Moja przygoda z RADIOTECHNIKĄ rozpoczęła się na początku lat 50-tych ubiegłego wieku, podczas słuchania Polskiego Radia na falach eteru. Wrażenie było magiczne, gdy cała Rodzina zasiadała wokół radia Pionier w zimowe wieczory, aby słuchać słuchowisk transmitowanych na falach długich 225kHz. Do dziś pamiętam słuchowisko przedstawiające epizody walki w trakcie powstania styczniowego 1863 roku, podczas których główny bohater walczył z Moskalami za pomocą promieni śmierci. Dzisiaj magiczna wizja promieni śmierci stała się rzeczywistością przez zastosowanie laserów do walki z wrogiem.
Konstrukcje odbiorników Pionier zostały opracowane przez Wilhelma Rotkiewicza i produkowane w Dolnośląskich Zakładach Wytwórczych Urządzeń Radiowych „Diora” w Dzierżoniowe w latach 1948-1959. Zyskały one dużą popularność ze względu na stosunkowo niską cenę, prosty układ i dość dobry odbiór. Były one przystosowane do zasilania z sieci lub z baterii (w zależności od modelu) i do odbioru w zakresach fal długich, średnich i krótkich. Ich układ zawiera cztery lampy elektronowe (w tym jedną prostowniczą). Były one dla radiofonizacji kraju w latach powojennych tym, czym przed wojną był „Detefon”. Zakresy fal: Dł. – 150 – 4 29 kHz (700 – 2000 m); Śr. – 500 – 1579 kHz (600 – 190 m); Kr. – 6 – 19 MHz (16 – 50 m).
Pionier U2 był odbiornikiem superheterodynowym wykonanym na lampach uniwersalnych serii U: UCH21 (mieszacz i heterodyna), UCH21 (wzmacniacz p.cz. i m.cz.) UBL21 (detektor sygnału, detektor ARW, wzmacniacz końcowy), UY1N (prostownik). Jako bezpieczniki służyły dwie żaróweczki 6,3 V/0,3 A oświetlające skalę. Szczegóły konstrukcji kolejnych wersji Pioniera różniące się w zasadzie jedynie wyglądem i rodzajem obudowy oraz jego schemat ideowy, przedstawia zawartość strony internetowej Radioodbiorniki „Pionier” i „Mazur” http://sp2put.pl/radioelektronicy/pionier.htm
Natomiast mój kontakt z detektorowym odbiornikiem radiowym typu Detefon miał miejsce na początku lat 60-tych XX-wieku podczas odwiedzin u kolegi z ławy szkolnej. W trakcie koleżeńskiej wizyty pokazał mi odbiornik detektory, który w wyglądzie przypominał wspomniany już Detefon. Odbiór Warszawy I, 225kHz był bardzo słaby, co kolega tłumaczył brakiem podłączenia odbiornika do długiej anteny zewnętrznej.
Według Wikipedii https://pl.wikipedia.org/wiki/Detefon, Detefon to nazwa handlowa polskiego radioodbiornika wyposażonego w detektor kryształkowy. Został opracowany w roku 1929 przez Wilhelma Rotkiewicza i produkowany do wybuchu wojny przez Państwową Wytwórnie Łączności, potem przez Państwowe Zakłady Tele i Radiotechniczne, jako prosty i tani odbiornik w przystępnej cenie. Kosztował 39 ówczesnych złotych (tj. około 10 ówczesnych dolarów USA) w komplecie z anteną i wysoko-omowymi słuchawkami . Można było do niektórych odbiorników podłączyć drugą parę słuchawek.
Schemat odbiornik jest prosty – zawiera kondensator zmienny (do 500 pF) do strojenia odbiornika, dwie cewki – jedną dla fal długich i jedną dla średnich, detektor z kryształka (oznaczonego jako dioda półprzewodnikowa) oraz kondensatora 2 nF i dwa gniazda (S|1 i S|2) na słuchawki.
Dzięki tak daleko posuniętemu uproszczeniu konstrukcji mógł być on tani zarówno w zakupie, jak i w eksploatacji, gdyż nie potrzebował źródła zasilania. Ponieważ detektor kryształkowy nie posiadł wzmacniacza to odbiór w słuchawkach, był cichy i wymagał zastosowania długiej anteny zewnętrznej oraz dobrego uziemienia. Jako detektor stosowany był kryształ minerału o własnościach półprzewodnikowych, najczęściej galeny czyli siarczku ołowiu (stosowane były też piryt, cynkit i karborund). Był on umieszczony na podstawce lub w rurce metalowej w oprawce stanowiącej jeden z kontaktów. Drugi kontakt stanowiła igła metalowa, którą należało przemieszczać, aż do znalezienia na kryształku miejsca zapewniającego detekcję i dzięki temu odbiór sygnału. Kryształek pracował identycznie jak obecne diody półprzewodnikowe (igła musiała być umieszczona w obszarze o przewodności przeciwnej do części kryształka połączonej z podstawką). Pomiędzy obydwoma kontaktami występowało więc złącze p-n analogicznie jak we współczesnych diodach półprzewodnikowych (krzemowych lub germanowych), z tym że sprawność detekcji była niższa.
