திண்ணை

முனைவர். கிருஷ்ணமூர்த்தி கதிரவன்

Story of the Radio

Kathiravan Krishnamurthi, PhD.

அறிவியல் ஆரம்பம் (Foundations of Radio Science)

ரேடியோ இயற்பியலுக்கு அடிக்கல் நூற்றைம்பது ஆண்டுகளுக்கு முன் நாட்டப்பட்டது. பேராசிரியர் மேக்ஸ்வெல் 1858 ஆம் ஆண்டு மின்காந்த அலைகளின் இயல்புகளை விவரிக்கும் சமன்பாடுகளை முன் வைத்தார். இந்தச் சமன்பாடுகள் மின்காந்த (ரேடியோ) அலைகள் ஒளியை போல பரவிப் பயணிக்கும் தன்மையுடையன என்று சொன்னாலும், கொள்கை அளவிலே தான் இருந்து வந்தது.

தந்தை ஹெர்ட்ஸ் (Hertz: Father of Radio)

1888 இல் முதன் முதல் ஹெர்ட்ஸ் மின்காந்த அலைகளை தோற்றுவித்தார். தூண்டுச் சுருளில் இணைக்கப்பட்ட வெண்கலக் குமிழ்களிடையே ஒரு சிறிய சந்தில் (இடைவெளியில்) சுடர்ப் பொறி (spark) ஏற்படுத்தி மின்காந்த அலைகளை ஹெர்ட்ஸ் தோற்றுவித்தார். பத்து அடி தூரம் வைத்த வளையக் கம்பியாலான ஏற்பியில் சுடர்ப் பொறிகளை ஏற்று, முதன் முதலில் ரேடியோ அலைகளை பரப்பவும் ஏற்கவும் இயலும் என்று காட்டினார். 1894 ஆம் ஆண்டு தன் 37 ஆம் பிறந்தநாளுக்கு முன்னரே இயற்கை எய்தினார் ரேடியோவின் தந்தை. அவர் விட்டுச் சென்ற புதிய அறிவியலின் பிள்ளை இன்றும் நம்மிடம் நிரந்தரமாக குடியிருகிறது. ஹெர்ஸ் பாவித்த இருகொம்பு (Dipole) அன்டெனா இன்றும் தொலைக்காட்சி ஏற்பிகளில் மடிக்கப்பட்டு (folded dipole) பயன்படுத்தப்படுகிறது. அன்டெனா பொறிஞர்கள் முதலில் படிப்பது ‘Dipole ‘ அன்டெனா. அவருடைய பெயர், அலைகளின் சுழற்சி வீதத்துக்கு (number of cycles per second) சூட்டப்பட்டு, நாம் ‘Hertz ‘ அலகில் ரேடியோ அலைகளைக் குறிப்பிடுகிறோம்.

முன்னோடி போஸ் (Pioneer Bose)

ஹெர்ஸாரின் புதிய அறிவியல் கல்கத்தாவில் பிரசிடென்சிக் கல்லூரி பேராசிரியராயிருந்த ஜகதீச சந்திர போஸை ஈர்க்க,

அவர் 1894 ஆம் ஆண்டு ரேடியோ ஆய்வில் இறங்கினார். சுடர்ப்பொறி வடிவில் தான் ஹெர்ட்ஸ் மின்காந்த அலைகளை ஏற்றார். போஸ் அவர்களோ ரேடியோ அலைகளை மின்னோட்டமாகப் பகுத்தெடுப்பதில் கவனத்தை செலுத்தினார்.

