PREHISTORIE RÁDIOVÝCH KOMUNIKACÍ

Prehistorie rádiových komunikací

(Geniální vědecké objevy a technické vynálezy)

Využití principů generování a příjmu rádiových vln, jako základu pro vznik a rozvoj rádiových komunikací (ať již profesionálních - civilních a vojenských, nebo radioamatérských), předcházela celá řada významných objevů a vynálezů ve vědě a technice. Je zajímavé, a současně poučné, podívat se blíže alespoň na vybrané historické události prehistorie rádiových komunikací. Dnes si historii vývoje rádiových komunikací při poslouchání rozhlasu, sledování televize, používání počítačových sítí (včetně Internetu), využívání radionavigace, radiolokace, provádění kosmického výzkumu atd. ani neuvědomujeme.

V plné míře je tomu tak i ve vojenské oblasti, kde si vedení operací a bojové činnosti bez využití rádiových komunikací a dalších technik využívajících šíření elektromagnetických vln, nelze vůbec představit. Platí to prakticky pro všechny moderní oblasti C4ISR.

Co nejstručněji o fyzikálním základu

Fyzikálním základem jakýchkoli rádiových komunikací je existence elektromagnetického pole a šíření elektromagnetických vln. Elektromagnetické vlny se generují v rádiovém vysílači a jsou nosičem rádiových signálů používaných k dálkovému bezdrátovému přenosu různých druhů informací. Do éteru se vyzařují pomocí antény. Takto to probíhá na vysílací straně. Na přijímací straně probíhá v podstatě opačný proces. Pomocí antény se uskuteční příjem elektromagnetických vln z éteru, a ty se pak předají do rádiového přijímače k dalšímu zpracování a oddělení užitečných signálů nesoucích informace.

Elektromagnetické vlny se šíří od antény vysílače přímočaře a ve formě kulových vln. To znamená, že energie vyzářená zdrojem v jednom okamžiku je po určité době rozprostřena na kulové ploše s poloměrem vzdálenosti, kterou za tuto dobu urazí světlo. Velikost plochy kulového tvaru je úměrná druhé mocnině poloměru, takže plošná hustota elektromagnetické energie ubývá s druhou mocninou vzdálenosti. Rádiový signál je tedy přenášený pomocí elektromagnetického pole. To je charakterizováno dvěma veličinami - intenzitou elektrického pole a intenzitou magnetického pole, které jsou na sebe navzájem kolmé a šíří se všemi směry rychlostí světla.

Přejdeme k počátkům prvních kroků, které postupně vedly k praktickému využívání elektromagnetických vln k rádiovým přenosům signálů. Od toho se pak odvinuly všechny vymoženosti až po moderní rozhlas, televizi, radiolokaci, radionavigaci, atd., včetně sítí současných mobilních telefonů.

První experimenty a objevy

Dlouhá a náročná cesta, představující prehistorii rádiových komunikací, je vyznačena mnoha velkými i menšími milníky. Ty jsou spojeny s osobnostmi a událostmi, o něž se opírá náš popis prošlé cesty úspěšného rozvoje.

Hans Ch. Ørsted

V roce 1820 se dánský fyzik, chemik a filosof Hans Christian Ørsted (1777-1851) proslavil systematickým výzkumem elektromagnetizmu. Objevil mimo jiné, že elektrický proud působí na střelku kompasu.

Hans Christian Ørsted

Experimentálně dokázal, že v okolí vodiče, kterým prochází elektrický proud, se vytváří magnetické pole. Když se střelka kompasu ocitla v blízkosti vodiče, kterým procházel elektrický proud (I) vychylovala se (viz obrázek níže).

Ørstedův experiment

Tím experimentálně potvrdil existenci vzájemné souvislosti a vlivu elektřiny a magnetizmu (a v podstatě i existenci elektromagnetického pole).

André M. Ampère

Na Ørstedovu práci a poznatky navázal  francouzský matematik a fyzik André Marie Ampère (1775–1836), který proslul zejména svými pracemi z oblasti magnetizmu a elektrodynamiky. Pomocí svých experimentů zjistil, že vodiče, kterými prochází elektrický proud, na sebe vzájemně působí silou magnetického pole v jejich okolí a matematicky vyjádřil sílu tohoto působení. Tak vznikl Ampérův zákon.

André Marie Ampère

V roce 1827 tento vědec postuloval tzv. Ampérovo pravidlo pravé ruky pro magnetické pole přímého vodiče s elektrickým proudem, podle kterého platí to, že když palec ukazuje směr proudu ve vodiči, pak prsty ukáží orientaci magnetických indukčních čar (příp. směr vychýlení střelky kompasu ve výše znázorněném Ørstedově experimentu).

Michael Faraday

V roce 1831 objevil významný anglický fyzik a chemik Michael Faraday (1791-1867) elektromagnetickou indukci, která se stala základem pro koncepci silových, fyzických polí.

Michael Faraday

Přínos jeho prací v oblasti elektromagnetizmu je neocenitelný. Elektřina, magnetizmus, lasery, rádiové přístroje a sítě, televize, současná elektronika včetně počítačů a internetu, to všechno jsou důsledky objevení vzájemného elektromagnetického působení. Je to jedna z nejužitečnějších sil, které se lidstvu v celé historii podařilo spoutat.

Úspěch se dostavil poté, co po zjištění toho, že elektrický proud procházející vodičem vyvolává magnetickou sílu, se zaměřil na dokázání opaku, tj. toho, že působení magnetizmu může vyvolat elektrický proud. Do té doby se elektrická energie vyráběla pouze chemickou cestou z baterií. M. Faraday dal lidstvu teoretický základ všech pozdějších dynam (obecně generátorů) a elektromotorů.

Z hlediska našeho tématu je však důležitá teorie elektromagnetického pole, jejímž se stal zakladatelem. Na výsledky jeho výzkumů o dvacet let později, jak uvidíme níže, navázal další velikán vědy James C. Maxwell. Zde si dovolme podrobnější pohled.

Chudobné Faradayovo mládí mu neumožnilo získat systematické vzdělání a hlubokou znalost matematiky. Proto nebyly jeho poznámkové sešity zaplněny vzorci a rovnicemi, ale od ruky kreslenými grafy průběhu siločar. Ironií osudu ho právě nedostatek matematického vzdělání přinutil zpracovat množství úžasných grafů siločar, z nichž některé jsou dodnes v učebnicích fyziky. Ukázalo se, že fyzikální obrázky jsou nezřídka ve vědě důležitější než matematický aparát, který se používá pro jejich popis.

Vědci a historici nabyli nemálo názorů o tom, co vedlo M. Faradaye k objevu fyzických polí - jednoho z nejdůležitějších pojetí v dějinách celé světové vědy. Hlavní roli sehrála myšlenka o tom, že neviditelné magnetické pole je schopné na dálku uvést elektrony do pohybu, a  při tom produkovat elektrický proud. Prakticky celá současná fyzika, bez výjimky, je napsána jazykem Faradayových polí. Silová pole M. Faradaye jsou těmi silami, které hýbou současnou civilizací ve všech jejích projevech - od elektrických lokomotiv po nejnovější počítačové systémy, Internet a kapesní mobilní telefony či ruční počítače.

Půldruhého století inspirovala Faradayova silová pole fyziky k dalším výzkumům. Například na Alberta Einsteina měla tak silný vliv, že zformuloval svoji teorii gravitace na jazyku silových polí. Na současného žijícího vynikajícího vědce Michia Kaku zapůsobila tak, že úspěšně zformuloval teorii strun v termínech Faradayových fyzických polí a tak založil fundament pro “polní” teorii strun. Když se ve fyzice o někom řekne, že myslí v silokřivkách, znamená to pro toho člověka opravdový kompliment. Vraťme se ale k našemu tématu a pojďme dál…

Samuel F. B. Morse a Alfred Vail

V roce 1838 zveřejnil vynálezce telegrafu Američan Samuel Morse (celým jménem Samuel Finley Breese Morse, 1791-1872) svoji telegrafní abecedu, nazvanou po něm Morseovou abecedou. Poté, v roce 1844, jeho asistent a společník Alfred Vail (1807-1859) vynalezl jednoduchý mechanický telegrafní klíč pro posílání zpráv Morseovou abecedou.

Samuel Finley Breese Morse (vlevo) a Alfred Vail

Ve zdokonaleném provedení pak Vailův telegrafní klíč používali rádioví operátoři (včetně vojenských radistů) po celá dlouhá desetiletí. Dokonce i dnes je možné najít (zejména mezi radioamatéry) příznivce jednoduchého mechanického telegrafního klíče, a to i když je možné pohodlně používat počítačovou klávesnici (anebo, když už telegrafní klíč, tak elektronický).

Morseova abeceda se původně používala pro drátovou telegrafii, po vynalezení rádiového vysílače a přijímače se začala používat i pro radiotelegrafii. Například během celé historie radioamatérského spojení zůstaly rádiové přenosy pomocí Morseovy abecedy (nebo jinak sluchová radiotelegrafie) jedním z nejrozšířenějších způsobů spojení mezi radioamatéry (na začátku byla jediným způsobem).

