Asigurarea radiocomunicațiilor militare în primul razboi mondial

Autor: Col. (r) ing. Gelu-Marius Popescu

1. Introducere

Începutul secolului al-XX-lea aduce o serie de experimente și descoperiri tehnico-științifice care au darul să uimească și să revoluționeze civilizația. Deși principiul propagării undelor electromagnetice era deja cunoscut încă de la finele secolului al-XIX-lea datorită experimentelor realizate de către Alexandr Stephanovici Popov (16.03.1859 - 13.01.1906), cel care continuând munca lui Heinrich Rudolf Hertz (22.02.1857 - 01.01.1894) a reușit prima transmisie publică a unui semnal prin unde radio - din nefericire însă - fără a solicita patentarea invenției, primul succes notabil aparține fizicianului Guglielmo Marconi (25.04.1874 - 20.071937) la data de 12 decembrie 1901. La această dată Marconi a realizat prima comunicație radio transatlantică între Poldhu, Cornwall, și Signal Hill, Terra Nova, după care, la data de 17 decembrie 1902, a stabilit o nouă comunicație radio mult mai stabilă decât prima, între Glace Bay, Noua Scoție și Poldhu, Cornwall.

Rezultatele obținute în domeniul comunicațiilor radio au motivat intensificarea cercetărilor și experimentelor de către tot mai mulți fizicieni și inventatori ai vremii din diverse țări. Rezultatele și utilitatea acestei munci şi-au găsit foarte repede aplicabilitatea practică începând cu domeniile naval și militar, cunoscând o amploare în creştere.

Primul război mondial devine prima conflagrație în care o bună parte dintre comunicații s-au desfăşurat pe suport radio.

2. Aparatura de radiocomunicații bazată pe câmpuri de scântei

Din punct de vedere tehnologic, aparatura de radiocomunicații utilizată în primul război mondial - păstrând terminologia epocii - se împarte în două mari clase: aparate trimițătoare și primitoare de unde amortizate și aparate trimițătoare și primitoare de unde întreținute.

Deși până în anii războiului au fost înregistrate progrese în domeniul telefoniei fără fir, dat fiind nivelul încă redus al tehnologiei dar și din cauza slabei influențe a consonanțelor vorbirii asupra undelor întreținute prin modulare directă, bătaia de comunicație în telefonie se situa undeva la cel mult 1/3 din bătaia stabilită prin telegrafie cu aceeași aparatură și la aceeași energie consumată. Din acest motiv, în respectiva perioadă, aparatura de telegrafie fără fir a ocupat o pondere mai însemnată, îndeosebi în asigurarea radiocomunicațiilor la eșaloanele superioare.

Aparatura cu unde amortizate utiliza principiul descărcării prin scântei pe baza unei structuri prezentate în figura 2.1.
Sursa de alimentare a aparatului trimițător era alternatorul care era cuplat la un transformator ridicător de tensiune (T) prin intermediul manipulatorului (M). În secundarul transformatorului se afla circuitul oscilant (C,S,E) cuplat inductiv cu circuitul antenei transmițătoare, de caracteristici rezonante apropiate de ale acestuia. Inițial circuitul oscilant (C,S,E) este un circuit deschis de către spațiul de eclatare al eclatorului (E). La apăsarea manipulatorului (M), se aplica o tensiune foarte înaltă la bornele circuitul oscilant (C,S,E). Atunci când tensiunea la bornele condensatorului (C) din circuitul oscilant atingea pragul de eclatare, la bornele eclatorului se declanșa scânteia, pe durata căreia circuitul oscilant genera oscilații cu un anumit număr de perioade, dependent de valorile inductanței bobinei și capacității condensatorului, într-un proces amortizat care se relua în momentul declanșării următoarei scântei. Acest proces putea continua atâta timp cât era apăsat manipulatorul (M). Oscilațiile induse de către circuitul oscilant (C,S,E) în circuitul antenei erau radiate sub forma de unde electromagnetice de către aceasta, iar curentul din antenă putea fi măsurat cu un ampermetru.

Cum oscilațiile produse sufereau o amortizare, ele tinzând să se stingă odată cu scânteia, iar durata de timp dintre scântei era foarte mare în raport cu durata scânteii, ținând seama că inclusiv pe timpul unei scântei energia electrică era numai în parte utilizată, se poate concluziona că randamentul acestui tip de radiocomunicații era destul de scăzut. În scopul creșterii randamentului aparatului trimițător au fost inventate tehnici și metode de transformare a undelor amortizate în unde continue. Astfel pe deoparte aproape întreaga energie utilizată era folosită pentru generarea undelor, iar pe de altă parte au fost îmbunătățite astfel bătaia comunicației, acordul cu antena, precum și o creștere a raportului dintre semnal și perturbații în punctul de recepție.

Neajunsul tehnologiei undelor amortizate a fost minimizat de către unele structuri ingenioase cum ar fi procedeul "Time Spark" inventat de către Marconi și procedeul cu arc voltaic inventat de către Dudley și Paulsen în 1903. Dar pe departe, avantajul undelor întreținute, alături de multe alte avantaje, avea să aparțină tuburilor cu vid, ce aveau să înlocuiască definitiv aparatura bazată pe câmpuri de scântei.

