Не проблема с высоким импедансом магнитных наушников, например, Heathkit CR-1). Чтобы предотвратить это, установите резистор 47 кОм параллельно с наушниками. Резистор немного срежет сигнал, но это необходимо. Отсутствие резистора — ошибка, легко упустить из виду. (Классическому Fox Hole Radio из лезвия не нужен этот разрядный резистор. Я считаю, что «обратный ток утечки» уходит обратно через импровизированный диод, эффективно разряжая емкость наушников через катушку).

Схема с этим колебательным контуром имеет резонансную частоту примерно 650 KC, но я использовал тороид из хлама с неизвестной магнитной проницаемостью. Поэкспериментируйте с тороидом, количеством витков и конденсатором для настройки на требуемую частоту. Здесь нет ничего критического. Просто убедитесь, что вы используете германиевый диод вроде 1N34A из-за его низкого сопротивления по сравнению с типичным кремниевым диодом (повышает чувствительность). «Тюнинг» устройства очень широк в связи с общей простотой и компромиссным дизайном, который делает приемник как можно простым. Волновое сопротивление даже отдаленно не оптимальное, добротность контура неизвестна, но это простое радио, построенный с тем, что у меня было, и это работает! Интернет полон детекторных приемников — исследуйте и экспериментируйте! Последний раз я искал «детекторный приемник» в Google и получил 63 миллиона ссылок!

Ниже показано это же радио после полевых испытаний, вставленное для защиты в термоусадочные трубки. Диод и резистор засунутые в «дыру» тороида. Видно желтый диск конденсатора. Вы можете заметить небольшой размер, идеально подходящий для хранения в моем карманном аварийном комплекте. Приемник имеет фиксированную настройку около 650 KC; Можно было бы поточнее настроить какую-то частоту, но детекторный приемник очень широкополосный по своей природе. В районе бухты Сан-Франциско, я могу четко слышать KGO, KCBS и KNBR (810, 740 и 680 KC соответственно) в течение дня и, прежде всего KGO и KNBR ночью, так как некоторые станции уменьшают мощности передатчика на закате. Операция проста: вытяните провод антенны и бросьте ее на соседнее дерево с малым грузиком на конце. Лучше всего работает, если антенна висит вертикально, так как передатчики AM имеют вертикально поляризованный сигнал, хотя антенна будет работать в любом положении. Конечно, качество приема зависит от того, насколько близко вы к радиостанции, ее мощности и насколько разделены частотой другие радиостанции, качества заземление и т.д.

Антенна подключена к красному проводу, черный провод подключен к заземлению (однако если их поменять между собой, все будет работать так же пректасно). Заземлением может быль металлический колышек от палатки или нож, забитый во влажную землю, можно зарыть кусок провода, можно использовать трубу «холодного водоснабжения», это может быть колючая проволока или цепь на заборе — все, что металлическое в контакте с планетой. В регионах, где проводимость почвы очень плохая (пустыни, горные породы), вы можете разрезать провод антенны пополам и подключить половину к красному проводу, другая половину к черному, диполь с детектором в середине. Это просто. Держите наушники, вы в деле. Кроме прочего, вы не должны «выключить его», когда засыпаете!

Можно сделать приемник легко перестраиваемым, но это требует довольно большой переменный конденсатор и «ручку» для его вращения, но даже без него это все еще довольно удобное в своем классе устройство. Лично я для настройки на канал выбрал метод селекции «ухо-мозг». На самом деле это довольно просто, если вы настроили ваше восприятие на прослушивание конкретной программы. Для настройки на другую станцию, просто измените вашу концентрацию! Работает лучше, чем это звучит.

Вы можете сделать приемник полностью водонепроницаемым (за исключением наушников), впрыскнув небольшой сгусток прозрачного силикона «жидкие гвозди» или горячего клея в концы трубки, а потом термоусадкой полностью обжать ее. Простой дизайн, без излишеств, минимизирующий сложность и размер. Идеально подходит для чрезвычайных ситуаций, когда нет ничего.

P.S. Помним, что условия работы такого приемника — мощная радиостанция, вещающая с амплитудной модуляцией. Если вы собрались строить такое в средние века — это мимо кассы.

Принцип действия когерера основан на том, что сильная электромагнитная волна, проходя через тонкие механические соединения, размыкает или замыкает цепь. То есть это всего лишь механический ключ, который реагирует [...]]]> Когерер  — прибор детекции сигналов ВЧ, был изобретен Эдвардом Бранли в конце  девятнадцатого века.
Просуществовав  всего лишь тридцать лет, он уступил место более чувствительным и удобным лампам…

Принцип действия когерера основан на том, что сильная электромагнитная волна, проходя через тонкие механические соединения, размыкает или замыкает цепь. То есть это всего лишь механический ключ, который реагирует на силу электромагнитного импульса.

Отсюда — все плюсы и минусы когерера.
В плюсах — крайняя простота и возможность построения в любую эпоху.
В минусах:
Во-первых, так как когерер это выключатель, который имеет всего два состояния — то никакой модуляции сигнала быть не может. Только азбукой Морзе. Про голос и радиовещания можно не вспоминать.
Во-вторых так как когерер это механический переключатель, то электромагнитная волна должна быть достаточной силы. То есть чувствительность у когерера очень слабая. Ему нужно мощные радиостанции, и чтобы недалеко.
Ну и в-третьих, главное — когерер это только приемник.
А в приемниках недостатка не было — можно построить и детекторный и даже кристадиновый. А вот с передатчиками с самого начала была засада — приходилось строить искровые, которые были намного дороже разумного и к тому же забивали эфир телеграфным кодом, мешая работать нормальным звуковым радиостанциям.

Однако не стоит отворачиваться от него, как от «тупиковой ветви эволюции» развития радио.

Существует ряд особенностей, делающих этот приборчик привлекательным для попаданца.
Как упоминалось, он прост в изготовлении:

Как видно из рисунка, когерер состоит из двух контактов (их желательно изготовить из инертного металла, как пример, Попов использовал платиновые пластинки),
контейнера из изолятора (традиционно — трубка из стекла, но почему бы не деревянный ящичек?)) и металлического порошка.

На последнем мы остановимся наиболее подробно.
Дело в том, что два года назад я решил из любопытства собрать «Грозоотметчик» конструкции Попова.

На первый взгляд — ничего сложного.
Однако после того, как я собрал когерер, я столкнулся с тем, что стальной порошок, насыпанный в спрессовался,
вследствие чего сопротивление элемента резко падало даже в отсутствие сигнала!
(в качестве источника радиоволн широкого спектра я использовал блокинг генератор с повышающей обмоткой,
подсоединенной к искровому промежутку из двух гвоздей).
Даже встряхивание и помешивание порошка не исправило ситуацию.
Порошок был получен с помощью гвоздя и напильника.
Решив, что размер имеет значение, я мелко нарезал очищенную от ржавчины стальную проволоку (D=1,3 мм)
кусочками длиной по 2-3 мм.
Работа когерера действительно улучшилась.
Однако и сама насечка и стальной порошок начали окисляться буквально через два дня даже
в плотно закупоренном контейнере (пузырек из под лекарства, в таких раньше продавали зеленку и марганцовку).
В итоге я сделал насечку нержавеющей проволоки и наполнил ей когерер.
Возможно из-за большего калибра проволоки чувствительность ухудшилась в 1,2-1,3 раза.
Т.е. изначально, со стальной проволокой, приемник регистрировал сигнал на расстоянии ~20 м.
С нержавеющим наполнителем предельная дальность составила уже ~15 м.
Медная пыль давала довольно низкое сопротивление и регистрировала сигнал на расстоянии не больше десяти метров.
Хотя возможно я сделал слишком мелкий порошок (насечка из очищенной от лака проволоки проводила электричество
не хуже простого провода)
В наиболее совершенных конструкциях позапрошлого века использовался серебряно-никелевый порошок, цинковый с примесью железа и смесь железных опилок, ртути и масла.