Po przeprowadzeniu badań patentowych z zakresu historii początków odbioru radiowego, okazało się, że protoplastą odbiorników detektorowych były konstrukcja opatentowana w USA przez G. W. Pickarda zawarta w patencie US836531 MEANS FOR RECEIVING INTELLIGENCE COMMUNICATED BY ELECTRIC WAVES z datą 20.11.1906, gdzie:
Fig.1 przedstawia – schemat ideowy odbiornika detektorowego, a Fig.2,3 to widok przekroju pionowego elementu detektora kryształkowego. W skład odbiornika wchodzi antena zewnętrzna A,A’, regulowane cewki indukcyjne L,L’, pojemności C,C’ oraz detektor TJ i przetwornik akustyczny (np.słuchawki) T, połączone w obwód według schematu Fig.1. W charakterze detektora zastosowano styk metal 7 – monokryształ krzemu N (silikon), który według opisu realizuje TJ (thermo-electric-regenerative detector), ponieważ przekształcaniu energii w detektorze towarzyszy pośrednio efekt cieplny, towarzyszący zjawisku detekcji sygnału radiowego z wejściowego obwodu rezonansowego LC. W innym patencie np. US845316 zastosowano charakterze detektora styk metal – kryształ siarczanu miedzi (cupper sulfate – CuSo4).
Natomiast początki odbiorników superheterodynowych sięgają lat 20-tych XX wieku kiedy to E. H. Armstrong otrzymał patent US1342885 Method of receiving high frequency oscillations, udzielony z datą 8.06.1920. Nowośc konstrukcji odbiornika radiowego dotyczy sposobu odbierania transmitowanego sygnału wysokiego częstotliwości, w telegrafii radiowej lub radiotelefonii, który jest szczególnie skuteczny przy odbiorze tłumionych lub zakłóconych fal radiowych. Znany jest problem małej czułości detektora poniżej pewnego poziomu odbieranego sygnał radiowego, co powoduje, że odpowiedź detektora staje się tak słaba, że nie można odbierać nadawanych sygnałów. Zastosowanie wzmacniaczy m.cz (małej częstotliwości) pomaga nieco do pewnego momentu, ale poziom szumów własnych ogranicza możliwości odbiorcze. Rozwiązaniem problemu utraty czułości detektora w przypadku słabych sygnałów jest wzmocnienie sygnałów o częstotliwościach radiowych przed operacją detekcji. Opatentowana metoda odbioru polega na zamianie częstotliwości oscylacji sygnału odbiorczego w.cz. (wielkiej częstotliwości) na pewną z góry określoną niższą wartość częstotliwości, tzw. p.cz (pośrednia częstotliwość), która jest łatwo wzmacniana w wzmacniaczu p.cz, a następnie trafia na wejście układu detektora, który ma zapewniony odpowiedni poziom sygnału wejściowego.
Fig.1 – przedstawia uproszczony schemat ideowo-funkcjonalny toru odbiorczego superheterodyny według wynalazku, Fig.2 i 3 zobrazowuje uproszczone schematy ideowe odbiornika superheterodynowego według wynalazku; Fig.4 – ilustruje układ, w którym proces konwersji i amplifikacji sygnału odbiorczego jest przeprowadzany w kolejnych stopniach odbiornika superheterody-nowego. Nawiązując teraz do Fig.1, źródłem odbieranych oscylacji jest cewka 1, która zasila obwód LC dostrojony do częstotliwości wejściowej. Prostownik 4 w obwodzie 3-5 jest elementem do przekształcania połączonych prądów przychodzącej energii w.cz i lokalnie generowanych oscylacji ze źródła 6. Obwód sprzęgający 5-7 przenosi sygnał o ustalonej częstotliwości pośredniej do wzmacniacza 8 z którego trafia do detektora 9 połączonego szeregowo ze słuchawką 10. Indukowane sygnały w.cz (transmisji + heterodyny) w cewkach 2-3 są przekształcane za pomocą prostownika 4 w prąd o określonej z góry częstotliwości, który trafia do wzmacniacza p.cz 8 przez sprzężenie 5-7. Wzmocniony sygnał p.cz po detekcji w prostowniku 9 odtwarzany jest przez słuchawkę telefoniczna 10. Role prostowników 4,9 mogą być zrealizować za pomocą detektorów kryształkowych lub lampowych. Przykład wykonania z Fig.2 zawiera cewkę wejściową 12, która jest sprzężona z obwodem rezonansowym 13-14, korzystnie dostrojonym do częstotliwości odebranego sygnału. Prostownik lampowy 16 w połączeniu z obwodem 15-13-14-16-17 tworzy układ superheterodyny sprężonej a obwodem wzmacniacza oporowego 18, którego wyjście obciążone jest prostownikiem 19 z słuchawką 20. Natomiast Fig.3 przedstawia realizacje odbiornika superheterodynowego z zastosowaniem selektywnych stopni wzmacniacza p.cz. Przykład wykonania z Fig.4 ilustruje koncepcje odbiornika superheterodynowego z podwójną przemianą częstotliwości poprzez zastosowanie dwóch obwodów mieszaczy (prostowników ) 35,39, sprzężonych z heterodynami 34,40.