Procedeul "Time Spark" presupunea declanșarea scânteilor între o coroană dințată și o serie de discuri prevăzute cu electrozi, cărora li se imprima o mișcare de rotație. Scânteile se produceau succesiv între unul dintre dinții coroanei și un disc astfel încât scânteile produse apăreau ca o scânteie continuă. Diagrama din figura 2.2. ilustreză cum fiecare disc și dinte de la coroană corespunde câte unui circuit oscilant cuplat cu antena. Unda rezultantă, indusă în circuitul de antenă era practic o undă continuă, compusă din undele amortizate generate succesiv și ciclic în cele patru circuite oscilante.

Procedeul Dudley și Paulsen - procedeul cu arc voltaic - consta în principiu în alimentarea cu ajutorul unui dinam de curent continuu a unui circuit oscilant deschis la ai cărui poli erau dispuși doi cărbuni, A și B., figura 2.3. Prin apropierea celor doi cărbuni se iniția un arc voltaic care se menținea apoi și putea fi optimizat prin depărtarea lor treptată, astfel încît în circuitul oscilant ASCB se generau oscilațiile electrice, care, fie puteu fi induse în circuitul antenei, fie erau radiate direct de către antenă prin conectarea acestui circuit oscilant între antenă și pământ. Bobinele - șocuri de radiofrecvență - S1 și S2 erau introduse în circuit în scopul împiedicării oscilațiilor de a se scurtcircuita prin dinam.În tehnica de producție, un aparat transmițător cu arc voltaic presupunea o realizare mai complexă decât schema principială din figura 2.3. Un astfel de aparat este prezentat în figura 2.4.

Pentru creșterea intensității oscilațiilor, arcul electric era generat într-o cutie rezistentă, realizată cu pereți dubli din bronz, în interiorul căreia era menținută o atmosferă de gaz hidrocarbonat. Pentru răcire, printre pereții cutiei D era asigurată circulația unui lichid de răcire sau apă. Cărbunele notat cu A în figura 2.3, care prezenta o uzură rapidă, era înlocuit în practică de un tub din cupru prin care era asigurată circulația lichidului de răcire.

Arcul electric era suflat de un câmp magnetic N-S realizat cu doi electromagneți în scopul stabilizării oscilațiilor generate.

Acest transmițător era conceput să lucreze permanent, iar semnalele transmise erau diferențiate prin modificarea frecvenței de oscilație cu ajutorul unui manipulator care șunta un număr de spire din bobina circuitului oscilant, care în acest caz este chiar bobina antenei.

Se poate spune că acest procedeu de manipulare este chiar predecesorul actualului mod de lucru FSK (Frequency Shift Keying).

Un fapt remarcabil este și acela că în perioada primului război mondial armata română a fost dotată cu stații de telegrafie fără fir de tip Marconi, instalate pe atelaje (figura 2.5 și figura 2.6)

3. Aparatura de radiocomunicații cu tuburi cu vid

3.1. Considerații generale

3.1.2. Aparate trimițătoare de unde întreținute (emițătoare radio)

Alături de aparatura de telegrafie fără fir ce utiliza unde întreținute prin mecanisme ale câmpurilor de scântei, care putea fi bazată fie pe alternatori de înaltă frecvență, fie pe generatoare de arc voltaic, începând cu primul război mondial a devenit tot mai întrebuințată aparatura de radiocomunicații cu unde întreținute, construită cu tuburi cu vid.

În plus, tehnologia tuburilor cu vid înlătura foarte mult neajunsurile cauzate de armonicele prezente la aparaturile bazate pe câmpuri de scântei, ofereau consumuri de energie mult mai reduse datorită randamentelor mai bune și o manavrabilitate mult îmbunătățită prin gabaritele și greutățile reduse ale echipamentelor.

Puritatea undei întreținute generată de circuitele oscilatoare cu tuburi cu vid permitea realizarea mult mai facilă și mai inteligibilă a telefoniei fără fir și a telemecanicii, în paralel cu o facilă și performantă prelucrare a semnalelor în procesele de bază din tehnica radiocomunicațiilor, cum sunt: amplificarea, schimbarea de frecvență, detecția.

Posturile cu lămpi, prin precizia controlului asupra lungimilor de undă, permiteau ca pentru o zonă de teren dată să poată comunica două câte două, fără a perturba posturile vecine.

La nivelul anilor primului război mondial se considera că un post cu o anumită lungime de undă nu poate fi auzit de către un post vecin atunci când diferența între lungimile de undă corespunzătoare celor două posturi este mai mare sau cel puțin egală cu 20 metri, pentru o gamă a lungimilor de undă de ordinul a sutelor de metri.

Astfel, considerând la nivelul unei divizii - spre exemplu - patru perechi de posturi în gama de 400 m, scara cea mai strânsă a lungimilor de undă atribuite acestora ar putea fi - spre exemplu 400, 420, 440 și 460 m.

Transformând în frecvenţe pe baza relaţiei

f = c / λ (3.1.2.1.)

unde c ≈ 3 x 10⁸ m/s = viteza de propagare a luminii, iar λ = lungimea de undă în metri, rezultă pentru lungimile de undă specificate mai sus un ecart cuprins între ≈ 30 kHz şi 46 kHz, ceea ce în zilele noastre ar fi considerată o valoare crescută. Totuşi acest rezultat ne ajută să ne facem o imagine asupra limitărilor impuse de o tehnologie aflată într-un stadiu de început. În plus, din acest considerent se poate concluziona că pentru extinderea numărului de frecvenţe de legătură era neapărat necesară extinderea spectrului frecvenţelor de lucru către gama undelor scurte.