В 1899г Чандра Боше изобрел ртутный когерер.
Конструкция его не так проста, как порошкового
E — изолирующее основание
M — ртуть (один из электродов)
P — слой нефти (для изоляции и предотвращения испарения)
D — второй электрод (вращающийся медный диск)

При регулировке слой нефти доводили 0,05-0,1 мм.
При каждом прохождении сигнала реле сдвигало анкер простейшего часового механизма,
который немного поворачивал диск, уничтожая контакт.
Такой когерер был гораздо чувствительней порошкового, и его можно было настраивать,
однако наличие жидкости и громоздкость механизма делало его крайне чувствительным к качке и тряске.

Помимо рассмотренных выше основных существовало множество  иных конструкции, применявшихся уже не так широко в силу каких-либо обстоятельств.

Игольчатый трехконтактный когерер.
Чувствительный, но требующий высококачественного микрометра.
Подобный использовал Маркони в своем приемнике, поместив его в вакуум.

Еще одна конструкция Гульельмо, созданная им по подобию ртутного.
c,h, l -элементы подставки
g — микровинт
Капелька ртути ртути находилась между двумя цилиндрическими электродами,
неподвижным угольным d и регулируемым железным f.
(Непонятная деталь в самом низу — наушники! Да, последние три конструкции пригодны для приема тонового сигнала!)

Все  когереры, рассмотренные выше, являются двухполюсниками.
Поэтому типовую схему включения можно изобразить вот так:


К — это собственно когерер
А — антенна
З — заземление
Б₁ и Б₂ — источники питания (в моем случае когерер рассеивал в среднем 0,06 Вт, так что
подбирать придется под нагрузку)
Р — усилитель. Во времена когерера применялось реле.
Г и М — приборы регистрации сигнала (Г — гальванометр, М — механизм обнуления когерера
(молоточек у Попова или часовой механизм в ртутном когерере))
Для повышения селективности приемника параллельно когереру ставился колебательный контур, питаемый через катушку связи.

При всех своих недостатках когерер успешно использовался на протяжении поколения.

Именно когерерные приемники стояли у истоков радиосвязи и радиолокации.
Безусловно, он проигрывает любым другим детекторам в чувствительности и широте применения. Однако не стоит забывать о его простоте, дешевизне, надежности.
На первых порах он станет надежным подспорьем в развитии технологии связи.

Однако,  прежде чем внедрять когерер, подумайте сначала о радиостанциях, которые он будет принимать!

Итак, что мы видим?

Слева у нас антенна, на ней висит колебательный контур с переменным конденсатором, которым мы настраиваемся на волну. Справа у нас наушники и под ними — основная [...]]]> Итак, у попаданца все получилось — у него есть работающая радиолампа и он наделал конденсаторов-резисторов.
Давайте посмотрим, насколько простой может быть схема однолампового приемника…

Итак, что мы видим?

Слева у нас антенна, на ней висит колебательный контур с переменным конденсатором, которым мы настраиваемся на волну.
Справа у нас наушники и под ними — основная батарея питания. Вторая батарея нарисована под лампой — это питание накала радиолампы.
Остаются несколько вопросов — а зачем нужны конденсаторы С_с С_бл и резистор R_c?

Конденсатор С_с имеет емкость 100-200 пФ и именно он вкупе с лампой и является чем-то вроде детектора, то есть отсеивает высокочастотную составляющую радиосигнала, оставляя только модулированный сигнал. Этот конденсатор заряжается током, проходящим через цепь катод-сетка. Ток это слабый, но он идет только от катода к сетке, назад лампа не умеет. В результате конденсатор полностью заряжается и остается на этом уровне. И тут вступает в дело резистор R_c.
Он потихоньку «сливает» накопленное конденсатором. Если его правильно подобрать (а он должен быть порядка 1 мОм), то когда с антенны приходит просто несущая, то с конденсатором ничего не происходит — он полностью заряжен. Если же сигнал модулирован, то напряжение на С_с начинает уменьшаться и увеличиваться с модуляцией.
В результате — на сетке лампы появляется низкочастотные колебания — то есть звук.
Резистор R_c можно еще поставить в положение, обозначенное на схеме пунктиром, разницы не будет.

Вот еще картинка к объяснению работы С_с и R_c:

Из-за того, что лампа все равно усиливает высокочастотную составляющую, то она гасится вторым конденсатором — С_бл
Этот конденсатор пропускает через себя высокочастотную составляющую, а низкочастотная идет через наушники.
Вот схема объяснения этого:

Собственно, на этом объяснение работы простейшего однолампового приемника прямого усиления закончено.
Пять деталей, две батареи, лампа и наушники. И оно работает!

Я не думаю, что с объяснением принципа действия сего чуда будут проблемы, даже если объяснять придется аборигенам.
Конечно, первому встречному это будет непонятно. Но кто для секретных технологий будет брать первого встречного?

Это меняет все. Или нет?..

Электронная лампа доступна тогда, когда доступен материал для катодов. Самый простой материал, [...]]]> Стеклодувное дело как таковое было развито еще в древние времена.
Однако, если мы хотим развивать ламповую электронику, требования к стеклу возрастает — в стекло нужно впаивать электроды, стекло должно хорошо держать вакуум и легко переносить многочисленные циклы разогрев-охлаждение.

Это меняет все. Или нет?..

Электронная лампа доступна тогда, когда доступен материал для катодов. Самый простой материал, доступный человечеству для этого — платина. Уже во времена Французской Революции и Наполеона были доступна не только сама платина, но и тонкая проволока из нее, годная для изготовления катода прямого накала.

Вакуум тоже не представлял в тот момент сложности — еще Торичелли получал высокий вакуум, вполне достаточный для электронных ламп. С тех времен ртутно-поршневой насос совершенствовался мало.

То есть все составляющие электронных ламп существовали.
Вопрос только один — а была ли возможность собрать их вместе, чтобы получить устойчиво работающий электровакуумный прибор?

Собственно, к тому периоду стеклодувное дело достигло высокого уровня.
Вот, например, портрет Лавуазье с женой:

На столе явно заметны стеклянные вакуумные приборы с ртутью и впаянными медными вентилями.
Вещи сделанные достаточно тонко, насколько вообще позволяла технология того времени. Вообще, если вакуум в то время был занятием в лабораториях настоящих ученых, то опыты со статическим электричеством в то время были очень модным занятием в домах богачей. И естественно, ремесленники откликнулись на спрос и стали выпускать наборы для опытов, вот по типу этого:

Тут видно, что мастерство стеклодувов было очень высоким, и они могли легко спаивать стекло с металлом.
Однако, лампа — устройство теплонагруженное, да еще имеет впаянные электроды. Что нам могут предложить технологии того времени?

Сначала рассмотрим впаивание со стороны металла.
Вообще список металлов, которые могут спаиваться со стеклом не очень-то и короткий:

Конечно, разные металлы по разному впаиваются.
В производстве радиоламп чаще всего использовались три последние в списке: ковар, константан и феррохром.
Интересен также металл, обозначенный как «платинит». Платинитовая проволока составная, она имеет сердечник из никелевой стали и медную оболочку, вес которой составляет четверть от веса проволоки.