ரேடியோ அலைகளை உருவாக்க ஹெர்ஸாரின் சுடர்ப்பொறி செலுத்தியை மாற்றி அமைத்தார். ரேடியோ அலைகளை ஏற்கும் கொம்பு (Horn) அன்டெனா மற்றும் திண்ம நிலை பகுப்பான்களை (Solid State Detectors) போஸ் பயன்படுத்தினார். 1895 ஆண்டு கல்கத்தாவில் கவர்னரும் பொதுமக்களும் கூடியிருந்த இடத்தில் முதன் முதல் ரேடியோ அலைகளைச் ஜகதீச சந்திர போஸ் செலுத்தி, தொலைவிலிருந்த மணியை அடிக்கவும், வெடிமருந்தை வெடிக்கவும் செய்தார். பின் அவர் லார்ட் ரேலே (Lord Rayleigh) அவர்களின் அழைப்பை ஏற்று இலண்டனில் ராயல் கழகத்தில் 1896 ஆம் ஆண்டு பல அறிஞர்கள் குழுமத்திற்கு செயல்முறை விளக்கம் அளித்து பாராட்டுகளைப் பெற்றார். ராயல் கழக விரிவுரையின் முடிவில், ‘நான் கண்டறிந்த பகுப்பான்களின் வடிவமைப்பு விவரங்கள் எந்த நேரத்திலும் பெரிய ரகசியமல்ல என்று ஆச்சரியப்படுவதற்கு ஒன்றும் இல்லை!.இதை எடுத்து நடைமுறைப்படுத்துவோருக்காக வெளிப்படையாக அறிவிக்கிறேன் ‘ என்றார். போஸின் கவனம், மின்காந்த அலைகளால் தாவரங்களுக்கு உண்டாகும் பாதிப்பை ஆய்ந்தறிவதில் திரும்பியது.

மார்க்கோனியின் ரேடியோ தந்தியியல் (Marconi ‘s Radio Telegraphy)

1897 ஆம் ஆண்டு லா-ஸ்பேசிய என்னும் இடத்தில் தரை நிலையத்திலிருந்து 12 மையிலுக்கு அப்பால் உள்ள கப்பல்களை தொடர்பு கொள்ளச் செய்கிறார் மார்க்கோனி. டிசம்பர் 1901 மார்க்கோனி ஸ்காட்லண்டில் (Poldhu) போல்து என்ற இடத்திலிருந்து அட்லாண்டிக் கடல் கடந்து, நியூ பவுண்லண்டு, கனடாவிற்கு (New Foundland, Canada) ‘S ‘ என்ற தந்திக் குறியீட்டெழுத்தை அனுப்பி வெற்றிச் சாதனை படைத்தார்.

1912: ஞாயிறு, ஏப்ரல் 14, நள்ளிரவுக்குச் சற்றுமுன், RMS Titanic என்ற கப்பல் அட்லாண்டிக் கடலில் ஒரு பனிமலை மேல் இடிபட்டு மூழ்கும் அபாயத்தில் இருக்கிறது. கப்பலின் ரேடியோ இயக்குனர், ஜான் பிலிப்ஸ், Morse தந்திக் குறிமுறையில் அபாயக் குறியான CQD யை செலுத்துகிறார். ஐம்பத்தெட்டு மைல் தொலைவில் சென்றிருந்த Carpathia என்ற கப்பல் செய்தியை ஏற்று முழ்கிக் கொண்டிருக்கும் கப்பலை நோக்கி விரைகிறது. Carpathia 705 பயணிகளை மீட்கிறது. பிலிப்ஸ் கப்பலில் மின்சாரம் வேலை செய்யும் வரை அபாய குறியை செலுத்துகிறார். இந்த மீட்பு கம்பியில்லாத் தொலைத் தொடர்பின் பெரும் பயனை உணர்த்தும் முதல் நிகழ்வாக அமைந்தது..

குழாய் மின்னணுவியல் (Tube Electronics)

அட்லாண்டிக் கடல் கடந்து இங்கிலாந்திலிருந்து அமேரிக்காவுக்கு இடையே கம்பியில்லாமல் தொடர்பாட முடிந்தாலும், உரையாட முடியாமல் இருந்தது. தொடர்பாடல் சுடர்ப்பொறி செலுத்தியின் அடிப்படையில் அமைந்திருந்த காலகட்டத்தில், ஏற்கப்படும் உயரதிர்வெண் சமிக்கைகளை பகுத்து, கேட்பொலியாக மாற்றவல்ல கருவியில்லாமல் இருந்தது. மார்க்கோனி கம்பெனியின் ஆலோசகரும் இலண்டன் பல்கலைக்கழகப் பேராசிரியருமான ஜான் பிலமிங் (John Fleming) , எடிசனுடைய மின் விளக்கை மாற்றி அமைத்தார். விளக்கின் கம்பியிழைக்கு (filament) சற்று மேலே ஒரு தட்டை (plate) அமைத்தார். கம்பியழையிலிருந்து வெப்பத்தால் கசிவுறும் எலக்றான்களை (மின்னணு) ஈர்க்கும் தட்டிலிருந்து வெளியில் இருந்த சுற்றில் மின்னோட்டம் நிறுவப்பட்டது. ரேடியோ அலைகளின் அதிர்வுகளை மின்னோட்டமாகப் பகுக்க முடிந்தது.

