Miesiąc czerwiec to kolejna 74 rocznicy inwazji w Normandii, podczas II Wojny Światowej, która zdecydowała o losach powojennej Europy, w tym Polski. Z uwagą odnotowałem nowe informacje w Internecie na temat forsowanych planów Churchilla wyzwolenia Europy Środkowej, w tym Polski poprzez inwazje na Bałkanach. Według teorii znawców historii II WŚ Churchill świadomie informował wywiad niemiecki o miejscu i dacie inwazji w Normandii, co mogło skutkować porażka tej operacji i powrót do planów inwazji na Bałkanach. Na szczęście Niemcy zignorowali podawane na talerzu informacje, traktując je jako fake news, które miały za zadanie dezinformacje o prawdziwych celach inwazji Aliantów. Fakt jest faktem, ze inwazja w Normandii zakończona została sukcesem, w którym swój udział mieli Polacy walczący na lądzie, w powierzy i na morzu. Godnym odnotowania jest szerokie zastosowanie podczas inwazji radiostacji SCR-300 – pierwszej na świecie plecakowej radiostacja z modulacją częstotliwością FM, skonstruowana w 1940 przez polskiego inżyniera Henryka Magnuskiego. Radiostacja była powszechnie używana przez amerykańskie siły zbrojne w Europie i podczas walk na Pacyfiku z Japończykami pod popularną nazwą walkie-talkie.
Przed omówieniem opatentowanej radiostacji kilka słów wstępu w celu wprowadzenia w tematykę komunikacji radiowej. Uproszczony schemat blokowy nadajnika FM przedstawia następujący rysunek :
Nadajnik radiokomunikacyjny jest urządzeniem służącym do przetworzenia głosu na sygnały elektryczne i wysłanie ich w postaci fali elektromagnetycznej. Oczywiście zamiast sygnałów mowy mogą to być sygnały elektryczne, np. cyfrowe, i wtedy będziemy mieli do czynienia z nadajnikami emisji cyfrowych (analogicznie z odbiornikami). Każdy nadajnik składa się z dwóch zasadniczych bloków: układu formowania sygnału i wzmacniacza mocy. W zależności od rodzaju emisji można dokonać innego podziału nadajników:
- a) nadajnik telegraficzny (CW)
- b) nadajnik z modulacją amplitudy (AM)
- c) nadajnik jednowstęgowy (SSB)
- d) nadajnik z modulacją częstotliwości (FM).
Nadajniki z modulacją częstotliwości są najczęściej stosowane w zakresie UKF. W ich skład wchodzi generator kwarcowy, modulator częstotliwości lub fazy, wzmacniacz mikrofonowy, kilka stopni powielaczy, wzmacniacz wyjściowy. W nadajniku FM amplituda wyjściowa sygnału jest stała, a zmienia się częstotliwość sygnału w takt sygnału mowy. Wzmacniacze mocy i sterujące w nadajnikach telegraficznych oraz fonicznych z modulacją częstotliwości najczęściej pracują w klasie C (charakteryzują się dużą sprawnością). Każdy nadajnik można scharakteryzować poprzez podanie jego parametrów: − częstotliwość pracy (kHz, MHz, GHz) − niestałość częstotliwości pracy (±Hz/h) − rodzaj emisji wraz z jej parametrami − szerokość zajmowanego pasma (Hz,kHz) − moc wyjściowa w.cz. (W), FM: dewiacja częstotliwości.
Natomiast uproszczony schemat blokowy odbiornika FM zawiera rysunek:
Z kolej odbiornik radiokomunikacyjny jest urządzeniem służącym do odbierania fal elektromagnetycznych wysyłanych przez nadajnik, przetwarzanie ich na sygnały elektryczne, a następnie na głos lub inne sygnały przeznaczone do dalszego dekodowania Urządzenia odbiorcze ogólnie można podzielić na trzy grupy:
- a) odbiorniki o bezpośrednim wzmocnieniu − reakcyjne,
- b) odbiorniki o bezpośredniej przemianie częstotliwości − homodynowe,
- c) odbiorniki z przemianą częstotliwości (pojedynczą lub podwójną) –superheterodynowe.