Конечно, хотелось бы использовать такой достаточно дешевый материал как ковар. Он состоит из железа, никеля и кобальта. Вообще, шанс его получить в данную эпоху есть. Никель был открыт в 1751 году, а кобальт — еще в 1735. То есть эти материалы достать можно было. Однако, сам их сплав с железом достаточно сложен. Железо, которое там используется, должно иметь менее 0.01% углерода, а так как сплав тугоплавкий (1450^oC), то это может быть развлечением на пару лет.

Поэтому для первых ламп можно порекомендовать платину для впаиваемых электродов.
Надо сказать, что платина — металл, который спаивается со стеклом с самым лучшим качеством из всех известных. Более того — платина может быть впаяна вообще во все виды стекол, кроме кварцевых, да и то — только потому, что температура размягчения кварцевого стекла выше температуры плавления платины.
Платина — благородный металл, она при разогреве не покрывается пленкой окислов и великолепно смачивается со стеклом.

Впаивание платиновой проволоки до 0.3 мм классифицируется как «крайне простое». Для этого берут стеклянную трубку, на конце которой делают круглое дно, в центре которого оттягивают иголку. Иголку обламывают до образования отверстия, куда пинцетом вставляют проволочку и размягчают стекло в месте впая. Осаждая размягченное стекло, добиваются плотного облегания проволоки стеклом.

Проволоку большего диаметра впаивают чуть сложнее — методом наматывания размягченной стеклянной палочки на платиновую проволоку. Подобным образом сейчас делают бусины ручной работы, только в случае с платиной она отлично прилипает к стеклу.

Но платина — металл дорогой. Поэтому рекомендуют использовать ее как можно меньше, только короткие кусочки в месте спая, а дальше приваривать к платине медный провод.
Это тоже не является проблемой даже в те времена.
Для этого конец медной проволоки расплавляют в узком и сильном пламени стеклодувной горелки до образования небольшого шарика-капли диаметром примерно в полтора раза больше диаметра проволоки. Сразу после получения шарика его соединяют с отрезком раскаленной платины и дают остыть. Не rocket science.

Ну что же, остался последний вопрос — состав стекла, оптимального для электровакуумных приборов.
Вообще, если делать размеры колб электронных ламп достаточно большими, то можно попробовать использовать стекло того времени, оно достаточно развито. По крайней мере свинцовый флинт варили с 1775 года. Но чтобы отмести всю критику, приготовим-ка боросиликатное стекло. Главным его отличием является замена щелочей на борный ангидрид B₂O₃. Это дает поразительный эффект — стекло приобретает малый коэффициент теплового расширения, резко увеличивается прочность и химическая стойкость. Посмотрим на составы боросиликатных стекол:

Нас тут интересует строчка «электровакуумное стекло». Видно, что из всех сложных компонент нам нужен только борный ангидрид. Что с его доступностью во времена Французской революции?

Чистый бор был получен Гей-Люссаком в 1808 году. Но он был получен из… борного ангидрида, который как раз и нужен для стекла!
Вообще природные соединения бора («бура») были известны с раннего средневековья. Она употреблялась для пайки металлов, в основном золота и серебра. В 1702 году Гомберг, прокаливая буру с железным купоросом получил борную кислоту, которую под названием «Успокоительной соли Гомберга» продавали в аптеках. Эта кислота при нагревании обезвоживается до борного ангидрида.

В общем, я не вижу никаких причин, почему нельзя сделать ламповый приемник для Наполеона — при этом используя фактически только те детали, которые уже существовали на тот момент.

Использованная литература:
С.Ф. Веселовский. Стеклодувное дело, 1952.
В.С. Зимин. Стеклодувное дело и стеклянная аппаратура для физико-химического эксперимента. 1974.
И.И. Китайгородский. Технология стекла. Том 1. Технология стекломассы. 1939.
Э. Ангерер — Техника физического эксперимента. 1962.

Определение положения в открытом море — занятие достаточно занудное. Для того, чтобы определить широту, достаточно иметь хороший секстант и «Морской Альманах» текущего года с указанием эфемерид Солнца, Луны и основных звезд.

Однако, как я уже указывал, [...]]]> Сегодня будет применение радио, достойное высокого слова «вундервафля».
Применение у него нишевое, достаточно непривычное, но очень и очень полезное…

Определение положения в открытом море — занятие достаточно занудное.
Для того, чтобы определить широту, достаточно иметь хороший секстант и «Морской Альманах» текущего года с указанием эфемерид Солнца, Луны и основных звезд.

Однако, как я уже указывал, так можно получить только широту, то есть насколько далеко мы от полюса или экватора. А вот как добыть долготу? Вот для этого и требуются морские хронометры.

Много тысяч лет морская навигация была больным местом. В 1707 году из-за ошибок штурманов Англия потеряла четыре корабля и почти две тысячи человек. В 1714 году британский парламент объявил приз на создание хронометра, который давал бы ошибку не больше полградуса (это около двух минут по времени и 30 миль по расстоянию). При этом максимальный приз в 20 тысяч фунтов стерлингов обещали за такую точность при плавании из Англии в Индию. А деньги были немалые, по сегодняшнему курсу это более двух миллионов долларов.

Естественно, тысячи часовщиков включились в работу. Всех обогнал мастер Харрисон, но свой первый хронометр он смог продемонстрировать только в 1735 году, но он давал ошибку в 150 миль. Варианты шли один за другим — раз в несколько лет. Наконец, в 1758 году удалось сделать хронометр, который давал ошибку не больше 15 секунд. В конце концов награду выдали — в 1773 году, когда Харрисону исполнилось 78 лет…

Я уже рекомендовал попаданцу использовать мобилку в этом амплуа. Однако, тут можно порекомендовать нечто иное — сигналы точного времени.

Собственно, рецепт прост.
Установить где-нибудь в Гринвиче коротковолновую радиостанцию, которая будет передавать не новости и не музыку — а только эти самые сигналы точного времени. Тут точность будет не две минуты и не 15 секунд — можно достичь точности меньше секунды. Конечно, это уже излишне — с такой точностью даже самый качественный секстант не справится.

Станция обязательно должна быть коротковолновая — чтобы добивала как можно дальше, желательно в любую точку земного шара. Устойчивый коротковолновой сигнал, отраженный от слоя Хевисайда, можно принимать на расстоянии до 4 — 5 тыс км (а неустойчивый может обходить Землю вокруг больше одного раза), но придется это делать ночью, поэтому положение будет определяться не по Солнцу, а по Луне и звездам (собственно, обычное дело).

Расстояние, на первый взгляд, невелико. Но вполне возможно дюжиной станций перекрыть весь земной шар и вещать на разных частотах. По крайней мере поставить три-четыре станции в ключевых точках — например, в Индии и на побережье Южной Америки.

Второй вариант — вещать на средних волнах, использую что-то типа мощного искровика, который добивает до 12 тыс км. Но при этом антенну нужно развешивать с Эйфелевой башни и закачивать в нее сотни киловатт с напряжением в сотни тысяч вольт. Да, такая станция достанет и до Буйнос-Айреса, но для нее необходимо строить собственную электростанцию. Скорее всего десяток коротковолновиков будет обходиться много дешевле.

Ведь ламповую электронику все равно для этого придется изобретать — детекторные приемники на таком расстоянии не помощники, даже если детектором работает кристадин. Кроме того — ламповый приемник здорово повышает секретность оборудования, ведь другие без него не смогут принимать сигналы точного времени.

Собственно, я это все не придумал. В реальности первая радиостанция, передающая сигналы точного времени, появилась в 1904 году в Америке. Но и сейчас в мире существует достаточно много радиостанций, передающих эти сигналы. При этом частоты у них совсем разные — от японской станции, передающей на частоте 40 кГц (это самые длинные среди длинных волн), которая расположена возле Фукусимы (я думаю, вопросов «где это?» не возникло) — и заканчивая станцией в Колорадо, которая вещает на волне 20 мГц. При этом у японской станции мощность 50 кВт, а у американской — всего 2.5 кВт, что характерно.

