Радиоэлектроника есть составная часть радиотехники – науки о методах и средствах передачи и приема сообщений на расстояние посредством электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве. В рамках собственно самой радиоэлектроники в первую очередь изучается устройство и функционирование радиотехнических устройств и систем с применением электронных приборов -оптоэлектронных и других.
Сначала несколько слов о зарождении радиотехники. Два человека стоят у ее истоков: русский ученый Александр Степанович Попов (1859 – 1906 г.) и итальянский изобретатель Гульельмо Маркони (1874 – 1937 г.). Но кто из них все же первым передал на расстояние информацию с помощью электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве или, как было принято говорить, с помощью беспроволочного телеграфа? Прежде чем ответить на этот вопрос, кратко о предшественниках двух великих изобретателей.
В 1873 г. английский ученый Джеймс Клерк Максвелл опубликовал работу «Трактат по электричеству и магнетизму». Как следствие из составленных им уравнений, следовал вывод о возможности распространения электромагнитных волн в свободном пространстве со скоростью света. Но полученному теоретическим путем открытию мало кто поверил, даже известные в ту пору физики. Однако спустя 15 лет немецкий ученый Генрих Рудольф Герц экспериментальным путем доказал справедливость теории Максвелла.
Сущность опытов Герца состояла в следующем. К двум латунным стержням с малым зазором между ними подключалась индукционная катушка, создающая высокое напряжение. Когда это напряжение
превышало напряжение пробоя, в зазоре проскакивала искра и происходило возбуждение электромагнитных колебаний. Излученные колебания регистрировались на расстоянии в несколько десятков метров, что неопровержимо доказывало распространение электромагнитных волн. Герцем была получена минимальная длина волны λ = 60 см. В современном представлении осциллятор Герца есть открытый колебательный контур, в котором при возбуждении его искровым способом возникают затухающие колебания, излучаемые в пространство.
От опытов Герца, опубликовавшего результаты своих экспериментальных исследований, отталкивались как Попов, так и Маркони. 7 мая 1895 г. А.С. Попов впервые продемонстрировал на заседании физического отделения Русского физико-химического общества свой чувствительный радиоприемник, названный в начале грозоотметчиком, принимавший колебания, излучаемые видоизмененным осциллятором Герца. Этот день в нашей стране отмечается как день радио. Отчет о знаменательном заседании с описанием доклада и эксперимента А.С. Попова был опубликован в журнале общества в августе 1895 г. и январе 1896 г.
24 марта 1896 г. на заседании того же общества А.С. Попов помимо радиоприемника демонстрирует и созданный им искровой радиопередатчик, передав из одного здания в другое азбукой Морзе первую в мире радиотелеграмму. Текст ее был краток: «ГЕНРИХ ГЕРЦ». Этой телеграммой Александр Степанович продемонстрировал дань уважения своему предшественнику. В 1897 г. при испытаниях на кораблях дальность связи с помощью аппаратов Попова достигла 5 км, а к 1900 г. она возросла до 47 км во время спасательных работ севшего на камни корабля в Балтийском море.
Другой изобретатель радио – Маркони – также приступил к своим экспериментальным исследованиям, отталкиваясь от опытов Герца. Вот что говорил о себе итальянский изобретатель в зрелом возрасте: «Я никогда не изучал физику и электротехнику систематически, хотя еще мальчиком я очень интересовался этими вопросами. Однако я прослушал полный курс лекций по физике …и я был достаточно хорошо знаком с публикациями того времени, относящимися к научным вопросам, включая также работы Герца, Бранли и Риги».
В 1896 г. Маркони из Италии переселяется в Великобританию, где его изобретением заинтересовались Почтовое ведомство и Адмиралтейство. В 1896 г. Маркони подает заявку на изобретение, связанное с передачей импульсов, а в июле 1897 г. получает на него первый английский патент. В том же году он создает крупное акционерное общество «Маркони и К0», сумев привлечь к своему изобретению значительные финансовые средства. Маркони в Великобритании зарекомендовал себя не только великим изобретателем, но крупным предпринимателем, сумевшим быстро и эффективно внедрить в промышленное производство изобретенные им радиотелеграфные аппараты, приносившие созданной им компании большую прибыль. В 1901 г. с помощью аппаратов Маркони была установлена радиосвязь через Атлантический океан с Америкой, а в 1918 г. – с Австралией. В 1909 г. за изобретение радио Маркони была присуждена Нобелевская премия по физике. За три года до этого события скончался А.С. Попов. Поскольку Нобелевская премия присуждается только при жизни, то кандидатура последнего не рассматривалась.
Внимательно изучая различные источники, в том числе и такой авторитетный как «Британская энциклопедия», можно сделать вывод о том, что первым публично продемонстрировал и сделал сообщение о своем изобретении радио А.С. Попов. А вот в деле патентования и продвижения в промышленное производство созданных им радиотелеграфных аппаратов преуспел Маркони.
В России громадный вклад в развитие радиоэлектроники внесли М.А. Бонч-Бруевич, М.В. Шулейкин, В.П. Вологдин, Б.А. Введенский, Л.И. Мандельштам, Н.Д. Папалекси, А.И. Берг, А.Л. Минц, Ю.Б. Кобзарев, А.М. Прохоров, Н.Г. Басов, В.А. Котельников, Ж.И. Алферов, Ю.В. Гуляев и многие другие ученые и инженеры.
Кратко рассмотрим, что представляет собой современная радиоэлектроника как сформировавшаяся научно-техническая дисциплина из числа высоких технологий.
В техническом плане радиоэлектроника объединяет разнообразные устройства, предназначенные для передачи, приема и обработки информации в рамках определенной радиотехнической системы – радиосвязи, радиовещания, радиолокации, радионавигации, радиоуправления и т.д.
В технологическом плане радиоэлектронные устройства представляют собой сборки из микросхем, транзисторов, диодов, конденсаторов, электровакуумных приборов и множества иных элементов, соединенных между собой согласно определенной электрической схеме. Наиболее совершенные конструкции полностью состоят из полупроводниковых гибридных и интегральных микросхем. Микроэлектроника, акустоэлектроника и оптоэлектроника позволили перейти к принципиально новому поколению радиоэлектронных устройств, обеспечили возможность формирования и обработки с высокой скоростью громадных объемов информации в цифровой форме.
В научном плане радиоэлектроника занимается анализом, синтезом и расчетом радиотехнических устройств и исследованием протекающих в них процессов, связанных с формированием, приемом и обработкой радиосигналов.
В математическом плане радиоэлектроника опирается на такие разделы математики как линейные и нелинейные дифференциальные уравнения, матричная алгебра, нелинейное программирование, теория вероятностей и случайных процессов, математический анализ и другие. Причем анализ и решение большинства сложных задач проводится с использованием компьютера по специальным программам.
Авторы: В. И. Каганов, В. К. Битюков. Основы радиоэлектроники и связи.