James C. Maxwell

V polovině 19. století všestranný skotský fyzik James Clerk Maxwell (1831-1879), jeden z gigantů fyziky 19. století, předpověděl a ověřil existenci elektromagnetických vln a v roce 1864 matematicky popsal ideje zpracované M. Faradayem formou Maxwellových rovnic.

James Clerk Maxwell

Jako v případě M. Faradaye i zde zvolíme podrobnější pohled. V určitém smyslu byl J. C. Maxwell přímým protikladem M. Faradaye. Zatímco M. Faraday měl úžasný “nos” na experimentální práce ale neměl formální vzdělání, J. C. Maxwell byl magistrem vyšší matematiky. Na výtečnou absolvoval kurs matematické fyziky v Cambridge, a to přímo v místě, kde dvě století před ním pracoval Isaac Newton.

Issac Newton vymyslel diferenciální počet, který jazykem diferenciálních rovnic popisuje jak se v objektech dějí nekonečně malé změny v čase a prostoru. Pohyb vln v oceánu, kapalin, plynů, dělové koule, to vše může být popsáno jazykem diferenciálních rovnic.

J. C. Maxwell se odrazil od tvrzení M. Faradaye o tom, že elektrická pole se mohou přeměňovat na magnetická a naopak. Za podklad si vzal obrázky fyzických polí nakreslených dosti dávno předtím M. Faradayem a zapsal je v přesném jazyku diferenciálních rovnic. Výsledkem se stala jedna z nejdůležitějších soustav rovnic současné vědy. Jde o soustavu osmi pro laika poměrně děsivě vypadajících diferenciálních rovnic. I každý fyzik a inženýr se někdy při studiu elekromagnetizmu nad nimi pěkně zapotil.

Ne dosti toho, J. C. Maxwell si dále zadal otázku: když se magnetické pole může přeměnit na elektrické a naopak, co nastane, když se pole budou přeměňovat jedno v druhé v nekonečném sledu za sebou? Zjistil, že takové proměnlivé elektromagnetické pole vytvoří vlnu, která je podobná oceánské vlně. Vypočítal rychlost pohybu takových vln a k vlastnímu údivu zjistil, že ta rychlost se rovná rychlosti světla. Když v roce 1864 zjistil tuto skutečnost, prorocky napsal: “Ta rychlost je tak blízká rychlosti světla, že zřejmě máme všechny důvody k závěru, že samotné světlo… je elektromagnetickým vlněním”.

Tento objev se zřejmě stal v historii lidstva jedním z největších. Nakonec bylo odhaleno tajemství světla. J. C. Maxwell hned pochopil, že všechno - záře letního východu slunce i intenzivní paprsky zapadajícího slunce, oslepující barvy duhy a svit hvězd na noční obloze - je možné popsat pomocí vln, které ledabyle nakreslil na kusu papíru. Dnes je nám jasné, že celé spektrum vln - radarové signály, mikrovlnné záření, vlny televizních signálů, infračervené, viditelné a ultrafialové světlo, rentgenové a gama-paprsky, a další jevy vlnového charakteru - nejsou ničím jiným než Maxwellovými vlnami a ty zase představují vibrace Faradayových fyzických polí.

Když mluvíme o významu Maxwellových rovnic připomeňme názor A. Einsteina, že to je “nejhlubší a nejplodnější co mohla fyzika zažít od doby Newtona”. Bylo tragické, že J. C. Maxwell, jeden z největších fyziků 19. století zemřel mladý (48. let) na rakovinu žaludku. I když není správné poddávat se spekulacím, je možné, že kdyby žil déle, mohl by učinit objev spočívající v tom, že jím získané rovnice připouštějí zkreslení prostoro-času a to by již tehdy vedlo přímo k Einsteinově teorii relativity.

Vrátíme-li se ještě na skok k Maxwellovým rovnicím, dodejme, že z teorie elektromagnetického pole ve formě úplné matematické formulace popsané J. C. Maxwellem ve spisu “Dynamická teorie elektromagnetického pole”, vyplynula jak existence elektromagnetických vln, tak i později popřeného éteru jako prostředí pro jejich šíření. Přes zmíněné pozdější vyloučení existence éteru, zůstaly Maxwellovy diferenciální rovnice stále univerzálně platné a použitelné. S vrozenou skromností J. C. Maxwell označil svoji teorii elektromagnetického pole za matematickou interpretaci fyzikálních představ M. Faradaye.

Jeho soustava rovnic zahrnuje:

• První rovnici - zákon celkového proudu (zobecněný Ampérův zákon).
• Druhou rovnici - zákon elektromagnetické indukce (Faradayův indukční zákon).
• Třetí rovnici - Gaussův zákon elektrostatiky.
• Čtvrtou rovnici - zákon spojitosti indukčního toku.

Každá z těchto rovnic je napsána v integrálním a v diferenciálním tvaru (proto celkově osm rovnic).

I když jsou Maxwellovy rovnice pro běžného člověka stěží srozumitelné, je možné vnímat jejich organickou jednoduchost. Ony totiž jednoznačně popisují obě složky - elektrické i magnetické pole vzniklé v okolí rozložených elektrických nábojů a proudů. J. C. Maxwell odbornému světu ukázal, že několik relativně jednoduchých rovnic může vyjádřit chování obou polí a jejich vzájemný vztah.

Největší význam však má matematicky propracovaná elektromagnetická teorie světla. Vědec ukázal, že elektromagnetické vlnění je příčné a odvodil vztah pro rychlost šíření elektromagnetických vln. Došel k závěru, že světlo a elektromagnetické vlnění jsou projevem vlastností jedné a téže substance a světlo se jako elektromagnetické vzruchy šíří prostřednictvím pole v plném souladu se zákony elektromagnetizmu.

Telegrafní spojení a mezinárodní konvence

Široké využívání drátového telegrafního spojení si vyžádalo určitou mezinárodní regulaci a proto byla 17. května 1865 podepsána první Mezinárodní telegrafní dohoda (International Telegraph Convention), kterou se zřídila Mezinárodní telegrafní unie (International Telegraph Union) jako první předchůdce dnešní Mezinárodní telekomunikační unie (International Telecommunication Union) se zkratkou ITU jako významného orgánu Organizace spojených národů (OSN).

Monument postavený ve švýcarském Bernu na počest založení Mezinárodní telegrafní unie v roce 1865 a poté vzniku ITU

Původní motivací pro založení Mezinárodní telegrafní unie byla snaha a potřeba využívat telegrafní spojení pro mezinárodní komunikace. Odpovídající iniciativy vznikly v polovině předminulého století. V roce 1849 se v dané oblasti uzavřela první mezinárodní smlouva mezi Rakouskem a Pruskem, spojená s dojednáním společných standardů a tarifů. Po ni následovala podobná smlouva mezi Belgií a Francií z roku 1851. K nim se začaly připojovat některé další státy, což vyvrcholilo v roce 1865 založením Mezinárodní telegrafní unie na konferenci v Paříži. Pro telegrafní spojení byl stanoven jednotný telegrafní standard s tím, že pro mezinárodní přenosy se používala Morseova abeceda.

Účastníci 4. mezinárodní konference Mezinárodní telegrafní unie (Petrohrad, 1875)

Mezinárodní telegrafní unie pak začala pořádat mezinárodní konference. Významnou byla čtvrtá mezinárodní konference konaná po deseti letech od založení Unie (roku 1875) v ruském Petrohradu. K ní se váže výše uvedený historický snímek.

Začátky bezdrátového (rádiového) telegrafního spojení

Již v polovině 19. století se začali někteří tehdejší vědci a vynálezci zamýšlet nad možností přenosu informací (tehdy telegrafních zpráv) bez použití elektrických vodičů, tj. bezdrátově. Jedním z takových vynálezců byl Američan Mahlon Loomis (1826-1886), povoláním zubní lékař.

Mahlon Loomis

Od roku 1860 se začal zajímat o elektřinu a jevy s ní spojené. Mimo jiné se jeho zájem soustředil na elektrické výboje v horních vrstvách atmosféry. Začal experimentovat s dlouhými vodiči zvednutými do velké výšky vzdušnými draky (viz obrázek níže).

Loomisův pokus

Zjistil, že vodič vyzvednutý do výšky drakem vyvolá při zapnutí zdroje elektrického proudu změnu proudu ve druhém takovém vodiči, vzdáleném od prvního. To ho přivedlo k myšlence o možnosti vytvoření spojovací cesty pro bezdrátový telegraf.