Avantajul aparaturii cu tuburi consta și în faptul că permitea reglajul lungimilor de undă astfel încât cele opt posturi să poată comunica separat două câte două ca în cazul exemplificat, dar și împreună, folosind aceeași lungime de undă, evident cu respectarea unei discipline de comunicare.

Pe timpul primului război mondial au fost întrebuințate posturi cu bătăi mici și medii. Aparatele utilizau scheme relativ simple cu cerințe asupra unui număr cât mai redus de componente. În scopul creșterii bătăii de comunicație, puterea de emisie era sporită prin utilizarea de tuburi conectate în paralel. Un astfel de aparat trimițător de unde întreținute utilizat în telegrafia fără fir este prezentat în figura 3.1.2.1, a,b,c.

Montajul era un generator de oscilații cu amplitudine constantă care se amorsau prin apăsarea manipulatorului (M) și se autoîntrețineau prin bucla de reacție CS'SC₁ atâta timp cât manipulatorul era apăsat. Cuplajul inductiv (S'S) era un cuplaj variabil, care ulterior, în practica radiocomunicațiilor a primit denumirea de variometru. Pentru că între bateria (B) și pământ se putea creea o capacitate care ar fi scurtcircuitat oscilațiile produse, a fost introdusă în circuitul anodic bobina de șoc S1 pentru a nu permite semnalului de radiofrecvență să se închidă la pământ. Schemele notate cu b și c reprezintă două variante constructive ale montajului din figura 3.1.2.1.a. Astfel, în situația b., cuplajul era unul variabil capacitiv, iar în situația c. cuplajul era unul variabil autoinductiv, bobina S' fiind chiar parte din bobina S prin deplasarea unui cursor pe spirele acesteia. Timpul de apăsare al manipulatorului (M) era corelat prin durata sa cu semnele alfabetului Morse. Astfel, apăsările de scurtă durată corespundeau punctelor, iar cele de durată mai lungă corespundeau liniilor, fiecare literă a alfabetului latin, fiecare cifră, sau semn de punctuație fiind asociată unei combinații de linii și de puncte.

În cazul telefoniei fără fir procesele fizice fiind mai dificil de controlat de la un anume nivel al cerințelor se impuneau și scheme mai complexe. La începuturile telefoniei fără fir, pentru puteri mici de emisie, se realiza modularea directă cu ajutorul unui microfon conectat chiar în circuitul de antenă (figura 3.1.2.2. - toate situațiile).

La puteri mari de emisie apărând riscul de deteriorare a microfonului, se utilizau structuri etajate ca în figura 3.1.2.3.

Trebuie menționat că în aproape toate situațiile de radiocomunicații vocale din perioada primelor două decenii ale secolului al-XX-lea, ca o consecință firească a începuturilor unei noi ere tehnologice, inteligibilitatea comunicației vocale punea serioase probleme, o importantă pondere în calitatea comunicației ocupând și abilitățile operatorilor.

O primă realizare importantă în domeniul telefoniei fără fir este consemnată la 21 octombrie 1915 ca fiind prima radiocomunicație vocală între Europa și America, postul european fiind instalat chiar pe turnul Eiffel, iar cel american la Arlington - Virginia.

3.1.3. Aparate primitoare de unde întreținute (receptoare radio)

Recepția undelor radio împreună cu metodele de extragere a semnalelor informaționale transmise cu ajutorul undelor radio cunosc în al doilea deceniu al secolului al-XX-lea o foarte largă diversificare, datorată atât inventicii, cât şi unui adevărat val de progrese tehnologice în domeniu.

Aparatele primitoare de unde radio (așa cum erau denumite la vremea respectivă) au cunoscut în câțiva ani salturi tehnologice semnificative, plecând de la detecția utilizând detectorul electrolitic sau pe cel cu cristal, la detecția cu valva Fleming - inventată în anul 1904 de către John Ambrose Fleming (29.11.1849 - 18.04.1945), sau detecția cu audion - așa cum a fost denumit inițial în anul 1907 tubul cu trei electrozi (trioda), de către Lee De Forest (26.08. 1873 - 30.06.1961) - inventatorul acestuia.

Proprietățile de detecție a semnalelor, cu ajutorul anumitor cristale au fost descoperite încă din anul 1874 de către fizicianul inventator Karl Ferdinand Braun (06.06.1850 - 20.04.1918).

Acesta a inventat în anul 1898 renumitul detector cu cristal cu aşa-numitele ''mustăți de pisică" - denumire nostimă dată prin asemănarea cu mustățile de pisică a firelor oțelite cu ajutorul cărora era stabilit "punctul sensibil" pentru realizarea detecției (figura 3.1.3.1.).

În cercetările și lucrările realizate în domeniul telegrafiei fără fir, Braun a colaborat cu Guglielmo Marconi, ambii fiind premiați cu Premiul Nobel în anul 1909 pentru contribuțiile lor la dezvoltarea acestui domeniu.

Detectorul cu cristal era un dispozitiv realizat din cristale de carborundum, siliciu, calcopirită zincată ori oxid de fier sau - cele mai utilizate - cristalele naturale din sulfură de plumb (PbS), cunoscute și sub denumirea de galenă. Aceste cristale erau dispuse între doi electrozi de cupru și funcționau pe baza principiului conductibilităţii unipolare. Detectoarele cu cristal, deși au fost foarte întrebuințate la vremea lor, nu au putut satisface toate cerințele în anumite domenii precum cel al marinei militare, unde, din cauza vibraţiilor produse de tunurile amplasate la bordul vaselor, necesitau reglaje repetate. Din acest considerent, în domeniul militar al începutului de secol al-XX-lea se tinde la renunțarea utilizării în echipamentele de radiorecepție a detectoarelor cu cristal (figura 3.1.3.1.), fiind dezvoltată detecția cu ajutorul diodei sau triodei, datorită a două mari avantaje ale acestora:

1. stabilitate în funcționare îndeosebi la șocuri mecanice și cu variația temperaturii;

2. selectivitatea crescută prin obţinerea unei curbe de rezonanţă mult mai ascuţite a circuitului de acord faţă de o curbă de rezonanţă aplatizată, care ar fi fost obţinută în cazul detecţiei pe bază de cristal.

