|
Hlavní menu |
|
Seznam rubrik |
|
VOACAP KV Online |
|
VOACAP pro CB |
|
Počasí v Holicích |
Z důvodu zneužívání ke spamování, byla zpětná vazba zrušena |
|
Vydáno dne 10. 06. 2007 (26610 přečtení)
|
Tak jsem konečně dodělal druhou část první kapitoly. Je to spousta textu, a času se nějak nedostává. Navíc jsem text psal v online textovém editoru na Google a ten začal mít v poslední době nějaké problémy, takže texty nebyly občas dostupné (i několik dní). Opět jsem do textu vložil odkazy na některá zajímavá témata. Odkazy vedou nejčastěji na wikipedii, ale i jinam.
Jarda ok1hdu
|
Celý text 1.kapitoly včetně obrázků je možné stáhnout jako .pdf soubor v sekci DOWNLOAD.
Úsvit amatérského rádia
V počátečních dobách rádia si mohl každý, kdo chtěl být v éteru, postavit vlastní vysílač a prostě ho provozovat. Příděly kmitočtů byly založeny na tom kdo byl první, s větším vysílačem a s lepší anténou. Vynálezci začali v suterénech stavět svá rádiová zařízení a rázem bylo amatérské rádio na světě. V těch dobách neexistovaly licence a tak si amatéři sami přidělovali volací značky. V začátcích probíhala veškerá rádiová komunikace na nízkých kmitočtech, délka vlny 200 metrů a více. To znamená, že vše se odehrávalo tam, kde je dnes AM rádio (1 700 000 Hz až 550 000 Hz) a níže. Generovat vyšší kmitočty bylo neefektivní a věřilo se, že vyšší kmitočty jsou dobré pouze pro lokální komunikaci.
Dnešní amatéři jsou ohromeni technickým pokrokem, čtou-li popisy tehdejších vysílačů, nebo antén. Například rotační jiskrový vysílač na Titaniku měl nominální výkon 5000 wattů. Byl tak veliký a produkoval takový hluk, že musel být instalován ve zvláštní místnosti, odděleně od přijímače. I při jeho výkonu a velikosti byl jeho spolehlivý dosah ve dne pouze 250 mil. Z dnešního pohledu je zřejmé, že největší slabinou tehdejší techniky byla malá citlivost jejich přijímačů. Přijímače tehdejších amatérů byly stejně špatné, nebo spíše ještě horší. Navíc amatéři nemohli komerčním stanicím konkurovat vysílaným výkonem. Je tedy jasné, že amatéři by byli šťastni, kdyby se dovolali do sousední země, nebo prostě jenom na nějakou větší vzdálenost.
Jelikož tehdejší amatérská komunikace byla limitována krátkým dosahem, amatéři se organizovali a vytvářeli "relay nets" - štafetové sítě, takže zprávy mohly být přeposílány na místa vzdálená stovky mil. Tato organizace se začala formovat v r. 1914 jako "American Radio Relay League". Během 1.světové války, jako jedno z bepečnostních opatření, zakázala vláda spojených států amatérské rádio. Po válce, v roce 1919 ARRL pod vedením Maxima Percy lobovala u vlády za opětné povolení amatérského vysílání. Vláda (především armáda) pro ně neměla pochopení. Aby amatéry nějak uklidnili, přidělili jim všechny "bezcenné" kmitočty nad 200m. Zhruba to bylo vše co je nad dnešním AM.
Prvním, kdo ve skutečnosti zkonstruoval vakuovou diodu byl Edison. Během jeho práce na vývoji žárovky Edison vypracoval technologii jak zatavit elektrody a žhavicí vlákno do vyčerpané skleněné baňky. Edison byl také první, kdo si všimnul, že elektrony mohou plout vakuem od žhaveného vlákna směrem ke kladné elektrodě nazvané "plate" - anoda. Avšak elektrony se nemohou pohybovat od anody zpátky k vláknu. Výsledkem je, že se dioda chová jako jednosměrná zpětná klapka. Edison svoje pokusy popsal. Tento jev se stal známým jako "Edisonův efekt".
Fleming byl Britský vynálezce, kterého zaujal Edisonův objev a využil ho na detekci rádiových signálů. Pracoval s Edisonem, který mu poskytl informace o Edisonově efektu. Rádiový signál přijatý anténou je tvořený napětím o vysokém kmitočtu které se mění z kladné polarity do záporné a zpět mnohasettisíc-krát (nebo milion-krát) za sekundu. Tento střídavý proud o vysokém kmitočtu nemůže přímo budit sluchátka. Průchodem rádiového signálu skrz vakuovou diodu se odřízne jedna polovina signálu. Výsledkem jsou rázy stejnosměrného (DC) proudu, které mohou ovládat klapák, sluchátka, nebo jiný druh měniče.
Flemingovy detektory se staly známými jako "Flemingovy lampy". Později se proto v Anglii všem vakuovým elektronkám říkalo lampy. Z hlediska citlivosti nebyly vakuové detektory lepší než krystalové detektory. Byly však mnohem robustnější, spolehlivější a univerzálnější. Později, ve spojení s elektronkovým zesilovačem se jejich citlivost dramaticky zlepšila.
Lee De Forest odstartoval věk moderní elektroniky
Tesla nebyl jediný "pioneer rádia", který měl problém s vlastním egem. V mnoha směrech byla Lee De Forestova osobnost podobná té Teslově. De Forest byl pracovitý a talentovaný. Již jako mladý vyvinul několik důležitých vynálezů. Jeden z nejdůmyslnějších byl telegrafní multiplexní systém, který umožňoval po jednom drátě přenášet až šest telegrafních zpráv najednou. Je těžké si představit, jak to mohlo fungovat. K dispozici měl jenom přepínače, relé, transformátory a motory. Synchronizovat takový systém na oddělení jednotlivých signálů je celkem snadné s použitím mikropočítače. Je však ohromující, jak to dokázal s vrčícími motory a přepínači.