V roce 1868, kdy italský vynálezce G. Marconi ještě nebyl na světě a ruskému vědci A. S. Popovovi bylo pouhých devět let (o obou - níže), demonstroval M. Loomis skupině amerických kongresmanů a vědců bezdrátovou spojovací cestu, dlouhou asi 22 km. Draci zvedli vodiče do výšky asi 190 m. Na přijímací straně byl do vodiče vřazen galvanometr. Když se na vysílací straně vodič uzemnil, na přijímací straně se proud náhle změnil a vychýlil ručičku galvanometru. V Loomisových experimentech tak byly poprvé v historii rádiových komunikací ve skutečnosti zvednuty nad zem - antény (vysílací a přijímací). Později M. Loomis nahradil draky s vyzvedávanými vodiči vysokými dřevěnými stožáry pokrytými kovem. Záznam o svých experimentech s vysvětlením toho, jak jeho systém bezdrátového spojení funguje je z roku 1868. Teprve až po 19 letech (v roce 1887) byly provedeny znamenité experimenty Heinricha Hertze, které dokázaly reálnost rádiových vln (jejich existence vyplynula z teorie J. C. Maxwella).

Pamětní deska M. Loomisovi

V roce 1872 dostal M. Loomis americký patent (číslo 129971) na bezdrátový telegraf. Loomisův vynález však tehdy, bohužel, nedoznal žádného praktického využití. Po 15 letech (v roce 1901), když se po výsledcích prací A. S. Popova a G. Marconiho začalo rádiové spojení intenzivně rozšiřovat po celém světě, napsal starší bratr M. Loomise stať, která veřejnosti připomněla, kdo byl ve skutečnosti průkopníkem bezdrátového telegrafu.

V roce 1883 objevil americký vynálezce Thomas Alva Edison (1847-1931) emisi elektronů z žhavícího vlákna (rozžhaveného do vysoké teploty ve vakuu), ke které dochází působením protékajícího elektrického proudu.

Thomas Alva Edison

T. A. Edison vytvořil první prototyp nejjednodušší elektronky - diody. Pracovala jako detektor elektromagnetických vln a byla to skleněná baňka z níž byl odčerpán vzduch se dvěma elektrodami (katodou a anodou) ve formě kovových plíšků. Rozžhavená katoda elektrony emitovala a anoda je přitahovala. Funkce diody tak využívala Edisonova efektu. Edisonův objev se stal základem pro vytvoření a funkci všech druhů pozdějších elektronek, bez kterých by v tehdejší době byl další rozvoj prostředků rádiových komunikací nemožný. Elektronky plnily všechny základní funkce elektronických zařízení a bloků - detektorů (usměrňovačů) zesilovačů pro celou škálu kmitočtů, generátorů (oscilátorů), směšovačů a dalších.

V roce 1886 vynalezl německý fyzik Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) vysílač (Hertzův vibrátor) a přijímač (Hertzův rezonátor) elektromagnetických vln. Experimentálně ověřil Faradayovy a Maxwellovy teoretické předpoklady o šíření elektromagnetických vln, a tím odstartoval další kroky k rozvoji bezdrátového spojení.

Heinrich Rudolf Hertz

Rádiové vlny svého vysílače H. R. Hertz přijímal na vzdálenostech do 20 m. Jeho aparatura původně sestávala z velkého induktoru, který měl svoje jiskřiště a byl umístěn v jednom rohu místnosti. V druhém rohu byl umístěn oscilátor, tvořený dvěma kovovými koulemi vzdálenými od sebe jen pětinu milimetru s připojeným kusem drátu ve funkci přijímací antény. Po spuštění induktoru a jiskření na vysílací straně, se objevily jiskry i na přijímací straně. Aparatura je znázorněna na dobovém obrázku níže.

Hertzova aparatura (vysílač - přijímač)

H. R. Hertz se svou aparaturou poprvé fyzicky dokázal přenos šířením elektromagnetických vln bez nutnosti vodičů. Kromě toho dokázal i možnost odrazu a lomu elektromagnetických vln, což prokázalo totožný charakter těchto vln a světla. O výsledcích Hertzových experimentů se svět dověděl v prosinci 1888 po zasedání Berlínské akademie věd.  Byl to velký světový objev a aniž o tom H. R. Hertz věděl, byl jen na krok vzdálen od možnosti praktického využívání rádiového spojení. Prováděním dalších experimentů se dostal až k objevu fotoelektrického jevu a katodových paprsků. Navždy po něm, jako připomínka, zůstalo pojmenování jednotky kmitočtu - Hertz (1 Hz).

V roce 1890 postavil francouzský fyzik a vynálezce Édouard Branly (celým jménem Édouard Eugène Désiré Branly, (1844-1940)  zdokonalený koherer (rádiový detektor) pak prakticky použitý v prvních rádiových přijímačích období 1900 až 1910.

Édouard Branly

Branlyho koherer byla trubička s dvěma stříbrnými elektrodami a mez nimi volnými niklovými pilinami. Když byl přiveden signál z přijímací antény, způsobilo to pokles odporu pilin a prostředí uvnitř se stalo vodivé. Koherer byl také připojen k obvodu stejnosměrného proudu napájenému z baterie a bylo k němu připojeno sluchátko nebo zapisovač přijímaného signálu na papír. Když se koherer zapnul objevil se ve sluchátku zvuk nebo na papíře symbol.

Branlyho koherer

Pro zajímavost: Nevýhodou bylo to, že působením nepatrných elektrických výbojů se piliny “zapekly” a trubička zůstala ve vodivém stavu i při odpojeném signálu. Musel být uplatněn princip či návod “před dalším použitím zatřepat”. Tato nevýhoda se později “chytře” vyřešila přidáním paličky připevněné ke kotvě relé, která klepnutím pilinový prášek protřepala. Nic naplat, Branlyho koherer se stal neoddělitelnou součástí prvních rádiových přijímačů vhodných pro použití v pozdějším praktickém rádiovém spojení.

Doba vynálezů pro praktické rádiové spojení se neodvratně přibližovala. V roce 1893 demonstroval americký fyzik, vynálezce a konstruktér srbského původu Nikola Tesla (1856-1943), jako jeden z prvních, veřejně svůj systém bezdrátového spojení a stal se jeho oficiálním objevitelem.

Nikola Tesla

N. Tesla navázal a tvůrčím způsobem využil poznatky J. C. Maxwella a H. R. Hertze (v mnohém je zkorigoval) o šíření elektromagnetických vln. I když v zámyslu a jeho technickém zaměření převažovala snaha o umožnění dálkového bezdrátového přenosu velkých elektrických výkonů, věnoval se intenzivně i otázkám bezdrátového spojení. Na Long Islandu (u New Yorku) vybudoval svoji znamenitou laboratoř (obrázek níže).

Teslova laboratoř v Shorehamu s anténní věží (Long Island)

Byl přesvědčen, že pro účely celosvětového bezdrátového spojení je možné využít i šíření vln v prostředí země a to také s využitím uzemnění své aparatury ověřil.

Řada vynálezů N. Tesly se dočkala uznání až po jeho smrti. Po jeho smrti, také úřady uznaly, že Nobelova cena, kterou za vynález rádiového spojení dostal italský G. Marconi, měla být správně přisouzena N. Teslovi, napravit to však již nebylo možné. Na jeho počest byla po něm aspoň pojmenována jednotka magnetické indukce tesla (1 T).

V letech 1893 až 1894 prováděl Brazilec Landell de Moura (celým jménem Father Roberto Landell de Moura, 1861-1928) experimenty s bezdrátovou telegrafií (první vysílač postavil v roce 1892, ještě před experimenty prováděnými G. Marconim). O jeho experimentech se veřejnost dověděla až v roce 1900.

Landell de Moura

Práce a experimenty L. de Moura zahrnovaly jak bezdrátovou telegrafii, tak i bezdrátovou telefonii. V období jeho života a práce ve Spojených státech získal řadu cenných amerických patentů.

V roce 1894 veřejně demonstroval využití rádiových vln anglický fyzik sir Oliver Joseph Lodge (1851-1940) a indický matematik, fyzik, atd. Jagdish Chandra Bose (1858-1937).

Oliver Joseph Lodge

O. J. Lodge prováděl od roku 1881 experimenty se šířením a příjmem elektromagnetických vln, k čemuž využíval Branlyho kohereru. V roce 1894 předvedl v anglickém královském institutu nové provedení přijímače s náhradou zastaralého kohereru novými detektory na magnetickém, elektrolytickém a krystalovém principu. V roce 1897 se stal držitelem patentů na použití induktorů a kapacitorů pro nastavování kmitočtu bezdrátových vysílačů a přijímačů.

Jagdish Chandra Bose

J. Ch. Bose se v posledním desetiletí předminulého století intenzivně věnoval bezdrátovým přenosům signálů. Řadu experimentů uskutečnil ještě před G. Marconim. Byl prvním, kdo použil polovodičový přechod pro detekci rádiových vln.

Posléze nadešla doba prezentování výsledků prací význačného ruského fyzika Alexandra Stěpanoviče Popova (1859-1906) a italského fyzika a vynálezce Guglielma Marconiho (1874-1937).