Jako przykładowy polski wkład w rozwój odbiorników superheterodynowych można przedstawić przedwojenny patent Prof. Wilhelma Rotkiewicza PL29282b1 Wzmacniacz radiowy z przemianą częstotliwości, który został zgłoszony 10 stycznia 1937 roku, a udzielony 28 września 1940, czyli już podczas okupacji niemieckiej.
Istotą wynalazku jest zastosowanie heterodyny wytwarzającej drgania o częstotliwości znacznie różniącej się częstotliwości sygnału odbieranego a konkretnie o częstotliwości jednej z jego harmonicznych. Oznacza to w praktyce, że heterodyna jest nastrojona na częstotliwość równą sumie lub różnicy częstotliwości pośredniej p.cz i jednej z harmonicznych sygnału odbieranego (wzmacnianego). Napięcie p.cz z mieszacza, który pracuje w nieliniowy układzie prostowniczym, składającym się z prostownika lampowego lub stykowego, o zniekształconej charakterystyce krzywej napięcia w funkcji prądu, będzie miało częstotliwość powstałą przez nałożenie napięcia heterodyny na napięcie harmoniczne sygnału odbieranego. Opracowany układ wzmacniacza p.cz rozwiązuje problem odbioru fal ciągłych, gdzie różnica pomiędzy częstotliwością heterodyny, a częstotliwością napięcia sygnału odbieranego musi być niewielka w celu uzyskania dudnień o częstotliwości słyszalnej.
Prof. Wilhelm Rotkiewicz jest również autorem kilku patentów powojennych z których jeden PL34239b1 Urządzenie do wykrywania zwojów zwartych w cewkach z 10 10.1951, dotyczy urządzenia do wykrywania zwartych zwojów w cewkach radiowych. Istota wynalazku polega na wykrywaniu zwartych zwojów w cewce na podstawie zjawiska oddziaływania ich na właściwości wzorcowego obwodu rezonansowego. Wskaźnikiem istnienia zwartych zwojów jest zmiana napięcia na zaciskach wzorcowego obwodu rezonansowego, odczytywana na woltomierzu lampowym.
Wnioski: Prof. Wilhelm Rotkiewicz jest kolejnym wielkim Polakiem i wynalazcą, którego osiągnięcia należy odnotować w rocznice 100-lecia odzyskania Niepodległości przez Polskę. W latach 1924–29 studiował mechanikę na Politechnice Warszawskiej, a po otrzymaniu dyplomu inżynierskiego pracował tam w latach 1929–39 jako starszy asystent i wykładowca z zakresu radiotechniki. Pracował równocześnie jako starszy konstruktor i kierownik oddziału odbiorników radiowych Państwowych Zakładów Tele i Radiotechnicznych (PZTiR) w Warszawie, gdzie już wtedy zasłynął jako wybitny polski konstruktor krótkofalowych, superheterodynowych odbiorników radiowych, oraz pierwszego polskiego taniego masowego odbiornika kryształkowego Detefonu, którego Państwowe Wytwórnie Łączności wyprodukowały wnet 500 tys. W okresie miedzy-wojennym przebywał w Jugosławii gdzie nawiązał kontakt z partyzantką ludową a następnie pełnił funkcję szefa łączności w sztabie partyzanckim Józefa Broz-Tito. Po zakończeniu II Wojny Światowej powrócił do kraju i brał udział w zorganizowaniu Zakładów Radiowych «Diora» w Dzierżoniowie, a następnie kierował nimi jako dyrektor naczelny. Wtedy też opracował bardzo udany polski odbiornik «Pionier», którego wyprodukowano ponad 1 mln sztuk.