De Forestův největší vynález je vakuová elektronka - trioda, kterou on nazval "audion". Audion byl funkční ekvivalent dnešního tranzistoru. De Forestova vakuová trioda byla v principu "Flemingova lampa" s mřížkou, umístěnou mezi žhavící vlákno a anodu. De Forest zvýšil citlivost přijímačů tím, že použil audion na zesílení slabých nízkofrekvenčních i vysokofrekvenčních signálů.
Ve skutečnosti první triodu zkonstruoval Edison. Když zkoumal "Edisonův efekt", přidal mezi vlákno a anodu další elektrodu, která připomínala mřížku. Použil ji ke studiu proudu elektronů ve vakuu mezi vláknem a anodou. Ačkoli Edison prováděl měření, nevšiml si, že mřížka funguje jako citlivá "brána", která může řídit proud elektronů k anodě.
Mřížku můžeme přirovnat k matadorově červenému kusu látky, jenž váží jednu libru, kterým ovládá býka vážícího 2000 liber. Jestliže můžeme veliký proud ovládat malým proudem, říkáme, že součástka "zesiluje". Nepatrné signály přicházející na mřížku mohou modulovat veliký proud na větší "zesílenou" verzi originálního signálu. Všimni si, že nejde o původní signál, který by byl nějak "nafouknutý", ale že zesilovač v podstatě řídí generování jakési větší kopie původního signálu. Uvědom si, že kopie může být lepší nebo horší podobiznou originálu.
DeForestovi se úspěšně podařilo použít jeho vakuovou triodu v rádiových přijímačích. Díky triodě se podařilo, že mohly být slabé signály zesíleny na takovou úrověň, která mohla po detekci budit reproduktor. Jakmile byl zesilovač dostupný, teoreticky bylo možné zkonstruovat libovolný elektronický přístroj, který dnes známe. První počítače, založené na vakuových elektronkách byly sestrojeny během druhé světové války.
Elektronkový oscilátor "vyčistil" vysílaný signál.
Několik málo prvních výkonných vysílačů použílalo alternátory na generování rádiových signálů na nízkých kmitočtech. Je jasné, že kmitočet alternátoru je limitován rychlostí jakou může mechanicky rotovat magnet v alternátoru. Prakticky nebyly kmitočty o moc vyšší, než nízkofrekvenční (audio) signál, někde mezi 20 až 50 kHz, takže mohly pokrýt pouze nejnižší část rádiového spektra. Výhoda těchto alternátorů byla, že generovaly čistý sinusový signál.
Naproti tomu vakuová elektronka, která bude zesilovat signál ze svého vlastního výstupu, což vede k netlumeným oscilacím může pracovat na libovolném kmitočtu až do stovek megahertz. Stejně jako alternátor, může elektronkový oscilátor generovat čistý sinusový signál na jediném kmitočtu. Až do této doby byly signály pro vysílání na vysokých kmitočtech generovány elektrickým jiskřením a poté přivedeny na laděný obvod. Jiskrové vysílače produkovaly šumící, syčivý sigál, který "rozstřikoval" energii po celém pásmu. Slyšel jsi někdy na AM rádiu praskání od zapalovací soustavy projíždějícího auta? Podobně blesky během bouřky způsobují prskání a praskání, které je slyšet po celém rádiovém spektru. Tehdejší vysílače byly jako malé generátory atmosférických poruch, maximálně s filtry omezujícími rušení na šířku jednoho pásma. Tyto jiskrové vysílače plýtvaly jak výkonem, tak prostorem na pásmech. Díky dostupnosti elektronkových oscilátorů byly jiskrové vysílače již začátkem dvacátých let vzácností, a v roce 1927 byly ve Spojených Státech úplně zakázány.
Pokud je vynálezce vytrvalý, může se stát, že objeví skvělou věc aniž by pořádně věděl jak vlastně funguje. To byl také případ DeForestova audionu. Krátkodobě nemusí neznalost vadit, ale z dlouhodobějšího hlediska by měl vynálezce důkladně pochopit co vlastně vymyslel. Speciálně v žádosti o patent musí být schopen detailně vysvětlit jak to funguje. DeForest se na to vykašlal. Bohužel. Jeho patenty nedokázaly dát jednoznačné vysvětlení k tomu, jak jeho součástky, založené na vakuové elektronce fungují. Mnoho let po vynálezu audionu se DeForestovy patenty dostaly do konfliktu s patenty sice pozdějšími, které však obsahovaly precizní vysvětlení. U soudu byl DeForest doslova neschopný popsat, jak trioda zesiluje. Z toho je naprosto zřejmé, jak musel být naivní v době jeho vynálezů. Ale s ohledem na to, že vakuová trioda byl jeho vrcholný vynález není příliš lichotivé, že se neobtěžoval proniknout do sféry elektroniky alespoň tak, aby pochopil jak jeho vlastní vynález funguje. 45 let po jeho vynálezu audionu se DeForest stále producíroval ve společenském obleku, přičmž se velkolepě označoval za "otce televize".
Reginald Fessenden přenáší řeč.
Profesor Reginald Fessenden je téměř neznámým hrdinou vývoje rádia. Je opravdu jedním z nejůžasnějších prokopníků rádia. Ačkoli Marconi byl první, kdo předvedl komunikaci přes Atlantic, Fessenden byl první, kdo to v roce 1906 nabídl jako běžnou službu. Fessendenův největší úspěch bylo přenesení řeči. Není ani tak pozoruhodné co udělal, jako spíše kdy to udělal. V prosinci 1900 přenesl hlasový signál svému asistentu Alfredu Thiessenovi na vzdálenost jedné míle z jeho laboratoře na Coob Island na řece Potomac. "Jedna-dva-tři-čtyři.... Sněží u Vás pane Thiessene? Pokud ano, tak mi telegrafujte zpět."
"Ano, sněží !" vyťukal Thiessen telegraficky zpátky.
Z dnešního pohledu přišel Fessendenův vynález o 15 let dříve, než byly dostupné součástky, které by to umožnily elegantněji. Výkonová trioda - to bylo to co Fessenden potřeboval. Jenomže on to nevěděl, takže vysílal amplitudově modulovaný hlas s použitím jiskrového vysílače. Zní to neuvěřitelně. Fessenden byl téměř úplně zapomenut, pravděpodobně nejspíše proto, jelikož jiskrové vysílače byla slepá ulička vývoje. Jediný článek, který jsem o Fessendenovi četl, nepopisuje jasně jeho přístroj. Zdá se, že byl úspěšný díky třem hlavním zásadním věcem a hnoha dalším.