În figura 3.1.3.2. sunt prezentate schemele de principiu utilizate la detecția cu cristal (a), respectiv detecția pe grila unei triode (b). Se poate observa că rezistența proprie a cristalului (de circa 500...700 Ω) înseriată cu impedanța căștii, apar în paralel pe circuitul de acord (LC), în vreme ce rezistența grilă-katod în cazul triodei - care se află tot în paralel cu circuitul (LC), având un ordin de mărime sute de KΩ, are o influență neglijabilă asupra circuitului de acord. Acest aspect duce la o creștere a sensibilității detectoarelor cu tuburi precum și o atenuare mai scăzută a semnalului detectat. În plus, în cazul tubului cu vid energia de acționare a membranei căștii este preluată din baterie și nu din semnalul recepționat ca în situația detectorului cu cristal.

Cele mai utilizate structuri de receptoare radio din perioada primului război mondial erau structurile care combinau detecția pe grilă cu audion, în unele cazuri urmată și de amplificare, receptoarele autodyn și receptoarele regenerative, descrise in cele de mai jos.

O schemă de principiu a unui receptor de tipul celor cu audion având detecția pe grilă este prezentată în figura 3.1.3.3.

Astfel de receptoare utilizând tuburi cu gaz au fost larg utilizate în primul război mondial de către armata franceză și parțial de către armata americană și British Navies.

O particularitate a audionlui era aceea că lucra foarte bine în regim de detecție, dar utilizat în regim de amplificator cauza distorsionarea semnalului, îndeosebi la nivele crescute ale acestuia.

Prin aducerea în oscilație a tubului audion pe o frecvență ușor diferită de frecvența semnalului recepționat, a fost constatată o creștere semnificativă a sensibilitătii receptorului.

Cum acest fenomen avea loc prin utilizarea propriei puteri a dispozitivului, acest tip de receptor a fost denumit autodyn. Termenul de autodyn vine din limba greacă prin combinarea cuvintelor "auto" = propriu și dyn = prescurtarea de la "dynamis" = putere, forță.

Potrivit mai multor surse de documentare găzduite de internet, invenția acestui circuit este atribuită lui Edwin Howard Armstrong (18.12.1890 - 31.01.1954), deși începând cu anul 1913 au fost înregistrate mai multe brevete pe baza acestui principiu în Statele Unite, Anglia și Germania. Totuși în urma unui proces desfășurat în Statele Unite, întâietatea în această speță i-a fost atribuită inventatorului Lee De Forest. (Paul Berché - Praqtique et théorie de la TSF; cap. 4; pag.426).

Versiunea autodyn își dovedește foarte repede aplicabilitatea în modul de lucru CW (continuous wave). Prin amestecarea semnalului recepţionat cu semnalul generat de către oscilatorul autodyn - ambele semnale fiind apropiate ca frecvenţe - în urma fenomenului de "bătăi" rezulta un semnal de audiofrecvenţă, având frecvenţa egală cu diferența dintre frecvenţa semnalului recepţionat şi frecvenţa celui generat local. În figura 3.1.3.4. se află o reprezentare pe axa timpului a unui semnal de frecvență F, rezultat prin bătaia a două semnale de frecvențe f respectiv f' - așa cum era prezentat în "Praqtique et théorie de la TSF" de către Paul Berché. Acest semnal diferență este un ton de joasă frecvență, audibil în casca operatorului.

Spre deosebire de modul ICW (Interrupted Continuous Wave) caracteristic emițătoarelor cu câmpuri de scântei și utilizat la începuturile telegrafiei fără fir, acest principiu determină o audiție mai facilă a semnelor telegrafice sub formă de tonuri, permițând o distincție mult mai clară între puncte și linii.

Proprietățile bătăilor frecvențelor au fost studiate de către Aubrey Fessenden (06.10.1866 – 22.07.1932) - același care la data de 23.12.1900 a reușit pentru prima dată în istoria radiocomunicațiilor să transmită relativ inteligibil chiar cuvintele sale la distanța de o milă, utilizând principiul modulației de amplitudine, prin înserierea unui microfon cu cărbune direct în circuitul de antenă a unui emițător cu descărcare prin scântei la o frecvență de 10.000 scântei/secundă.

Fessenden a realizat în anul 1901 prin mijloace electromecanice, înaintea apariției tuburilor cu vid, receptorul heterodină cu conversie directă, demonstrând pentru prima dată posibilitatea obținerii unui semnal de joasă frecvența dintr-un semnal de radiofrecvență prin bătaia frecvenței recepționate cu o frecvență generată local de către un dispozitiv numit heterodyn. Semnificația acestui termen provine tot din limba greacă prin combinarea cuvintelor "heteros" = altă și dyn = prescurtarea de la "dynamis" = putere, forță.