Конструктивное исполнение этой задумки больше зависит от политической обстановки.
Но у этой затеи есть одно очень ценное свойство. Получить финансирование на развитие радио от какой-нибудь Royal Navy намного, намного проще, чем объяснять купцам как им будет удобно передавать биржевую информацию.
Хотя есть и минус — радио рискует стать военной, а значит секретной технологией.

Поэтому тема будет — модуляция, то есть как передать голос по радио…

Вообще-то модуляций есть великое множество и встречаются очень замысловатые. Но мы рассмотрим только самые простые, [...]]]> Я не знаю, правильно ли я делаю, написав статью по такому общеизвестному вопросу.
Но некоторые моменты мне показывают, что далеко не все представляют «как голос попадает в ящик».

Поэтому тема будет — модуляция, то есть как передать голос по радио…

Вообще-то модуляций есть великое множество и встречаются очень замысловатые. Но мы рассмотрим только самые простые, которые применяются в радиовещании.

Итак, мы имеем высокочастотные незатухающие колебания, годные для отправления на антенну (называются «несущая частота»), на которые мы должны «посадить» низкочастотные звуковые колебания, то есть голос.
Для начала — какие должны быть колебания.
По теореме Котельникова — высокочастотные колебания должны быть хотя бы в два раза чаще, чем низкочастотные колебания, которые они переносят. То есть если вы хотите передать хорошего качества звук голоса с частотой 20 кГц, а можете передавать только в нижнем краю длинных волн с частотой 30 кГц, то у вас ничего не получится. Хотя не совсем ничего — частоты в звуке голоса, которые ниже 15 кГц будут слышны, а более высокие частоты — нет.
Кстати, поэтому связь с подводными лодками (которая производится на сверхдлинных волнах), невозможна голосом, только морзянкой, да и то медленной.

Итак, сначала рассмотрим амплитудную модуляцию, которая возникла первой и много лет была единственной.

На картинке — сверху низкая звуковая частота, потом высокочастотная волна — несущая волна и в самом низу то, что должно быть получено в результате модуляции. После приема из этой модулированной волны получают исходные звуковые колебания.

Сложного ничего, хотя сейчас даже над этой простой модуляцией изгаляются — модулируют не целиком волну, а только верхнюю половину, нижняя (отрицательная) часть остается ровной. Это происходит потому, что вообще-то амплитудная модуляция ужасно неэффективна и такое «отрезание» позволяет уменьшать мощность передатчика. Такой метод называется подавлением боковой полосы. Однако, такие волны могут создать проблемы для детекторного приемника, если диод установлен неправильно.

Главный параметр этой модуляции называется коэффициентом модуляции. Он показывает, насколько «глубоко» изменяется волна. То есть насколько глубоки «провалы» и «выступы» в модулированной волне. Если переборщить — будут слышны хрипы и прочие искажения голоса.

Амплитудная модуляция плоха еще тем, что она не есть помехозащищенной. То есть при передаче сила сигнала будет меняться, где-то затухать, где-то переотражаться, да и просто складываться с разрядами атмосферного электричества, что проскакивают на ее частоте. Это помехи мы и слышим, включив длинные или средние волны. Собственно, если вы слушаете радио (или пользуетесь рацией) и в наушнике присутствуют эти характерные шумы — будьте уверены, вы используете амплитудную модуляцию.

Недостатков у этой модуляции море, и всего один плюс — очень простая реализация как в передатчике, так и в приемнике, поэтому, как ни странно, от нее до сих пор не отказались.

Второй тип модуляции — это частотная модуляция. Сейчас она применяется для УКВ диапазона. Более того, если в радиоприемниках на английском «длинные волны» обозначаются LF (Low Frequency), то есть низкой частоты, средние волны — MF (Medium frequency), то вместо «ультра коротких волн» обычно пишут FM (Frequency Modulation), что означает «частотная модуляция».

Частотная модуляция немного похитрее — в соответствии с силой звука меняется не амплитуда, а частота электромагнитной волны. Как результат — очень сильно повышается помехоустойчивость, потому что если амплитуда в процессе прохождения через атмосферу может «побиться», то уж частота останется прежней.
Это подтверждается при прослушивании FM-станций. Звук идет очень чистый, без шипения и качество его держится до последнего, шипеть начинает только при почти пропадающем сигнале.

Также эта модуляция очень энергоэффективна.


Чтобы понять, как работает и чем отличаются эти две модуляции, можно посмотреть на такие анимашки:

Если вы включаете радиоприемник, чтобы послушать музычку — будьте уверены, этими двумя модуляциями все и закончится.

Но в радиосвязи еще применяют фазовую модуляцию.
Фазовая модуляция не применяется для кодирования голоса, а только бинарного кода, такой модуляцией передают цифровую информацию.

Конечно, в эфире бегает очень забавные гибриды этих все (и еще других) модуляций. Особенно это любит делать телевидение, там настолько зубодробительные миксы фазовых и частотных модуляций, что помогает только хардкорная математика.

Сейчас изобретения модуляций не остановилось. Проводятся опыты с поляризацией электромагнитной волны, так что, возможно, скоро возникнет еще более сложные методы передачи информации…

Судьба у изобретения была короткая [...]]]> Слово «кристадин» сейчас в электронике мало кому известно, а за рубежом — вообще никому.
Кристадин — это полупроводниковый прибор, изобретенный в 1923-м году как разновидность детекторного приемника. Только, в отличие от диода-детектора кристадин не пассивный элемент, а активный, что позволяет строить на его основе не только приемник, но и передатчик.

Судьба у изобретения была короткая и… ниразу не яркая. Уже в 30-х годах о нем все прочно забыли…

Я вообще тут не хотел рассматривать детекторный приемник.
Кто не знает: детекторный приемник это просто полупроводниковый диод, включенный в колебательный контур, настроенный на требуемую частоту. Сейчас можно взять почти любой диод и попробовать — в наушниках будет слабый-слабый звук (наушники нужны высоокомные, от плеера не подойдут, они все зашунтируют). Принцип действия в том, что колебательный контур отсеивает среди всех радиоволн требуемую, а диод просто отрезает половину, сигнал становится однополярным и если его подать в наушники, то они могут выдать звуковую огибающую высокочастотного сигнала. Понятно, что работать это будет только с амплитудной модуляцией, FM-радио с частотной модуляцией детектор поймать не может, будет просто шум.

Однако, детекторный приемник не умеет усиливать сигнал, он просто режет то, что дает антенна.
То есть работать он будет только рядышком от мощной радиостанции и то слабо. Поэтому хотя они и были популярны, но только в крупных городах, за 100 км от города детектор уже бесполезен. А так как попаданцу главное — построить передатчик и вряд ли он получится мощным, то детекторный приемник рассматривать незачем.
Однако, придется.

Весь смысл такого приемника — в детекторе, то есть в полупроводниковом диоде, сделанном кустарными средствами.
В интернете есть разобрано по шагам, как сделать такое чудо своими руками, например тут — http://nnm.ru/blogs/steadyinb/diod-dlya-detektornogo-priemnika-svoimi-rukami/#cut
Если вкратце — берется минерал галенит, состоящий из серы и свинца. Если его нет — берется отдельно сера и свинец в порошках, смешивается и сплавляется. Полученный кусок разбивается — он будет одним электродом, а второй — металлическая иголка. Вся трудность — так подобрать точку касания, чтобы в этой крошечной точке заработал полупроводниковый эффект. Эффект этот очень хрупкий — малейшая вибрация его уничтожает, да и со временем он «скисает» и точку нужно ловить снова.