Odbiorniki z przemianą częstotliwości są powszechnie stosowane w każdym zakresie odbieranych fal radiowych. Ich działanie polega na przemianie odbieranego sygnału wielkiej częstotliwości na mniejszą częstotliwość pośrednią (10,7MHz lub 9MHz czy 465kHz). Główne wzmocnienie odbiornika oraz selektywność osiąga się we wzmacniaczu pośredniej częstotliwości. Selekcji częstotliwości dokonują filtry kwarcowe lub piezoceramiczne. Najbardziej rozpowszechniona kategoria odbiorników są superheterodyny, które w przypadku odbiorników do odbioru sygnałów z modulacją częstotliwości − FM posiadają po ostatnim stopniu wzmacniacza p.cz. ogranicznik amplitudy, obcinający wszelkie szumy i zakłócenia mające charakter modulacji amplitudy, a następnie detektor częstotliwościowy. Dodatkowy stopień blokady szumów blokuje stopień wzmacniacza małej częstotliwości, wyciszając odbiornik przy braku sygnału odbieranego. Każdy z odbiorników wyposażony jest w ARW i ARC. Automatyczna regulacja wzmocnienia (ARW) zapewnia uzyskanie stałej amplitudy sygnału, niezależnie od zmian poziomu sygnału odbieranego, poprzez regulacje wzmocnienia we wzmacniaczu pośredniej częstotliwości. Niekiedy obejmuje on także wzmacniacz wielkiej częstotliwości i mieszacz. Układ ARW zapobiega też przesterowaniu wzmacniaczy przez duże sygnały (na przykład z radiostacji lokalnych) i zmniejsza modulację skrośną. Automatyczna regulacja częstotliwości (ARCz, AFC) to obwód służący do automatycznego dostrajania odbiornika do częstotliwości odbieranej fali i kompensowania niewielkich zmian częstotliwości heterodyny wynikających z jej niestabilności. Gdy odbiornik nie jest dokładnie dostrojony, układ ARCz wytwarza sygnał odpowiednio zmieniający częstotliwość heterodyny.
Swoją konstrukcje radiostacji z modulacją FM, Henryk Magnuski zawarł w patencie US2408791 RADIO COMMUNICATION SYSTEM zgłoszonym 21.06.1943r., który może stanowić przewodnik z zakresu konstrukcji profesjonalnego transceivera, tzn. układu nadajnik-odbiornik, który posiada wspólne obwody obu składników, umieszczonych są w jednej obudowie. Z technicznego punktu widzenia transceiver ma zintegrowaną znaczną liczbę obwodów nadajnika i odbiornika. Ponieważ opis patentowy jest dokładnym opisem schematu ideowego układu transceivera FM SCR-300, jego analizę zostawiam dla koneserów układów lampowych, którzy docenią nowatorskie jak na owe czasy rozwiązanie konstrukcyjne. Dla przybliżenia techniki radiowej dla zwykłego czytelnika bloga opis radiostacji SCR -300 oparty zostanie o schematy blokowe, które zostały adoptowane z oryginalnej instrukcji eksploatacyjnej radiostacji SCR-300A War Department Technical Manual TM-11-242, z 1945 roku.
