Цели и задачи дисциплины:
Познакомиться с зарождением и формами научных знаний в области телекоммуникаций.
Раскрыть роль отечественных и зарубежных ученых и изобретателей.
Раскрыть логику , закономерность и противоречия развития ТК.
Требования к уровню освоения содержания дисциплины. Студент должен:
Знать основную методологию исследований развития науки и техники данного направления.
Понимать логику и закономерности развития
Уметь выделять революционные моменты и эволюционное развитие ТК
Знать основопологающие труды и изобретения отечественных и зарубежных ученых данного направления.
Уметь подобрать литературу, проанализировать ее и составить реферат по заданной теме.
Культура профессии начинается со знания ее истории.
История развития телекоммуникаций является историей электросвязи. Часть истории науки и техники
История состоит в изучении прошлого будущего. Наука и техника- упорядоченная и взаимосвязная цепь процессов и явлений. Опыт поколений показывает: Для полноценной ориентации в настоящем и предвидения будущего необходимо знать прошлое. С продвижением времени темп развития растет. В наше время темп развития ИТР вырос во много раз.
Развитие науки и техники происходит по спирали . Знание прошлого помогает исследовать новое. История развития техники помогает правильно оценить роль коллектива и личности в прогрессе общества.
Первобытное общество могло сформироваться путем трудового и речевого общения.
За развитием слова и речи последовало создание письменности могучим ускорителем прогресса. Первичная форма письменности Пиктограммы образовали нынешний алфавит.
Дальнейшее ускорение письменности- Книгопечатание. Изобретателем книгопечатания стал немец Гуттенберг с 1406 по 1468гг. Благодаря речи и письменности стала возможна связь на большие расстояния но скорость была крайне низкой.
Почтовая связь
Почтовая связь была эпизодической. С возникновением рабовладельческих государств. Правителям требовалась информация о том что твориться в стране и почтовая связь стала упорядоченной и государственной. В древней Греции, Китае, Римской империи….
Осуществлялась переправка информации с помощью гонцов и почтовых кораблей…
С 1782 года Ямские дворы стали почтовыми станциями.
В 1840 году в Англии была выпущена первая почтовая марка, то есть знак оплаты за услуги пересылки.
В 1874 году 22 страны образовали всеобщий почтовый союз (ВПС)
Оптическая связь.
Огонь впервые избавил человека от одиночества и собрал в общину. Используя днем дым а ночью огонь можно было донести информацию значительно дальше чем крик или звуки.
Именно по этому оптическая связь развивалась очень бурно!
Выдающимся достижением античной культуры стал оптический телеграф способный передавать любые тексты на огромные расстояния. Дальнейшие совершенствования телеграфов связаны с использованием вогнутых зеркал и подзорных труб.
Рождение и развитие электросвязи.
Телефон подобно великим изобретениям имеет большую сложную и спорную историю.
В 1600 году английский ученый У. Гильбберт (1544-1603) опубликовал результаты своих 18 летних наблюдений и назвал( О магните магнитных полях и большом магните-Земля) Он также установил что некоторые тела подобно Янтарю способны притягивать легкие предметы после натирания!
Свойства янтаря он назвал электрическими…и установил различие между электрическими и магнитными явлениями.
Следующий более мощный этап электротехники связан с КУЛОНОМ ( 1736-1806)
В 1785-1789гг он опубликовал 7 мемуаров в которых дал закон взаимодействия электрических зарядов и магнитных полюсов (закон Кулона) Является одним из основоположников электросвязи.
1800 г А. Вольт (1745-1827) создал первый электро-химический источник постоянного тока ( ВОЛЬТОВ СТОЛБ)
В России а 1802г Русский физик и электрохимик Петров ( 1761-1834) Создал более мощный гальванический электролит что позволило ему впервые открыть электрическую дугу.
1809г С.Т. Зоммеринг представил Мюнхеновской Академии Наук проект электро-химического телеграфа. В сосуд с подкисленной водой опускали электроды которые присоединялись к источнику питания или батарее. Сигналы в виде эл. Тока шли по проводам и действие тока обозначалось на электродах по пузырькам газа. Для каждой буквы был отдельный сигнальный сосуд со своей телеграфной линией.
В 1801 Ф. Сальва основной трудностью была грамоздкость приемного устройства.
15.02.1820г Датский ученый Д.Х. Эрстед открыл магнитное действие тока.
1820г Французский физик Ампер (1775-1836) нашел объяснение этого явления и показал как усилить действие поля на магнитную стрелку (Катушка индуктивности)
1820г Ампер предложил создать телеграфную систему с числом стрелок равным числу проводов-Стрелочный телеграф.
