Radio

Radio (latīņu: radiare — 'izstarot') — bezvadu informācijas pārraides (elektrosakaru) tehnoloģija, izmantojot radioviļņus. Dažkārt par radio dēvē arī radiouztvērēju (piemēram, portatīvais radio, lampu radio).

Vēsture

Radiouztvērēja VEF M-557 skala

Par radio izcelsmes pirmsākumu nosacīti var uzskatīt 1820. gadu, kad dāņu fiziķis Hanss Kristians Ersteds (precīzāk, kāds no viņa studentiem) konstatēja, ka vads, pa kuru plūst elektriskā strāva, ķēdes saslēgšanas brīdī no attāluma iedarbojas uz magnētisko kompasu — novirza tā bultiņu. Līdzīgu parādību 1829. gadā atklāja amerikāņu fiziķis Džozefs Henrijs — eksperimentējot ar Leidenes trauku (primitīvu kondensatoru), viņš novēroja, ka elektriskā izlāde no attāluma magnetizē metāla adatiņas. Drīz pēc tam — 1831. gadā — angļu zinātnieks Maikls Faradejs atklāja elektromagnētiskās indukcijas parādību, bet 1845. gadā ieviesa elektromagnētiskā lauka jēdzienu.

Vēl pirms elektromagnētisko viļņu atklāšanas angļu fiziķis Džeimss Maksvels 1860. gados izveidoja elektromagnētiskā lauka teoriju un uzrakstīja nobīdes strāvas vienādojumu.

1860. gados amerikāņu zobārsts Malons Lūmiss (Mahlon Loomis) veica eksperimentus ar bezvadu sakaru nodibināšanu, izmantojot "atmosfēras elektrību". Sakariem tika izmantoti divi elektriskie vadi un divi gaisa pūķi, kuri pacēla vadu galus, kamēr apakšējie gali bija savienoti ar zemi. Vienu vadu, kurš kalpoja kā raidošā antena, ar slēdža palīdzību varēja atvienot no zemes, bet otrs — samērā lielā attālumā novietots — kalpoja kā uztverošā antena un starp to un zemi bija ieslēgts galvanometrs. Atslēdzot raidošo antenu no zemes, bija novērojama galvanometra bultiņas nobīde. 1868. gadā šis eksperiments tika nodemonstrēts kongresmeņiem un zinātniekiem,^[1] bet 1872. gadā Lūmiss saņēma ASV patentu Nr. 129971 par telegrāfa uzlabošanu, kurā gan nebija detalizēta iekārtas apraksta.

1870. gados amerikāņu izgudrotājs Deivids Hjūzs (David Edward Hughes), eksperimentējot ar indukcijas spoli, konstatēja signālu pārraides iespēju vairāku simtu jardu attālumā.^[2] 1879. gadā viņš atklāja, ka jebkura elektriskā dzirkstele rada troksni attālu novietotā telefona klausulē, ja pie tās pievienots vads, kas kalpo kā antena.

Faradejs jau 1832. gadā paredzēja elektromagnētisko viļņu eksistenci, bet 1888. gadā Heinrihs Hercs savos eksperimentos ar tā saucamo Herca vibratoru atklāja šos viļņus un veica signālu pārraidi un uztveršanu bez vadiem. Tas ieinteresēja fiziķus visā pasaulē. Daudzi zinātnieki sāka meklēt iespējas, kā pilnveidot elektromagnētisko viļņu izstarotāju un uztvērēju.

1890. gadā franču fiziķis un inženieris Eduards Branlijs (Édouard Eugène Désiré Branly) izgudroja ierīci elektromagnētisko viļņu reģistrēšanai, kuru nosauca par radiokonduktoru (vēlāk Olivera Lodža uzlabotā ierīce tika nosaukta par kohereru).^[3] Arī Branlijs savos eksperimentos izmantoja antenas — vada gabaliņus. Tajā pašā gadā baltkrievu zinātnieks Jakovs Narkevičs-Jodko (Якуб Наркевіч-Ёдка) izgudroja zibeņu reģistrācijas ierīci, kas sastāvēja no antenas, sazemējuma un telefona klausules un spēja konstatēt zibens izlādi līdz 100 km attālumā.