Analiza techniczna schematu ideowego Pioniera prowadzi do wniosku, że jest to udana adaptacja odbiornika Philipsa z 1941 roku, który był produkowany w wielu filiach Philipsa w całej Europie, podczas II WŚ. Przypuszczam, że był również produkowany w Dzierżoniowie stąd wzmianka o produkcji z zgromadzonych poniemieckich części. Główna modyfikacja odbiornika Pionier w stosunku do oryginału Philipsa sprowadza się do dodania zakresu fal krótkich, który umożliwiał odbiór Radia Wolna Europa, pomimo silnych zakłóceń stosowanych przez władze PRL. Wygląd odbiornika Philips 203U wraz z jego instrukcją serwisową dostępna jest na stronie: http://www.vintageradio.nl/radio’s/philips_203u_aachen_super_engels.htm
W późniejszych modelach zakres fal krótkich ograniczono do 31 – 50 m w wyniku rozporządzenia władz. W pewnych okresach czasu nie zakłócano rozgłośni zachodnich (w pierwszym rzędzie Rozgłośni Polskiej Radia Wolna Europa) w najwyższych pasmach (13 – 19 m) w celu umożliwienia nasłuchów i sporządzania z nich biuletynów dla najwyższych władz partyjnych i państwowych. Zajmowała się tym specjalna komórka istniejąca w ramach Polskiego Radia.
Godnym odnotowania jest również dorobek PZTiR które w latach 1938-1938 produkowały odbiornik AQ2/3, będący częścią wojskowej radiostacji N1 przeznaczonej dla łączności dywizji lub brygady. Radiostacja ta była przeznaczona do transportu za pomocą ciężarówek (typ N1S) lub pojazdów konnych – taczanek – (typ N1T). Radiostacja służyła do łączności dowództwa pułku z dowództwem dywizji lub brygady. Do wybuchu wojny PZTiR wyprodukowały według różnych źródeł od 170 szt.- 272 szt. Kolejnych 800 zestawów znajdowało się w różnych fazach montażu. W czasie wojny radiostacje tego typu były produkowane przez Niemców w przejętym przez nich zakładzie. Odbiornik pokrywał pasmo 2250 – 6750 kHz w 180 kanałach o szerokości 25 kHz i był przystosowany do odbioru telegrafii z kluczowana fala nośna CW i MCW (telegrafią tonowaną A2) oraz fonii AM. Nadajnik radiostacji miał moc 90 W na telegrafii i 65 W na fonii. W razie konieczności przy zastosowaniu prądnicy o napędzie nożnym można było podnieść moc odpowiednio do 100 i 120 W. W zwykłym trybie pracy nadajnik był zasilany z samowzbudnej prądnicy prądu stałego, która dawała także możliwość ładowania akumulatorów. Radiostacja przy pełnej mocy zasilania zapewniała łączność odpowiednio przy antenach 9, 6 i 3,3 m na fonii 30, 20 i 15 km, a na telegrafii 50, 35 i 20 km w porze dziennej. Nadajnik składał się z generatora wzbudzającego w układzie Hartleya, wzmacniacza mocy i modulatora (z modulacją w siatce ekranowej). Odbiornik główny radiostacji był 7-lampową superheterodyną w drewnianej obudowie. Pierwsza lampa pracowała jako wzmacniacz w.cz, 2 – jako stopień przemiany, 3 i 4 – jako wzmacniacz p.cz, 5 – jako detektor a 6 – jako oscylator dudnieniowy do odbioru telegrafii. Nominalna czułość odbiornika wynosiła poniżej 7 µV. Jako odbiornik pomocniczy pracował odbiornik od radiostacji N2 (opracowany przez prof. Wilhelma Rotkiewicza). Radiostacje N1 i N2 były wyposażone w dodatkowe urządzenie umożliwiające zdalną pracę z odległości do 200 m. Konstruktorem obydwu radiostacji był Henryk Magnuski wówczas kierownik zespołu konstruktorów PZTiR, któremu poświeciłem artykuł WALKIE-TALKIE (z lipca 2018 roku). Obszerną informacja na temat przedwojennych konstrukcji radiostacji wojskowych zawiera strona: http://sp2put.pl/radioelektronicy/technika_odbiorniki_profesjonalne.htm
Materiał filmowy na temat odbioru fal radiowych przez kryształkowe odbiorniki radiowe oddaje klimat słuchania radia w latach 30-tych: https://youtu.be/RFhkncBvd7Q
P.S. Jako ciekawostkę należy odnotować natomiast fakt, niezakłóconej pracy Urzędu Patentowego, podczas okupacji niemieckiej, w czasie II WŚ, którego zadaniem była ochrona niemieckich praw patentowych na terenie Generalnej Gubernii.
Szczęśliwego Nowego Roku 2019 życzy dla dociekliwych sympatyków patentów autor, z prośba o uwagi dotyczące oceny merytorycznej przedstawianych artykułów.