Alexandr Stěpanovič Popov

A. S. Popov původně sestrojil pro petrohradskou meteorologickou stanici registrační přístroj indikující bouřkovou činnost. Po jeho sestrojení se ukázalo, že reagoval nejen na blesky, ale registroval i krátké záblesky, například ve tvaru teček a čárek telegrafní abecedy. V květnu 1895 předvedl A. S. Popov svůj přístroj členům Ruské fyzikálně-technické společnosti. Sestával z bleskosvodu (vlastně tvořil anténu), kohereru, telegrafního relé a zvonku.

V prosinci téhož roku oznámil dosažení regulérního spojení a v březnu 1896 na petrohradské univerzitě veřejně předvedl spojení mezi budovami, vzdálenými od sebe 250 m. Bohužel si svůj vynález původně nedal patentovat a tak se stalo, že ho předběhl Ital G. Marconi. Teprve v únoru 1900 byl vydán na jeho vynález britský patent. A. S. Popov se plného uznání jeho zásluh tímto způsobem bohužel nedožil. G. Marconimu pak byla v roce 1909 udělena Nobelova cena.

Vědec A. S. Popov se nevyhýbal ani podnikatelské činnosti. Měl zájem o komerční využití jím vynalezených přístrojů. Jeho registrátor bouřek byl vybaven pro automatický záznam elektrických výbojů v atmosféře na papírový pás (od srpna 1885 byl v praktickém nasazení). Druhý přístroj - přijímač rádiových vln generovaných Hertzovým vibrátorem (předvedený v květnu na zasedání Ruské fyzikálně-chemické společnosti) byl plně vhodný k použití pro spolehlivé rádiové přenosy. Podrobný popis obou zařízení byl A. S. Popovem publikován v časopise Ruské fyzikálně-chemické společnosti, ročníku 1896. Popovovo jméno se stalo široce známým a on začal dostávat nabídky na spolupráci.

Významnou byla spolupráce A. S. Popova s francouzským podnikatelem a výrobcem vědeckých přístrojů Eugènem Adrienem Ducretetem (1844-1915).

Eugène Adrien Ducretet

S využitím publikovaného popisu a schématu Popovova rádiového zařízení, E. A. Ducretet, který vlastnil dílnu na výrobu fyzikálních přístrojů v Paříži, zhotovil v listopadu 1897 přijímací a vysílací aparaturu a předvedl ji (jako vynález profesora A. S. Popova) na zasedání Francouzské fyzikální společnosti.

E. A. Ducretet ve své pracovně

Mezi ruským vědcem a francouzským podnikatelem se rozvinula čilá korespondence (zachovalo se přes 200 dopisů). To pomohlo E. A. Ducretetovi již koncem roku 1898 zahájit sériovou výrobu lodních rádiových stanic (zhotovených podle podkladů A. S. Popova) pro ruskou a francouzskou námořní správu. Ruskému námořnictvu jeho firma v letech 1899-1904 dodala padesát kompletů přijímač-vysílač, u nichž se výstup přijímaných signálů Morseovy abecedy uskutečňoval obvyklým telegrafním přístrojem na papírový proužek. Po roce 1900 byl do sestavy rádiové stanice zařazen nový přijímač depeší se zvýšenou citlivostí (patentovaný A. S. Popovem v Rusku, Francii a Anglii). Značky Morseovy abecedy se přijímaly operátorem sluchově pomocí náhlavních sluchátek. Tento druh příjmu zpráv se brzy stal u všech radistů na světě základním způsobem příjmu.

A. S. Popov se stal společníkem E. A. Ducreteta a jeho jméno bylo na všech sériových výrobcích francouzské firmy. Zařízení bylo použito pro vytvoření prvního vojenského rádiového spoje zřízeného začátkem roku 1900 pod vedením A. S. Popova na obrněném křižníku “Generál-admirál Apraxin”, který chybou v navigaci narazil na skálu u ostrova Hogland ve Finském zálivu. Rádiový spoj, dlouhý 47 km od místa havárie do finského města Kotka, spojeného drátovým telegrafem s Petrohradem, pracoval 84 dnů. Denně se po něm v 9 hodin ráno vysílaly signály přesného času a v té době bylo přeneseno celkem 440 služebních radiogramů, včetně příkazu pro ledoborec “Jermak”, který byl poblíž křižníku, aby vyplul a vyhledal rybáře, které odnesla ledová kra na širé moře. První praktické využití rádiového spojení tak zachránilo 27 lidských životů. V roce 1900 A. S. Popov založil první ruskou rádiovou dílnu v legendárním námořním městě Kronštadtu a technicky vedl rádiové vyzbrojování vojenského námořnictva.

Další významné styky měl A. S. Popov s britskou společností The Marconi International Marine a německou firmou Telefunken. Neopomenutelnou zajímavostí je i fakt předání bronzové čestné desky americké prestižní odborné společnosti IEEE (Institutu pro elektrotechnické a elektronické inženýrství) do Petrohradu, které se uskutečnilo v květnu 2005 u příležitosti mezinárodní vědecké konference “Rádio - spojení věků”. Deska je umístěna před vchodem do památného muzea-laboratoře A. S. Popova při Elektrotechnické univerzitě, kde se v roce 1901 stal vynálezce rádia profesorem fyziky a pak v roce 1905 ředitelem.

Pamětní deska A. S. Popovovi od americké společnosti IEEE

G. Marconi v roce 1894 pracoval na obdobné problematice jako A. S. Popov. Výsledky svých experimentů tajil až do června 1986, kdy si (na rozdíl od A. S. Popova) v Anglii přihlásil patent na vyřešení bezdrátové telegrafie.

Guglielmo Marconi

Marconiho vysílač sestával z otevřeného oscilátoru s jiskřištěm, v němž anténa ve tvaru dlouhého svislého drátu představovala kapacitor. V oscilátoru byl zařazen induktor (cívka), nastavená na kmitočet dlouhých elektromagnetických vln. Marconi zjistil, že stačí jen polovina oscilátoru, a jiskřiště přímo uzemnil. Přijímač byl proveden podobně, avšak namísto jiskřiště byl použit koherer. Pomocí této sestavy vysílal zprávy na vzdálenost 18 km.

G. Marconi se svou aparaturou (vlevo - princip)

Provedení kohereru pak zdokonalil v roce 1895 A. S. Popov a o rok později také G. Marconi. Po několikaletém výzkumu a řadě praktických experimentů nakonec, v prosinci 1901, G. Marconi poslal pomocí elektromagnetických vln první rádiovou zprávu přes Atlantský oceán (vzdálenost 3360 km). To bylo tehdy skutečnou revolucí a nadchlo to jak technickou veřejnost, tak i zainteresované publicisty. Po této události začalo opravdové široké zavádění rádiových komunikací do praxe pro vojenské a komerční účely.

Role radioamatérů

Na konci 90. let předminulého století zainteresovalo rádiové spojení, kromě profesionálů (vědců, inženýrů, vojáků, byznysmenů atd.) i radioamatéry, nadšence kteří neusilovali o to, aby získali osvojením a využíváním tohoto nového druhu spojení nějaké materiální výhody. Pomohly tomu vědecké a vědecko-populární publikace s danou problematikou, obsahující informace o konstrukčním řešení zařízení vhodných pro praktické rádiové komunikace. V lednu 1898 s jejich pomocí zřídil Angličan Meade Dennis rádiovou trasu mezi Dartfordem (v Kentu) a Londýnem.

V roce 1899 publikoval prestižní americký časopis Scientific American velký článek zabývající se výsledky experimentů G. Marconiho a téhož roku červnové číslo časopisu American Electrician přineslo podrobnosti o konstrukci Marconiho antény a potřebné rádiové výbavy. Oba články byly značným přínosem nejen pro radioamatéry, ale i pro profesionály. Pozornost v daných letech vzbudily profesionální rádiové vysílače s výkonem až 5 kW, které pokryly vzdálenost 800 km.

V prvních letech rozvoje radiotelegrafních komunikací ještě nebyla aktivita radioamatérů zaměřena na osobní korespondenci s jinými rádiovými stanicemi. Osobní rádiová korespondence byla výjimečnou věcí. Fakticky se amatéři soustřeďovali buď na technický rozvoj v zájmu čisté univerzitní vědy, nebo v osobním zájmu, anebo (což bylo nejčastější) pro zvídavou účast v prvních krocích rozvoje nové technologie. Amatérské rádiové vysílače a přijímače se začaly houfně šířit. Skromná zařízení amatérů měla většinou dosah jen několika desítek kilometrů. Odhaduje se, že počet “velkých” amatérských rádiových stanic s dosahem přes 15 km činil asi šest set, zatímco “malých” amatérských stanic s dosahem 1 až 3 km bylo asi tři tisíce (většinou ve Spojených státech a Velké Británii).

A co radiotelefonie?

Společně s osvojením radiotelegrafních komunikací se začaly uskutečňovat první experimenty s radiotelefonií. První experiment s radiotelefonním spojení podnikl roku 1900 Američan kanadského původu Reginald Aubrey Fessenden (1866-1932).

Reginald Aubrey Fessenden

V roce 1906 R. A. Fessenden poprvé úspěšně uskutečnil rozhlasové vysílání (hudbu a reklamu) do éteru. Rozhlasový program se přijímal detektorovými rádiovými přijímači.