1891. gadā amerikāņu izgudrotājs Nikola Tesla savās lekcijās publiski aprakstīja radiosignālu bezvadu pārraides principus, bet 1893. gadā izgatavoja un patentēja radioraidītāju ar 200 kW jaudu,^[4] kā arī masta antenu.

1894. gadā itāļu inženieris Guljelmo Markoni (Guglielmo Marchese Marconi) profesora Augusto Rigi (Augusto Righi) ideju ietekmē sāka eksperimentus ar bezvadu telegrāfu, izmantojot Herca vibratoru un Branlija radiokonduktoru (nav gan saglabājušies rakstiski pierādījumi šiem eksperimentiem).

1894. gada 14. augustā britu fiziķis Olivers Lodžs (Oliver Joseph Lodge) kopā ar Aleksandru Mirhedu Oksfordas Universitātē publiski nodemonstrēja bezvadu telegrāfijas eksperimentus, kuros signāls tika noraidīts un uztverts 40 m attālumā no universitātes kaimiņu korpusa. Lodža radiouztvērējs sastāvēja no strāvas avota, releja, galvanometra un uzlabotā Branlija radiokonduktora, kuram bija pievienots periodiskas sakratīšanas mehānisms jutības atjaunošanai un kuru Lodžs nosauca par kohereru.

1895. gada 7. maijā Sanktpēterburgas Universitātē krievu fiziķis un izgudrotājs Aleksandrs Popovs Krievijas fizikas un ķīmijas biedrības sēdes laikā nolasīja lekciju "Par metālisku pulveru izturēšanos pret elektriskām svārstībām", kurā atkārtoja Lodža eksperimentus, izmantojot uzlabotas konstrukcijas uztvērēju. Tajā koherers tika sakratīts nevis ar pulksteņa mehānismu, bet to ar elektriskā zvana palīdzību sakratīja pats relejs radioimpulsa uztveršanas brīdī, tādējādi atjaunojot jutību automātiski. Pēc būtības tas bija uzlabots jau agrāk izgudrotais zibeņu reģistrētājs un tā — par negaisu atzīmētāju (грозоотметчик) — to nosauca arī pats izgudrojuma autors. Vēlāk Popova "negaisu atzīmētājs" tika izmantots arī bezvadu telegrāfā. Kā raidītāju Popovs izmantoja dzirksteles ģeneratoru ar Rumkorfa spoli un telegrāfa atslēgu.^[5]

1895. gada pavasarī Guljelmo Markoni bez vadiem pārraidīja Morzes signālu 1,5 kilometru attālumā, bet 1896. gada 2. jūnijā iesniedza patenta pieteikumu radiotelegrāfam.

1896. gada 2. septembrī Markoni nodemonstrēja savu izgudrojumu Solsberijas ielejā, pārraidot radiogrammas 3 km attālumā.

1897. gadā Olivers Lodžs izgudroja noskaņošanās principu uz rezonanses frekvenci, mainot svārstību kontūra induktivitāti un kapacitāti.^[6] Vēlāk attiecīgo patentu nopirka Markoni.

1897. gada 24. aprīlī Aleksandrs Popovs, izmantojot Herca vibratoru un savas konstrukcijas uztvērēju, noraidīja 250 m attālumā Krievijā pirmo radiogrammu ar vārdiem "Henrihs Hercs".