Remarcabil este faptul că în realizarea receptorului său pe principiul bătăilor frecvențelor a pornit de la dispozitivul inventat cu cinci ani mai devreme, în anul 1896, de către Nicola Tesla (10.07.1856 - 07.01.1943) și experimentat de către acesta încă din 1892.

Tesla a combinat un semnal de radiofrecvență cu un semnal de frecvență apropiată, generat local de către un vibrator electromagnetic. Principial între cele două circuite dispuse în camere separate exista o membrană vibrantă, care vibra la trecerea aerului întrerupt, comprimat în cele două camere prin vibrațiile produse de către cele două semnale (cel recepționat și cel local). Mișcarea membranei era rezultatul diferenței frecvențelor celor două semnale, iar aceasta era transferată către miezul unei bobine, care prin mișcarea de vibrație genera în bobină un curent de audiofrecvență.

Receptorul cu conversie directă mai este întâlnit sub numele de homodyn sau sincrodyn.

În telegrafie CW această heterodină mai este numită și BFO = Beat Frequency Oscillator = oscilator de bătai a frecvențelor.

Receptorul regenerativ sau receptorul cu reacţie (în documentele epocii - “reacţiune”) este un receptor a carui schemă de principiu este prezentată în figura 3.1.3.5. Din punct de vedere structural, în schema de principiu a receptorului cu detecție pe grilă, prezentat în figura 3.1.3.3, a fost realizată o buclă de reacţie pozitivă din circuitul anodic în circuitul de grilă prin introducerea inductanţei L', cuplată inductiv cu bobina L şi orientată astfel încât să producă reacţie pozitivă. În unele surse documentare, bobina L' se mai numeşte şi "tickler". Datorită acestei bucle o parte din semalul de intrare amplificat de către dispozitiv era indus în circuitul de acord fiind astfel readus la intrarea acestuia şi reamplificat. Acest proces este numit ”regenerare”.

Ca urmare a acestei reacţii pozitive erau creeate condiţiile apariţiei unor oscilaţii locale, dependente de cuplajul dintre cele doua bobine.

Acordând circuitul de intrare pe frecvenţa unui post oarecare şi procedând la o creştere a cuplajului între bobinele L şi L', la un moment dat erau îndeplinite condiţiile intrării dispozitivului în oscilaţie. Punctul în care se amorsează oscilaţiile este numit ”punct de acroş” sau ”punct de acroşaj”, iar porţiunea curbei de rezonanţă a circuitului LC în vecinătatea acestui punct prezintă proprietăţi deosebit de interesante. Prin reacţie se producea o compensare a amortizării circuitului acordat de intrare. Cu cât reacţia era crescută (cuplajul mărit), cu atât rezistenţa circuitului LC scădea şi odată cu scăderea acesteia, sensibilitatea şi selectivitatea montajului creșteau proporțional (amplitudinea semnalului creştea, iar forma caracteristicii de rezonanţă a circuitului de intrare devenea mai ascuțită). Astfel în vecinătatea punctului de acroşaj sensibilitatea şi selectivitatea receptorului erau maxime.

Cu toate că receptorul regenerativ impunea o serie de pretenţii privitoare la dozarea reacţiei şi stabilitatea funcţionării, datorită randamentului şi în primul rând al sensibilităţii şi selectivităţii crescute, acesta surclasează autodyn-ul.

Acest tip de receptor, inventat de către Edwin H. Armstrong în anul 1912 (după unele surse - 1911) şi patentat în 1914, oferea cele mai bune performanţe la nivelul anilor primului razboi mondial, fiind întrebuinţat pe scară largă chiar şi după inventarea superheterodinei de către acelaşi inventator în anul 1918.

Deşi se poate spune că superheterodina a fost inventată la finele primului razboi mondial, perfecţionarea şi punerea ei în producţie au fost realizate abia după război, fără a putea influenţa notabil dotarea trupelor în domeniul echipamentelor de radiocomunicaţii.

4. Aparatura aflată în dotarea unor țări beligerante

Primul război mondial a constituit prima conflagrație de tip nou, fiind caracterizată de antrenarea tuturor resurselor statelor participante, utilizarea propagandei de război pentru mobilizarea şi motivarea participării soldaţilor la lupte, folosirea de arme şi tactici noi: blindatele, aviaţia, mitralierele, grenadele de mână, gazele toxice, războiul în tranşee, cea mai mare parte dintre arme beneficiind de coordonarea și interoperabilitatea realizate cu ajutorul comunicațiilor cu fir și fără fir.

Avand caracterul preponderent al unui război de mișcare, purtat pe fronturi largi, unde de cele mai multe ori nu exista timpul necesar pregătirii liniilor telefonice, legăturile între marile unități erau majoritar asigurate prin telegrafia fără fir. Mai mult decât atât, telegrafia fără fir a constituit unicul mod de stabire a comunicațiilor între trupele de sol și aviație. Din acest punct de vedere se pot distinge două rețele principale de radiocomunicații: rețeaua armatei terestre și rețeaua aeronauticii.

4.1. Aparate ale armatei franceze

4.1.1. Rețeaua armatei franceze

Rețeaua armatei franceze era organizată pe următoarele subrețele:

a. Subrețeaua infanteriei până la nivelul comandamentului de brigadă - era dotată cu două tipuri de aparate organizate la rândul lor pe nivele: până la nivel de regiment erau utilizate posturi de telegrafie prin pământ, iar între regiment și brigadă erau utilizate posturi mici cu scântei, denumite posturi portative de infanterie.