Při psaní těchto řádků se autorovi příspěvku vybavují vzpomínky na to, jak on sám v klukovských letech sestrojoval přijímače-”krystalky” s použitím krystalu galenitu, do jehož koutků se zabodával kovový hrot (drátek) a filtračního kondenzátoru (obrázek níže). Byl to primitivní rádiový přijímač bez jakéhokoli elektrického napájení a umožňoval přijímat do sluchátka nejbližší silnou rozhlasovou stanici. Nastavováním hrotu na různá místa krystalu se vyhledával nejlepší příjem. Krystal s hrotem funkčně tvořil usměrňovací diodu. Anténou byl dostatečně dlouhý vyzvednutý drát připojovaný ke krystalovému detektoru. Přijímat takto, i když v nevalné kvalitě, rozhlasový signál bylo opravdu vzrušující. Také se zkoušel i příjem “na jablko”, “na bramboru” apod. (rozdělené na dvě poloviny). A fungovalo to.

Princip krystalky (vlevo) a provedení galenitového detektoru

Dva příklady provedení přijímače-krystalky z konce 20. let minulého století

Postupně se začaly radiotelefonní přenosy (včetně rozhlasových) rozšiřovat, příslušná zařízení ale vyžadovala podstatné zdokonalování. Radioamatéři i další uživatelé však ještě řadu let prakticky pracovali pouze v radiotelegrafním režimu. Bylo to dáno tím, že radiotelefonní a rozhlasový provoz s jiskrovými vysílači byl obtížný a narážel na praktické problémy.

Počátek využívání ionosféry v rádiových komunikacích

V roce 1902 předpověděl britský matematik a fyzik (samouk) Oliver Heaviside (1850-1925) existenci ionizované vrstvy vysoko (60 až 80 km) nad povrchem Země, která podle jeho přesvědčení odráží rádiové vlny.

Oliver Heaviside

Později se potvrdila správnost této hypotézy. Ukázalo se, že šíření rádiových vln pomocí odrazů (a lomu) od ionosféry umožnilo uskutečňovat především krátkovlnné rádiové přenosy na velmi velké vzdálenosti. Stav ionosféry se vlivem slunečního záření mění, a to v denní i roční době (obrázek níže).

Nemálo důležitou roli v poznání a praktickém využívání tohoto jevu sehráli radioamatéři.

Působení ionosféry na šíření rádiových vln (vlevo) a proměnlivost ionosférických vrstev

Mezi další zásluhy O. Heavisida patří zavedení komplexních čísel do teorie elektrických obvodů a nalezení nových metod řešení diferenciálních rovnic. Patří mu i některé cenné objevy v oblasti vektorové analýzy. Do teorie elektromagnetizmu zavedl mnoho nových pojmů - konduktanci, admitanci, impedanci, induktanci, permitanci, permeabilitu, reluktanci a elektret. Jeho značným hendikepem bylo nepochopení ze strany velké části tehdejší vědecké komunity. O to přesvědčivější se později staly výsledky jeho práce, které ovlivnily další rozvoj matematiky a fyziky na mnoho let dopředu.

Další objevy a vynálezy

V roce 1902 americký vynálezce a vynikající telegrafista Horace Greeley Martin (1873-?) vynalezl poloautomatický telegrafní klíč - předobraz budoucích elektronických telegrafních klíčů.

Horace G. Martin

Ukázalo se, že bylo nutné řešit praktické problémy profesionálních telegrafistů. Práce s původním jednoduchým mechanickým telegrafním klíčem byla při dlouhodobém provozu spojena se značným namáháním zápěstí zaměstnané ruky. H. G. Martin proto vyrobil a nechal si patentovat první poloautomatický telegrafní klíč s původním názvem “Martinův Autoplex”, později známý jako “Vibroplex” (v hantýrce “bug” podle obrázku štěnice na firemním štítku). Byla založena firma Vibroplex Company a Martinův vynález začal slavit komerční úspěchy. Rychle pronikl do celé komerční sféry, železnice, armády, tisku, ale i mezi radioamatéry. Pohled na Martinův poloautomatický telegrafní klíč (jednu z verzí konstrukčního provedení) je na obrázku níže.

Poloautomatický telegrafní klíč Vibroplex (příklad)

Při práci telegrafisty s tímto klíčem spočívá jeho ruka na stole, nedochází k namáhání zápěstí, znaky Morseovy abecedy jsou pravidelné (na rozdíl od ručního klíče) a zacvičený operátor může lehce dosáhnout rychlosti klíčování přes 40 slov za minutu při podstatně snížené chybovosti.

Všeobecné rozšíření rádiových komunikací si vyžádalo mezinárodní regulaci. V roce 1903 se konala první Berlínská mezinárodní konference o bezdrátovém telegrafním spojení (Berlin International Wireless Telegraph Conference).

Účastníci berlínské konference z roku 1903

Stanovila především pravidla pro mezinárodní regulaci telegrafního spojení v námořní lodní dopravě a prioritu pro volání lodí o pomoc. Potvrdila také platnost mezinárodní telegrafní konvence přijaté v ruském Petrohradě.

Pokročme však dál v oblasti objevů a vynálezů. V roce 1904 sestrojil britský fyzik sir John Ambrose Fleming (1849-1945) první vakuovou dvouelektrodovou elektronku - diodu (“Flemingovu lampu”) a použil ji jako detektor v rádiových přijímačích. Tu si nechal v listopadu téhož roku patentovat. Vynález charakterizuje obrázek uvedený níže na závěr této části.

Sir John Ambrose Fleming

Flemingova dioda vyla pak po mnohá léta používána v rádiových přijímačích a radarech. Později, teprve po více než 50 letech ji nahradila technologie polovodičových prvků.

Jedno z prvních provedení Flemingovy diody (vlevo) a schéma rádiového přijímače s jejím použitím

V roce 1906 americký fyzik a vynálezce Lee de Forest (1873-1961) vzal za základ Flemingovu diodu a přidal do ní (mezi katodu a anodu) třetí elektrodu - mřížku (v provedení jemné kovové síťky). Stal se tak vynálezcem zesilovací elektronky - triody (on sám ji původně nazval audion).

Lee de Forest

Trioda se v tehdejší radiotechnice rychle rozšířila a v první polovině 20. století se stala základem většiny elektronických zařízení té doby.

Forestova trioda (vlevo) a schématická značka triody (s nepřímým žhavením katody)

V roce 1942 zdokonalil Američan rakouského původu Fritz Lowenstein (dříve jeden z asistentů Nikoly Tesly) Forestovu triodu tak, že byla schopna spolehlivě zesilovat nízkofrekvenční signály a pracovat i jako stabilní oscilátor. Nové provedení elektronky si pojistil patenty, které v roce 1918 odkoupila rychle se rozvíjející americká společnost General Electric a zajistila zdokonalené provedení elektronky. Příkladem rychlého uchopení triody a efektivního uplatnění ve výrově jsou americká společnost AT&T a evropská (německá) Telefunken.

I když se Forestova trioda stala jedním z nejvýznamnějších objevů tehdejší radiotechniky, zdokonalování a zvyšování funkčních schopností pokračovalo, a to doplňováním dalších elektrod do elektronky. Tak vznikla tetroda s dvěma mřížkami (Hiroshi Ando, 1919) a nejpoužívanější pentoda s třemi mřížkami (Bernhard D. H. Tellegen, 1926). I tyto elektronky se v novější historii (20. století) dočkaly nahrazení polovodičovými prvky.

Počátek elektronek v českých zemích

Povídání o počátcích elektronek by nebylo možné ukončit bez alespoň stručné zmínky o jejich počátku v naší vlasti. Dvacátá léta minulého století ukázala nezbytnost dosažení nezávislosti československé elektroniky na problematických dodávkách drahých zahraničních elektronek. Je charakteristické, že taková potřeba vyvstala v souvislosti s rozvojem předválečné československé vojenské elektroniky. V rámci vojenské správy se stala kritickou potřeba tuzemských elektronek pro zajištění vývoje a výroby vojenských rádiových stanic pro československou armádu.

Základem pro inicializaci vývoje a výroby prvních československých elektronek v tuzemském průmyslu bylo zadání vypracované v tehdejších Vojenských telegrafních dílnách ministerstva národní obrany, které byly výzkumně-vývojovou a ve značné míře i výrobní základnou elektronických zařízení pro československou brannou moc. První pokusy o zkonstruování elektronky v ČSR se uskutečnily v hloubětínské továrně na žárovky Elektra v Praze. Největším propagátorem osvojení vlastní výroby elektronek v ČSR byl vynikající radiokonstruktér Ing. Jan Bísek, který se stal jejich prvním konstruktérem a organizátorem výroby.