Fessenden "vyhladil" jiskření.
Ke generování čisté AM modulace je potřeba čistý sinusový signál nosné, jenže to není případ jiskrového vysílače. Fessenden usoudil, že pokud by prskavé výboje nastávaly dostatečně často, byl by kmitočet nepříjemného rámusu tak vysoký, že by nebyl slyšet lidským uchem. Takže místo pár desítek až stovek jisker za sekundu, Fessendenův generátor jiskřil až 10 000 krát za sekundu. Výstup dále filtroval rezonančním obvodem z indukčnosti a kapacity. Vysílač měl svoji vlastní elektrárnu poháněnou parním strojem a zřejmě byl velmi výkonný. Aby byla řeč srozumitelná, musel parní stroj běžet na plný výkon.
Použití šumu na vysokém kmitočtu za účelem abychom se zbavili šumu na nízkém kmitočtu připomíná moderní princip redukce šumu "Dolby sound". Raději, než bojovat se šumem, který neodmyslitelně patří ke všem analogovým záznamovým systémům, Dolby system, aby vymazal šum, úmyslně moduluje hudbu signálem o vysokém kmitočtu okolo 25 000Hz.
Četl jsem ještě jiný článek o Fessendenově práci, kde byl jeho vysílač popisován jako vysokorychlostní alternátor. Ano, ano, vysílání řeči pomocí vysokorychlostního alternátoru vypadá nepravděpodobně. Zkomolené a překroucené technické popisy jsou vážný problém při zkoumání historie rádia. Je těžké seriozně zjistit jak to opravdu bylo.
Fessenden vynalezl barretter
Fessenden také vynalezl nový citlivý detektor, který nazval barretter. Ve Francouzštině barretter znamená "měnič" a do dnešní doby se používá jako detektor pro mikrovlny. Moderní barreter je tvořen mikroskopickým platinovým drátkem který se rychle ohřívá a ochlazuje procházejícím vysokofrekvenčním proudem. Jak drátek rychle mění teplotu, stejně se mění jeho odpor, takže tím může být modulován procházející stejnosměrný proud.
Co mi však není jasné je to, kde vzal profesor (okolo roku 1900) dostatečně silný signál z mikrofonu. Dostatečně silný na to aby mohl modulovat výkonný vysílač. Podle mého názoru to byl jeho třetí průlomový vynález. V komerčně používaných amplitudově modulovaných vysílačích z třicátých let musel být audio (nízkofrekvenční) signál z mikrofonu zesílen až na polovinu výkonu výstupního výkonu vysílače. Tedy například pro vysílač s výkonem 1000 wattů byl potřeba 500 wattů audio zesilovač. V roce 1900 však nebyl způsob jak něco takového postavit.
Je možné, že vynalezl "magnetický modulátor". Ve dvacátých letech používaly některé vysílače transformátor na to aby vtiskly amplitudovou modulaci přímo na vysokofrekvenční signál. Mikrofon moduloval stejnosměrný proud procházející primárem, zatímco uzemění anténního systému šlo přes sekundár. Změnou saturace jádra bylo možné malými změnami modulačního signálu vyvolat velké změny sekundárního proudu, čímž docházelo k potřebnému zesílení a modulaci.
Fessenden musel být posedlý genius, když dokázal s pomocí parního stroje, železných tyčí, měděného drátu a jiskrového vysílače spustit rozhlasové vysílání řeči. Fessendenův úspěch nezůstal nepovšimnut a on mohl být schopen vydělat peníze a rozjet rozhlasovou společnost. Jeho první veřejné předvedení byl projev a skladba "Oh Holy Night" zahraná na housle na Štědrý večer roku 1906. Avšak jeho komerční růst byl pomalý, a tak postupem doby, když se AM rozhlasové vysílání začalo rozrůstat, kdekdo si přivlastnil jeho nápady. Nakonec Marconi Company koupila v roce 1914 licence na jeho patenty. Z dnešního pohledu byl největší Fessendenův problém neexistence nějakého realizovatelného business plánu. Vyvinul šikovné zařízení, ale nedokázal s ním vydělat peníze.
Edwin Howard Armstrong
Dalším technikem, který rozuměl svým vlastním vynálezům byl Edwin Armstrong. Elektrotechniku studoval během první světové války a ihned po ukončení školy předvedl svůj první ze tří skvělých vynálezů - superregenerační přijímač. V tehdejší době bylo docela nákladné konstruovat přijímače s velikým množstvím vakuových elektronek. Byly příliš veliké, drahé, a měly velikou spotřebu energie. Armstrong přišel na způsob jak o několik řádů zvýšit citlivost přijímače s použítím zpětné vazby v elektronkovém zesilovači. Superregenerační přijímače byly dost primitivní a musely být vždy přesně donastaveny aby se odstranilo kvílivé rušení při naladění na požadovanou stanici. Na druhou stranu, jakmile se začaly superregenerační přijímače používat, vzdálenosti na které bylo možné přijímat rozhlasové vysílání se prudce zvýšila na více než tisíc mil.
Navzdory jejich několika omezením si radioamatéři běžně stavěli superregenerační přijímače až do konce šedesátých let minulého století. "Super-regens" byly primitivní, ale byly dalším schůdkem k příští generaci přijímačů. V roce 1920 Armstrong vyvinul přijímač nazvaný "superheterodyn". Jde o základní konstrukci, která se dodnes nejčastěji používá v moderních přijímačích, od televizorů až po mobilní telefony. Jako začínající radioamatér jsem si postavil "Knight Ocean Hopper" - superregenerační přijímač ze stavebnice. Koupil jsem to pouze proto, že to bylo levné. Syčivý rušivý zvuk o vysokém kmitočtu který super-regen produkoval byl tak nesnesitelný, že jsem se nemohl dočkat až to nahradím kvalitním komunikačním přijímačem na principu superhetu.