Поэтому приходится устраивать разные хитрые конструкции, подобные вот этой, что слева.

Мы тут рассмотрели детектор галенит-сталь, но таких пар существует очень много и подобрать желаемую несложно.
Для желающих привожу табличку (справа):

В процессе подбора пар для детекторного применения выяснилось, что в некоторых парах возникает самовозбуждение на частоте колебательного контура, то есть этот кристалл генерирует незатухающие колебания. Прибор на таком кристалле и назвали кристадином. Самая сильная генерация наблюдалась на кристалле цинкита. Это редкий минерал, оксид цинка. Из него хорошо было бы получать цинк, но это не делают, так как минерал редкий.

Для генерации нужен хороший цинкит, поэтому скорее всего имеющийся нужно переплавить. Плавить цинкит нужно в вольтовой дуге. Цинкит кладётся на угольную пластинку и засыпается перекисью марганца (для предохранения от распыления при высокой температуре). Между кристаллом и вторым угольным электродом возникает при соответствующем приближении электродов вольтова дуга, которая и плавит цинкит. Плавка продолжается до момента, пока цинкит не превратится в овальный королёк, на что потребуется 15-20 секунд. После плавки цинкит очищается от чёрной корки и раскалывается, кристалл закрепляется в чашечку детектора свежим изломом наружу.
Остается сделать пружинку из 2 — 3 витков стали 0,2 миллиметра толщиной и искать ей точку на кристалле.

Однако, далеко не все полупроводниковые точки будут генерирующими, их там будет мало, большинство — просто диод, как в детекторе.
Вот парочка схем приемо-передатчика на кристадине, которые считались лучшими:


Обратите внимание на переключатели П — ими переводится из режима приемника в режим передатчика.
Понятно, что в режиме передатчика настроить генерацию кристалла невозможно (ни по каким приметам не видно, что он генерит). Поэтому схему сначала подключали к наушникам и добивались генерации на звуковой частоте, а потом переключали на высокочастотную схему. Нелишним в схеме будет и потенциометр, часто нужно подбирать напряжение, чтобы добиться эффекта генерации.

Как понимаете, выжать из кристадина эту генерацию — это не магия, это шаманство и даже колдунство.
Но вот мы все-таки прошли все этапы и получили передатчик.
А что это за передатчик? Максимально, что удалось достичь исследователям (через несколько лет опытов) — это длинные волны и передача не далее 2 — 3 км.
Ну, несомненно это что-то, но вполне понятно, почему с появлением ламп о нем и не вспоминали. Собственно, его и использовали в основном в СССР, потому что в 20-х годах тут была разруха и приходилось делать самодельные рации.

Итак, сведем вместе плюсы и минусы кристадина:

Плюсы:

1. Реально просто построить. Проще, чем лампы или искровики, но как видите не все настолько просто, хотя бы редкий минерал нужно найти.
2. Материалы для постройки доступны фактически с Древнего Египта (ну, плюс-минус).
3. Колебания генерятся незатухающие, что очень хорошо.
4. Внедрение кристадина очень дешево. В отличие от искровых станций, от которых слишком долго избавлялись из-за того, что требовалось отбить вложенные в постройку деньги (и при этом засоряли эфир, не давая работать более совершенным станциям).

А вот теперь минусы:

1. Кристадин не является транзистором, это аналог генераторной лампы. Все, что он может в приемнике — это генерировать колебания. Других применений у него не будет.
2. Нужен опытный человек, чтобы «ловить точку». Де еще и «правильную» точку и поигрывая потенциометром. То есть тут не ограничивается нажатием кнопки, как мы все привыкли. Не для нуба.
3. Точка от вибрации «уходит», то есть приемник на транспорте во время движения вообще использовать не получится. Боюсь что невозможно и на корабле во время качки, но это нужно экспериментировать.
4. Даже на стационарной базе со временем кристадин «скисает». То есть стабильности в любом случае нет. Подозреваю, что можно откачивать воздух, но это вряд ли, потому что вибрации во время откачки могут убить эффект.
5. Очень жесткие ограничения на мощность сигнала. Передатчик при этом слабый и повышение напряжения уничтожает эффект. Поэтому дальность крайне маленькая.
6. Трудности с генерацией коротких волн. При этом длинные волны требуют большой мощности, а короткие не генерятся. То есть очень плохо с диапазонами.
7. Приемник из него тоже не ахти. Не совсем понятно, что он будет принимать, вероятно чистую несущую частоту, тогда наушники не годятся, лучше гальванометр.
8. Кристадин не может работать усилителем ни для чего, он только генерирует. На основе кристадина нельзя построить ничего, кроме радио. ИМХО, этот недостаток катастрофический. Кристадин — это тупик.

Понятно, что кристадин — «вещь в себе». Можно сделать в одном экземпляре (при везении), но широкое внедрение невозможно.
Конечно, существуют ситуации, когда он спасет, но это решение нишевое и одноразовое.
Вот только с лампами, на которых даже компьютеры делать умудрялись — сравнивать никак нельзя.

А они, кроме разных свойств, зависящих от длины волны, еще и распространяются не в вакууме и это накладывает еще ограничений…

Радиоволна распространяется через атмосферу над поверхностью Земли. Рассмотрим сначала первую часть.

Итак, распространение в атмосфере. [...]]]> Электромагнитные волны разной частоты имеют разные свойства. Мы не будем сейчас рассматривать отличия гамма-излучения от радиоволн, нас интересуют исключительно последние.

А они, кроме разных свойств, зависящих от длины волны, еще и распространяются не в вакууме и это накладывает еще ограничений…

Радиоволна распространяется через атмосферу над поверхностью Земли. Рассмотрим сначала первую часть.

Итак, распространение в атмосфере.
Атмосфера имеет разную плотность по высоте и что хуже — разную электрическую проводимость. При этом проводимость зависит от времени суток. Объясняется это ионизацией воздуха солнечными лучами. Чем выше над землей — тем выше ионизация, при этом верхние слои атмосферы ионизованы всегда. Эти слои называются слоем Хевисайда. Ночью он расположен на высоте в районе 200 км, а днем атмосфера ионизируется сильнее и слой Хевисайда «опускается» до 50 км.

Ионизированная атмосфера радиоволны поглощает и отклоняет.
Если первое вредно, то второе — полезно (если, конечно, попаданец не затеет строить станцию космической связи, тогда приходится переходить на очень короткую длину волны).

Поглощение радиоволн зависит от частоты. Длинные волны поглощаются ионизацией атмосферы очень активно, поэтому длинноволновые передатчики должны иметь недетскую мощность. И естественно, ночью дальность передачи всегда больше. Также ионизация атмосферы разная в разные времена года. Зимой дальность связи больше.
Короткие волны в этом отношении много лучше — они проходят почти без потерь. Но «почти» — это не «совсем». На короткие волны влияние оказывает влажность атмосферы, в тумане мощность КВ-станции заметно гасится.
При этом УКВ отлично работают не только в туман, но и при грозе, атмосферные помехи фактически полностью отсутствуют.

Но тут вступает другой фактор — отклонение.
Радиоволны отражаютя от слоя Хевисайда и это очень удобная штука.
Вообще, для длинных и средних волн отклонение не суть важно — из-за дифракции они огибают земную поверхность. Это явление было обнаружено одним из первых и поэтому государством были застолблены именно длинные и средние волны. Считалось, что короткие волны никуда не годные, потому что могут использоваться только в пределах прямой видимости.

Оказалось что все не так — короткие волны отлично отражаются от слоя Хевисайда, при этом не поглощаясь. Бывали случаи, когда устанавливали телеграфную связь через Атлантический океан приемниками мощностью в 2 — 3 Вт. Конечно, это случалось не каждый день. Точнее, не каждую ночь, потому что днем на это надеяться было нельзя.