Bătaia posturilor de telegrafie prin pământ era de circa 2,5 km, iar a posturilor portative de infanterie era cuprinsă între 9 km și 15 km, după cum antena era ridicată la 4 m, respectiv la 7 m.

În figura 4.1.1.1 este prezentat un post de telegrafie prin pământ. Transmiterea informației era realizată cu ajutorul unor curenți oscilanți care circulau între doi electrozi înfipți în sol prin formarea unor linii de curent extinse prin pământ, de-o parte și de alta a liniei delimitate de cei doi electrozi. O parte dintre aceste linii de curent întâlneau liniile de curent ale unui alt circuit, de aceeași frecvență. Cu ajutorul manipulatorului (m) se stabileau duratele semnalelor transmise care puteau fi mai scurte sau mai lungi. În figura 4.1.1.2 este prezentat principiul realizării unei transmisiuni între două posturi de telegrafie prin pământ. Pentru o comunicație bună era necesar ca liniile dintre electrozii a și b, respectiv c și d să fie pe cât posibil paralele.

Telegrafia prin pământ a servit pentru obținerea unor trageri de baraj atunci când batalioanele erau complet încercuite, posturile portative repetând artileriei cererile batalioanelor deoarece acestea nu puteau recepționa emisiunile telegrafiei prin pământ.

Se poate remarca astfel și rolul comunicațiilor radio în asigurarea cooperării între arme diferite.

Emisiunile posturilor portative se realizau pe trei lungimi de undă, iar partea de recepție utiliza ceea ce în limbajul tehnic actual numim amplificator de bandă largă pentru lungimi de undă cuprinse între 500 m și 2000 m (f = 150 kHz…600 kHz).

b. Pentru legăturile de la brigadă-înapoi armata franceză era dotată cu următoarele aparate de unde întreținute:

b1) de la divizie la brigadă - tip E₁₀ cu gama lungimilor de undă: 600 m ...1000 m (f= 300 kHz…500 kHz);

b2) de la divizie la corp de armată - tip E_{3 BIS} cu gama lungimilor de undă: 900 m ...1400 m (f= 215 kHz…333 kHz);

b3) de la corp de armată la armată - tip E_{3 TER} cu gama lungimilor de undă: 1300 m ...1800 m (f= 166 kHz…230 kHz);

b4) între armate și grupuri de armată - tip E₄ și E₆ cu gama lungimilor de undă: 1600 m... 3000 m (f= 100 kHz…187,5 kHz);

Bătaia posturilor diferitelor modele de aparate de telegrafie fără fir din armata franceză este notată în tabelul 4.1.1.1.

În figura 4.1.1.3 este prezentat un post cu scântei având bătaie mică, iar în figura 4.1.1.4 este prezentat un post care în timpul primului război mondial a asigurat legătura între Statul Major al mareșalului Foch cu statele majore ale aliaților.

c. Legăturile cu artileria. În 1917 artileria a fost dotată cu posturi cu scântei pentru asigurarea legăturilor cu infanteria și comandamentele. Ulterior, către sfârșitul războiului, artileria a fost dotată cu aparate E₁₀ dedicate acestei arme având gama lungimilor de undă: 550 m...1750 m (f = 171,4 kHz…600 kHz);.

d. Legătura carelor de asalt (blindatelor -n.a.) - era asigurată cu un post E_{10 TER} având gama lungimilor de undă: 600 m ...1000 m (f = 300 kHz…500 kHz) și antenă unifilară.

4.1.2. Rețeaua aeronauticii franceze

Fiecare armată dispunea de câte o reţea cu aeronautica pentru legătura diverselor escadrile, sectoare aeronautice de corpuri de armată, servicii de aviație de corpuri de armată și armată precum și servicii de apărare antiaeriană.

În plus, fiecare divizie aeronautică avea propria rețea interioară și cu armata.

Postul apărării antiaeriene raporta Marelui Cartier General din două în două ore activitatea avioanelor inamice pe frontul armatei, asigurând astfel posibilitatea diviziei de aviație să contrabalanseze densitatea avioanelor inamice acolo unde era necesar.

Rețeaua aviației a fost prima rețea care a fost organizată, aceasta fiind și singura care - spre deosebire de alte arme - era lipsită de orice alte alternative de comunicare. Ca priorități de organizare ordinea legăturilor a fost stabilită mai întâi cu artileria și apoi cu infanteria pe care o însoțea.

Inițial, avioanele erau dotate numai cu aparate transmițătoare pentru coordonarea tragerilor de artilerie, ulterior fiind completate și cu aparate de radiorecepție.

La încheierea primului razboi mondial avioanele franceze aveau în dotare posturi transmițătoare cu scântei care erau alimentate de alternatoare. La sol recepția era realizată cu detectoare și amplificatoare cu tuburi cu vid (lămpi).

Avioanele de însoțire a infanteriei erau dotate și cu receptor având detector și amplificator cu tuburi cu vid (lămpi). Transmiterea informațiilor către avion era realizată de către infanterie, de la distanță mică.

Legăturile la distanță mare cu artileria erau realizate în ambele sensuri cu posturi cu unde întreținute de tip E₁₀ instalate atât pe avion cât și la sol.

Cele două armături care în aparatura terestră alcătuiau condensatorul sistemului oscilant antenă-pământ, la avioane erau constituite dintr-un fir desfășurat pe aparatul de zbor, izolat electric față de acesta și masa constituită din partea metalică a avionului. Masa a fost denumită contragreutate.