Přijímače TRF to nevyřešily
Řešení které se nabízí na dosažení dostatečného zesílení bez použití super-regenerace je zařadit několik vysokofrekvenčních elektronkových zesilovacích stupňů do série. Tyto přijímače byly nazvány "tuned radio frequency" (TRF) přijímače, jenže ty nebyly nikdy příliš populární. Každý zesilovací stupeň v řetězci musel být samostatně naladěn na požadovanou stanici. To znamená, že první TRF přijímače měly doslova tři, nebo čtyři ladící knoflíky, z nichž každý byl laděn nezávisle. Jiná varianta byla použita v nejlepších TRF přijímačích. Zde byly ladící kondenzátory spřaženy, takže byly vždy laděny na žádanou stanici společně. Tato metoda byla extrémě náročná na synchronizaci a kalibraci, aby byl zajištěn souběh všech laděných obvodů přes celé pásmo. Další problém byl, že měly z principu nízké Q a tak měly tendenci přijímat najednou více než jednu stanici. Jediné prakticky použitelné TRF přijímače byly buď velice drahé, nebo byly konstruovány pro příjem pouze jedné stanice.
Přijímač - Superheterodyn (zkráceně superhet)
Armstrong vyřešil problém se zesílením signálu tím, že převedl přijímaný rádiový signál na neměnný "mezifrekvenční kmitočet-MF". (anglicky Intermediate frequency-IF). Mezifrekvenční kmitočet zůstává stejný bez ohledu na to, na jakou stanici je rádio naladěno. Jinými slovy - superhet je jednokmitočtový přijímač (TRF) s konverzí kmitočtu na svém vstupu. Mezifrekvenční řetězec je jednou provždy naladěl při výrobě. Není potřeba ho později nijak dolaďovat. Další důležitou výhodou je, že v MF řetězci můžeme použít filtraci, takže propustí pouze šířku pásma potřebnou pro daný signál. Například přijímač pro AM modulaci může mít šířku MF pásma 20000Hz. Naproti tomu telegrafní signál potřebuje jen 100Hz nebo i méně. Takže pokud je v mezifrekvenci použit úzkopásmový filtr, může přijímač vybrat pouze jeden signál z mnoha, které mohou být nahuštěny na pásmu. Porovnej to s TRF nebo i superregeneračním přijímačem, které tě nutí poslouchat s šířkou pásma až 50 000 Hz.
V superhetu se mezifrekvence vytváří s pomocí místního VF oscilátoru. Princip si můžeme vysvětlit na slyšitelných kmitočtech. Pokud smísíme dohromady dva různé kmitočty, zvukové vlny se vzájemně ruší a sčítají, čímž vytvářejí další kmitočty, které jsou součtem a rozdílem těchto dvou signálů. Například pokud udeříme současně do dvou sousedních kláves na piánu, uslyšíme disharmonický zvuk. To proto, že slyšíme také ony součtové a rozdílové kmitočty. Jiný příklad: Dvoumotorová vrtulová letadla jsou vybavena synchronizátory motorů, aby se nevytvářel nepříjemný "WAH-WAH-WAH" záznějový kmitočet. Tento kmitočet je dán rozdílem kmitočtů daných rychlostí obou motorů. Narozdíl od těchto nepříjemných příkladů ze zvukové oblasti, je v superhetu záznějový kmitočet obvykle úmyslně vytvořený produkt. A to je to, co Armstrong vymyslel.
Superhet není laděn ostrým filtrem na anténním vstupu, ale sinusovým oscilátorem, který je posunut oproti signálu, který chceme přijímat. Tím o kolik je posunut je právě dán kmitočet mezifrekvence. Například na domácím FM rádiu chceme poslouchat rozhlasovou stanici na 100MHz. Potom je místní ladicí oscilátor naladěn na 110,7 MHz. Rozdíl mezi těmito dvěma kmitočty je 10,7Mhz, což je běžně používaná mezifrekvence v FM rádiích. Jelikož ladicí oscilátor vytváží pouze jeden čistý kmitočet, a protože mezifrekvenční filtr může být docela úzký, může být ladění superhetu extrémně selektivní. Citlivost superhetu se dosáhne tím, že se zařadí několik MF stupňů do série. Jak již bylo vysvětleno dříve, můžeme MF zesilovač brát jako jedno-kmitočtový TRF přijímač.
Ke konci dvacátých let byly jiskrové vysílače zakázány a nahrazeny sinusovými elektronkovými oscilátory. Sinusový oscilátor generuje signál pouze na jednom jediném kmitočtu. Po tomto zdokonalení mohly náhle pásmo sdílet stovky telegrafních signálů bez toho, že by se navzájem rušily. A s použitím Armstrongova superhetu, mohl přijímač vybrat pouze jeden žádaný telegrafní signál.
Záznějový oscilátor (Beat Frequency Oscilator - BFO)
Ačkoli jednoduchý superhet přijímá krásně AM rozhlas, telegrafní signál je v principu neslyšitelný, protože čistý sinusový signál není modulovaný. Během dvacátých let byly vysílače pro morse často modulovány nějakým spínačem poháněným motorem. To vytvářelo bzučivý zvuk a dost to připomínalo staré jiskrové vysílače.
Abychom pomocí superhetu mohli slyšet morse, potřebujeme další oscilátor, nazývaný "záznějový oscilátor" (anglicky Beat Frequency Oscilator, zkratka BFO), který nám pomůže vytvořit slyšitelný zvuk. Například můj první krátkovlnný přijímač bylo jedno z těch starodávných všepásmových rádií, které jsme mohli ve čtyřicátých letech vidět v nejednom obýváku. Rádio parádně přijímalo zahraniční AM rozhlasové stanice, například Rádio Moskva. Pokud jsem však ladil v amatérských pásmech, morse signály byly neslyšitelné, nebo maximálně jako pulzující šum. Abych mohl přijímat morse signály, musel jsem na toto velké krátkovlnné rádio postavit další malé stolní rádio. Ladil jsem toto malé rádio tak abych na velkém rádiu slyšel jeho ladicí (místní) oscilátor. Tento signál vytvářel zázněj s přijímaným morse signálem a tím ho učinil slyšitelným. Nastavení bylo extrémně ostré a proto velmi nepraktické. Komunikační přijímače mají BFO samozřejmě vestavěný, a tím připravený k snadnému použití.