Schemat blokowy toru odbiorczego transceivera SCR-300
Opatentowany transceiver składa się z nadajnika FM z modulatorem reaktancyjnym i odbiornika superheterodynowego FM z podwójna przemiana częstotliwości, których układy współpracują ze sobą, co zapewnia szybkie przełączanie jego trybów pracy nadawanie–odbiór. Przedstawiona radiostacja z modulacja FM nazwana przez z żołnierzy walkie-talkie, pracowała w trybie półdupleks (half duplex) – wersja ograniczona dupleksu, w której przesyłanie i odbieranie informacji odbywa się naprzemiennie, powodując spadek prędkości transmisji. Zasięg radiostacji wynosił 3 mile – 4,8 km dla założonej mocy nadajnika rzędu 0,3 W, co w dużej mierze zależało do stanu naładowania 90V baterii. Przestrajanie transceivera polega na wyborze jednego z dostępnych 41 kanałów o częstotliwości w zakresie od 40 do 48 MHz, co w praktyce oznacza szerokość pojedynczego kanału FM 200kHz. Podczas odbioru sygnał radiowego z wybranego kanału (40-48MHz) z anteny trafia do wzmacniacza w.cz (V6) gdzie jest wzmacniany a następnie podawany na mieszacz (V7), który zasilany jest równolegle sygnałem (17,85-21,85Mhz) z heterodyny (V4) nadajnika, który jest powielany w układzie podwajacza (V3) nadajnika do postaci sygnału (35,7-43,7Mhz). Sygnał pierwszej pośredniej częstotliwości (p.cz) z mieszacza o stałej częstotliwości 4,3 MHz trafia do wzmacniacza p.cz (V8,V9). Druga przemiana częstotliwości realizowana jest w mieszaczu (V10), który pracuje w układzie oscylatora kwarcowego 6,815Mhz co zapewnia generacje sygnału drugiej p.cz na częstotliwości 2,515Mhz. Sygnał drugiej p.cz poprzez wzmacniacz p.cz (V11) oraz ogranicznik amplitudy (V12,V13) podawany jest na dyskryminator FM (V14,V15), który realizuje funkcje detekcji sygnału FM. Sygnał małej częstotliwości (m.cz) z dyskryminatora podlega wzmocnieniu w wzmacniaczu akustycznym (V15), a następnie trafia do słuchawki odbiorczej.
Układ dyskryminatora FM realizuje równolegle trzy funkcje:
– dyskryminacja sygnału akustycznego z sygnału p.cz FM ;
– źródło sygnałów szumowych do układu tłumienia zakłóceń (V16,V17,V18);
– sygnał błędu ARCZ, który podawany jest na układ modulatora reaktancyjnego (V5), w celu realizacji pętli sprzężenia zwrotnego w układzie przestrajanej heterodyny (V4) .
Schemat blokowy toru nadawczego transceivera SCR-300
W trybie nadawczy modulator reaktancyjny (V5) sterowany jest sygnałem akustycznym z mikrofonu co zapewnia modulacje FM sygnału generowanego przez przestrajaną heterodynę (V4). Sygnał (V4) z modulacją FM w zakresie (17,85-21,85 MHz) w zależności od ustalonego kanału nadawczego po przejściu przez układ podwajacza ( V5) w zakresie (35,7-43,7Mhz), przetwarzany jest w mieszaczu kwarcowym (V2), 4,3MHz, do postaci sygnału wielkiej częstotliwości (w.cz) o częstotliwości w zakresie o (40-48MHz). Otrzymany sygnał w.cz po wzmocnieniu w stopniu wzmacniacza mocy (V1) trafia do eteru poprzez antenę prętową .