В 1830 году Гаусс (1777-1855) сформулировал основную теорему электро-статики. А в 1830 создал первый в Германии стрелочный, магнитный телеграф.
Важнейшим событием этого периода было открытие электро-магнитной индукции Майклом Фарадеем (1791-1867)
Рождение Э.М. телеграфа.
Первая практически применяемая система телеграфирования была предложена в России Шиллингом в 1828 году. Шиллинг жил с 1786 по 1837
Первый публичный показ Э.М. телеграфа состоялмся 9 октября 1832 года этот год считается годом изобретения Э.М. телеграфа. Первой отличительной особенностью являлось использование магнитного действия тока. Применение комбинационного кода хотя телеграф оставался стрелочным. Применялся (одновременная подача кодовых знаков) шесть значений и бинарный код. Использовалось 8 проводов 6 стрелок и 2 знаковых управления. Шиллинг обходился одной стрелкой и парой проводов.
Шиллинг приступил к строительству телеграфной линии вчастости начал Санкт-Петербург – Крондштат по подводному кабелю. Спустя 4 года в 1836 обучавшийся в Гейдельберге английский студент Кук Узнав о работе Шиллинга Забросил учебу и занялся телеграфией ему удалось привлеч Уитстона. в 1837 Уитстон запотентовал свой первый телеграф и в этом же году провели его испытания между двумя железнодорожными станциями на расстоянии 2 км. Телеграф широко использовался на ж.д. Был необходим сомопишущий Э.М.Т. и новые идеи для его создания. в 1832 Ампер с Морзе (Художник) сумел привлечь выдающегося Английского ученого Дж. Генри (1797-1878) Специалист в электромагнитизме. В 1837 году Морзе изобрел конструкцию Т.А. которая состояла из 1 провода ( Вторым служила земля), передатчиком служил ключ ( Замыкал размыкал цепь) и автономный приемник для записи сигнала.
Разработал специальный код (А. Морзе) сообщение записывалось на движущуюся ленту….
Несколько лет Морзе не мог продать телеграф . 1842 год удалось получить от Американского конгресса 30 000 долларов на построение телеграфа между Вашингтоном и Балтимором(63 км)
В 1844 2 мая состоялся первый публичный сеанс связи по телеграфу Морзе.
Важной заслугой Морзе являлось внедрение а аппаратуру Э.М. Реле- прообраз совремменного усилителя мощности.
К 1855 телеграф охватил большую часть европпы и заселенные районы северной америки.
РАЗВИТИЕ ТЕЛЕГРАФНОЙ СВЯЗИ В РОССИИ
Развитие телеграфной связи в россии заложено Шиллингом в 1836 году Шиллинг построил эксперементальную линию телеграфа вокруг здания Адмиралтейсва(Подземное) затем зимний дворец-Генштаб . 1843 построена линия Питер-Царское Село 25 км. Телеграфный аппарат Морзе стал приминяться с 1846 года.
Борис Семенович Якоби (1801) Потсдам – 1874 Питер) В 1839 году создал первый пишущий телеграфный аппарат. В 1850 Буквопечатающий телеграфный аппарат в 1851 широкое использование телеграфа в россии. Ж.Д. Питер-Москва 33 ж.д. станции Оснащенные телеграфными аппаратами.(Сименс Морзе)-Якоби
1858 году Питер был связан с 21 губернским городом.
1860 Питер 44 Губернских города.
Это 27 000 км и 160 Т.А.
В 1871 году была создана самая длинная линия Москва Владивосток 12000 км
1905-15 появилась идея построить линию ПИТЕР-МОСКВА-АМЕРИКА Россия уступала Европе в использовании телеграфной связи на 1тыс жителей приходилось 11 телеграфов в России 202 в Великобритании 103 во Франции и 68 в Германии. ( Данные на 1897 год)
Устройство Оммутации
Первоначально телефоны соединялись по принципу каждый с каждым при этом необходимо было иметь грамадное число соеденительных линий.
Встала задача коммутации каналов связи. Она достигается соединением отдельных телефонных аппаратов с центральной телефонной станцией на ЦТС на время переговоров включают друг к другу 2 телефонных аппарата. На ЦТС используются устройсва Коммутационное поле( матрица) на которой находится N штепсельных гнезд типа ДЖЕК
28 января 1878 года в Нью-Хевен штат Колорадо для обслуживания 21 абанента была открыта первая в мире коммерческая ТС с ручным коммутатором
15 июля 1878 года первая в Канаде ТС была открыта в Гаммельтоне
При ручной коммутации на каждое соединение уходило много времени и одна телефонистка не могла обслужить более 200 аппаратов на каждое соединение 340 секунд
Автоматический коммутатор ТС был изобретен в 1879 году М.Д. и Т.Э Коннели, и Т.И. Мактай
Автоматические коммутаторы обладали существенными недостатками. Самый удачный был в 1888 созданный владельцем похоронного бюро Строуджер . Первая АТС была созданна в 1900 в городе Нью-Бредсфорд. АТС Строуджера были настолько надежны что эксплуатировались во всех странах мира влоть до 70 годов 20 века.
