Esimeseks (1890) raadiolainete tuvastajaks oli coherer, mis koosnes kahest eraldatud elektroodist ja nende vahel olevast rauapurust. Raua puru on suure elektritakistusega kuid see langeb raadiosagedusel vahelduvvoolu läbimisel mistõttu see suudab raadiosagedusega voolu valikuliselt paremini läbi lasta. Ühe probleemina kinnituvad nad voolu läbi laskmisel liiga tihedasti ja nende elektriline takistus langeb koos sellega ning selle ärahoidmiseks pidi neid üksteise küljest lahti raputama.
Kristalldetektor või ühe teise nimega cat whisker detector on algelisem raadiolainete detektor ja vooluks muutja, milles olev peenike traat puudutab kergelt suurt pooljuhist tina-väävel kristalli. Need kaks moodustavad lihtsa vahelduvvoolu alalisvooluks muutja, mis laseb elektrit ainult ühes suunas läbi. See oli esimene pooljuht diood (p-n transistor) mis loodi 1906. aastal.
Probleemina vajas see enne iga kasutamist traadi õigesse kohta ja õige rõhu juurde seadmist mis vajas tihti kohendamist temperatuuri muutuse, järsu liigutamise või teiste kõrvalekallete tõttu. Liigse rõhuga võis ühendus hakata vahelduvvoolu läbi laskma.
Sellelaadseid transistoreid improviseeriti ka teistel viisidel nagu näiteks asendades traadi ziletitera või nõelaga, mis pandi näiteks pliiatsisüdamiku vastu. Sellise lihtsuse tõttu kasutatu neid mõlemas maailmasõjas ning kuigi seda kasutati algselt morse koodi vastuvõtuks sobis see ka kõne vastuvõtuks.
Kristallraadiod on algelised raadiovastuvõtjad, mis kasutavad energiallikana raadiolaineid. Saadud nõrk heli on kuulda kõrvaklappide abil kuid inimeste tundlik kuulmine võimaldab tunda ka vähem kui nanovatise võimsusega helilaineid. Pikk antenn teeb raadiolainetest elektrit, mis saadab elektrisignaali induktor-kondensaator ringe poolt kindla sagedusega kõikuvale vooluringele ning võib piisata ka eraldi kondensaatori välja jätmisest, sest antenn ise on kerge mahtuvusega kondensaator nagu pildil oleva näite puhul näha. Nime andnud kristalldetektor tuvastab ühesuunalise voolu tekitamisega eriti suured voolukõikumised (taustsagedus+sellega samaaegselt tulnud signaal antennilt) saates läbisaanu kõrvaklappidele. Sellised raadiod oli kuulamiseks levinud mõlemas maailmasõjas, sest need ei vajanud muud elektriallikat ja neid ehitati praktikas ise.
Hiljem vahetati kristalldetektorid välja vaakumtorudega, mis said samuti vahelduvvoolust ühesuunalist alalisvoolu tekitada. Nendes loodi hõõgniidiga elektronkiir, mille vool sai kiiresti muutuda kuid vool ei saanud tagasi voolata kuna teist elektronkiirt püüdvat elektroodi ei kuumutatud mistõttu ei saanud need elektrone eritada.
Need omakorda vahetati väikeste näiteks ränist koosnevate pooljuhtide poolt, mis võisid kasvõi mikroskoopiliselt väikesed olla.
Raadiolainete tekitajad
Esimesel paarikümnel aastal (~1887-1916), kui raadioid kasutati olid raadiolainete tavaliseks allikaks elektroodide vahelised kõrgepingelised elektrijoad läbi õhu (spark gap) kuigi need kõlbasid morse koodi mitte arusaadava kõne vahendamiseks ning sellised joad on lärmakad. 1887. aastal tekitati nendega 500 meetri kaugusel tuvastatavad raadiolained. Ühe algelise tuvastusvahendina kasutati näiteks mõne meetri kaugusel olevaid juhtmekeerdusid, mis olid teise pisikese spark gap'iga ühendatud ning millest võis mikroskoobiga näha pisikesi sädemeid.
1895. aastal õnnestus raadiolaineid levitada ~2 km kaugusele.
Tugevamate raadiolainete tekitamiseks peab tugeva laengu koguma ja õhuvahe on omamoodi takisti rollis. Kui esimesel kondensaatorile (C1) kogunes piisav pinge selle läbimiseks, siis pääses vool läbi õhu edasi antenniga (illustratsioonidel on antenni sümboliks kolmnurk) ühenduses olevasse vooluringesse, kus oli induktor ja teine kondensaator. Need kaks koguvad vaheldumisi selle energia endasse ja saadavad seda vastupidistes suundades edasi tagasi põhjustades vahelduvvoolu, mis omakorda on antennis raadiolainete allikaks.