ரேடியோ அலைகளை பகுக்கும் கருவியை பிலெமிங் கண்டறிந்தவுடன் ஏற்கும் மின்காந்த அலைகளில் பொதிந்த ஒலித் தகவல் மின்னோட்ட வடிவில் மாற்றப்பட்டாலும் வலுக் குன்றியே இருந்தது. மின்னோட்டத்தை பெருக்கும் கருவி இல்லாதை உணர்ந்த ‘DeForest ‘, பிலெமிங் குழாயில் இருந்த கம்பியிழைக்கும் தகட்டுக்கும் மின்மேகம் சூழ்ந்த இடைவெளியில் ‘Grid ‘ என்ற ‘மின்வாய் ‘ அமைத்தார். இது ‘Triode ‘ என்னும் பெருக்கும் கருவியாகப் பரிணாமிக்கிறது. ‘Grid ‘ உள் செலுத்தப்படும் மின் அழுத்தத்தைக் கொண்டு தகட்டுச் சுற்றில் உள்ள மின்னோட்டத்தைக் கட்டுப்படுத்த முடிகிறது.

ஆம்ஸ்றாங் ஊழி (Armstrong Era)

‘DeForest ‘ கண்டறிந்த பெருக்கும் கருவியின் செயற்பாட்டை விளக்க அவரால் இயலாமல் இருந்த காலக்கட்டத்தில் எட்வின் ஆம்ஸ்றாங் (Edwin Armstrong) களத்தில் இறங்குகிறார். கொலம்பியா (Columbia) பல்கலைக்கழக இளங்கலை மாணவரான அவர் முதலில் ‘Operating Features of the Audion ‘ என்ற கட்டுரையில் ‘Audion ‘ செயற்பாட்டை விளக்குகிறார் .1914 ஆம் ஆண்டு ஆம்ஸ்றாங் மீளாக்கும் சுற்றை (Regenerative circuit) முதலில் கண்டு அதன் பயன்பாடுகளை வெளியிடுகிறார். டா பார்ஸ்டின் ‘ஆடியான் ‘ கருவியின் வெளியீட்டின் ஒரு பங்கை உள்ளிடும் சுற்றுக்கு ஊட்டினால் ரேடியோ அலைகளை தோற்றுவிக்கும் கருவியாக்கலாம் என்று கண்டார். ரேடியோ அலைகளை இயற்றும் சுடர்ப்பொறிச் செலுத்திகளினும் துல்லியமான, நிலையான அதிர்வெண் தரும் அலைகளை உருவாக்கும் உத்தியை வெளியிடுகிறார். பின் ஊட்டு (Feedback) என்ற நுட்பம் நிலைநாட்டப்படுகிறது. ஏற்கப்படும் சைகைகளைப் பெருக்கும் சுற்றுகளும் அறிமுகம் ஆகின்றன. செவிகேட்பிகள் (Earphones) வாயிலாகப் புலனான வலுக்குன்றிய Morse குறிப்புச் சமிக்கைகள் மட்டுமல்லாமல் கேட்பொலி (Audio) சமிக்கைகளையும் ஏற்கும் நிலையை அடைகின்றது.