1897. gada 2. jūlijā Markoni saņēma britu patentu Nr. 12039 "Uzlabojumi elektrisko impulsu un signālu pārraides aparātā". Patentētais aparāts bija līdzīgs Popova uztvērējam, taču daudz jutīgāks. Markoni izmantotās antenas bija viena garuma kā raidītājam, tā uztvērējam, kas ļāva palielināt raidītāja jaudu un uztveramā signāla intensitāti. Tā paša gada 6. jūlijā Markoni noraidīja frāzi Viva l’Italia 18 km attālumā, t.i., aiz horizonta līnijas. 1898. gada janvārī radiotelegrāfs tika lietots praksē: Markoni noraidīja paziņojumu par Viljama Gladstona nāvi, jo parastā telegrāfa vadus bija sarāvusi sniega vētra. 1899. gada 3. martā radiosakari sekmīgi tika izmantoti jūras glābšanas operācijā avarējušā tvaikoņa "Mathens" komandas un pasažieru glābšanai. 1900. gadā arī Krievijā ar Popova radiotelegrāfa palīdzību tika izglābta uz sēkļa uzskrējušā bruņukuģa "Ģenerāladmirālis Apraksins" apkalpe. Tajā pašā gadā Popova izgudrojumi izstādē Parīzē tika novērtēti ar lielo zelta medaļu un diplomu.

1901. gada 12. decembrī Markoni veica pirmo transatlantisko sakaru seansu starp Angliju un Ņūfaundlendu, 3200 km attālumā pārraidot Morzes ābeces burtu S. Līdz tam tas tika uzskatīts par neiespējamu Zemes virsmas liekuma dēļ.

1906. gadā amerikāņu izgudrotāji Redžinalds Fesendens (Reginald Aubrey Fessenden) un Lī de Forests (Lee De Forest) atklāja augstfrekvences radiosignāla zemfrekvences modulācijas iespēju, kas ļautu pārraidīt ne tikai telegrāfa signālus, kurus veidoja īsāki un garāki elektromagnētisko viļņu impulsi (Morzes ābece), bet arī runu vai mūziku.

1909. gadā Guljelmo Markoni un vācu fiziķim Ferdinandam Braunam (Karl Ferdinand Braun) par ieguldījumu bezvadu telegrāfijas attīstībā piešķirta Nobela prēmija fizikā.

1913. gadā Aleksandrs Meisners izveidoja nerimstošo elektromagnētisko svārstību ģeneratoru, kas bija svarīgs posms radiosakaru attīstībā. Līdz ar to bija praktiski iespējams pārraidīt runu un mūziku.

1920. gadā ASV sāka raidīt pirmās komerciālās radiostacijas, kas bija paredzētas plašam klausītāju lokam. Eiropā pirmais šāds raidītājs bija BBC (Londona, 1922. gads).

Latvijā radio sāka raidīt 1925. gadā no Rīgas (tagadējās Radio ielas). Sākumā radio raidīja divas stundas dienā, turklāt uztvērēju skaits bija tikai 331. 1940. gadā pirms PSRS okupācijas Latvijas Radio bija jau 156 568 klausītāji. 1940. gada 7. jūlijā sākās pirmie PSRS ideoloģijas raidījumi, bet jau pēc nepilna gada Latvijas Radiofonu pārņēma Vācijas radio Deutsche Rundfunk. 1944. gada oktobrī, vācu okupantiem atkāpjoties, radiofona iekārtas Rīgā tika iznīcinātas. Pēc sekojošās otrās PSRS okupācijas izpostītās ēkas tika nolemts neatjaunot un Radionamu pārcelt uz Doma laukumu. Radio raidītāji tika uzstādīti Ulbrokā. 1979. gadā Zaķusalā sāka būvēt jaunu radio un televīzijas raidīšanas torni.

Radiosakari

Pamatraksts: Radiosakari

Radiosakari ir bezvadu informācijas pārraide, izmantojot radioviļņus. Radiosakaru princips ir šāds: augstfrekvences maiņstrāva, kura radīta raidītāja antenā, izraisa apkārtējā telpā ātri mainīgu elektromagnētisko lauku, kurš izplatās elektromagnētisko viļņu veidā. Sasniedzot uztvērējantenu, elektromagnētiskie viļņi ierosina tajā maiņstrāvu ar tādu pašu frekvenci, ar kādu darbojas raidītājs. Lai varētu nodibināt radiosakarus, jāzstaro modulētus radioviļņus, bet uztvertos radioviļņus jādemodulē jeb jādetektē.

