Gheorghe Oproescu - Tavi YO4BKM

Putine domenii ale stiintei au fost fundamentate teoretic inainte de a fi confirmate practic si dezvoltate intr-o masura atat de mare cum este radioul. Creatiile din fizica, matematica si filosofia secolelor XVII-XIX, aparent fara legaturi intre ele, si-au “dat mana” in a doua parte a sec. XIX dezvoltand o noua ramura a fizicii, initial ca o ciudatenie lipsita de interes practic, buna doar pentru “cel ce gandeste singur si scormone lumina” cum zicea Arghezi. Dar nu peste mult timp apare pragmaticul suficient de pregatit sa inteleaga despre ce este vorba si exploateaza “ciudateniile” care cuceresc lumea prin serviciile deosebite pe care le aduc, oferind si o sursa foarte diversificata de castig, de la producatori pana la comercianti.

1.      INCEPUTURILE.

Cand James Clerk Maxwell (1831-1879) a concentrat cunostintele de la anii 1855 intr-un set de 20 de ecuatii diferentiale matematica, dar si fizica teoretica si experimentala erau deja create la nivelul la care se folosesc si azi in electrodinamica. Privind cele 20 de ecuatii ca un tot, prin 1862 Maxwell comenta [1]: „nu putem evita concluzia ca lumina consta din ondulatii transversale in acelasi mediu care este si cauza fenomenelor electrice si magnetice”, aratand ca ecuatiile sale prezic existenta unor valuri formate in campurile electrice si magnetice care calatoresc prin spatiul vid la o viteza care ar putea fi aflata din experimente electrice simple. Folosind datele cunoscute la acea vreme, Maxwell a obtinut o viteza de 310.740 km/s [1], uimitor de exacta. Intr-o lucrare din 1864 Maxwell scria [1]: “rezultatele par sa arate ca lumina si magnetismul sunt de aceeasi natura si ca lumina este o perturbatie electromagnetica propagata prin camp potrivit legilor electromagnetice”. In 1873 cele 20 de ecuatii au fost publicate in forma lor moderna, redusa la numai patru ecuatii si de atunci pana acum nu au mai suferit modificari de esenta ci doar de formalism matematic. Le prezint in figura 1 ca o simpla curiozitate si sa arat ca, pe langa aparenta simplitate a scrierii, in mare parte necunoscuta in sec. XIX, rezolvarea lor se intinde pe foarte multe zeci de pagini.

Simbolurile corespund formalismului matematic modern, triunghiurile cu varful in jos ascund in spatele lor fragmente de ecuatii diferentiale cu derivate partiale, punctul sau semnul x arata ca este vorba de produse scalare sau vectoriale, simbolul  reprezinta o derivate partiala. Mai apar E pentru vectorul intensitate a campului electric, B pentru vectorul inductie magnetica, r pentru densitatea de sarcini electrice, J pentru vectorul densitate de curent,  permitivitatea dielectrica si permeabilitatea magnetica pentru vid. Am insistat asupra acestor explicatii pentru a arata cat de repede a avansat stiinta pana in secolul XIX daca ne gandim ca semnele + si – au aparut prima data in 1489, semnul inmultirii a aparut in 1631, semnul impartirii in 1657. Pana atunci astfel de operatii erau descrise in clar, prin cuvinte, ceea ce lungea atat de mult rationamentul incat nu se mai vedea padurea din cauza prea multor copaci. Dar nici aceasta simplificare prin simboluri nu a mai fost suficienta, s-au introdus simboluri noi, de exemplu triunghiul cu varful in jos are in spate sume si fractii mai deosebite numite derivate partiale. Iar lista simplificarilor prin simboluri nu este inca epuizata. Nici scrierea numerelor nu a fost unificata decat tarziu in multe tari. Pe teritoriul tarii noastre pana la jumatatea secolului XIX sistemul de numeratie folosea literele pe post de cifre (sistemul cifrelor chirilice) iar numerele erau scrise asa cum se pronuntau, de exemplu numarul 12 era scris prin simbolul lui 2 urmat de simbolul lui 10, adica doi-spre-zece, cum se puteau face calcule cu acestea? Sau se foloseau combinatii de cifre romane si cuvinte, in transcrierea de azi 5000 s-ar fi scris“cinci M”.

Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) se inscrie in cursa pentru premiul oferit de Academia de Științe din Berlin celui care demonstreaza într-un mod practic, prin experiment, ca ecuațiile lui Maxwell [2] nu sunt doar un calcul pur matematic cum erau considerate de multi.

Aflat in concurenta cu Lorentz, el gaseste la universitatea din Karlsruhe mijloacele tehnice de care avea nevoie si, după doi ani de muncă, in 1887 reuseste să demonstreze experimental validitatea teoriilor lui Maxwell [2]. Emitatorul sau, figura 2 [3], consta din doua tije metalice cu doua sfere metalice mari la capetele exterioare care formau un circuit acordat pe cateva sute de MHz, tijele realizau inductanta iar sferele capacitatea. Circuitul era excitat de descarcarile electrice din eclatorul cu bile, alimentat cu inalta tensiune de la o bobina Ruhmkorff, inventata deja din 1857. Receptorul era un simplu dipol acordat, indoit in forma de cerc, la capetele sale era prevazut cu un eclator cu bile reglabil cu un dispozitiv micrometric. Excitand emitatorul, Hertz observa ca apar scantei in eclatorul receptorului, demonstrand astfel ca se produc unde electromagnetice si, mai mult, ca acestea transporta energie.                                

Hertz mai demonstreaza practic ca undele traverseaza pereti din lemn, ca sufera reflexii si interferente ca orice alte unde. Multe scoli au si azi in laboratoare echipementul lui Hertz ca material didactic.  

Guglielmo Marconi (1874-1937, tatal italian si mama irlandeza) a folosit descoperirile celor de mai sus dar si ale altora (1890 Branly-coherorul sau detectorul cu pilitura de fier, 1895 Popov-antena inalta de receptie, 1897 Lodge-sintonizarea, adica acordul antenei la emisie si receptie) realizand comunicatii prin unde radio in 1899 peste Canalul Manecii, in 1901 peste Atlantic pe frecvente in jur de 70 kHz [4].

 Emitatorul era conectat intre o antena verticala si pamant. Antena avea forma unui evantai din 50 de fire legate toate cu capetele inferioare la emitator iar capetele superioare insirate pe o traversa izolatoare aflata la 48 m inaltime. Odata cu Marconi radioul devine prima data un bun comercial. In 1899 este infiintata Compania Marconi Wireless Telegraph of America [5] (denumită în mod obișnuit American Marconi) ca o filială a Companiei britanice Marconi, cu acoperire in SUA și Cuba. Jucand eficient pe piata comerciala sub protectia binevoitoare a lui Hermes (zeul comertului la vechii greci), compania achizitioneaza in 1912 activele falimentarei United Wireless Telegraph Company, devenind furnizorul dominant de comunicații radio din Statele Unite.

Predecesorii sai, amintiti mai sus, neobisnuiti cu lumea afacerilor, nu s-au preocupat sa-si protejeze prin brevete descoperirile lor, desi procedeul era pe larg folosit. Edison se remarca de la mare distanta cu cele 1093 de brevete, breveta orice, chiar si descoperirile pe care nu le intelegea, cum a fost “efectul Edison”, cercetat si explicat mai tarziu ca fiind o emisie termoelectrica. Aceste slabiciuni – sau omisiuni – i-au permis lui Marconi sa foloseasca inventiile neprotejate de brevete, sa le adune intr-un ansamblu functional si sa le protejeze prin brevete acordate companiilor sale.

Rezumand, Maxwell a descoperit “in varful penitei” undele electromagnetice si proprietatile lor fara sa afle ca sunt cat se poate de reale, Hertz a confirmat experimental ca acestea exista exact asa cum fusesera deduse teoretic iar Marconi a fost primul utilizator al lor pe scara larga, facand  trecerea de la noua “ciudatenie” la exploatarea ei industriala si comerciala.

2.      URMAREA

Traficul radio se facea dupa cum putea fiecare. Primele reglementari au aparut dupa tragedia Titanicului din aprilie 1912, produsa in destul de mare masura si de indisciplina manifestată de radistii navei, astfel ca in luna iulie 1912 se desfasoara la Londra prima Conventie Radiotelegrafica Internationala care adopta, in data de 5 iulie, Regulamentul de Serviciu, de fapt

primul regulament privind activitatea de trafic radio, alocand amatorilor frecventele peste 1 MHz considerate inutilizabile comercial.