1917 இல் ஒரே நேரத்தில் பல சைகைகளை அனுப்பி/ஏற்க வெவ்வேறு அலைவரிசைகளில் (அதிர்வெண்களில்) சைகைகளை செலுத்திப் பிரிக்கும் ஒரு உத்தியான ‘Superheterodyne ‘யை ஆம்ஸ்றாங் அறிவிக்கிறார். உள்வாங்கும் உயர் அதிர்வெண் கொண்ட சைகையின் அதிர்வெண் தாழ்த்தப் படுகிறது. இவ்வாறு தாழ்த்தப்பட்ட குறை-அதிர்வெண் சைகை பெருக்கவும், தெரிவு செய்யவும் எளிதாக அமைகிறது. ‘சூப்பர்ஹெட் ‘ தனியுரிமையை டேவிட் சரனாப் (David Saranoff) என்பவர் RCA (ரேடியோ கார்பரேஷன் ஆப் அமேரிக்கா) சார்பாக பேரம் செய்து ஆம்ஸ்றாங்கிடமிருந்து வாங்குகிறார். ரேடியோ பெட்டிகளை தயாரித்து விற்பனை செய்வதில் RCA 1930 களில் பெரும் இலாபம் ஈட்டுகிறது. இன்றும் கைவசம் எடுத்துச் செல்லக் கூடிய ரேடியோ மற்றும் செல்பேசியிலிருந்து ரேடார் (RADAR) செட் வரை, நவீன ஏற்பிகளில் ‘சூப்பர்ஹெட் ‘ கொள்கை கையாளப்படுகிறது.

மேலே குறிப்பிட்ட இரு சாதனைகளோடு ஆம்ஸ்றாங் ஓய்வெடுக்கவில்லை. குரல் (பேச்சு மற்றும் இசை) சமிக்கைகளை செலுத்த, ரேடியோ நிலையங்கள் பாவித்து வந்த AM முறையில் அலைகள் பரவும் போது உருவாகும் சீரழிவால் (Static) ரேடியோ கேட்பவர் ஏற்கும் கேட்பொலியின் தரம் குன்றி, இரைச்சல் படிந்து காணப்படும். இந்த ‘Static ‘ விளைவைக் களைய ஆம்ஸ்றாங் FM (Frequency Modulation) என்ற உத்தியை கண்டறிந்தார். FM முறையில் ‘Static ‘ விளைவு முற்றிலுமாக களையப்பட்டதுடன் இசை விரும்பிகளுக்கு என்றும் இல்லாத தரமான இசையை ரேடியோ மூலம் வழங்க முடிந்தது. மனிதர் செவிக்குப் புலனாகும் ஒலியின் அதிர்வெண் அளவெல்லையின் முழு நீட்டத்தையும் FM இசை தர முடிந்தது. முழவின் அதிர்விலிருந்து, குழலின் இனிய ஓசைவரை FM முறையால் ரசிகர்களுக்கு தரமாக சென்றடைந்தது.

சிற்றளவாக்கம் (Miniaturization)

ரேடியோ தயாரிக்க ஆரம்பித்த காலகட்டத்தில் ரேடியோ ஏற்பிகளில் அடங்கிய மின் தடுப்பி (resistor) , கொண்மி (capacitor), தூண்டி (inductor) மற்றும் குழாய்கள் (tubes) போன்ற உறுப்புகளைத் தொடுக்க, வண்ண மின்விலக்கி (insulator) போத்திய கம்பிகள் பயன்படுத்தப் பட்டன. வண்ணக் குறியீட்டு முறையில் குறிப்பிட்ட தொடுப்புக்கு குறிப்பிட்ட வண்ணக் கம்பி பயன்படுத்தப்பட்டது. உதாரணமாக கறுப்பு ‘Filament ‘ முனைக்கும், பச்சைக் கம்பி ‘Grid ‘ இணைப்புக்கும், உலகம் முழுதும் ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்டது. இதனால் பழுது பார்க்கவும், சரி செய்யவும் வசதியாக இருந்தது. உள் இடுக்கிகளும் (plug), துளைகளும் (sockets) ஒரு துணைச் சுற்றை மற்றொரு சுற்றோடு இணைக்கப் பயன்படுத்தப்பட்டன. 1940 களில் அச்சிட்ட சுற்றுப் பலகைத் தொழில் நுட்பம் (PCB Technology) அறிமுகப்படுத்தப்பட்டது. இதனால் கைவேலைப்பாடு குறைந்து, சுற்றுக்களை ஒருங்குசேர்க்கும் வேலை துரிதப்படுத்தப்பட்டு சிக்கனமாகவுன், நம்பகமாகவும் ஆனது.