Особенно весело на рассвете и на закате, когда меняются свойства атмосферы и связь нарушается.

Но и с отражениями коротких волн тоже не все так просто.

Во-первых, обнаружилась «мертвая зона», которая расположена за пределами прямой видимости. То есть на близком расстоянии короткие волны отлично работают, чуть потом — не работают вообще, а потом начинают работать опять. Именно это явление не позволило сразу обнаружить переотражение коротких волн слоем Хевисайда.

Но и за пределами мертвой зоны тоже все сложно.
Другие неприятные явления у коротких волн — когда отличная слышимость начинает слабеть вплоть до нуля и требуется сменить волну, тогда слышимость опять восстанавливается. В течении суток такое может происходить до 5-8 раз. Поэтому КВ на длительное расстояние — то еще развлечение. Приходится подбирать волну для времени суток и времени года. Можете полюбоваться на табличку, где собраны примерные расстояния, на которых можно вести КВ-связь в зависимости от условий:

Из таблички видно, что на длина волны 75 метров летним днем мы сможем связаться на 300 км, а зимней ночью — на 3000 км.
Прочерки же внизу таблички означают, что волна пробила слой Хевисайда и ушла в космос, то есть принять ее на другой станции у нас не получится. Кстати, то же самое происходит с УКВ диапазоном, он вылетает в космос без переотражения.

А чего стоит эффект «замирания», когда одна волна проходит разными путями, сама с собой интерферирует и гасится! Доходило до того, что устанавливали два приемника на расстоянии четверти длины волны друг от друга, располагая их на направлении связи обеих станций и электрически соединяя между собой. «Электрически» — это когда один наушник подключали к обоим станциям одновременно и когда на одной станции сигнал замирал, то вторая выдавала полную мощность. Но на длине волны 75 м «четверть волны» — это около 20 метров, интересно бы посмотреть на эти провода для наушников…

При таком раскладе всякие мелочи типа эхо-эффекта, «дальнего эха» или «электромагнитной тени» даже упоминать как-то стыдно.
И это мы еще не рассмотрели вторую часть — то есть вопросы поглощения и отражения волн земной поверхностью.
Надеюсь, вас уже не удивляет, что опять из-за разной частоты волны поглощаются по-разному?

В общем случае поглощение радиоволны зависит от проводимости почвы, диэлектрических ее свойств и влажности. И, конечно, длины волны. Длинные волны поглощаются почвой меньше, чем короткие. При этом лучше всего поглощают сигнал горные породы и песок. А вот морская вода — проводник и для всех длин волн дает наименьшие потери. Как результат — радио на морских судах появилось одним из первых.

Но и это еще не все.
Когда начали переходить с телеграфной связи на голосовую связь, то выяснилось, что для нее требуется определенная полоса пропускания. А так как частоты длинных волн ниже, то на весь диапазон ДВ можно уложить порядка 13 вещательных станций, а на УКВ — тысячи. Эта самая мелочь и предопределила использование диапазонов волн. Сейчас длинные волны почти не используют — и виноваты в этом не большая мощность, требуемая для передатчика, а именно эта «узость» диапазона. И именно поэтому сейчас так любят УКВ, хотя тут любовь еще и подогревается малыми мощностями передатчиков.

После всего вышесказанного становится понятно, что радиосвязь — это все же ближе к искусству.
Свести в одну таблицу этот весь «зоопарк» не получится, а еще зависимость от времени суток и метеоусловий…

Эти все сведения могут оказаться элементарными для сегодняшнего человека. Но для того, чтобы их накопить и с ними разобраться, потребовалось не одно десятилетие.

Поэтому эта статья будет состоять из двух частей — «как сделать и чем отличается искровое радио» и «почему лично я бы [...]]]> Постоянно возникают мнения, что радио у попаданца должно развиваться в точности с теми же этапами, что были в реальном мире.
Однако, в случае с искровым радио возникает вопрос — а нужно ли оно вообще?

Поэтому эта статья будет состоять из двух частей — «как сделать и чем отличается искровое радио» и «почему лично я бы не стал его внедрять». Хотя ситуации могут быть разные…

Сначала — лирическое отступление: «а что такое искровое радио»?

Дело в том, что передача современного радиосигнала состоит как бы из двух фаз. Первая — это создание несущей частоты, то есть электрических колебаний с той частотой, на которой собираемся вещать. Вторая фаза — это модулирование несущей частоты, то есть изменение ее амплитуды, частоты, фазы и т.п. в соответствии со звуковой волной, которую она понесет на себе в эфир. В простейшем случае модуляция амплитудная, то есть амплитуда несущей частоты изменяется синхронно с звуковым колебанием, которое она несет.

Так вот — искровое радио не имело модуляции, а в эфир шла только пустая несущая. И весь радиоприем был телеграфным — то есть определялось — есть ли несущая частота и сколько времени она передается — и дальше считывалась точка или тире азбуки морзе.

Итак, построим-ка искровой передатчик.
Мы не будем пытаться повторить первые передатчики Маркони, а будем строить более продвинутый искровой передатчик, который был построен Брауном в 1900 году. Этот передатчик имел уже куда большее КПД, чем классический разрядник Маркони. Собственно, отличие у Брауна было только одно — он разделил контуры антенны и разрядника.

Вообще классический разрядник излучает затухающие колебания разной частоты. Точнее говоря — всех частот. От сверхдлинных радиоволн до ультрафиолета (на этот искровой разряд больно смотреть, это не сварка но все же). Пик амплитуды у него будет на частоте колебательного контура, но все равно — пик не слишком и острый и спектр широчайший. Естественно, КПД передатчика смехотворно и для того, что бы что-то пошло в антенну, на него нужно подавать десятки киловатт (я не шучу).

С приемником Брауна чуть полегче. Тут тоже излучает килограмм мусора, но пик частоты у него много острее.

Итак, слева мы видим гальванический элемент, после него идет трансформатор, а точнее — очень повышающий трансформатор. Даже не рисунке видно малое число первичной обмотки и очень большое число вторичной обмотки. Десятки витков в первичной и десятки тысяч витков вторичной. Фактически эта схема — трансформатор Тесла.

Замыкание цепи гальванического элемента дает скачок в первичной обмотке трансформатора и многократно усиленный скачок во вторичной. Но во вторичной обмотке еще есть конденсатор (на схеме — элегантно нарисованная лейденская банка). И у нас между вторичной катушкой и этим конденсатором получается классический колебательный контур, настроенный на определенную частоту. Собственно, для советского человека эта часть схемы выглядит подозрительно знакомой — абсолютно этот кусочек с высоковольтной катушкой и конденсатором стоит в системе зажигания «классики» и дает искру на свечу.
Итак, колебательный контур у нас есть и этот контур дает затухающие колебания, что исключают любую модуляция. К сожалению, из-за наличия в цепи всяких трансформаторов и вторичных катушек у нас не выходит колебание одной частоты. У нас получается целая свалка, которая через катушку справа вываливается на антенну, а из нее — в эфир.

Разница между схемой Маркони не столько в наличии второго контура между а именно в принципе работы. И все из-за обратной связи из антенны на колебательный контур — она отдает часть энергии назад и пока искра не погасла, энергия гуляет туда и обратно. Затухание идет уже после того, как искра погасла.

Вобщем — смотрим на картинку слева. Это еще очень далеко от ламповых приборов, но прогресс в КПД наблюдается.
Радиостанции Брауна сразу начали усовершенствоваться. Первое, что сделали — это вторичная катушка переменной длины, чтобы можно было перенастраивать частоту. Изменялся и когерер в приемнике, его существуют десятки конструкций.