Üheks probleemiks enne vaakumtorusid oli selliste raadiosaatjate energiakulu kuna plasmavoolu tekitamiseks läbi õhu kulus energiat õhu ioniseerimiseks nähtava helenduseni.
Teiseks probleemiks olid raadiosageduste teke korraga läbi paljude sageduste (EM spektris raadiolainetest kuni UV või röngtenkiirguseni koos vahepealse infrapuna ja nähtava valgusega) mis tegi need raadio kuulajale igal sagedusel kuuldavaks. Hiljem piirati selle probleemi vältimiseks selliste saatjate kasutamist seadustega. Samas jäi see efekt kasutusse raadiosageduste segajates, et soovimatuid raadiolaineid summutada.
Alates 1904. kasutati mõnda aega loodi kindla sagedusega raadiolaine allikat (Alexanderson'i vahelduvvoolu generaator). See tekitas vahelduvvoolu kahe paigal püsiva ja c kujuliselt metallketta ümber oleva juhtmekimbu abil. Esimesest käis läbi alalisvool mis tekitas magnetvälja ja teises tekib raadiosagedusega kõikuv vool. Nende vahel pöörleb kiiresti metallketas milles on osa metallist asendatud mittemagneetilise materjaliga. Pööreldes sai metallosa magnetvälja sattudes hakata magnetvoogu vahendama kuid mittemagneetilise osa vahele sattumisel see peatub ning magnetvoo kõikumine tekitab vahelduvvoolu teises juhtmes. Sellega saadi üle 100 000 hertsist raadiolainetust põhjustada kuid suuremate probleemidena vajas see palju jahutamist, raadiosagedust ei saanud kiiresti muuta ning see raadiolaine generaator oli liiga suur paljude laevade jaoks.
1920ndatel leiutati magnetron milega saavutati kuni mikrolaine sagedused (0,3-300 GHz). Need leidsid kasutust radarites, raadiojaamades ja mikrolaineahjudes. Radarites on väiksemad lainepikkused olulised väiksemate objektide tuvastamiseks kuna lainepikkusest väiksemad objektid ei avalda lainetele palju mõju. Mikrolainetel on lainepikkused umbes 1 mm-1 meeter. Seadme väikese mõju tõttu sai neid ka lennukitesse paigutada.
Magnetroni keskel on alalisvooluga kuum katood, mis tekitab elektronide voolu ja selle juures on magnetvälja tekitav püsimagnet. Katoodi küljest vabanenud elektronid liiguvad keskosast eemal oleva positiivse anoodmaterjali suunas kuid magnetvälja tõttu ei tee nad seda otse vaid spiraalselt tiireldes. Ümber asuvad õõnsused, mis on avatud umbes kogu katoodi pikkuses. Kui elektronid nendest mõõda lendavad, siis tekib õõnsuses kõrge sagedusega raadiolainetus.
Tekkinud raadiolained juhitakse tavaliselt nelinurkse sisemusega metalltoru (waveguide radarist pildil näha) kaudu antennile või mikrolaineahju sisusse. Magnetroni õõnsuste suurused on saadud sageduse põhilised määrajad kuid korraga tekib palju raadiosagedusi. Täpsemad raadiosagedused saadi pooljuhtide abil.
Vaakumtorusid on palju kasutatud saadud sageduste võimendamiseks. 1920 said need laiemalt levinuks ja enne II Maailmasõda saadi nende töösagedused seoses radarite arenguga kuni miljardite hertsideni.
Hõõgniidiga loodud elektronkiir algab 1 tähistatud kohas ja ulatub kohani 8. See püsib peenemalt koos toru ümber oleva magnetvälja abil. Magnet on tähistatud kolmega. Elektronkiir liigub raadiosagedust vahendava juhtmeheeliksi keskel. Võimendusse saadetud raadiosagedus jõuab kiiresse kohas 2 ja väljub kohas 6.
Raadiolainete energia põhjustab kohati elektronide kogunemist ja see omakorda kohati suhteliselt intentsiivsemat magnetvälja. Intentsiivsem magnetväli põhjustab liikudes juhtmes tugevamat voolu ja see protsess kordub juhtmes olevat signaali järjest kasvatades.
Ühe kasutusalana on sellised seadmed signaale vahendavates satelliitides vastuvõetud signaali võimendajaks enne antennile saatmist.
No comments:
Post a Comment