4.2. Aparate ale armatei engleze

Armata engleză a fost dotată pe timpul primului război mondial cu patru tipuri de aparate, toate bazate pe unde întreținute: YA,YB,YC, iar pentru aviație AD.

Telefonia fără fir a fost mult perfecționată față de celelalte armate, fapt pentru care armata engleză deținea supremația acestui mod de comunicare.

Aparatura de tip YA îngloba partea de emisie și partea de recepție și era utilizată pentru asigurarea legăturilor la nivel batalion, regiment și brigadă, putând fi transportată pe samare sau trăsuri.

Antena era constituită dintr-un fir orizontal care putea fi înălțată pe piloni de 2 m sau de 9 m. Bătaia depindea de modul de lucru și de înălțimea la care era montată antena, fiind cuprinsă între 25 km - în telefonie cu antena de 2 m și 75 km - în telegrafie cu antena de 9 m.

Conform relatării domnului mr. ing. Alexandru I. Popescu în lucrarea ”Telegrafie și telefonie fără fir", publicată în anul 1922, cu un astfel de aparat au fost făcute experiențe între Cotroceni și Otopeni, utilizându-se o antenă de 4,5 m, concluzionându-se că rezultatul a fost foarte bun în pofida absorbțiilor provocate de mediul urban.

Aparatura de tip YB și YC erau asemănătoare din punct de vedere al construcției, singura diferență fiind aceeaa că tipul YC avea o bătaie mai mare.

Pentru transmitere gama lungimilor de undă era cuprinsă între L-(9L/100) și L+(9L/100), unde L era lungimea de undă dorită. Spre exemplu, dacă se urmărea ca lungimea de undă optimă să fie 800 m (f = 375 kHz), atunci gama lungimilor de undă ar fi fost 722 m... 872 m (f = 344 kHz…415,5 kHz). Asta ar fi însemnat posibilitatea transmiterii a 10 lungimi de undă, considerând diferența de la o lungime la alta de 15 m... 20 m. Transpunând lungimile de undă în frecvenţe şi calculând, rezultă un ecart între frecvenţe situat în jurul valorii a de 7 kHz... 8 kHz. Această valoare reprezintă ceva mai mult decât dublul frecvenţei maxime a benzii vocale utilizată în transmisiunile militare analogice (3,4 kHz).

Recepția utiliza două trasee de recepție pe subgame diferite, cu posibilitatea de a fi comutate între ele sau cu posibilitatea de a lucra independent, caz în care intrarea celui de al doilea traseu de recepție era completată cu o antenă cadru. Astfel, erau realizate condițiile unei comunicări duplex.

Bătaia posturilor YA,YB și YC în funcție de antene este prezentată în tabelul 4.2.1.

În figura 4.2.1 este prezentat un post YB, la care se observă în partea stângă tubul de emisie, iar în partea dreaptă receptorul cu patru tuburi dintre care unul este detectorul, celelalte trei fiind amplificatoare. În figura 4.2.2. este prezentat un post YC la care se poate observa în stânga partea de emisie dotată cu două tuburi de emisie, iar în dreapta partea de recepție, împreună cu părțile de alimentare ale ambelor semicomplete.

Aparatele de tip AD erau destinate asigurării legăturilor avion-pământ, avion-avion și avion-vapoare. Un aparat de tip AD ( figura 4.2.3.) conținea două tuburi de emisie pe partea de emisie (în dreapta), iar pe partea de recepție (în stânga) conținea cinci tuburi distribuite astfel: trei pe partea de radiofrecvență, unul utilizat ca detector iar ultimul era utilizat în regim de amplificator de joasă frecvență.

Gama lungimilor de undă ale acestui aparat era cuprinsă între 450 m și 100 m (f = 666 kHz…3 MHz), iar bătaia era cuprinsă între 100 km ...160 km în telefonie, urcând până la 300 km în telegrafie.

4.3. Aparate ale armatei germane

Suferind din cauza blocadei survenite în timpul războiului, armata germană era slab dotată cu aparatură în domeniul comunicațiilor radio. Lămpile cu doi și trei electrozi și-au făcut apariția în armata germană abia după 6 luni după ce primele aparate franceze garniseau frontul, iar pe partea de radiorecepţie antenele-cadru erau utilizate abia spre sfârșitul războiului.

Baza comunicațiilor pe suport radio au constituit-o în armata germană aparatele de telegrafie fără fir cu câmpuri de scântei. Cea mai mare parte dintre acestea erau produse de casa Telefunken, astfel:

- Tipul AKS 58 - bătaie maximă 10 km;

- Tipul G. Fuk 16 - bătaie maximă 10 km, transportabil în 13 pachete;

- Tipul 16. Transportabil pe automobil; antenă în dublu con și contragreutate a 4 fire susținute de un pilon de 17 m - bătaie maximă 80 km;

- Tipul 17. Post de luptă; transportabil pe două trăsuri; antenă T sau umbrelă susținută de un pilon de 17 m - bătaie maximă 80 km;

- Tipul G. Fuk 17 și G. Fuk 18. Transportabil pe două trăsuri;antenă de 60 m susținută de 2 piloni înalți de 12 m; bătaie 130 km;

- Packsettel Station - posturi pe samare transportabile cu 8 cai; antenă T de 60 m; bătaie 130 km;

- Post cu alternator; transportabil pe două trăsuri; bătaie 250 km;

Spre sfârșitul războiului armata germană și-a dotat regimentele cu posturi de tip ARS 68 și ARS 69 având o bătaie maximă de 12 km, iar batalioanele au fost dotate cu posturi de telegrafie prin pământ.

