Основопорложник учения об УКВ - Борис Алексеевич Введенский
Современная радиотехника характеризуется широким применением ультракоротких волн. В новых видах радиосвязи и радиовещания, новейшей технике радионавигации, в телевидении, радиолокации - всюду используются очень короткие радиоволны.
Ультракоротковолновая техника достигла в наше время высокой степени развития. На волнах длиной около 10 сантиметров с помощью направленных антенн можно, как мы видели, поддерживать связь на расстоянии десятков километров, обходясь ничтожной мощностью в доли ватта. Ультракороткие волны открыли радиотехнике путь в астрономию и другие науки.
Советским ученым принадлежит ведущая роль в создании теории УКВ и практическом их освоении. Особенно ценный вклад в учение об УКВ внес крупнейший советский радиофизик Б. А. Введенский.
Введенский создал первую в СССР лабораторию УКВ, которая собрала богатый научный материал по распространению радиоволн этого диапазона. Он заложил основы теории распространения УКВ.
Родился Борис Алексеевич Введенский в Москве 19 апреля 1893 года. Еще в школьные годы возник у него интерес к радио. В 1911 году он поступил на физико-математический факультет Московского государственного университета. Вскоре же он начал свои научные исследования. Внимание будущего ученого привлекали вопросы магнетизма, над которыми он впоследствии долго работал.
Окончив в 1915 году университет, Введенский получил специальность физика. В 1919—1923 годы он работал в радиолаборатории Главного военно-инженерного управления под руководством М. В. Шулейкина - общепризнанного авторитета среди советских радиоспециалистов.
Общение с Шулейкиным возбудило в молодом физике еще больший интерес к радио и связало его с этой областью науки и техники на всю жизнь.
Введенский отдался изучению наиболее трудных вопросов радиотехники - изучению распространения радиоволн. Он принимал участие в экспедиции по измерению силы электромагнитного поля вокруг московских радиостанций.
В результате наблюдений во время экспедиции он опубликовал свою первую научную работу- о радиоприеме на рамочную антенну. Вскоре после этого Введенский начал исследования в области ультракоротких волн.
Рис. 1. Борис Алексеевич Введенский.
Тридцать лет назад этот диапазон мало интересовал радиотехников. Тогда еще не было аппаратуры для получения ультракоротких радиоволн. Кроме того, эти волны оказались слишком «недальнобойными» по сравнению с длинными и особенно короткими волнами и поэтому не привлекали к себе внимания специалистов.
Долгое время считалось, что ультракороткие волны распространяются только до горизонта. Введенский убедительно показал ошибочность этого представления.
Смелый экспериментатор, подвергающий глубокому теоретическому анализу опытные данные и умеющий выделить главное в огромном потоке научных наблюдений, он один из первых увидел, что ультракороткие волны открывают широчайшие возможности для развития радиотехники, и занялся их всесторонним изучением.
Чтобы найти наиболее благоприятные условия ультракоротковолновой радиопередачи, необходимо изучить, как меняется сила электромагнитного поля по мере удаления от передатчика, как она зависит от электрических свойств почвы и атмосферы, от кривизны земной поверхности и многих других причин - словом, постичь те законы, которым подчиняются ультракороткие волны при распространении вдоль поверхности земли.
Все эти вопросы встали перед Введенским, когда он приступил к изучению свойств УКВ.
Ученого не испугали трудности, которые нужно было преодолеть при разрешении таких сложных задач. Он знал, что его труд принесет пользу Родине и послужит развитию советского радио.
Изучение законов распространения ультракоротких волн имело не только чисто научное, но и практическое значение. Применение УКВ давало возможность значительно ослабить электрические помехи радиоприему и устранить взаимные помехи между радиостанциями; позволяло при помощи малогабаритных антенн направлять волны очень узким пучком; открывало широкую дорогу развитию высококачественного телевидения.
Вопросы распространения ультракоротких волн приобрели особенно важное значение в связи с развитием радионавигации и радиолокации. «Без точных знаний в области распространения радиоволн, - говорит Введенский, - радионавигация и радиолокация вообще были бы невозможны».
Первые успешные опыты применения ультракоротких волн для связи Б. А. Введенский провел в 1922 году вместе с А. И. Данилевским в радиолаборатории, которой руководил М. В. Шулейкин.
Пользуясь специально созданной аппаратурой, Введенский организовал радиотелеграфную передачу на волне 3,8 метра. Дальность радиопередачи была небольшой, но данный опыт помог раскрыть основной закон распространения волн этого, тогда еще совершенно неисследованного, диапазона.
Оказалось, что сила приема ультракоротких волн при удалении от передатчика убывает значительно быстрее, чем при работе на более длинных волнах.