Появление телефона в России
В России правительство быстро оценило приэмущество ТС и комитет министров постановил организацию ТС и ее эксплуатацию частным предпренимательством
25 сентября 1881 Император Александр 3 утвердил положение об устройстве телефонных сообщений. За реализацию проэкта взялась международная компания телефонов Белла
На момент открытия телефонной сети компания должна была иметь не менее 200 абанентов в Питере и Москве 100 в Варшаве и по 50 а Одессе и Риге. К 1 июля 1882 впервые Российские ТС были открыты в Варшаве Одессе и Риге. С этиз абанентов взималась плата 25р в месяц а в Москве и Питере Открыть не успели
В Питере к 1 июля 1882 была открыта первая ТС на 128 Абонетов. ЦТС ( Коммутатор) находилась по адресу Невский проспект д26 владение Гессена
13 июля 1882 в Москве – ручная ТС на 26 Абонентов
К сентябрю 1882 в Питере и Москве условия контракта были выполнены в 1897 в России 21590 абонентов
АТС г.Рига была впервые сдана в эксплуатацию в 1926.
В СССР первая АТС от. Произвоздства была построена в 1929 в городе Ростов-на-Дону.
Рождение и развитие учения об Э.М.В проводная связь не могла удовлетворить запросы быстроразвивающейся торговли прмышленности транспорта
Невозможно было установить связь с движущимися объектами данная беспроводная связь.
Дальняя беспроводная связь могла родиться только с открытием высокочастотного Э.М. поля.
Э.М.П.-поля которе предостовляют взаимосвязь электрического и магнитного.
Основоположник учений об электро-магнитизме М.Фарадей(1791-1867) талантливый эксперементатор и обладал научной интуицией.
В 1820 году фарадей ознакомился с работами Эрстеда по отклонению магнитной стрелки и занялся исследованием связи между электрическими и магнитными явлениями
В 1821впервые обнаружил вращение магнита вокруг проводника с током и вращение проводника с током вокруг магнита.
В течении 10 лет после открытия Фарадей пытался превращать магнитизм в электричество его исследования в 1831 году завершились открытием электромагнитной индукции.
Открытие Фарадея легли в основу Э.Т(Электротехники) основные положения теории ЭМП были разработанны математически Максвелом .
Максвел был хорошо знаком с работами Фарадея и в 1873 опубликовал свои труды в 2 томах 1(Трактат об электричесве и магнитизме) где математически описал все эти ЭМ явления
Ранее в 1867 Максвел выскозал положение что свет является ЭМ волной что с блеском подтвердилось в дальнейшем.
Первое устройство беспроводной связи
Чтобы реализовать БПС необходимо было использовать все предыдущие достижения науки и техники.
К 80 годам 19 века были известны устройства:
-
Искровой разрядник Лейдонской банки
-
Электрофорная машина
-
Индукционная катушка с прерывателем и искровым разрядником ( катушка Румкорфа)
В 1842 Генри инженер США показал что разряд конденсатора на индуктивную катушку имеет колебательный характер это позволяло получать колебания с различными высокими частотами
В 1853 У. Томсан, лорд Кельвин 1824-1907 английский физик получил известнейшую формулу для частоты колебаний в цепи индуктивности.
ОПЫТЫ ГЕРЦА
Генрих Рудольф Герц немецкий физик основатель электродинамики родился в семье сенатора был слаб здоровьем но учился блестяще.
Образование получил в высшей технической школе города Дрездонаа затем в берлинском университете 1885-89 будуче профессором высшей школы в городе Карлсруэ он исходя из уравнений Максвела он эксперементально доказал существование ЭМ волн доказал что ЭМ волна распростроняется в воздухе со скоростью света. Придал уравнению максвела совершенно новый вид. ЭМ волны Герц получил спомощью изобретенного им Вибратора
При замыкании ключа ток от батареи проходя через первичную обмотку транзистора и цепь разрыва очень быстро ток и магнитное поле исчезает и контакт вновь замыкается. Частота переключения составляет 100-1000 раз в секунду или от 100Гц до 1кГц
ДАЛЬНЯЯ РАДИОСВЯЗЬ
Изобретение радио!
Перечисленные работы и теоретические знания создали предпосылки для создания Радио!