5. Concluzii

Telegrafia și telefonia fără fir au cunoscut un deosebit progres în timpul primului razboi mondial datorită cerințelor de front. Cele mai mari progrese au fost înregistrate de către armata franceză mulțumită eforturilor generalului Ferié, care a coordonat eforturile mai multor savanți din domeniul undelor.

Au fost făcute primele cercetări pentru radiotelemecanică, transmiterea documentelor scrise și a fotografiilor. La sfârșitul războiului aparatele pe baza câmpurilor de scântei încep să fie dezafectate și înlocuite cu aparatele pe baza undelor întreținute.

Începând cu perioada primului război mondial apare și se dezvoltă radiogoniometria.

Odată cu încheierea războiului, în armata engleză se intensifică perfecționarea aparatelor de campanie mobile pe baza undelor întreținute.

În Germania, epoca de după război înseamnă o nouă viziune asupra radiocomunicațiilor militare, domeniu în care armata germană a avut de suferit ca dotare și nivel de performanțe, în comparație cu armata franceză sau cea engleză. Din acest motiv perioada de după război înseamnă o perioadă de mari eforturi de experimente și cercetări în domeniul producției aparaturii de comunicații fără fir.

Pentru România se simțea din plin necesitatea dotării trupelor de transmisiuni, punându-se accent pe dotarea de primă linie și pe mobilitatea posturilor.

După război au fost elaborate primele concepții strategice de structurare a rețelelor de telegrafie fără fir. Astfel au fost definite, conform nevoilor decurse din necesitățile de razboi, înființarea și dotarea următoarelor rețele și subrețele ale armatei române:

5.1. Rețeaua din interiorul diviziei

a. Subrețeaua de regiment - brigadă dotată cu aparate pe samare sau pe oameni cu lungimi de undă între 300 m și 400 m (f = 750 kHz…1000 kHz), cu bătăi de până la 15 km în telefonie și de până la 30 km în telegrafie.

b. Subrețeaua brigadă - divizie dotată cu aparate cu lungimi de undă între 300 m și 400 m (f = 750 kHz…1000 kHz) și având bătăi de până la 25 km.

c. Subrețeaua artileriei divizionare cu aceeași dotare ca și subrețeaua regiment - brigadă.

d. Subrețeaua aviației divizionare dotată cu aparate specifice pentru aviație.

5.2. Rețeaua dintre divizii

Rețeaua dintre divizii (notată în documentele epocii ''din înapoia diviziei") era destinată legăturilor de la o divizie la alta, sau de la divizie la grupuri de divizie sau corpuri de armată, fiind dotată cu aparate având bătăi de până la 60 km în telefonie, lungimi de undă cuprinse între 550 m și 650 m (f = 461,5 kHz…545,5 kHz), la emisie și între 400 m și 800 m (f = 375 kHz…750 kHz) la recepție.

5.3. Rețeaua cartierelor de armată

Rețeaua cartierelor de armată era destinată legăturilor dintre grupuri de divizie, grupuri de divizie și cartiere de armată, sau dintre cartiere de armată fiind dotată cu aparate având bătăi de până la 100 km în telefonie, lungimi de undă cuprinse între 600 m și 800 m (f = 375 kHz…500 kHz) la emisie și între 500 m și 1000 m (f = 300 kHz…600 kHz) la recepție.

5.4. Rețeaua Marelui Cartier General

Rețeaua Marelui Cartier General necesita posturi cu bătie mare destinate legăturilor cu cartierele de armată utilizatând lungimi de undă de peste 1000 m (f = 300 kHz).

5.5. Rețeaua grupurilor aeronautice - dotată cu aparatură specifică.

5.6. Rețeaua radiogoniometrică - dotată cu aparatură de recepție cu antene cadru, pentru a acoperi întregul necesar de front necesita structurarea pe două subrețele:

a. radiogoniometrele de linia I dispuse la circa 30 km între ele și având lungimi de undă cuprinse între 300 m și 2000 m (f = 150 kHz…1000 kHz);

b. radiogoniometrele de linia II dispuse pe linia cartierelor grupelor de divizii și având lungimi de undă cuprinse între 1500 m și 6000 m (f = 50 kHz… 200 kHz).

5.7. Rețeaua cavaleriei de cercetare - dotată cu aparatură instalată pe trăsuri sau automobile compatibile cu cele din rețeaua divizie - grup de divizie.

5.8. Rețeaua carelor de luptă (blindatelor - n.a.) - dotată cu posturi mici (regiment - brigadă).

Cu excepția radiogoniometriei, toate posturile trebuiau să fie cu emisie și recepție. Schema legăturilor într-o divizie a armatei române este prezentată în figura 5.1.1.

Bibliografie:

1. Paul Berché - Pratique et théorie de la T.S.F., 1930 - Publications et éditions françaises de T.S.F. et Radiovision, Rue Réaumur, 53 ;

2. Maior inginer Alexandru I. Popescu - ”Telegrafie și telefonie fără fir - Radiogoniometrie", 1922 ,Tipografia Ion C. Văcărescu;

3. Căpitanul I. Stoenescu din Geniu – Noţiuni de telegrafie fără fir – Descrierea staţiunilor de telegrafie fără fir în serviciul armatei, Editura Socec&Co., 1914;

4. John Fuhring - "The devices and elements that began our modern electronics age" - http://www.geojohn.org/Radios/MyRadios/Coherer/Coherer.html

5. Documentare Wikipedia.