Это не ослабило интереса ученого к ультракоротким волнам, которые по своим свойствам во многом близки к световым. Так, например, они частично отражаются от стен зданий, подобно тому как свет отражается от зеркала. Первые опыты Введенского положили начало техническому освоению ультракоротковолнового диапазона.
С 1923 года молодой ученый начал работать во Всесоюзном электротехническом институте. Здесь он значительно расширил свои исследования в области ультракоротких волн.
Он изучал вопросы генерирования и приема сверхбыстрых электромагнитных колебаний, процесс распространения УКВ, разрабатывал антенны для этих волн. Под руководством Введенского была создана также специальная измерительная радиоаппаратура, необходимая для исследования УКВ.
Проводя вместе с другими радиоинженерами опыты во Всесоюзном электротехническом институте, Введенский в 1925 году установил очень интересные свойства ультракоротких волн.
Когда на пути от передатчика к приемнику помещались некоторые предметы, они сильно влияли на радиоприем. Это явление -результат воздействия так называемых вторичных излучателей.
Каждый предмет, в котором возникают токи под действием приходящих радиоволн, сам становится источником таких же волн. Вызывая новое излучение, он как бы откликается на приходящие колебания. Такой излучатель может значительно изменить силу радиоприема, причем влияние вторичного излучателя зависит от его положения.
Введенский стал подробно изучать это явление. В новых условиях он продолжил опыты А. С. Попова по исследованию практической возможности применения электромагнитных волн для радиообнаружения. Опыты показали, что с помощью радиоволн можно обнаружить проезжавшие экипажи и суда, находящиеся в зоне облучения.
Так около тридцати лет назад советские ученые во главе с Введенским работали над развитием только еще зарождавшейся области техники - радиолокации.
В те же годы Введенский установил основной закон распространения ультракоротких волн. Оказалось, что с увеличением расстояния от передатчика в 2, 3, 4, 5 и т. д. раз сила электромагнитного поля этих волн убывает в 4, 9, 16, 25 и т. д. раз.
Ученый поставил перед собой также другой вопрос: как будет влиять на силу приема высота подъема антенн? Ведь антенну можно поднять на высокую башню или установить на самолете. Как это повлияет на радиоприем?
В 1928 году группа советских специалистов под руководством Введенского организовала широкие исследования особенностей распространения ультракоротких волн. Эти опыты проводились на значительных расстояниях и больших высотах. Ученые поднимались на аэростатах и самолетах.
Рис. 2. Деревянная вышка, построенная для изучения влияния высоты антенны на дальность передачи на ультракоротких волнах.
Обобщив данные неоднократно проводившихся измерений, Введенский нашел зависимость приема на ультракоротких волнах от высоты антенны: сила поля УКВ увеличивается во столько же раз, во сколько раз возрастают высота антенны передатчика и высота антенны приемника.
В результате Введенский вывел математическую формулу, которая в сжатой форме выражает основные законы распространения ультракоротких волн над земной поверхностью на расстояниях, не превышающих расстояния до горизонта.
Эта формула, опубликованная в 1928 году, на пять лет раньше, чем она появилась в работах иностранных специалистов, вошла в учебники по радиотехнике под названием формулы Введенского.
Эта формула имеет фундаментальное значение в учении об УКВ. Она выражает зависимость силы электромагнитного поля от расстояния между передатчиком и приемником, от длины волны и высот передающей и приемной антенн.
В короткой формуле Введенского обобщен огромный труд группы советских ученых, работу которой он направлял на протяжении нескольких лет. В небольшом математическом выражении, как в фокусе, собраны многолетние научные искания.
Неинтересная и безжизненная для непосвященного, формула оживает перед глазами радиоспециалиста, вооружает его в борьбе за овладение природой.
Формула Введенского имеет большое практическое значение. Она стала рабочим инструментом в руках радиоинженера. Ею широко пользуются при расчете дальности связи на ультракоротких волнах в случае низкорасположенных антенн и при расчете дальности радиолокационного обнаружения кораблей и низколетящих самолетов.
После экспедиции по изучению ультракоротких волн, проведенной советскими учеными на Черном море в 1932 году, Введенский начал теоретические исследования характера изменения поля УКВ за горизонтом, необходимые для выяснения закона огибания ультракороткими волнами кривой поверхности земли. При этом ему пришлось преодолеть значительные трудности, с которыми не справились иностранные специалисты.
В 1933 году экспедиция советских ученых, работавшая под руководством Введенского, провела новые исследования ультракоротких волн на Черном море и выявила новые весьма важные особенности их распространения.
Настраивая передатчик на волну длиной 60 сантиметров, советские радиоспециалисты при некоторых метеорологических условиях принимали его сигналы на расстоянии более 100 километров, что в три-четыре раза превосходило дальность прямой видимости, т. е. расстояние до горизонта. Этим самым была доказана возможность распространения дециметровых волн за горизонтом, что имеет большое практическое значение.