Но такие передатчики позволяют настраивать именно длинные волны, тут вопрос даже не в колебательном контуре, а в обратной связи между антенной во вторичной катушке. Но длинные волны имеют особенность — они хотя и огибают земную поверхность, но быстро затухают (как и все низкочастотное) и поэтому схемы с гальваническими элементами фактически бесполезны, по дальности получается нечто типа уоки-токи. Поэтому в контур начали закачивать сотни киловатт (я не шучу — 500 киловатт это такая себе слабая радиостанция). Но тут опять уперлись в предел. Дело в том, что чем больше становится энергия в замкнутом контуре (и связанной с ним антенне), тем выше делается напряжение на ней, и доходит до того, что с антенны происходят «тихие разряды» в которые и утекает мощность.

Бороться с этим можно одним способом — удлиняя антенну. Но так как это бесконечно не сделаешь, то вместо одной проволоки стали применять сложные веерные и зонтичные антенны. Чтобы понять масштаб происходящего, вот вам рисунок:

Это не шуточная схема, это иллюстрация реально работающей станции, которая телеграфом долбила из Парижа.
Я понимаю — сложность радиоламп велика. А какова сложность создания такой антенны? При этом вся необходимость этой конструкции — в невозможности сгенерировать незатухающий сигнал искровым передатчиком.

И напоминаю еще одну фишку — для того, чтобы использовать эту антенну, нужно закачать в нее минимум эти самые 500 киловатт, которые никакими гальваническими элементами не сделать. Тут нужен генератор электрического тока, а это — задача механическая, тут нужны зазоры в 0.01 мм, точность изготовления валов, возня с балансировкой якоря в центнер и чистота железа для якоря. Да только резьбовое соединение требует высокой точности станков! Тут полный веер технологий, которые разовьются только после полноценного внедрения паровой машины. Словосочетание «допуски и посадки» на пару порядков ужаснее, чем «ртутно-капельный насос» с его несчастным стеклодувным делом, доступным в Древнем Риме.

Конечно, такие передатчики покрывали пол-планеты. НО! Цитирую про станцию в Науэне: «изоляторы, при помощи которых антенна укреплена на стальных мачтах, могут выдерживать напряжение в 200 000 вольт и механическое давление в 10 000 килограммов. Вся антенна имеет в длину 900 метров и поднята над землей на 260 метров». Ставить мачту почти с Эйфелеву башню только для антенны! Если вы считаете, что это не сильно сложно, то цитирую еще кусочек: «Громадные железные мачты, необходимые для подобных антенн, обходятся очень дорого. Поэтому теперь стараются, где только возможно обойтись без мачт. Но, к сожалению, это удается только в гористых странах, где можно воспользоваться для укрепления антенны вершиной какой-нибудь высокой скалы. Впервые такой способ был применен на остове Яве при установке мощной станции Малабар. Четыре каната длиной около 2.2 км пересекают ущелье вулканической породы, имеющее глубину около 300 метров. Ими поддерживаются пять лучей антенны, соединенные у нижних концов; отсюда идет ввод в помещение станции».

И это все — без шансов передавать голос, только морзянку! И при этом — мрачно загаживая пол-эфира из-за широкого спектра и мешая радиовещанию!
И вы думаете, что связь была устойчива? Три раза ха!
Искровые станции еще не раз усовершенствовались, наиболее заметной новинкой был искрогасящий разрядник (форма сигнала его на графике обозначена буквой C). Его называли по-разному и вот как он выглядел:

Чтобы вы правильно понимали, то P — это фарфоровые трубки, а вот большие пластины K — это не пластины, между которыми идет разряд, это охлаждающие пластины. Разряд идет в том «барабане», что в центре на оси. Потому что это не барабан, а набор десятков полированных медных дисков, между которыми зазор 0.2 мм. Вы точно уверены, что эту штуку изготовить проще, чем радиолампу? По крайней мере фарфора для радиолампы не требуется…  

Эти доли миллиметра — не просто для развлечения. Чем тоньше зазор, тем меньше требуется напряжение для искры и тем выше КПД искровика. Однако, этот зазор должен быть везде постоянным. Если диски где-нибудь коснутся, то они просто приварятся друг к другу и будем иметь вместо генератора чудесный кусок меди.

Мы видели как выглядел разрядник. Но вот картинки, как выглядел телеграфный ключ для мощного разрядника, я не нашел. Тоже вещь должна была быть презабавная. Ведь этот ключ, хоть и не находится в высоковольтной части схемы, должен пропускать через себя сотни ампер, а заветного слова «реле» обнаружено не было.

Кстати, о телеграфии. Так как искра проскакивала кратковременно, а колебания после нее затухали очень быстро, буквально доли секунды (там были десятки периодов колебаний, но ведь и частота была килогерцевая), то должно было быть устройство, которое било искры все время пока нажат телеграфный ключ. И оно было — еще один разрядник, который трещал постоянно, пока был замкнут ключ. Еще одно устройство, которое не добавляло ни простоты, ни надежности искровой радиостанции. И которое еще и регулировалось макрометрическим винтом.

Конечно, можно долго возмущаться на сложность радиоламп (хотя там самое сложное — иметь платину). Возмущаются навороченной схемотехникой и большими напряжениями на лампах, которые сжирают электроэнергию. И, естественно, первые радиолампы не будут давать достаточной мощности, чтобы обеспечивать передачу на таких расстояниях. Но что-то мне подсказывает, что пока вы будете строить Эйфелеву башню для дальней связи — радиолампы смогут развиться настолько, что обеспечат то же самое, но только голосом, а не перестукиванием.

Следует сказать, что в большинстве случаев искровые передатчики были все же поскромнее, чем в Париже. Например, на крейсере Аврора была установлена небольшая искровая станция мощностью всего 2 кВт с дальностью действия 300 миль. Ну для попаданца ведь несложно получить 2 кВт от гальванических батарей? Вот на крейсере Аврора, может хотели и побольше (для корабля 300 миль — это прибрежная зона), но, видимо, судовая энергетическая установка больше не выдавала. Но зато разрядник у него был качественный с высоким КПД — с расстоянием между пластинами 0.1 мм.

Мы сейчас живем в мире микроминиатюризации, где четырех-ядерный процессор в мобилке далеко обгоняет процессор недавнего мейнфрейма, при этом мейнфрейм питался далеко не от 3-х вольтовой батарейки. Начало 20-го века — это мир 300-метровых дирижаблей и 3-километровых антенн, где на Титанике обеденный салон только первого класса вмещал больше 500 человек.

Что мы сейчас знаем о трудностях искровой телеграфной радиосвязи? Нам сейчас кажется, что искровой передатчик — это примерно то же самое, что ламповый, но попроще. Но, как видите — это не так. Просто ни мы, ни наши отцы не застали эти титанические искровики. А деды и прадеды нам мало рассказывали — это слишком долго для нашего быстрого мира. А искровые передатчики — это тупиковая ветвь, такой себе аппендикс, и если бы радиолампы появились лет на 10 раньше — то мир никогда этого искрового чуда не увидел бы. Специально обостряю внимание — искровые передатчики появились только потому, что электронные лампы были неизвестны. И просуществовали они долго из-за того, что в их построение были вложены гигантские суммы, которые должны были отбиться. Искоровики уступают радиолампам во всем, вплоть до сложности создания.

Итак, вы еще хотите искровую радиостанцию? Тогда мы идем к вам!!!

Использованная литература:
Г. Гюнтер, Элементарное введение в радиотелеграфию и радиотелефонию, 1927 г.
Г. Гюнтер и Ф. Фукс, Радиолюбитель, 1925 г.
Г. Гюнтер и Г.Фаттер, Книга радиостроителя, 1926 г.