Radioviļņu modulācija ir nepieciešama, jo skaņas frekvences svārstības ir salīdzinoši lēnas svārstības, bet zemfrekvences (skaņas frekvences) elektromagnētiskie viļņi gandrīz nemaz netiek izstaroti, tādēļ ir nepieciešams iegūt augstfrekvences svārstības, kuras izstaro antena. Lai radiovilni varētu modulēt, vispirms skaņu ar mikrofonu pārveido maiņstrāvā ar tādu pašu frekvenci, kāda ir skaņai. Pēc tam šo maiņstrāvu pastiprina zemfrekvences (ZF) pastiprinātājā un pievada raidītāja modulatoram. Modulatorā maiņstrāvas frekvences maina amplitūdu vai frekvenci uz augstfrekvences (AF) svārstībām, kuras pastiprina augstfrekvences pastiprinātājā un no raidītāja pa kabeli (fīderu) padod uz antenu. Antena modulēto augstfrekvences strāvu izstaro kā noteiktas frekvences radiovilni.

Raidījuma uztveršanai lieto uztverošo antenu, kurā tiek inducēta augstfrekvences maiņstrāva, ko padod uz radiouztvērēju. Uztvērējā vājā modulētā augstfrekvences maiņstrāva tiek pastiprināta un izdalītas vajadzīgās frekvences svārstības, kuras detektē ar detektoru, lai pārveidotu skaņas frekvences maiņstrāvā. To pastiprina zemfrekvences pastiprinātājā un pievada skaļrunim, lai uztverto raidījumu varētu klausīties.

Modulācijas veidi

Skaņas signāls (augšā) tiek pārveidots par AM vai FM vilni

Pamatraksts: Modulācija

Radioviļņu modulēšanā izmanto galvenokārt divu veidu modulācijas:

amplitūdas modulāciju (AM), kuru izmanto garajos, vidējos un īsajos viļņos
frekvences modulāciju (FM), kuru lieto ultraīsviļņos

Ir arī daudzi citi modulācijas veidi, piemēram, fāzes modulācija (PM) vai vienas sānjoslas modulācija (SSB). Mūsdienās arvien izplatītāki kļūst ciparu modulācijas veidi.

Uztvērēju veidi

Pamatraksts: Uztvērējs

Vienkāršākais uztvērējs ir detektora uztvērējs, kam nav vajadzīgs barošanas avots, taču tas var uztvert tikai spēcīgas tuvu esošas radiostacijas, kuras jāklausās ar radiouztvērēju. Šādam uztvērējam nav ne augstfrekvences (AF), ne zemfrekvences (ZF) pastiprinātāja, to noskaņo ar vienkāršu svārstību kontūru. Sarežģītākiem uztvērējiem ir AF un ZF pastiprināšanas pakāpes. Lai palielinātu uztvērēja selektivitāti un jutību, lieto atgriezenisko saiti un šādus uztvērējus sauc par reģeneratīviem uztvērējiem. Mūsdienās visiem šiem uztvērējiem ir tikai vēsturiska un izglītojoša nozīme, kaut arī reģeneratīvie uztvērēji pēc dažiem parametriem var pārspēt mūsdienās lietojamos superheterodīnus.