WNIOSKI
Henryk Magnuski – 30-letni pracownik Państwowych Zakładów Tele-Radiotechnicznych wyjeżdża w czerwcu 1939 roku do Nowego Jorku zobaczyć, jak Amerykanie pracują nad nowoczesnymi nadajnikami radiowymi. Wybuch II Wojny Światowej zmienia jego życie, ponieważ zostaje w USA i zatrudnia się w firmie Galvin Manufacturing Corporation (GMC), która siedem lat później zmieniła nazwę na Motorola. Zdolny inżynier z Polski, po studiach z zakresu telekomunikacji na Politechnice Warszawskiej (skończył je w 1934 roku), w PZT kierujący zespołem projektującym radiostacje wojskowe, szybko pokazał swoje możliwości także w Stanach Zjednoczonych. Dziełem życia Magnuskiego okazała się radiostacja SCR 300. Ważyła 16-17 kg, czyli była znacznie cięższa od radiotelefonu, ale miała też kilkukrotnie większy zasięg – ok. 15 km. Wcześniej do transportu tego rodzaju urządzeń trzeba było używać czołgów, a czasami i one okazywały się zbyt małe. Tymczasem polski inżynier skonstruował radiostację, którą każdy żołnierz był w stanie sam przenieść w plecaku (specjalnie do tego przygotowanym). Stąd też jej nazwa – walkie-talkie. Po wojnie Magnuski już nie wrócił do ojczyzny. Został w Stanach Zjednoczonych i kontynuował pracę w Motoroli. Zajmował się rezonatorami wnękowymi i ich zastosowaniem jako filtrów wejściowych w odbiornikach mikrofalowych (m.in. w odbiorniku „Sensicon”) oraz konstrukcją mikrofalowych stacji przekaźnikowych dla telefonii wielokrotnej, telewizji i transmisji danych.
Podkreślając dorobek Henryka Magnuskiego muszę dodać watek osobisty, wieloletnie zainteresowanie konstrukcjami transceiverów FM, które ograniczone było przez fakt braku dobrej literatury technicznej z tego zakresu. Wstyd się przyznać ale dopiero analiza patentu i dokumentacji radiostacji SCR-300 uzupełniła moje braki wiedzy z tego zakresu. Opisane materiały powinny być przedmiotem analizy z zakresy urządzeń radiowych na poziomie technikum z zakresu radiokomunikacji i elektroniki.
Jako ciekawostkę ilustrującą rozwój radiokomunikacji FM polecam materiał dydaktyczny rozpowszechniany w Armii USA, który przedstawia zalety zastosowania transceiverów FM w stosunku do technologii transmisji radiowej z modulacja amplitudy AM. HOW FM / FREQUENCY MODULATION RADIO WORKS – 1950’s https://www.youtube.com/watch?v=KDktD8o02KM
Ponieważ w/w materiał filmowy został usunięty proponuje obejrzeć FM [RS Elektronika] #64, Modulacja FM
PS. Jako, że Polacy walczyli na wszystkich frontach II WŚ, więc należy podkreślać przy każdej rocznicy wojennej, wkład Polskich żołnierzy w pokonaniu hitlerowskich Niemiec. Mój father-in-law, podoficer I pułku Strzelców Podhalańskich podczas II WŚ przeprowadzał polskich żołnierzy przez Pireneje, z okupowanej Francji przez Niemców, do Hiszpanii. W listopadzie 1942 roku z ostatnia grupą 18 żołnierzy został schwytany po stronie hiszpańskiej i osadzony w obozie koncentracyjnym Miranda de Ebro w którym przebywał do kwietnia 1943 roku. W proteście przeciwko nieludzkim warunkom w obozie brał udział w słynnym strajku głodowym, którego wygranie zmusiło reżim Franko do zgody na ewakuacje kolejnych grup Polaków przez Portugalie do Giblartaru. Do Wielkiej Brytanii przedostał się dopiero 14 czerwca 1943 gdzie służył do końca II WŚ. Po wojnie wrócił do kraju w 1947 i pracował rzetelnie dla dobra Ojczyzny bez satysfakcji ze strony powojennego państwa, które nie doceniało jego wkładu w zwycięstwo Wojska Polskiego w II WŚ. Taki był los żołnierzy którzy walczyli na Zachodzie, w Ludowej Polsce, a dzisiaj jest wzorem do naśladowania dla młodych Polaków, którzy mogą być dumni ze swoich Ojców i Dziadków.
Opis obozu Miranda de Ebro oraz sławnej głodówki Polaków dostępny jest dzięki wspomnieniom uczestnika tych wydarzeń Pana Władysława Popiołka, w Internecie: http://www.ww2escapelines.co.uk/campo-de-concentration-de-miranda-de-ebro-august-1941-march-1943/