Radioamatorii incep sa se organizeze. Apar Radio Society of Great Britain (RSGB) înființată în 1913 ca London Wireless Club [6], devenind una dintre cele mai vechi organizații de acest gen din lume, in 6 aprilie 1914 Hiram Percy Maxim și Clarence D. Tuska din Hartford, Connecticut, infiinteaza American Radio Relay [7], in aprilie 1925 ia fiinta L’association Reseau des Emeteurs Francaises [8], in 1927 se infiinteaza Associazione Radiotecnica Italiana (ARI) [9]. La noi se infiinteza primul radioclub in 1926 iar zece ani mai tarziu ia ființă „Asociația Amatorilor Romani de Unde Scurte (AARUS). Societatea Romana de Radiodifuziune isi incepe emisiunile radio la 1 nov. 1928, dupa ce radioamatorii romani realizau deja legaturi radio. Cu infiintarea IARU, Uniunea Internationala a Radioamatorilor in 1925, radioamatorismul capata recunoastere si protectie internationala.

Radioamatorii lasati “sa se joace” cu frecventele peste 1 MHz descopera ionosfera si undele scurte prin francezul Leon Deloy F8AB care, cu americanii Fred Schnell 1MO (ulterior W4CF) si John Reinartz 1XAM (ulterior K6BJ) realizeaza in 28 noiembrie 1923 la 03:30 UTC prima legatura intercontinentala pe 2,7 MHz pe parcursul a catorva ore.

De acum totul se desfasoara din ce in ce mai accelerat, apar firme si companii noi, se perfectioneaza echipamentele dar si  algoritmii pentru caluclarea caracteristicilor antenelor, propagarii undelor radio prin diferite medii, toate nu fac decat sa se exploateze in profunzime bagajul teoretic si experimental probat deja. Iar undele radio si posibilitatile oferite de ele au devenit un un adevarat pro bono. Au aparut activitati extrem de dedicate pentru fabricarea aparatelor, pentru comercializarea lor, pentru retelele de stiri, informatii, divertisment, pentru intretinere si depanare, pentru operare si multe altele aducatoare de castiguri pentru o foarte mare parte a populatiei si, practic, toata populatia globului plateste azi dreptul de a beneficia de minunile undelor radio.

Specialistii se pregatesc in scoli cu diferite grade de calificare pentru care se editeaza manuale didactice dar si carti de stricta specialitate, adevarate indrumare de lucru. Nici lumea profana nu este uitata, se tiparesc brosuri pe intelesul tuturor pentru lucruri considerate azi simple, precum construirea unei antene pentru radioreceptoare. La noi in tara primele carti dedicate radioului sunt:

I. Stoenescu (capitan din geniu)

Noţiuni de telegrafie fără fir cu descrierea staţiunilor de telegrafie fără fir în serviciul armatei. Bucureşti, Atelierele grafice, SOCEC & Co. Societate Anonimă, 1914

Mihai Konteschweller:

Radio pentru toți (2 volume, 534 de figuri), București, Editura Agentia Romana Hachette, Tipografia „Dimitrie Cantemir“, 1930 și 1931 - premiată de Academia Română.

Actualități radiofonice, București, 1931.

Telemecanica, București, Tipografia Cuvântul Românesc, 1937. - premiată de Academia Română, l-a consacrat ca promotor al telemecanicii în România, una dintre primele lucrări asupra domeniului, pe plan mondial.

Televiziunea și alte înfăptuiri în legătură cu electricitatea, 1938

Radioelectricitate, Fundația Regală pentru Literatură și Artă, 1941 si Editura de Stat pentru Litereatura si arta 1944.

In aceasta din urma se gasesc, pe langa schemele detaliate ale radioreceptoarelor cu reactie si superheterodina aflate atunci pe piata, dar si schemele statiilor de emisie de la Bucuresti, Bod si Iasi, inclusiv constriuctia antenelor acestora.