Superheterodīna uztvērēji jeb superheterodīni ir mūsdienās visizplatītākie radiouztvērēji. Šādi uztvērēji satur speciālu mazjaudas augstfrekvences ģeneratoru — heterodīnu jeb oscilatoru. Heterodīna frekvence, noskaņojoties uz radiostaciju, tiek mainīta vienlaicīgi ar uztveramo frekvenci ar tādu aprēķinu, lai frekvenču starpība (to sauc par starpfrekvenci) paliktu nemainīga. Shēmas daļu, kurā iegūst starpfrekvenci, sauc par frekvences pārveidotāju jeb jaucēju. Tajā iegūto fiksēto starpfrekvenci pastiprina starpfrekvences pastiprinātājā, detektē, pastiprina iegūtās ZF svārstības un pievada skaļrunim. Superheterodīnu priekšrocības ir mazāks noskaņojamo kontūru skaits un vienkāršāka signāla pastiprināšana fiksētās starpfrekvences dēļ. Trūkums — uztveršanas spoguļkanāla esamība, ko novērš, izmantojot divkāršu un pat trīskāršu frekvences pārveidošanu (profesionālos uztvērējos).

Vismūsdienīgākie uztvērēji ciparu uztvērēji, kas satur speciālu mikroprocesoru digitālā signāla atkodēšanai.

Radio lietošana

Radio tehnoloģiju izmanto ne tikai skaņas, bet arī citas informācijas pārraidei — piemēram, attēla (sk. televīzija) vai datu pārraidei. Radio izmanto:

iekārtu un modeļu vadīšanai;
dažādās apsardzes signalizācijās;
virziena (sk. radiokompass un pelengators);
atrašanās vietas (sk. GPS) noteikšanai;
radaru sistēmās;
datu pārraides sistēmās;
Bērnu uzraudzīšanai, izmantojot radio aukli.

Raidītāja izstarotais signāls var atstaroties no dažādiem objektiem — tad to var uztvert raidītāja atrašanās vietā un pēc signāla izmaiņām spriest par objektu raksturu un attālumu līdz tiem (sk. radiolokācija).

Skatīt arī

Ārējās saites

Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Radio.

Brockhaus Enzyklopädie raksts (vāciski)
Krievijas Lielās enciklopēdijas raksts (krieviski)
Enciklopēdijas Krugosvet raksts (krieviski)
Latvijas skaņas un TV apraides stacijas
Skaņas apraides stacijas Rīgā
Latvijas radiostaciju frekvences

Atsauces

↑ Mahlon Loomis - First Wireless Telegrapher Arhivēts 2013. gada 16. novembrī, Wayback Machine vietnē. (angliski)
↑ Дэвид Эдвард Юз и открытие радиоволн Arhivēts 2013. gada 6. novembrī, Wayback Machine vietnē. (krieviski)
↑ "Increase of Resistance of Radio-conductors". E. Branly. (Comptes Rendus, 130. pp. 1068-1071, April 17, 1900.)
↑ Valdis Rēvalds. Fizikas un tehnikas vēstures lappuses. R:, LU akadēmiskais apgāds, 2006, 270. lpp.
↑ Ко дню Радио Arhivēts 2013. gada 12. novembrī, Wayback Machine vietnē. (krieviski)
↑ Летопись радиотехники: 1895 - 1899 Arhivēts 2015. gada 21. jūnijā, Wayback Machine vietnē. (krieviski)

[1] Mahlon Loomis - First Wireless Telegrapher Arhivēts 2013. gada 16. novembrī, Wayback Machine vietnē. (angliski)

[2] Дэвид Эдвард Юз и открытие радиоволн Arhivēts 2013. gada 6. novembrī, Wayback Machine vietnē. (krieviski)

[3] "Increase of Resistance of Radio-conductors". E. Branly. (Comptes Rendus, 130. pp. 1068-1071, April 17, 1900.)

[4] Valdis Rēvalds. Fizikas un tehnikas vēstures lappuses. R:, LU akadēmiskais apgāds, 2006, 270. lpp.

[5] Ко дню Радио Arhivēts 2013. gada 12. novembrī, Wayback Machine vietnē. (krieviski)

[6] Летопись радиотехники: 1895 - 1899 Arhivēts 2015. gada 21. jūnijā, Wayback Machine vietnē. (krieviski)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]