Основываясь на материалах наблюдений Черноморской экспедиции, Введенский вскоре получил формулу для расчета силы поля УКВ на большом расстоянии от передатчика - за линией горизонта.
Результаты своих работ по данному вопросу он опубликовал в 1935-1937 годах, намного опередив иностранных ученых. Строгое и наиболее полное решение задачи огибания радиоволнами криволинейной поверхности Земли дал в 1943-1945 годах академик В. А. Фок, удостоенный за эти работы Сталинской премии первой степени.
В 1929 году в Москве под руководством Введенского была построена первая ультракоротковолновая радиовещательная станция, работавшая на волне 5,8 метра (РВ-61). Передачи этой станции принимались на расстоянии 20-30 километров от Москвы.
Этим было положено начало вещанию на ультракоротких волнах, которое со временем должно получить широкое распространение.
Рис. 3. Преломление радиоволн в нижних слоях атмосферы.
Изучая распространение УКВ на небольших высотах над землей, Введенский опубликовал ряд ценных научных статей о преломлении волн этого диапазона в нижних слоях атмосферы.
Указав, что благодаря преломлению в атмосфере радиоволны распространяются не прямолинейно, а по криволинейным траекториям, он дал глубокий анализ этому сложному явлению, имеющему большое значение в практике применения ультракоротких волн.
Кроме того, Введенский занимался изучением волноводов -устройств, которые представляют собой металлические трубы и служат для подведения очень коротких радиоволн от генератора к антенне, для передачи волн из одного колебательного контура в другой и т. д.
Ставя и глубоко разрешая научные вопросы, Введенский всегда заботится о том, чтобы его открытия стали достоянием рядовых радиоинженеров. Он никогда не забывает о том, что научные исследования радиофизика должны указывать путь инженеру и способствовать развитию передовой советской радиотехники.
Для расчетов дальности действия ультракоротких волн Введенский опубликовал специальные графики, облегчающие и ускоряющие вычисления. Этими графиками широко пользуются радиоспециалисты.
Работы Введенского расширили область применения радио и получили мировую известность. В 1934 году он был избран членом - орреспондентом, а в 1943 году - действительным членом Академии наук СССР. 5 мая 1949 года Академия наук присудила ему золотую медаль имени А. С. Попова за выдающиеся работы в области радиофизики и радиотехники, а в 1952 году он был удостоен Сталинской премии.
Рис. 4. Радиоволноводы.
Введенский широко известен и как педагог. В течение многих лет он читает лекции в различных высших учебных заведениях страны. По его книгам о распространении ультракоротких волн готовятся будущие радиоспециалисты.
Новое направление в радиотехнике, энтузиастом которого является Введенский, знаменует собой новый шаг в развитии советского радио. Область применения ультракоротких волн с каждым днем расширяется. На практике начинают использоваться все более и более короткие волны. Теперь уже успешно идет освоение миллиметровых волн.
Развитие техники УКВ привело к созданию новых видов радиоаппаратуры, которая значительно отличается от того, что знала техника длинных волн. В 1946 году Введенский писал:
«Лет десять назад один радиоспециалист, воспитанный на привычках длинноволновых диапазонов и впервые ознакомившийся с УКВ, воскликнул при этом: «Да ведь это совсем и не радио». Но УКВ - это, конечно, радио, но радио новое, вынуждающее ломать старые привычки».
Большую работу проделал Введенский в области популяризации радиотехники и в развитии радиолюбительства. В 1945 году он возглавлял Правительственный комитет по проведению празднования 50-летия со дня изобретения радио А. С. Поповым. В настоящее время Введенский является главным редактором Большой Советской Энциклопедии.
Горячий патриот своей Родины, отдающий все силы развитию советской радиотехники, Введенский является пламенным борцом за мир. 8 августа 1950 года он обратился через газету «Правда» к прогрессивным ученым Европы и Америки.
Введенский призвал подлинных деятелей науки со всей страстью бороться за мир и окружить всеобщим презрением тех «ученых», которые поставили достижения науки на службу поджигателям войны.
«Народы мира проснулись, - писал Введенский, - страшен будет их гнев, грозна, но справедлива будет их кара, которую они обрушат на поджигателей войны и на их «ученых» сообщников».
«Советская наука, - говорит с законной гордостью Введенский, - служит жизни, служит делу мира. В лабораториях и институтах, в заводских цехах и кабинетах мы трудимся для того, чтобы сделать еще лучше, еще счастливее жизнь советских граждан».
Продолжение: Аксель Иванович Берг - выдающийся радиоинженер.
Источник: Ф. Честнов - "В мире радио", 1954г.