Ing. Jan Bísek - tvůrce prvních československých elektronek

První elektronky (u nás se jim říkalo "elektronové lampy", nebo pouze "lampy") byly vlastně jen upravenými žárovkami a také se žárovce velmi podobaly. Jev termoemise elektronů, na kterém byly založeny, jak již víme z předchozího textu, objevil Thomas Alva Edison v roce 1883, i když o samotných elektronech se tehdy ještě nevědělo. V počátcích posloužilo wolframové vlákno žárovek jako přímo žhavená katoda, niklový drát (ve větších žárovkách se používal jako nosník), se použil na nosníky vlákna katody a mřížky. Anoda byla z rozválcované niklové mince. Vysokého vakua (10-4 Pa) v baňce se dosáhlo pomocí dvoustupňové rtuťové vývěvy, průchodky ve skle se vyrobily z platiny.  V Hloubětíně se zrodila první československá elektronka (trioda).

První československé elektronky ze závodu Elektra v Praze

Po úspěšném vyřešení řady nemalých problémů se vše zvládlo a na podzim 1921 se mohly první vzorky elektronek předat Prof. Ing. Ludvíku Šimkovi z Vysokého učení technického, přednostovi Elektrotechnického ústavu v Praze k testováni a zpracování posudku. Elektronky byly shledány jako plnocenný ekvivalent zahraničních výrobků, zcela vyhovující  pro praktické použití. Ukázalo se mj. jak program a vývojové úkoly ve Vojenských telegrafních dílnách urychlily technický pokrok v elektrotechnickém průmyslu ČSR 20. let a v důležité oblasti přispěly k dosažení nezávislosti na cizině.

Odborný posudek Prof. Ing. L. Šimka na první československé elektronky (1922)

Zde je odkaz na související příspěvek tohoto blogu: http://c4-isr.blogspot.cz/2013/08/historie-vojenske-elektroniky-v_16.html

Ještě zpět k rozvoji ve světě

V listopadu 1906 na 2. Berlínské mezinárodní konferenci o bezdrátové telegrafii byla podepsána mezinárodní dohoda “Berlin International Wireless Telegraph Convention”, která se stala dalším prarodičem současné Mezinárodní telekomunikační unie (ITU). Na konferenci byl nahrazen termín “bezdrátový” novým termínem “rádiový”. Proto se dosažená dohoda v budoucnu často nazývala Mezinárodní radiotelegrafní konvence.

Dosud plně nedoceněný význam pro rozvoj radiotechniky a rádiových komunikací mělo v celosvětovém měřítku radioamatérské hnutí. Obětavým, zaníceným a hrdým radioamatérům je nutné přiznat jejich značné zásluhy. Opravdu si zaslouží odpovídající poctu.

Všeobecný radioamatérský znak

V roce 1908 začal vycházet v USA časopis Modern Electrics (pozdější název Electrical Experimenter). Vydával se jako měsíčník pro radioamatéry a všechny, kdo měli jako svého koníčka radiotechniku. Časopis sehrál důležitou roli v rozšiřování radiotechnických znalostí a popularizaci radioamatérství, zejména v prvních stádiích jeho rozvoje.

Ukázka obálky časopisu Modern Electrics

V témže roce byla vydána první radioamatérská příručka “Wireless Telegraph Construction for Amateurs”. Pro další rozvoj oboru představovala obrovský praktický přínos.

Obálka první radioamatérské příručky

Počet organizací a osob zajímajících se o rádiové komunikace neustále rostl. Individuální radioamatéři se začali setkávat, aby mohli lépe realizovat své plány a zámysly. V lednu 1909 vznikl v New Yorku první radioamatérská společnost (klub) mladých radioamatérů (Junior Wireless Club Limited), který se v roce 1911 přejmenoval na Americký radioklub (Radio Club of America). První národní radioamatérská společnost vznikla v roce 1910 v Austrálii (Wireless Institute of Australia). Na jaře 1911 byl založen první britský radioklub (Wireless Club of Great Britain).

V roce 1911 dosáhl počet amatérských rádiových stanic v USA asi 10 000, přibližně stejný počet byl i ve Velké Británii a zhruba takový počet měly i stanice ve všech ostatních zemích dohromady.

Znak mezinárodní radioamatérské unie (IARU)

Současným představitelem světového radioamatérského hnutí je Mezinárodní radioamatérská unie (International Amateur Radio Union) založená roku 1926, se sídlem v Paříži. Zahrnuje přes 160 národních radioamatérských společností.

A co prehistorie rádiových komunikací v naší zemi?

Hned na začátku si můžeme odpovědět, že v podstatě, bohužel, žádná nebyla (v tom smyslu jak je probírána výše ve světovém měřítku). Ale podívejme se na tuto otázku ze širšího hlediska.

Předně musíme mít na mysli to, že v době průběhu světové prehistorie rádiových komunikací žádné Československo, jako samostatný stát, neexistovalo. Naše území bylo součástí Rakousko-uherské monarchie. Je tedy možné pouze posuzovat hospodářskou a technickou vyspělost (či naopak zaostalost) Českých zemí (nebo jejich regionů, v té době případně i Slovenska). Ta byla územně velmi nerovnoměrná. Ekonomicky České země nebyly v žádném případě, při porovnání se zbytkem monarchie, na výši. Chyběl investiční kapitál a rozvoj brzdilo i vysoké daňové zatížení. I když na počet podniků byl průmysl v našich zemích hojný, opravdu významné průmyslové podniky byly rozmístěny převážně na rakouském území (zbrojovky, automobilový, začínající elektrotechnický průmysl aj.), snad s výjimkou Škodových závodů.

Start vyššího hospodářského růstu nastal kolem roku 1880. Vůbec však nešlo o nějaký “český hospodářský zázrak”, spíše o dohánění. Průmyslové koncerny jako Škoda Plzeň nebo Kolben-Daněk mohly začít konkurovat teprve na přelomu 19. a 20. století. V porovnání s bouřlivě se rozvíjejícím Západem to však byly ještě “trpasličí závody”. Elektrotechnický průmysl se jako odvětví na našem území začal rozvíjet až na samém konci 19. století. Jeho rozvoj byl především spojen se jménem našeho tehdejšího technického velikána Františka Křižíka (1847-1941).

O stavu bezdrátových komunikací a jejich rozvoji (obecně to platí i pro radiotechniku) na našem území v době, kdy jsme byli součástí rakousko-uherské říše nelze vůbec hovořit. Teprve v době vzniku našeho samostatného státu začalo na našem území docházet ke změnám v oblasti průmyslu, k jeho reorganizaci a zakládání nových podniků.

Raná historie rádiového spojení a rozhlasu na čs. území

Nemáme-li v podstatě žádnou naši prehistorii rádiových komunikací (jako jinde ve světě), podívejme se blíže (aspoň v omezeném rozsahu) na jejich ranou historii. Je zajímavá.

O bezdrátových přenosech je možné uvést to, že se na území našeho státu první pokusy s rádiovými komunikacemi uskutečnily v období před první světovou válkou. V roce 1908 bylo zorganizováno veřejné předvedení bezdrátového spojení v rámci Obchodní a průmyslové výstavy v Praze. Pražská stanice s jiskrovým vysílačem vedla rádiovou relaci s obdobnou stanicí umístěnou na vybraném návrší u Karlových Varů. Předváděná relace se těšila velkému zájmu, i když při příjmu signálů bylo možné pouze pozorovat žárovky, které se rozsvěcovaly v rytmu přijímaných značek Morseovy abecedy. Velký problém nastal s rozdíly v kvalitě přenosu jednotlivých směrů vysílaných signálů. Na rozdíl od velmi dobré kvality příjmu v Praze, byl příjem u Karlových Varů velmi problematický.

V době před první světovou válkou to bylo jediné oficiální předvedení bezdrátového přenosu na území našeho budoucího samostatného státu. Bylo totiž charakteristické to, že rakousko-uherská vláda usilovně bránila možnému proniknutí nového druhu spojení do českého prostředí. To platilo i pro provádění vědeckých prací a experimentů probíhajících již od roku 1894 v  laboratoři C. a k. české vysoké školy technické v Praze. Rakouské vládní kruhy se obávaly, že by Češi někdy mohli využít nový druh komunikací ve prospěch cílů své národní politiky.

Tento přístup vládců rakousko-uherské monarchie pak přetrvával i v době I. světové války. Tehdejší vojenská správa se při zřizování rádiových stanic důsledně vyhýbala území Koruny české. To způsobilo, že při vzniku nového samostatného státu byla na území celé Československé republiky jen jedna (navíc tehdy již zcela zastaralá) vojenská vysílací stanice s malým dosahem, umístěná v Moravské Ostravě, a jen jedna přijímací stanice - na letišti v Chebu.

Nový československý stát byl takřka bez spojení s cizinou. Proto bylo jedním z hlavních úkolů po válce urychlené vybudování komunikační sítě, která by zajistila rychlé a spolehlivé spojení se světem. Bylo zřejmé, že zastaralá a válkou poznamenaná zřízení musejí být nahrazena takovými prostředky, které nebudou závislé na kabelové telefonní síti.