Zbavme se atmosférického rušení.
Až do konce první světové války probíhala rádiová komunikace prakticky stoprocentně pomocí morse. Najednou bylo normální, že bylo možné v rádiu poslouchat hlasy. První komerčně úspěšná AM rozhlasová stanice začala vysílat v roce 1921. Při amplitudové modulaci není signál vysílače přerušován (vypínán a zapínán) jako při morse, nýbrž vysílá trvale. Výkon vysílače se zvyšuje nebo snižuje podle nízkofrekvenčního (audio) signálu - hudby nebo hlasu. Tím se do vysílaného signálu vtiskne neboli "moduluje" hlas nebo hudba.
Pokud je síla přijímaného signálu veliká a nemáme rušení od bouřky, velkých stejnosměrných motorů, nebo automobilového zapalování, funguje AM rádio docela dobře. Od roku 1930 se AM rádio stalo běžným zařízením v amerických domácnostech. Bohužel, díky všemu tomu praskajícímu a lupajícímu rušení při slabých signálech nemohlo nikdy být AM rádio skutečně HIFI, snad s výjimkou velmi silných místních stanic.
Atmosferická statika je přírodní rušivý signál který má stejnou amplitudovou modulaci, jako uměle vyrobený AM signál. Z toho důvodu je nemožné zbavit se tohoto rušení bez toho, že bychom změnili způsob modulace. Edwin Armstrong se uzavřel ve své laboratoři v Empire State building v New York City a pracoval na tom jak rušení odstranit. Armstrong potřeboval vytvořit audio modulaci, která by byla vtisknula vysílanému signálu bez toho, že by napodoboval přirozené rušení od bouřky, nebo statických výbojů. Armstrong nakonec dostal nápad, modulovat kmitočet vysílaného signálu, místo jeho intenzity. Jinými slovy, jak hlasatel hovoří, kmitočet vysílače se mění nahoru a dolů podle kmitočtu zvuku. Kmitočtová modulace (Frequency Modulation - FM) vyřešila většinu problémů s rušením a byla počátkem FM rozhlasového vysílání, které používáme dodnes.
Armstrong pracoval pro Radio Corporation of American (RCA), která vyráběla přijímače. RCA měla dceřinou společnost National Broadcast Company, která udržovala AM vysílání tak dlouho dokud nevypršel patent. RCA byla řízena Davidem Sarnoffem, který dostatečně neocenil Armstrongův přínos pro firmu. Armstrong opustil RCA a rozjel jeho vlastní FM rozhlasovou síť.
Sarnoff potřeboval FM rádio, aby mohl vysílat televizní zvuk, tak prostě Armstrongovi jeho vynález ukradl. Jelikož si mohl dovolit najmout více právníků, nakonec patentovou válku vyhrál. Jeho právníci dokonce přesvědčili soud, že FM vynalezla RCA a nikoli Armstrong. Sarnoff také přesvědčil FCC aby donutil FM stanice vysílat na VKV kmitočtech s malým výkonem, čímž je omezil na místní (lokální) rozhlasové stanice. Tím zabránil FM aby mohla být použita k dálkovému vysílání, podobně jako AM stanice s výkonem 50kW, které jsou stále roztroušeny po Spojených Státech. Tím Sarnoff vyhrál všechny bitvy a přivedl Armstronga ke krachu. Armstrong, který velmi rád šplhal na vysoké vysílací věže, ukončil svůj život v roce 1954 skokem z okna 13. patra.
Tranzistor miniaturizuje elektroniku
Bipolární tranzistor vynalezli v roce 1947 pánové Shockley a Bardeen, pracovníci firmy Bell Laboratories. Z hlediska funkce můžeme tranzistor přirovnat k miniaturní vakuové triodě. Narozdíl od triody se tranzistor skládá ze zrnka krystalu polovodiče s připojenými třemi drátky. Podobně jako u triody můžeme malým proudem do ovládacího vstupu tranzistoru nazývaným "báze" ovládat větší proud, který teče od "emitoru" do "kolektoru. Avšak narozdíl od elektronky tranzistor nepotřebuje vakuovou baňku, žhavící vlákno, ani relativně vysoké napětí, nebo zvláštní zdroj pro žhavení.
U elektronky je ovládací napětí mřížky vztaženo vždy k zápornému pólu obvodu. Na mřížce je tedy napětí vždy alespoň o pár voltů rozdílné oproti žhavícímu vláknu (katodě). Napětí na anodě je obvykle poměrně vysoké, typicky několik stovek voltů, a má vždy kladnou polaritu. Naproti tomu tranzistor může pracovat s napětím od jednoho až dvou voltů a může být zkonstruován ve dvou polaritách. Báze může být vztažena k zápornému pólu, (NPN tranzistor) nebo ke kladnému (PNP tranzistor). Jelikož jsou tranzistory dostupné v obou polaritách (komplementární), mohou být oba typy použity společně, spolu s několika dalšími součástkami jako odpory nebo transformátory, ke konstrukci malých vysoce ziskových zapojení.
První tranzistory byly velice zranitelné součástky nazývané "hrotové tranzistory". Ty se však nikdy neobjevily v nabídce výrobců pro trh. (Pokus jak si vyrobit hrotový tranzistor je popsán ve 4. kapitole). První běžně používané tranzistory nebyly vyrobeny z křemíku ale z germania a byly schopny zpracovat pouze nepatrné výkony. Například tranzistor 2N35 se zničil, při ztrátovém výkonu větším než 35 tisícin wattu (35miliwattů). V roce 1950 se prodávaly amatérům na pokusy. Bylo však velmi problematické s nimi pracovat a přitom je nezničit. Také jsem si jeden koupil, stál 5 dolarů, a zničil jsem ho téměř okamžitě. V přepočtu by dneska stál 50 dolarů jeden.
Později, v roce 1960 ve firmě Texas Instruments zdokonalili křemíkové tranzistory a v tu chvíli začala převaha vakuových elektronek slábnout.
Rádio pokrývá zeměkouli.
