Подтвердив теорию Максвелла, Герц с немецкой пунктуальностью записал систему основных дифференциальных уравнений. Он использовал витиеватый и крайне неудобный готический шрифт (хорошо еще, что эта работа не проходила в стране "восходящего Солнца" или в "Поднебесной"). Современный вид того, что на всех языках теперь принято называть "уравнениями Максвелла", придал замечательный ученый-самоучка, его соотечественник О. Хевисайд.
В 1894 г. безвременно оборвалась жизнь Герца, но рожденные им волны продолжали жить. В этом же году английский физик О. Лодж прочитал в его память лекцию, продемонстрировав систему Герца, но используя в качестве регистратора волн вибратор, дополненный когерером, созданным на основе открытого французским ученым Э. Бранли эффекта уменьшения сопротивления металлических порошков под влиянием электромагнитного излучения. В цепь когерера включалась батарея и гальванометр, уверенно показывающий результат прихода волн большой аудитории.
Работы Герца и доклад Лоджа стали достоянием ученых и инженеров всего мира, и двое из них почти одновременно и, возможно, независимо друг от друга сделали следующие революционные шаги в рождении радиотехники.
7 мая 1895 г. преподаватель Минного офицерского класса в г. Кронштадте А. С. Попов продемонстрировал на заседании Физического общества в Петербурге прием электромагнитных волн от "герцевского вибратора" на изобретенный им прибор. В ознаменование этой даты в нашей стране с 1945 г. 7 мая был установлен как ежегодный День радио.
Приемник Попова, названный "грозоотметчиком" по одной из его функций, в отличие от устройства Лоджа, имел в своем составе ряд дополнительных элементов: реле, позволявшее с помощью принимаемых сигналов проводить их регистрацию (звуковую или запись на ленту); автоматический ударник, приводивший когерер в исходное состояние после приема очередного импульса; экран в виде клетки Фарадея, защищавший когерер от внешних помех, и, наконец, приемную антенну. Позже понятие об антенне, да и сам термин, были впервые употреблены в письме французского физика А. Блонделя к А.С. Попову в связи с изобретением последним антенн. А. Блондель в 1898 г. указал на необходимость учета влияния земли на работу вертикального вибратора и предложил, считая землю идеальным проводником, заменять ее в расчетах зеркальным изображением.
В первой конструкции Попова звонок одновременно выполнял функцию ударника, регенерирующего когерер. Приемник был выполнен в виде отдельного законченного устройства, а не набора, собираемого для проведения физических опытов или лекционных демонстраций (как у Лоджа), кроме того, и дальность приема была уже значительной.
В марте 1896 г. Попов продемонстрировал передачу по "беспроволочному телеграфу" сообщения между химическим и физическим корпусами Петербургского университета. Была использована не только приемная, но и передающая антенна, а текст сообщения - "Heinrich Hertz", напечатанный в коде Морзе на ленте, явился первой в мире радиограммой.
2 июня 1896 г. итальянский инженер-электрик Г. Маркони получил английский патент на "…усовершенствование в передаче электрических импульсов и сигналов на расстояние и в аппаратуре для этого". Его устройство мало чем отличалось от системы Попова, однако Маркони, получив патент, создал коммерческое предприятие и начал интенсивно развивать приемопередающую аппаратуру в мировом масштабе, тогда как работы Попова фактически ограничивались рамками Морского ведомства России и были весьма стеснены в средствах.
В отличие от большинства компонентов, рассмотренных в предыдущих разделах, составляющих различные электрические цепи, в которых распространение электромагнитных волн не имеет существенных задержек во времени прихода сигнала в различные части, в антенно-фидерных устройствах эти явления составляют сущность их функционирования. Если геометрия (размеры и конфигурация) соединения цепей в принципе не имеет большого значения (за исключением взаимных наводок и теплоотвода), то изменение геометрии в антеннах приводит к существенным изменениям их характеристик.
Процессы в антеннах зависят от соотношения между их размером и рабочей длиной волны: для оценок можно принять, что она не должна быть на порядок меньше, иначе ее эффективность будет ничтожно мала. Поскольку в современной радиоэлектронике используются волны с длиной от децимиллиметров до десятков километров, то и конструкции антенн имеют большое разнообразие в зависимости от диапазона и назначения.
По назначению различают антенны для радиовещательных станций, радиосвязи, телевизионные, для радиолокации и радио-телелемеханики, а также для радиоастрономии.
Основными элементами антенн являются, как правило, симметричные или несимметричные вибраторы. Симметричный вибратор (восходящий к Герцу) представляет собой два проводника одинаковой длины (в большинстве случаев в сумме составляющей половину длины волны - полуволновый вибратор), между которыми включается фидер (питающая линия), соединяющая антенну с передатчиком/приемником. Примером такой антенны является простейшая телевизионная антенна, показанная на рис. 27, а.
Рис. 27. Антенны:
а - простейшая телевизионная антенна (1 - полуволновой вибратор; 2 - фидер; 3 - подставка; пунктиром показано распределение тока I вдоль вибратора; λ - длина рабочей волны); б - вертикальная КВ-антенна
Вертикальная антенна (рис. 27, б) представляет, по сути, несимметричный вибратор (восходящий к Попову), в ней используется один проводник, подсоединенный к передатчику/приемнику. Один из зажимов последнего соединяется с землей (противовесом).
Важнейшей характеристикой антенн являются их поляризационные параметры. Электромагнитные волны могут иметь различную поляризацию - упорядоченное расположение вектора напряженности электрического поля в пространстве. В линейно поляризованной волне этот вектор при распространении остается параллельным самому себе.
Плоскость, в которой лежит вектор напряженности электрического поля, ориентируют горизонтально по отношению к земле (горизонтальная поляризация) или вертикально (вертикальная поляризация). Например, в системе эфирного телевизионного вещания, принятой в России, используется горизонтальная поляризация, что не трудно увидеть по расположенным горизонтально элементам антенн коллективного пользования, установленным на крышах зданий. Тогда как в США используется вертикальная поляризация, и приемные диполи там, соответственно, ориентированы вертикально.
В качестве фидера в телевизионных антеннах (а также в ряде других случаев) используют коаксиальный кабель. Коаксиальный ВЧ-кабель (рис. 28, а) состоит из центрального многопроволочного медного проводника, окруженного толстой полиэтиленовой оболочкой, одетой в медную оплетку, поверх которой имеется защитная полиэтиленовая оболочка. Внутренний проводник может быть также однопроволочным с изоляцией в виде диэлектрических шайб (рис. 28, б).