Мощность передатчика будет невелика. На самом деле — уж как получится, но десяток-другой [...]]]> Итак, задача — построить пару приемо-передатчиков, чтобы вести радиосвязь.
Частоты передатчиков невысокие — длинные волны, в районе 150 — 200 кГц, нам пока даже средние волны незачем. К тому же длинные волны очень стабильны в разное время суток, пусть даже быстро затухают.

Мощность передатчика будет невелика. На самом деле — уж как получится, но десяток-другой километров должно добить. Для начального этапа голос не передаем, делает «беспроводный телеграф».

Итак, какие ингредиенты понадобятся, чтобы заварить эту кашу?
И в какие эпохи мы можем это осуществить?..

Во-первых — радио строим на электронных лампах. Никаких высокочастотных пентодов — у нас частоты далеки до мегагерца, простые триоды должны потянуть. Лампы будем делать с полностью стеклянным баллоном, так будет проще.
Так как у нас голос не передается и не принимается, нет нужды ни в микрофоне, ни в динамике. В передатчике — одна генераторная лампа, ключом мы просто будем запускать генерацию. В приемнике — никакого супергетеродина (модуляции все равно нет), схема с прямым усилением.

Наличие сигнала в приемнике определяется гальванометром (все равно его нужно будет строить для отладки схем). Перенастройку колебательных контуров делать не будем — приемник и передатчик будут жестко установлены на одну частоту.

Если сравнивать такую схему с искровым передатчиком, то имеем несколько плюсов — искровой передатчик забивает все диапазоны, от сверхдлинных волн до оптического диапазона и даже ультрафиолета. И поэтому одновременно может работать только одна станция. Тут — полное разделение по диапазонам, на длинных волнах есть место примерно для 10 станций, работающих с голосом, а «морзянкой» можно набить их под сотню. И кроме того мощность, потребляемая таким ламповым передатчиком, не сравнима с мощностью искровой станции (а у нас электрогенераторы будут точно недоступны).
Ну и на сладкое — если такой «беспроводный телеграф» будет работать устойчиво, то добавить в нем амплитудную модуляцию и передавать голос не есть критической проблемой — весь вопрос в развитии схемотехники. Также развитие радиоламп даст толчок очень большим областям — от эхолота и до усилителя звука.

Итак, оглашаем список обязательных ингредиентов:

1. Медь. Точнее, медная проволока. Из нее мы будем делать и провода, и антенны, и элементы радиоламп. Нужно не так мало и нужно хорошего качества, с минимальными примесями. Проволоку желательно тянуть как можно тоньше — нам же и колебательные контуры делать, и катушки гальванометра мотать, и трансформаторы.

2. Железо. Железо нужно разное. Для сердечников трансформаторов — чистое и мягкое, которое легко перемагничивается, а для магнитов в гальванометре — науглероженое хрупкое. Еще железо будет использоваться в гальванических элементах как электрод.

3. Платина. Из платины мы будем делать катоды прямого накала в радиолампах. Поэтому платину желательно почище и в виде проволоки. Также платина будет использоваться для спаивания со стеклом — для выводов радиоламп. К сожалению, есть немного металлов, которые хорошо спаиваются со стеклом, но платина — один из них.

4. Развитое стеклодувное дело. Нам нужно хорошо проплавленное стекло, чтобы нормально держало вакуум и хорошо сплавлялось с выводами радиоламп.

5. Ртуть. Ртуть нужна для ртутно-струйного насоса Шпренгеля, который позволит нам добиться высокого вакуума, необходимого для радиоламп.

6. Бумага. Как ни странно, без бумаги будет сложно обойтись. Она будет использоваться как обкладка конденсаторов, и длинные вощеные бумажные ленты будут использоваться как изоляция проводов. Если мы решили строить совсем в древнем времени и бумага еще не производится — можно разобрать на части с десяток осиных гнезд. Конечно, это аварийное решение, но оно существует.

Многие компоненты — такие как воск, дерево или керамика, я здесь не упоминаю, они как правило доступны во все времена. Единственно — керамика должны быть достаточно развита. Нам нужно не только делать из керамики гнезда для радиоламп, но и из смеси керамики и угля выпекать резисторы. Второе будет особенно сложно — керамика должна быть низкотемпературная, чтобы уголь остался внутри и создавал проводимость. Хотя, возможно можно сделать резистор из смолы и угля, здесь без экспериментов не разобраться.

Также еще раз напоминаю, что главной проблемой у попаданца будет схемотехника, а не создание элементной базы.

Хотя при изготовлении все упрется в проблему культуры производства, особенно это касается вакуумного насоса. С одной стороны — ничего слишком сложного там нет, даже движущихся частей. А с другой стороны — нужно подбирать вакуумные уплотнители и бороться с утечками. Поэтому рабочие, которые выполняют вакуумирование, должны понимать что они делают, тут нельзя обойтись просто набором приемов.

Однако, возможно будут доступны другие материалы, которые много облегчат и улучшат радио. Поэтому обнародуем список дополнительных ингредиентов:

1. Свинец и олово. Для припоя. Можно обойтись и без них, соединяя элементы скруткой, но возникают нежелательные емкости и будет постоянная борьба с окислением скруток.

2. Никель и кобальт. Точнее — ковар, сплав железа с никелем и кобальтом, он отлично спаивается со стеклом, из него много лет делали выводы электронных ламп. Дешевая замена платине. Из-за ингредиентов может быть очень сложным в получении.

3. Вольфрам. Лучший материал для катодов электронных ламп. Но его получение  — совсем не легкая прогулка…

4. Бакелит. Хороший конструктивный элемент, который является еще и изолятором. В конструкции радио отличная замена дереву, которое может накапливать влагу и давать замыкания. Бакелит несъедобен для грибков и жучков и выдерживает высокие температуры (а лампы у нас неплохо греются). Из смеси бакелита, угля и кремнезема мы будем делать высоокомные резисторы.

5. Магний. Он очень полезен для так называемой «темной откачки» ламп, когда магний образует внутри лампы зеркало, впитывающее газы. Это заметно снижает требования к вакууму.

Глядя на этот весь список возникает только один вопрос — а в какие времена это все будет доступно?
Собственно, если просмотреть весь первый список, то критичными в нем есть только два элемента — это стеклодувное дело и платина.
Стеклодувное дело впервые широко развернулось в Древнем Риме, именно из остатков Восточной Римской Империи — Константинополя в 11 веке и были вывезены в Европу мастера-стеклодувы. То есть уже в Древнем Риме стеклодувное дело было и было на высоте.

Остается только добыть платину. А с ней похуже. В Европе ее узнали только в 16 веке, из месторождений серебра в Южной Америке. Платина залегает целыми «поясами», но в Европе ее мало. И рассыпных месторождений нет вообще, ближайшее — в Юбдо (Yubdo), это западная часть Эфиопии.
Конечно, Эфиопия христианская страна и с ней торговали тысячи лет, но это ведь нужно посылать экспедицию на поиски россыпей!

Но в любом случае — с открытием Южной Америки платина перестала быть дефицитом. Конкистадоры не гнушались заряжать платину вместо дроби и выбрасывать в отвалы. Поэтому попаданец в Южную Америку здесь имеет приоритет. Или попаданец в Эфиопию — такая книга существует, кстати.

С таким раскладом получается, что радиопередатчик можно создать задолго до паровой машины. Требования к технологиям радиоламп оказываются куда проще требований к паровой машине. Тут не надо поколение за поколением строить станки, чтобы поднять их точность.

По крайней мере сделать радиопередатчик для Наполеона,  даже вещательный — можно без особых проблем.