V Japonské firmě Sony přišli na to, že křemíkové tranzistory představují neopakovatelnou příležitost. Vrhli se na to a představili revoluční AM rádio. Vyrobili miniaturní "tranzistoráky" napájené z baterií, které stály pár dolarů a vešly se do kapsy u košile. Jelikož nepotřebovaly napájení ze zásuvky a baterie byly malé a laciné, mohli si náhle i ti nejchudší lidé na zemi dovolit tranzistorové rádio.
V roce 1960 se objevil další typ tranzistoru - takzvaný FET (Field Effect Transistor - tranzistor řízený polem). FET je rovněž součástka se třemi vývody. Jeho řídící elektrodě se říká "gate". Pro řízení proudu od elektrody "source" k elektrodě "drain" se používá malé napětí narozdíl od malého proudu u bipolárních tranzistorů. Stejně jako bipolární tranzistory jsou FETy dostupné ve dvou polaritách nazývaných "N-channel" nebo "P-channel". (s kanálem N nebo s kanálem P). Dneska jsou tranzistory FET základním prvkem většiny integrovaných obvodů používaných v počítačích, a jak uvidíme později, jsou také velice užitečné při konstrukci rádiových obvodů.
Jak jsem se stal amatérem
Posloucháním na krátkých vlnách jsem se začal vážně zabývat během studené války. Moje veliké "všepásmové rádio" umožňovalo ladění v krátkovlnných pásmech. Tohle rádio měřilo 3 stopy na výšku, 2 stopy na šířku a mělo krásnou dřevěnou skříň. Jenomže v porovnání se skutečnými komunikačními přijímači mělo tohle rádio obrovská omezení. Mělo velice špatnou selektivitu a pokrývalo pouze některá amatérská pásma. Nemělo "jemné ladění", takže amatérská pásma pokrývala na čtyřpalcové stupnici (asi 10cm) pouze cca 1/8 palce (asi 3mm). Nemohu však říci, že by bylo k ničemu. Byl jsem schopen občas zachytit fonickou AM konverzaci mezi amatéry. Později jsem si koupil vojenský přijímač z 2.světové války - Morale radio. Šlo o krátkovlnný přijímač pro vojáky určený k poslechu AM rozhlasu. Morale radio také nemělo BFO (beat frequency oscilator), takže bez pomoci triku s druhým rádiem, který jsem popsal dříve nemohlo poslouchat telegrafní signály.
Jako skaut jsem se učil morseovku. Jedním z požadavků na získání skautského odznaku první třídy byla znalost vysílání a příjmu morseovky pomocí praporků. Mávnutí praporkem nad hlavou směrem doleva znamenalo "čárku", doprava "tečku". Naše skautská příručka nám stále připomínala co "Dutchman" řekl, "Tečky doprava !" Po dnešních skautech není morseovka vyžadována. Jaká ostuda. Schopnost komunikovat ťukáním přes zeď, nebo máváním přes kaňon, nemusí být v případě nebezpečí bezcenná dovednost. Vězni na celém světě často komunikují vyťukáváním zpráv přes zeď s použitím univerzálního kódu. Vězeňský kód překládá abecedu do ťukání tak, že písmenu A odpovídá jedno ťuknutí, B dvě ťuknutí, atd a samozřejmě písmenu Z odpovídá 26 ťuknutí. No, ... myslím, že vězni mají dos času.
Několik mých kamarádů se také zajímalo o krátké vlny, tak jsme založili posluchačský (SWL) klub. (Short Wave Listening). Abychom se naučili morse, sestavil můj kámoš Eric Raimy bzučákový telegrafní systém , s kterým jsme mohli komunikovat mezi jeho ložnicí, šatnou v přízemí a suterénem. My tři středoškolští studenti jsme seděli na svých stanovištích a komunikovali jsme naší pomalou morseovkou, dokud jsme nezvládali rychlost 5 WPM (Words Per Minute - slov za minutu) abychom mohli složit test pro amatérskou začátečnickou třídu. Licence jsme získali s pomocí ředitele místní školy, Glena Johnsona - W0FQK.
Pokud chceš získat amatérskou licenci, je dobré najít si nějaký radioklub ve svém okolí. Radiokluby často oranizují kurzy pro nové amatéry a provádějí zkoušky. Místní radioklub můžeš najít na internetu. Pokud se ti to nepodaří, podívej se na website American Radio Relay League, www.arrl.org nebo (888)277-5289. ARRL ti pomůže mnoha způsoby. Mohou ti poskytnout materiál ke studiu, časopisy, knihy, a kontakty na lidi ve tvém okolí.
Amatérské rádio za posledních 80 let.
Stejně jako veškerá elektronika obecně, vyvinulo se amatérské rádio od konce druhé světové války do mnoha rozdílných podob. Z koníčka, který byl původně téměř výhradně telegrafie, postupně vznikla dlouhá řada aktivit a možností. Během každého desetiletí přibývaly další a další možnosti a způsoby jak použít rádiové zařízení. Stalo se v podstatě pravidlem, že nové technologie se staly běžně používanými deset let poté, co byly poprvé předvedeny. Ze všech způsobů modulace, které kdy byly použity, jedině jiskrová telegrafie úplně vymizela. Také AM modulace řeči se dnes používá velmi zřídka.
- 1920 CW Morse code a první pokusy s AM (Vakuové elektronky a konec jiskrové telegrafie)
- 1930 AM telefonie a VKV kmitočty 54 MHz a výše.
- 1940 Radiodálnopis (RTTY), VKV FM komunikace, mobilní zařízení v autech
- 1950 Modulace s jedním postranním pásmem (Single Side Band – SSB), amatérská televize, pomalá televize, UKV komunikace 220Mhz a výše, směrové antény
- 1960 Amatérská mikrovlnná komunikace. Snadno ovladatelné krátkovlnné SSB transceivery. Komunikace odrazem od měsíce a meteoritických stop.
- 1970 Komunikace přes amatérské satelity, VKV/UKV převaděče.