Prof. Ing. Ludvík Šimek

Nutnost zajištění rychlého a přímého bezdrátového spojení, zejména se západní Evropou, přivedla několik pro věc zapálených odborníků vedených profesorem Ing. Ludvíkem Šimkem (1875-1945, týmž, který je zmíněn výše v pojednání o prvních československých elektronkách, viz obrázek L. Šimka výše) k sestrojení jiskrového radiotelegrafního vysílače o výkonu 5 kW (efektivní vysílací výkon byl asi poloviční). Jako věž pro anténu posloužila petřínská rozhledna. Provoz stanice se osvědčil, o čemž svědčí to, že již koncem roku 1918 bylo dosaženo přímého rádiového spojení Prahy s Paříží. Po realizovaném rádiovém spoji se pak přenášely utajované depeše ministerstva zahraničí (což mělo v době přípravy mírové smlouvy velký význam).

Vybavení stanice také umožnilo, že se v roce 1919 z petřínské stanice mohl uskutečnit také radiotelefonní přenos. Stále ještě poměrně málo výkonný jiskrový francouzský vysílač byl nahrazen elektronkovým vysílačem německé firmy Telefunken o výkonu 10 kW. Ten byl uveden do provozu v červenci 1920 a vzápětí bylo navázáno velmi kvalitní rádiové spojení s Paříží, Moskvou a Římem.

Výše popsaná první československá komunikační sestava pro bezdrátové přenosy, jakož i všechny další brzy postavené radiotelegrafní stanice podléhaly tehdejší vojenské správě. Velení tehdejší československé branné moci (tehdy používaný termín pro ozbrojené síly státu) v roce 1920 pochopilo důležitost rádiových komunikací pro stát a jeho armádu, a v rámci reálné finanční situace přistoupilo k budování vlastní radiotelegrafní sítě. Klíčovým se ukázalo rozhodnutí zřídit vlastní vojenskou výzkumně-vývojovou základnu. Tou se stala organizace se skromným názvem - Vojenské telegrafní dílny. Původní opravárenství a uspokojování běžných reálných potřeb armády povýšily na výzkumně-vývojovou činnost a rozšířily o výrobu malých a středních sérií spojovacích zařízení. To se v dalším ukázalo jako velmi prozíravé.

Podrobně o celé historii československých vojenských komunikací a technických prostředcích spojovacího (v původním názvu telegrafního) vojska v meziválečném období (1918-1939) lze číst v autorově pětidílném seriálu tohoto blogu s názvem “Historie vojenské elektroniky v předválečné ČSR”. Hypertextový webový odkaz na první část seriálu je: http://c4-isr.blogspot.cz/2013/08/historie-vojenske-elektroniky-v.html. Jednoduchým klikáním je možné projít všemi částmi seriálu.

Za rychle se měnících podmínek ve státě se zvyšování významu radiotelegrafie rozšířilo z vojenské oblasti i na další oblasti, zejména např. na celý sektor dopravy. Došlo i k posunu v rádiovém vysílání do oblasti posílení styku s veřejností. Ukázal to i další experiment s využitím petřínské stanice. V hodinu trvajícím pořadu, odvysílaném k oslavě druhého výročí samostatnosti Československé republiky (28. října 1920) bylo ověřeno vysílání zvuku (mluveného slova a hudby) pro patřičně vybavené posluchače.

Role správy pošt a telegrafů

Po dosti dlouho trvajícím boji za “vládu” nad rádiovými přenosy všeho druhu, který s velkou intenzitou probíhal mezi ministerstvem národní obrany (MNO) a ministerstvem pošt a telegrafů (MPT), v listopadu 1920 ministerská rada rozhodla o přeřazení celé oblasti radiotelegrafie od MNO do kompetence MPT (jádrem předtím vzniklého MPT bylo pražské ředitelství pošt a telegrafů). Začátkem února 1921 bylo MNO vyzváno k předání petřínské stanice MPT, bez ohledu na to, že do té doby byly služby Petřína zajišťované MNO vysoce oceňovány v nejvyšších republikových kruzích.

V roce 1921 byly zahájena výstavba první vysílací stanice poštovní a telegrafní správy, která pak v lednu 1922 zahájila zkušební provoz. Vysílací stanicí bylo elektronkové rádiové zařízení berlínského výrobce Ericha F. Hutha s výkonem 250 W. To bylo prvním článkem řetězce, po kterém následovaly stanice v Komárově u Brna (s výkonem 1 kW), odkud se vedl pravidelný provoz s Prahou a Římem, dále na pražském Smíchově, v Kbelích u Prahy, a v červenci 1922 i příležitostná stanice na libereckém veletrhu. Byla také vybudována velká vysílací stanice v Poděbradech s dvěma vysílacími soupravami (po 50 kW výkonu). Zkušební vysílání začalo v březnu 1923, “ostrý” provoz byl spuštěn až koncem roku 1924.

Pro Československo byla vypracována koncepce, podle které mělo být území republiky rozděleno na tzv. telegrafní okresy, v jejichž středu by byly umístěny rádiové stanice s dosahem 350 až 500 km. Ty měly umožnit zprostředkování telegramů, poštovních, novinářských, burzovních, povětrnostních a úředních zpráv a oběžníků.

Pro spojení se zámořím se měla vybudovat velká rádiová stanice s náklady asi 100 milionů korun. Středisko mělo zajistit korespondenci s předpokládaným dosahem asi 3000 km (na dlouhých vlnách). Teprve v únoru 1927 se v rámci správy pošt a telegrafů zahájily experimenty s krátkovlnným vysíláním a až v roce 1929 se z poděbradské stanice vysílalo na krátkých vlnách se dvěma 20 kW vysílači (uskutečnila se relace Praha - Londýn).

Rozvoj rozhlasového vysílání

S radiovým vysíláním zvuku formou rozhlasového vysílání se konaly první nesmělé pokusy koncem roku 1922 a začátkem roku 1923 ve Kbelích (na kmitočtech zhruba 100 až 200 kHz), v Poděbradech (kmitočet kolem 96 kHz) a v hloubětínské Elektře. Pod vlivem rozvoje radiotelefonie v zahraničí, a také pod tlakem radioamatérů a žadatelů o povolení rozhlasového vysílání, vypracovalo MPT na jaře roku 1923 tehdy již velmi potřebný legislativní základ pro provozování rádiového vysílání (včetně rozhlasu).

První obecnou právní normou byl zákon o telegrafech z března 1923, který stanovil, že provozování radiotelefonního vysílání je výsostným právem státu. Soukromé společnosti mohly podle tohoto zákona získat koncesi k vysílání pouze pod podmínkou přísné kontroly ze strany státního orgánu. Například za továrnou podniku Radioslavia, která vyráběla rozhlasové přijímače, stála vlivná podnikatelská skupina sledující ryze komerční zájmy.

Základní podmínky k zahájení pravidelného rozhlasového vysílání tak byly v Československu vytvořeny na jaře 1923. Samotné zahájení proběhlo ve večerních hodinách 18. května 1923 (kdy zaznělo: “Haló, haló, zde vysílací stanice ve Kbelích u Prahy…”. Počátky provozu československého rozhlasu se však ukázaly jako neobyčejně složité. Kbelská stanice nebyla vůbec vhodná ke každodennímu rozhlasovému vysílání (byla stavěná k vysílání meteorologických zpráv letové služby a pro vysílání mluveného slova musela být speciálně upravena). Na tu dobu byla navíc dosti daleko od důležitého dění v Praze, například napojení na městskou hromadnou dopravu bylo nevyhovující. V únoru 1925 převzal úlohu kbelské stanice nový rádiový vysílač v pražských Strašnicích, určený právě pro rozhlasové vysílání.

Jak začínal čs. radiotechnický průmysl

Obecně lze říci, že v raných stádiích rádiového spojení na území našeho státu byly podmínky pro jeho rozvoj velmi svízelné. Bylo zde jen několik málo firem, které v malém rozsahu podnikaly v radiotechnickém oboru. Většina přijímačů, včetně jejich součástek (snad kromě elektronek), se ještě kolem roku 1905 stále vyráběla podomácku, jak pro nesnadnou dostupnost, tak i pro vysoké ceny. Nicméně firmy pak začaly rychle přibývat a jejich výrobky se začaly objevovat na trhu, i když ve značně proměnné kvalitě.

Ani příznivci radiotechniky to neměli snadné. Až do roku 1928 bylo možné vlastnit nejen rádiový vysílač, ale i přijímač, jen na základě velmi přísných koncesních podmínek. Pouhé přechovávání součástek (nemluvě o celém přijímači) bylo velmi těžkým prohřeškem proti zákonu.

V letech 1924-1925 začaly firmy ve větší míře dodávat na tuzemský trh české, “továrně vyrobené”, ale také (a to především) importované rádiové přijímače. Ve větším počtu začaly přibývat radiotechnické firmy. Mezi nejstarší podniky patřily například firma Radioslavie, Telegrafia v Pardubicích a Telektra v Olomouci, Myslík a Hyršovský v Přelouči (později zakoupená firmou Telefunken), Sigma, Bezdra, Mikrofona v Praze a další. V druhé polovině dvacátých a na počátku třicátých let vzniklo v ČSR dalších více než 20 společností, které zhotovovaly rozhlasové přijímače, nebo jejich komponenty.