அச்சிட்ட சுற்றுத் தொடுப்பு முறையில், தளக்கோலம் (layout), உறுப்புகளின் அளவு மற்றும் நிலைகளை மனதில் கொண்டு திட்டமிடப்படுகிறது. தொடுப்புகள், மின்விலக்கியை அடித்தளமாகக் (insulating substrate) கொண்ட செப்பு வரிக்கம்பிகளால் அமைகின்றன. இந்த நுட்பத்தின் தொடர் வளர்ச்சியாக அச்சிடப்படும் கூறுகள் (Printed Components) பரிணாமிக்கின்றன. இன்று தடுப்பிகள், கொண்மிகள், மற்றும் தூண்டிகள் கூட அச்சிட்ட சுற்றுகளை உருவாக்கும் செயற்பாடுகளில் ஒரு அங்கம் வகிக்கின்றன.

டிரான்ஸிஸ்டர் (Transistor) கண்டுபிடிப்பாலும், வளர்ச்சியாலும் பருமனான குழாய்களின் புழக்கம் குறைந்து அச்சிட்ட சுற்றுக்களின் இறுக்கமும் அடர்த்தியும் அதிகரித்தது. இந்தத் தொடர் வளர்ச்சியின் வெளிப்பாடாக 1960 களில் தொகுப்புச் சுற்றுகள் (Integrated Circuits-ICs) அறிமுகம் ஆகத் தொடங்கின. டிரான்ஸிஸ்டர் உருவாகும் சிலிக்கான் அடித்தளத்திலே தடுப்பி, கொண்மி, தூண்டி எனப் பல பிரிநிலைக் (discrete) கருவிகளையும் தொடுத்து ஒருங்கிணைப்பதால் (integrate) பெரிய அளவில் அட்டைகளில் அமைக்கபெற்ற சுற்றுகள் நுணுக்கமான சில்களாக (chips) 1980 களில் வடிவெடுக்கத் தொடங்கிவிட்டன.

உள்ளங்கையில் அடங்கும் விநோதம் (Wonder that fits into our palm)

இன்றைக்கு கச்சிதமாக அமைக்கப்படும் தொகுப்புச் சுற்றுகள், (Integrated Circuits) பெருக்கி (Amplifier), நிலைமாற்றி (switch), கலக்கி (mixer), அலையியற்றி (oscillator) என பல கூறுகளின் செயல்களை ஆற்றுகின்றன. குறைந்த பரப்பில் கச்சிதமாக வடிமமைக்கப்படும் கணிப்பொறிகளிலும், ரேடியோ ஏற்பிகளிலும் இந்தச் சுற்றுகள் இடம் பெறுகின்றன. இன்று நாம் கையில் எடுத்துச் செல்லும் செல்பேசி ஒரு குட்டி இருவழி ரேடியோ. செல்பேசிகளின் பரும அளவு ஒலியாக்கியின் (loudspeaker) பரும அளவால் நிர்ணயிக்கப்படுகின்றது. சிறிய ஒலியாக்கியால் குறைந்த திறன் (சத்தம்) உள்ள ஒலியைத்தான் ஏற்க முடியும். சிறிய ஒலியாக்கியின் கேட்பொலி மீளுருவாக்கும் (Audio Reproduction Quality) தரமும் குறைவு.

ஒரு கனமீட்டர் அலகில் அடங்கும் சிக்கற்பாட்டின் அடிப்படையில் இன்று நாம் கையாளும் கருவிகளை ஒப்பிட விழைவோமானால் அதில் நவீன செல்பேசிகள் மேலிடம் வகிக்கும். தற்கால டிஜிடல் செல்பேசிகள் குரல் சமிக்கைகளை முறைவழிப்படுத்த வினாடிக்கு பல இலட்சம் கணிப்புகளைச் செய்கின்றன. இன்றைய செல்பேசி, இருவழி தொடர்பாடும் தொலைபேசி மட்டமல்ல! மின்னஞ்சல் (Email), கணிப்பி (Calculator), இணைய அணுகல் (Internet Access) மற்றும் சொந்தத் தொலைபேசி அடைவு (Personal Telephone Directory) என பல சிறப்பம்சங்களை தன்னகத்தே கொண்ட கருவி. முப்பது ஆண்டுகளுக்கு முன் ஒரு அலுவலகம் முழக்க நிரப்ப வேண்டிய செயல் உறுப்புகளை உள்ளங்கையளவுள்ள பொதிவிலிருக்கும் விநோதமே செல்பேசி!.