- 1980 Hand-held transceivery, staniční deníky na počítači, AMTOR, packet (rádio e-mail)
- 1990 Komunikace s rozprostřeným spektrem, rádiem ovládané a amatérská telemetrie, automatické (robotické) stanice, PSK-31, IRLP (VKV převaděče připojené na internet), QRP stanice, rádiem ovládané modely, TV na malých raketách.
Z pohledu šíře možností a nových technologií zažívá amatérské rádio velký rozmach. Na druhou stranu díky Internetu, faxu, mobilním telefonům a podobně, mohou většinu těchto technologií používat osoby bez licence a bez skutečného zájmu jak to vlastně funguje. Avšak několik aspektů amatérského rádia zůstalo zachováno beze změny.
Jsou to:
- Morseova abeceda
- Výměna QSL lístků (potvrzování spojení)
- Domácí stavba zařízení
- Zvládání nových nebo “exotických” způsobů komunikace, jako třeba satelitní převaděče nebo neobvyklé způsoby šíření, jako třeba odraz od Měsíce.
Budoucnost amatérských pásem
Existence našeho koníčka je naprosto závislá na tom, zda nám naše vláda dovolí vysílat. K tomu potřebujeme mít příděl kmitočtových pásem. Avšak každý den se objevují další a další potřeby bezdrátové komunikace pro komerční sféru. Komunikace na krátké vzdálenosti, takzvaná “Part 15 applications”, vysílá na vzdálenosti do 100 stop. Používá se na připojování tiskáren k počítačům, u bezdrátových telefonů, ovládání garážových vrat nebo zamykání automobilů. Vhodné kmitočty mohou být nízké, řekněme do 1 Mhz, nebo naopak velmi vysoké – 40MHz a výše. Kmitočty v krátkovlnné oblasti mezi 1 a 40MHz nejsou pro tyto aplikace vhodné, protože při správných atmosférických podmínkách by mohla být zařízení spouštěna signály z velikých vzdáleností, třeba i z opačné strany Země.
Například když byl v roce 1957 vypuštěn první Sovětský satelit Sputnik, tak vysílal na 20MHz. Vždycky, když satelit přelétal nad Spojenými Státy, mnoha majitelům domů se “záhadně” otvírala a zavírala garážová vrata. Většina z těchto problémů byla vyřešena selektivními přijímači a digitálním kódováním. Avšak pokud budou pásma přeplněna signály, může se stát, že i sofistikovaný přijímač může být paralyzován a nemusí reagovat na správný kód.
Mobilní telefony, GPS a Internetové linky komunikují na vzdálenosti několika mil, nebo směrem nahoru k satelitům. Potřebují spolehlivé spojení. Nejlepší kmitočty pro tyto účely jsou nad 40MHz, protože obvykle nemohou být rušeny náhodnými signály ze vzdálenějších oblastí. Na kmitočtech 500 MHz a výše téměř nemůže docházet k rušení signály za horizontem. Tyto kmitočty poskytují spolehlivou komunikaci ve dne i v noci. V dnešní moderní době jsou to právě UKV (UHF) a mikrovlnné kmitočty, které mají nejvyšší komerční hodnotu. Amatéři mají přiděleno několik kmitočtových pásem v této "vysoce ceněné" části spektra. Zatím nám je povoleno sdílet je společně s armádou.
Zaplať pánbůh za nevyzpytatelné chování krátkých vln.
Od dvacátých let minulého století byla nejdůležitější amatérská pásma v rozsahu mezi 1,8 až 29,7 MHz. Dobrá zpráva je, že právě nespolehlivost krátkovlnných pásem, která je tak zajímavá pro amatéry je dělá nezajímavými pro komerční uživatele. Když my amatéři zapínáme naše přijímače, tak opravdu nevíme co vlastně uslyšíme. Může to být pouze praskající statická elektřina, nebo dva chlápci z našeho města diskutující o golfu. Ale také můžeme slyšet amatéra z Mongolska, který hledá někoho s kým by si popovídal. Je to stejné jako jít na ryby. A to je právě ta zábava.
Špatné signály pro budoucnost
Jelikož je zařízení pro amatéry stále složitější, stále méně a méně jich opravdu rozumí, jak to opravdu funguje. Je nutné si přiznat, že většina dnešních amatérů je tak zastrašena složitostí jejich zařízení, že ho prostě používají, bez nějaké skutečné snahy pochopit, jak to funguje. Výsledkem je také to, že jen velmi nepatrná část amatérů se pokouší stavět něco vlastního. Také americká FCC (Federal Communications Commission) reaguje na tento trend. Jelikož stále méně lidí si staví vlastní zařízení, stalo se zařízení pro amatérské rádio prostě dalším druhem spotřební elektroniky. FCC se stále více stará o to aby výrobci nabízeli “blbuvzdorná” zařízení, než o to, aby amatéři uměli svá zařízení používat.
Před čtyřiceti lety prováděla zkoušky zájemců o amatérské vysílání přímo sama FCC. Testy byly zaměřeny hlavně na technické znalosti potřebné k tomu jak udržet doma vyrobené zařízení ve stavu, aby vysílalo jenom v přidělených pásmech. Výsadu, smět vysílat na všech amatérských pásmech měli pouze ti nejlépe vyškolení. Museli být schopni předvést telegrafní provoz rychlostí 20 WPM (words per minute – slov za minutu), a zvládnout složitou zkoušku, která obsahovala také nakreslení schémat několika druhů vysílačů, včetně potřebných výpočtů. Pro dnešní nejvyšší třídu – Extra Class je vyžadována rychlost 5WPM, a testy jsou formou výběru správné odpovědi z několika nabízených. Při přípravě se dnešní moderní amatéři raději učí to, jak udělat testy, místo aby se učili znalosti které jsou v testu obsaženy. Vezmeme-li technické znalosti, jsou u moderních amatérů velmi povrchní v porovnání s amatéry dejme tomu před padesáti lety.
Další alarmující věc je, že počet amatérů zůstává relativně neměnný a jejich průměrný věk plynule stoupá. Logický závěr je, že pro malý zájem nám mohou být nakonec kmitočtové příděly odebrány. Amatérské rádio se stane další historickou aktivitou, ve stejné kategorii jako "quilting-bees" (jakási společenská akce, při níž se vyráběly speciální přikrývky) nebo lov bizonů.