Poměrně brzy na náš trh vstoupily i světově známé firmy jako Philips v Praze, Telefunken v Přelouči, Blaupunkt, ve 30. letech i Tungsram v Bratislavě. Přijímače a jejich díly se k nám dovážely z Německa, Rakouska a pro bohatší zákazníky i z USA.

Doplňme jen, že později, v období II. světové války, byl čs. průmysl donucen soustředit se na vojenskou výrobu a přijímačů se vyrábělo méně. Nedostatek byl řešen domácí výrobou a opravami starších přístrojů. V roce 1942 byla výroba radiotechnického průmyslu zastavena zcela. K její obnově činnosti došlo až po skončení války. To se začala psát nová etapa historie.

Radioamatérské hnutí v českých zemích

V rozvoji oboru radiotechniky měli amatéři od samých začátků své nezastupitelné místo. Radioamatérem se stal držitel radioamatérské licence, který získal od příslušného státního úřadu povolení k vysílání ve vyčleněných kmitočtových pásmech jmenovitě určených pro radioamatérské vysílání.

V celé historii oboru byli tito lidé velkou a důležitou hnací silou rychlého a efektivního vývoje. První radioamatéři se objevili ještě před vznikem reálných rádiových komunikací. K největšímu nárůstu radioamatérské činnosti u nás došlo po zahájení rozhlasového vysílání. Činnost radioamatérů byla dlouhou dobu zakazována a potom hlídána orgány ministerstva vnitra a ministerstva pošt a telegrafů. Ještě v roce 1923 byla stavba amatérských přijímačů zakázána a trestně stíhána.

V roce 1924 došlo k ustanovení první organizace radioamatérů u nás. Vznikl spolek nazvaný Československý radioklub. Již před oficiálním vznikem, od roku 1923 začal tento spolek vydávat samostatně časopis "Radioamatér". Už v prvním čísle byl uveden návod na zhotovení radiotelegrafní stanice. Významnou osobností se v aktivitách radioamatérů stal Ing. František Štěpánek, který stál u zrodu radioamatérské organizace i časopisu.

V prvních stanovách spolku bylo deklarováno získání práv vlastnit rádiový vysílač/přijímač a smět jej amatérsky stavět a provozovat. Nicméně bylo to stále regulováno koncesí, kterou musel zájemce získat.

V prvních letech rozhlasového vysílání docházelo k tomu, že amatérské výrobky se objevovaly v předstihu před výrobky továrními. I nové součástky byly nejprve ověřovány ve výrobcích radioamatérů. Mnoho firem přímo vyhledávalo a zaměstnávalo schopné radioamatéry, kteří pomáhali při vývoji. Avšak už 30. léta znamenala pro amatéry konec předstihu. Tovární výroba nabyla hromadný charakter. Došlo k zlevnění a zjednodušení rádiových přijímačů. Rozhlasové přijímače se běžnou výbavou domácností. Amatérská výroba se již nevyplácela, zájem mnoha radioamatérů se přesunul jinam. Počet členů radioklubu poklesl, i když Československý radioklub nezanikl.

V období války byla oficiální činnost radioklubu násilně zastavena. Až po roce 1945 byl spolek oficiálně uznán jako reálná existující organizace.

Znak Českého radioklubu (ČRK)

V současné době je národní organizací radioamatérů v České republice Český radioklub (http://www.crk.cz/CZ), viz zobrazení znaku výše.

Historie počátků vojenských rádiových komunikací

Opravdové počátky skutečných válečných bezdrátových komunikací je možné vysledovat od poměrně dávných dob odpovídajících raným objevům a vynálezům popisovaných výše v tomto příspěvku. Zajímavým bylo např. použití bezdrátových přenosů informací k vojenským komunikacím v britsko-búrských válkách v Jižní Africe, jmenovitě ve válce období 1899-1902.

My se však z praktických důvodů na historii počátků rádiových komunikací v armádách dobově vyspělých států podíváme prizmatem komunikací v první světové válce 1914-1918. Ta byla jednou z událostí, které nadlouho předurčily jak bude vypadat další vývoj v Evropě. Z pohledu dějin technologického rozvoje byla první světová válka signifikantní, protože znamenala debut mnoha nových typů zbraní a vojenské techniky a byla první velkou válkou, která “těžila” z technologického pokroku, mj. v elektrotechnice a radiotechnice.

Nové zbraně, jako tank, letoun, ponorka, Zeppelinova vzducholoď, kulomet, bojové chemické látky a některé další, přenesly válku a její následky i do oblasti civilního obyvatelstva. Němci odstřelovali Paříž dalekonosnými (dostřel až 100 km) děly, Londýn byl bombardován ze vzduchu, poprvé ze vzducholodě Graf Zeppelin.

Tehdejší válka nemohla být vedena bez technických prostředků vojenských komunikací. Z netechnických způsobů přenosu zpráv se během první světové války hojně využívali vojáci ve funkci spojky a poštovní holubi, samozřejmě se všemi omezeními, která jsou jim vlastní. Novou kvalitu a efektivnost přinesly právě technické komunikační prostředky, kterými byly zpočátku převážně přístroje pro drátovou (kabelovou) telegrafii a telefonii. Drátovou telegrafií se informace přenášely pomocí Morseovy abecedy.

Podívejme se, jak vypadala situace ve vojenských komunikacích rakousko-uherské armády. V létě 1914 mělo tehdejší telegrafní vojsko jen pět speciálních telegrafních rot, 11 telefonních rot, a 11 radiových stanic. Z počátku válčící strany používaly hlavně telegrafy, ty však byly neskladné, těžké a zranitelné. Postupem času se začalo čím dál častěji využívat telefonního spojení. Na taktické úrovni, například, hrálo rozhodující roli v řízení dělostřelecké palby. Přenosným polním telefonním přístrojem mohli dělostřelečtí pozorovatelé informovat obsluhy děl o výsledcích palby, aby mohla být v případě potřeby palba opravena. Telefonní přístroje používaly i osádky pozorovacích balónů pro předávání zpráv o pozicích nepřítele. Telefonní kabel byl připevněn k poutacímu lanu balónu.

Symbolické zobrazení skupiny rakousko-uherských vojáků

Přístroje pro bezdrátovou telegrafii se používaly hlavně na lodích, v letounech pro mapování situace na bojišti a pro řízení dělostřelecké palby, a rovněž pro spojení mezi štáby vyšších stupňů velení. Při plánování operací hrál klíčovou roli letecký průzkum, a proto byly pozorovací letouny vybaveny radiovými stanicemi. Oproti původnímu, výše uvedenému stavu, od jara 1916 vzrostl počet rakousko-uherských spojovacích jednotek na šest telegrafních rot, 16 telefonních rot, 30 starších polních radiových stanic a nově i 83 mobilních radiových stanic.

Nasazení uvedených prostředků vojenských komunikací bylo samozřejmě v mnohém závislé na pokrocích v elektrotechnice a jejím novém odvětví - radiotechnice. Rádiové spojení postupně začalo hrát podstatnou roli v přenosech zpráv na bojištích. Umožnil to pokrok dosažený v technologii výroby elektronek pro oscilátory a zesilovače. Radiotelefonní spojení (přenos hovoru) začalo mít převahu nad radiotelegrafním provozem pomocí Morseovy abecedy. Již delší dobu předtím se rádiové komunikace natrvalo pevně usídlily ve spojení vojenského námořnictva velkých i menších států. Nově začaly dosti široce pronikat i do vojenského letectva významných armád.

Místo závěru

Pohlédneme-li na historii rádiových komunikací, od zde popsané prehistorie - konce 19. století a začátku 20. století, po přítomnost - začáteční období 21. století, vidíme jak byla bohatá a pestrá. Technologie rádiových komunikací prošla etapou jiskřiště, krystalového detektoru, elektronek, tranzistorů. Potom přišly integrované obvody, analogové a digitální. Dnes převládají integrované obvody s dříve nemyslitelnou hustotou integrace, mikroprocesory, jednočipové mikropočítače. Ty daly vzniknout mobilním telefonům a dnes převládajícím “chytrým mobilům” (smartphonům) a tabletům.

Dálkové spoje se již dlouho zajišťují satelitními komunikacemi, postupně nahrazujícími nákladné podmořské kabely. Klasické rádiové stanice se postupně nahrazují “softwarovými” rádiovými stanicemi (tj. rádiovými stanicemi se softwarově definovanými vlastnostmi a parametry - SDR). Nastupují rádiové stanice mobilních taktických sítí typu MANET s vlastnostmi samočinné organizace a synchronizace sítí, a spolu s nimi kognitivní rádiové stanice, které mají potenciál pro podstatné zlepšení efektivnosti ve využívání spektra rádiových kmitočtů.

Další budoucnost je v mnohém zahalena tajemstvími, jejichž odhalení čeká na nové mladé generace tohoto a dalších století.