Н. Тесла и радио

Н. Тесла и радио
Большое впечатление произвели на Попова опыты Н. Теслы
по получению мощных высокочастотных колебаний. На Всемирной выставке
в Чикаго (1893) он присутствовал при демонстрации таких опытов самим
изобретателем.
Ещё в 1891 г. Тесла разработал электрическую схему и сконструировал
устройство, названное им «резонанс-трансформатором» и предназначенное для
передачи на расстояние электрической энергии без помощи проводов.
По сути −
это
высокочастотный
автогенератор,
вырабатывающий
электрическое напряжение амплитудой до нескольких миллионов вольт. Тесла
предложил несколько вариантов генератора, отличающихся рабочими
частотами и величиной полезного сигнала. Общим же во всех конструкциях
было наличие выходного трансформатора, состоящего из двух катушек
с индуктивной связью без сердечника. Первичная обмотка трансформатора
состояла из нескольких витков толстого провода, и для того чтобы
во вторичной обмотке получить высокое напряжение, она содержала тысячи
витков. Первичная обмотка через разрядник подключалась к конденсатору,
заряжаемому от катушки Румкорфа, а позже − от сетевого трансформатора
до нескольких тысяч вольт. При разряде конденсатора через искровой
промежуток возникал мощный электромагнитный импульс, который можно
было принять на довольно большом удалении от генератора. Частота
генератора зависела в основном от параметров (R, L, C) входной цепи
трансформатора, а в качестве нагрузки выступали антенна и заземление.
Сам Н. Тесла не предполагал использовать «резонанс-трансформаторы»
для беспроводной связи. Он собирался с их помощью передавать на большие
расстояния электроэнергию, используя электромагнитные волны частотой
в сотни килогерц. Несколько позже он даже признавался финансировавшему
некоторые его работы банкиру Дж. Моргану, что его больше интересует
беспроводная передача энергии на большие расстояния и меньше − решение
вопросов связи, хотя идею «телеграфа без проводов» он не отвергал и понимал,
что её можно реализовать путём переноса электромагнитных колебаний.
В сентябре 1897 года Н. Тесла начал оформление патента (№ 645576, США)
на приёмопередающее устройство, дистанционно управляющее атакующим
плавающим аппаратом (например, торпедой). Несколько позже он
демонстрировал его в действии на выставках.
Определенно можно утверждать, что радиотехника как наука появилась
с первыми работами Н. Теслы. Для огромного парка радиоаппаратуры до сих
пор в соответствии с его идеями разрабатывают высокочастотные генераторы
и волновые радиопередатчики.
Трансформатор Тесла рассматриваемой простейшей конструкции,
показанной на схеме, работает в импульсном режиме. Первая фаза − это заряд
конденсатора до напряжения пробоя разрядника. Вторая фаза − генерация
высокочастотных колебаний в первичном контуре. Разрядник, включённый
параллельно, замыкая источник питания (трансформатор), исключает его
из контура, иначе источник питания вносит определённые потери в первичный
контур и этим снижает его добротность. На практике это влияние может в разы
уменьшить длину разряда, поэтому в грамотно построенной схеме
трансформатора Тесла разрядник всегда ставится параллельно источнику
питания.
Заряд конденсатора производится внешним источником высокого
напряжения на базе повышающего низкочастотного трансформатора. Ёмкость
конденсатора выбирается таким образом, чтобы вместе с индуктором она
составляла резонансный контур с частотой резонанса, равной высоковольтному
контуру. Однако ёмкость будет отличаться от расчётной, так как часть энергии
тратится на «накачку» второго контура. Напряжение заряда ограничено
напряжением пробоя разрядника, которое (в случае воздушного разрядника)
можно регулировать, изменяя расстояние между электродами или их форму.
Обычно напряжение заряда конденсатора лежит в диапазоне 2−20 киловольт.
Знак напряжения при заряде конденсатора имеет значение в том смысле, что он
не должен сильно «закорачивать» конденсатор, на котором напряжение
постоянно меняет знак − колебательный контур.
После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя,
в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор
разряжается через разрядник на катушку. После разряда конденсатора
напряжение пробоя разрядника резко уменьшается из-за оставшихся в газе
носителей заряда (ионов). Поэтому цепь колебательного контура, состоящего
из первичной катушки и конденсатора, остаётся замкнутой через разрядник,
и в ней возникают высокочастотные колебания. Колебания постепенно
затухают, в основном из-за потерь в разряднике и ухода электромагнитной
энергии на вторичную катушку, но продолжаются до тех пор, пока ток создаёт
достаточное количество носителей заряда для поддержания напряжения пробоя
разрядника, существенно меньшего, чем амплитуда напряжения колебаний
в LC-контуре. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что
приводит к появлению на терминале высокого напряжения. Трансформатор
использовался Теслой для генерации и распространения электрических
колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без
проводов (радиоуправление), беспроводной передачи данных (радио)
и беспроводной передачи энергии.
Подробнее см.: http://www.nkj.ru/archive/articles/4597