Úplně nejčerstvější hrozbou pro amatérské rádio jsou iniciativy spojené s přenosem internetu po elektrorozvodné síti (BPL – Broadband Power Line). Energetické společnosti chtějí vydělávat na připojení k Internetu pomocí elektrických drátů, které vedou do každého domu, který odebírá elektřinu. Bohužel elektrická vedení vyzařují rádiové rušení a způsobují silné bzučení a šum který maže všechny signály na kmitočtech mezi 2,0 až 80MHz, od slabých až po středně silné. Tento šum ruší všechny, ale nejvíce amatéry a krátkovlnné rozhlasové stanice.
Zvládnutí moderních technologií
Jak jsou s postupem civilizace technologie stále sofistikovanější, jsou základní vědomosti ve společnosti stále více roztříštěné. Ačkoli množství znalostí, které mají jednotliví lidé ve svých hlavách, zůstává stejné, každý občan zná více a více detailů o stále menším a menším počtu věcí. Obsluhovat moderní amatérský transceiver připomíná obsluhu složitého videorekordéru. Ano, zařízení zvládne všechna možná pásma a všechny druhy modulací. Nejdříve si ale musíš pročíst manuál a stisknout 48 tlačítek abys navolil všechna správná menu a možnosti nastavení. Obsluhovat některý z těch multifunkčních zázraků není opravdu jednoduché. Pokud to ale nakonec zvládneš, o elektronice se stejně nedozvíš vůbec nic.
Moderní transceivery mi připomínají integrovaný obvod. Transceivery jsou složeny z desítek (nebo stovek) integrovaných obvodů, které obsahují nejspíše několik milionů tranzistorů. Integrovaný obvod nemůže být opravován, stejně jako transceiver jako celek. Co obsahují je tajemství, a jsou obvykle černé, hranaté s "nožičkami", nebo vývody. Dokonce pokud máš před sebou servisní manuál moderního transceiveru, je problém podle blokového schématu pochopit víc, než jenom jak v principu pracuje.
Ale technici, kteří navrhovali tato zázračná moderní rádia určitě přesně vědí, jak fungují ! Ne, opravdu nevědí. Ano, možná někde na světě je pár techniků, kteří dobře zvládají všechny technologie použité v moderním transceiveru. Ale já bych si na to nevsadil. Každý technik se specializuje na sestavení a naprogramování modulů, které jsou koupeny od jiných výrobců. Moduly jsou zapouzdřeny a nemohou být opravovány. Co je přesně uvnitř těchto modulů je pro ně nejspíš stejně záhadné, jako pro nás ostatní.
Během posledního století se rozsah potřebných znalostí rádiového operátora stále zmenšoval. První rádioví pionýři před sto lety nemohli pouze testovat rádio v éteru, ale museli umět pracovat s materiály z kterých vyráběli součástky pro svá zařízení.
Tento vývoj si můžeme ukázat na "technologické pyramidě". Na úplném vrcholu pyramidy je dovednost jak obsluhovat transceiver. Úplně dole je prospektor, který zkoumá divočinu a hledá suroviny vhodné pro výrobu materiálů potřebných na výrobu rádia a všech ostatních moderních technologií. Někde uprostřed jsou znalosti potřebné na sestavení tvého vlastního zařízení.
Jeden ze způsobů jak se můžeme na změny dívat je, že amatérské rádio pomalu ustupuje k vrcholku pyramidy, aby se nakonec stalo jen dalším spotřebním produktem, jako je televize, nebo mobilní telefony. Mnoho amatérů na obhajobu argumentuje tím, že amatéři mohou dělat více věcí, než kdykoli předtím, a proto je to zajímavější. Můžeme vysílat živou amatérskou televizi, máme e-mailové sítě a faxy. Naštěstí nebo bohužel, ty samé technologie jsou dostupné komukoli jinému, aniž by potřeboval licenci. Tak proč se otravovat s amatérským rádiem.
Domácí stavba zařízení a "QRP"
Stavba vlastního zařízení je obecně označována termínem "homebrewing" (nenapadá mě žádný český jednoslovný výraz). Až do druhé světové války, amatérské rádio bylo homebrewing. V těch dávných dobách bylo solidní komerčně vyráběné rádio zřídka dostupné a během krize si ho lidé s průměrným příjmem stejně nemohli dovolit. Pokud jsi nebyl schopen postavit si zařízení sám, pravděpodobně jsi neměl šanci objevit se v éteru. Z tohoto pohledu není mírná chudoba vždycky jen ke škodě. Když je život příliš snadný, začne to být nuda.
Po roce 1950 si vysílače stavěli už pouze začínající, nebo nepříliš majetní. Nejtěžší bylo postavit si dobrý komunikační přijímač, takže homemade přijímače byly první co zmizelo. V padesátých a šedesátých letech se objevily dobře navržené stavebnice od firem jako Heath nebo Allien Radio, které vytlačily doma stavěná zařízení. K tomu abys měl dobré, použitelné zařízení stačilo spájet to vše dohromady. Nakonec v osmdesátých letech začala být tato zařízení tak složitá, že jediné, co nám výrobci dovolili bylo spájet dohromady prefabrikované hotové moduly. Poté co se to stalo, začaly být stavebnice tak nudné, že zmizely úplně.
V současné době roste zájem o stavbu nízkovýkonových "QRP" vysílačů. Většina amatérů věnujících se QRP staví opět zařízení ze stavebnic. Pár novodobých pionýrů je staví z diskrétních součástek. Jedna větev věnující se tomuto hobby staví vysílače do plechovek od sardinek, aby zdůraznili jejich malé rozměry. Jiná skupina používá kovové krabičky od bonbónů "Altoid", které jsou dokonce ještě menší. V každém případě, QRP je ta nejjasnější naděje našeho koníčka, pokud si má udržet technický charakter a být zajímavý pro mladé lidi.
| Celý článek |
|
|
R B N |
|
kalendář |
<<
Říjen
>>
|
Po | Út | St | Čt | Pá | So | Ne |
| 1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
31 |
| | |
|
|
Radary ČHMU |
|
Zaparkováno na: |
|
TSL certifikát: |
|