முடிவுரை (Conclusion)

ரேடியோ முன்னோடிகள் கனவிலும் நினையாத அளவுக்கு இன்று ரேடியோவின் பயன்பாடு அதிகரித்துள்ளது. இன்றைக்கு துணைக்கோள் ஊடாக செயல்படும் GPS (Global Positioning System) ஏற்பிகள் நாம் இருக்கும் இடத்தை தெரிந்துகொள்ள உதவுவதோடு, செல்ல இருக்கும் இடங்களுக்கு வழிகாட்டிகளாகத் திகழ்கின்றன. பலரும் நடமாடக்கூடிய கூட்டம் நிறைந்த சூழலில், மக்களிடமும், சாதனங்களுடனும் தொடர்பு ஏற்படுத்த WLAN (Wireless Local Area Network) ரேடியோ அமைப்புகள் உள்ளன.

ஒட்டப்படும் சிறிய அடையாள ரேடியோ அட்டைகள் (RF IDs) ஒன்றின் நிலையை அறியவும், இடப்பெயர்வை கண்கானிக்கவும் உதவுகின்றன. தொலைபேசி மட்டுமல்லாமல் கணிப்பொறி, தொலைநகலி, மற்றும் தொலைக்காட்சி என்று பல வகை ஒலி-ஒளி, தரவு கருவிகளை இருவழி தொடர்பாடும் வகையில் பொதுவான கம்பியில்லா முனையம் கொண்டு இணைக்கும் வாய்ப்பு ஏற்பட்டு உள்ளது.

எழுத உதவிய ஆவணங்கள்

1. The Development of Radio Technology… from Maxwell to Microchip, www.acmi.net.au/AIC/RADIO_BRITANNICA.html.

2. Lawrence P. Lessing, ‘Dictionary of American Biography: Armstrong, Edwin Howard ‘, Supplement Five, pp. 21-23, Charles Scribner Sons, New York.

3. E.H. Armstrong, ‘Operating Features of the Audion. Explanation of its action as an amplifier, as a detector of high-frequency oscillations and as a ‘valve ‘, ‘ Electrical World, Dec 12, 1914.

4. பல அரிய வரலாற்று நிகழ்வுகளைச் சித்தரிக்கும் தளம். http:///www.northwinds.net/bchris.

5. Sir John Ambrose Fleming. http://chem.ch.huji.ac.il/~eugeniik/history/fleming.htm

6. D.T. Emerson, ‘J.C. Bose: 60 GHz in the 1890s ‘, www.tuc.nrao.edu/~demerson/bose/bose.html. Also published in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Dec 1997,Vol. 45, No. 12, pp. 2267-2273.

7. B. Razavi, ‘RF Micoelectronics ‘, Prentice Hall, 1998.

8. M.Brain and J.Tyson, ‘How Cell Phones Work, ‘ www.electronics.howstuffworks.com/cell-phone.html.

9. Manavai Mustafa, ‘கணினி களஞ்சியப் பேரகராதி, ‘ Manavai Publication, AE 5 (103), Anna Nagar, Chennai-40.

10. Prof.Rajesh Kochar, ‘J.C. Bose: The Inventor who wouldn ‘t patent ‘, Science Reporter, Feb 2000.

நன்றி

IBM நிறுவனம் GPS ஏற்பி சில்லின் படத்தை திண்ணையில் வெளியிட அதிகாரப்பூர்வமான அனுமதி வழங்கியுள்ளது. இந்த படத்தை மறுபிரசுரம் செய்ய விரும்புவோர் IBM நிறுவனத்திடம் அனுமதி கோரவேண்டும்.

Permission has been granted to use the photograph of IBM ‘s GPS receiver chip. The authorization is limited for its use in Thinnai. Anybody wanting to reproduce or reuse the photograph should seek IBM ‘s permission.