Оно связано с именами А.С. Попова (1859-1905) и Маркони ( 1874-1937)
Попов А.С. ректор ЛЭТИ
Первая публичная демонстрация для приема ЭМВ состоялась в СПБ на заседании Русского Физико-Химического общества 7 мая 1895 года. Доклад делал преподаватель физики технического училища Попов А.С. В качестве передатчика А.С. Попов использовал видоизмененный вибратор Герца для дальности приема Попов присоединил вертикальную антену.
В опытах 1895г А.С. Попов обнаружил что его приемник реагирует на грозовые разряды, поэтому и был создан специальный прибор записывающий на движущуюся бумагу ЭМ сигналы грозовых рязрядов-грозоотметчик.
Электромагнитные волны радиодиапазона!!!!!
При его освоении был пройден такой путь:
От очень коротких волн с которыми вел опыты Герц до
Развитие радиоэлектронных систем и связи.
1925-1945 Гг. Характеризовался изготовлением новых мощных ламп, рэа, рэс, новые волны.
Для планирования, повозможности оптимальными методами работы телекоммуникационных систем и исключения взаимных помех систем и сетей электросвязи, начали регулярно созываться Всемирные Радио Конференции.
Первая ВРК – 1906 г. на ней был утвержден первый регламент радиосвязи и выделены частотные диапазоны для различных служб. В дальнейшим ВРК состоялись в 1927 г. (Лондон), в 1932 г. (Мадрид), в 1933 г. (Люцерна), 1938 г. (Каир), 1946 г. (Москва).
К 1946 г. таблица распределения частот была расширена до 10,5 ГГц
С Технических позиций развивались следующие направления:
В 1924 г. генерирование ЭМ волн в Дециметровом диапазоне при помощи магнетрона открыл и запатентовал, физик из Чехословакии, А. Жачик. Сам магнетрон был изобретен в США – А. У. Хелл в 1921 г. Промышленный вариант был готов 1928 г.
В 1926 г. Хелл разработал тетрод, 4-ех электродная лампа, а в 1930 г. он разработал Пентрод.
В 1938 г. в СССР инженерами Н. Ф. Алексеевым и Д. Е. Маляровым был изобретен многорезонаторный магнетрон, который работал на волне 9 см. частоца примерно 3,3 Ггц и генерировал колебания порядка 300 Вт,
В 1938 г. – США - первая конструкция клестрона, В. Хан и Г. Меткоф.
В 1943 г. – Лампа бегущей волны (ЛБВ) – США, Р. Комифнер.
К 1940 г. был полностью основан коротковолновый диапазон частот, а к 1946 г. был освоен и миллимметровый диапазон т.е. крайне высокие частоты.
Радиоэлектронные устройства развивались в плане радиовещания развивались следующим образом:
Первая гражданская радиотелефонная линия связи Нью-Йорк – Лондон вступила в эксплуатацию в феврале 1927 г. на частоте порядка 50 кГц, но уже к 1928-30 г. был освоен КВ-диапазон.
1929-30 г. – Синхронные сети звукового вещания на средних волнах и коротких волнах, а в СССР – проводное вещание. При звуковом вещании использовалась амплитудная модуляция, а вот в 1936 г. эксперементально в США Э. Г. Армстронг, и с 1940 г. в США началось вещание с частотной модуляцией (в СССР с 1946 г.) и в 30-ые годы ХХ века были заложены основы Электронного телевидения.
Идею радиолокации впервые почувствовал изобретатель радио А. С. Попов, когда он обнаружил прекращение радиосвязи между двумя короблями когда между ними проходил 3-ий корабль (радиосвязь прекратилась).
08.06.1930 г. моряк ВМФ США Хайленд проводя эксперементы в Дэкаметровом диапазоне, обнаружил что когда над передающей антенной пролетал самолет радио-эм поле над антенной сильно искажалось и в соответсвии с этим предложил использовать волны для обнаружения летающих объектов. И уже в январе 1931 г. авиационная лабаратория ВМФ в Вашингтоне приступила к выполнению этого проэкта.
1934 г. – первое фото отраженного от самолета сигнала (частота 60 МГц).
В 1937 г. в Германии была достигнута дальность только 35 км.
Продолжение предыдущей темы.
1975 г. – боевой реттранслятор для первого Советского исскуственного спутника земли на ГСО – «Радуга». Он мог реализовать целую сеть аудио и телевещания «Орбита».
1976 г. – ГО ССС «Экран».
1979 г. – ГО телесистема «Горизонт».
Все это отсносится к фиксированной спутниковой связи.
Сборник статей «110 лет радио» под ред. Ю. В. Гуляева – М. ИД «Радиотехника» - 2005.