Prima carte completa de la noi care contine totul pentru instruire, proiectare, exploatare echipamente de radiocomunicatii, analizand la cel mai detaliat mod inductantele, capacitatile cu constante distribuite ori concentrate, oscilatoarele si amplificatoarele de toate tipurile, modularea si demodularea, pana la unde, propagare, antene, linii de alimentare, ghiduri de unda etc, tratate teoretic la nivelul cel mai inalt posibil, completate cu scheme detaliate, este traducerea unei enciplopedii sovietice editate sub indrumarea lui B.A. Smirenin. In traducerea romaneasca titlul ei este “MANUAL DE RADIOTEHNICA” si s-a tiparit la Editura Energetica de Stat, vol 1 in 1953 si vol. 2 in 1954 (le am in bibliotaca), prin ingrijirea unui colectiv de 8 cadre didactice universitare, cei mai buni specialist de la noi de atunci. Aici am gasit prima data cum este cu adevarat distributia curentului prin antene, dar nu inteleg de ce inca se mentine sensul idealizat, care genereaza confuzii – dar si contradictii – in locul celui real, figura 5 [11]. Sa fie vorba de pastrarea formalismului matematic deja dezvoltat pe cand teoria o luase cu mult ianintea practicii, cum a fost si cu sensul conventional al curentului prin tuburile electronice?

La inceput a fost formula. Numai ca destul de repede radioul si ruda sa, televiziunea au creat cea mai extinsa retea comerciala si pentru simplul motiv ca orice locuitor al acestei planete plateste pentru a-l folosi. Chiar daca nu plateste direct, o finantare trebuie sa existe de undeva iar binefacatorii sunt numai in povesti.

3.      SUB PATRONAJUL LUI HERMES

Hermes devine cel mai bun prieten al radioului cu care se interfereaza reciproc avantajos. Pe unde radio se face publicitate la orice se produce in lumea asta, de la apa la automobile, de la medicamente la imbracaminte, de la excursii la alimente, nu conteaza cat este de folos acest “orice”, important este sa convinga pe cati mai multi sa il cumpere. Apar inovatii atragatoare si in domeniul comertului cu echipamente radio, un receptor portabil dar cu scala digitala are eticheta de “digital radio” chiar daca sunetul nu se proceseaza digital, dar denumirea are incarcatura ei plina de farmec pentru neinitiati. Prin anii ‘70 vedeam in revista germana “UKW-Berichte: Zeitschrift für Nachrichten- und Hochfrequenztechnik” reclame pentru echipamente pe 144 MHz care scoteau 1000 mW in SSB. Ceva impresionant, nu? Pentru ca 1000 inseamna cu totul altceva decat 1 chiar daca era acelasi lucru. Cu trecerea timpului metodele s-au rafinat, “zeul” internet devine mai de incredere decat orice s-a batut in cuie de peste un secol si nu sunt ocolite ofertele de castraveti catre gradinari, cum ar fi antene minune cu un VSWR de-a dreptul ideal si fara tuner de antena in benzile de la 3,5 MHz la 144 MHz, indiferent la ce inaltime se instaleaza, figura 6 [12].

Este uimitor ce a putut face o formula care incape pe un petic de hartie! Or mai fi si altele asemanatoare?

4.      Referinte

[1] https://ro.wikipedia.org/wiki/James_Clerk_Maxwell

[2] https://ro.warbletoncouncil.org/heinrich-hertz-13860

[3] Gheorghe Oproescu YO4BKM, Why there are yet radioamateurs. ECAI 2015 - International Conference – 7th Edition, Electronics, Computers and Artificial Intelligence, 25 June -27 June, 2015, Bucharest, ROMÂNIA.

[4] Warren L. Stutzman, Gary A. Thiele, Antenna Theory and Design, SECOND EDITION, JOHN WILEY & SONS, INC., 1998, ISBN 0-471-02590-9   

[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Marconi_Wireless_Telegraph_Company_of_America

[6] https://en.wikipedia.org/wiki/Radio_Society_of_Great_Britain

[7] https://en.wikipedia.org/wiki/American_Radio_Relay_League

[8] https://www.r-e-f.org/

[9] https://en.wikipedia.org/wiki/Associazione_Radioamatori_Italiani

[10] The Radio Amateurs Handbook. Newington, Conn., USA. 06111, editia 55, 1978.

[11] A.B. Smirenin. Manual de Radiotehnica, traducere din limba rusa, Editura Energetica de Stat, 1954, vol. 2.

[12] http://rfanat.qrz.ru/s13/windom.html

Gheorghe Oproescu - Tavi YO4BKM

Articol aparut la 9-7-2021

2889