Již po staletí lidstvo toužilo přenášet informace na delší vzdálenosti, bez nutnosti absolvovat fyzickou cestu za účelem osobního setkání. Z počátku k tomu sloužila telegrafie (z řeckých slov "tele"=daleký a "grafein"=psát). Prvopočátky můžeme sledovat například u indiánů (tam-tamy, kouřové signály apod.). Tak se zrodil optický telegraf - systém, kdy signály byly registrovány zrakem. Tato myšlenka je známá již od starověku, např. dobytí Tróje bylo prý oznámeno do Mykén ohňovými signály řetězcem ohnišť asi v roce 1184 př. n. l.. Za jiný z nejstarších způsobů můžeme považovat poštu, avšak v porovnání s výše uvedenými způsoby měla jednu podstatnou nevýhodu, a to byla násobně delší prodleva mezi odesláním zprávy a jejím přijetím.
Optický telegraf jako samostatné technické zařízení představil Robert Hook roku 1684 v Londýně, avšak myšlenka nebyla považována za potřebnou a na dlouhou dobu se na ni zapomnělo. To změnil o sto let později Claude Chappe, jednalo se o "semaforový telegraf". Systém se skládal z věží, postavených na dohled dalekohledem, ve vzdálenosti 12 až 15 km, aby si vzájemně předávaly zprávy. Na věži bylo na 5 m vysokém stožáru umístěno otočné rameno a na jeho koncích kratší pohyblivá ramena. Kombinací natočení ramen, zdola ovládaných lanky a kladkami, bylo možno zakódovat a na vzdálenost dohledu vysílat až 196 různých znaků (písmena, číslice a dokonce i diakritická znaménka).
Obrázek 1: schéma stanice optického telegrafu, zdroj: https://reach.ieee.org/ Nevýhodou byla jednak omezená vzdálenost telegrafních stanic a jednak nemožnost přijmout zprávu za špatné viditelnosti. Tento systém získal popularitu zejména ve Francii, kde v polovině 19. století existovalo 524 stanic, které spojovaly Paříž s 29 městy. Systém se vyznačoval značnou rychlostí, například přenos zprávy z hlavního města do Lyonu prostřednictvím 20 stanic trval zhruba 2 minuty. I z tohoto důvodu byly podobné linky zavedený také v jiných zemích, například na území dnešního Německa, Polska, dokonce i Česka ("lotynkový" tyčový telegraf určený pro přenos čísel tažených v loterii na trase Žitava – Praha).
Existovaly také jiné způsoby, jako signalizace světlicemi, anebo přerušovaným světlem za použití Morseovy abecedy.
Sofistikovanější byl pozdější elektrický telegraf. Rané pokusy na nás mohou působit bizarně, kdy například příjemce sledoval, jak se na drátě pod proudem vyvíjejí v elektrolytu bublinky. První prakticky využitelný telegraf (na vzdálenost 1 km), založený na elektromagnetickém principu, sestrojil Carl Friedrich Gauss a Wilhelm Eduard Weber v roce 1833. Další typ (patent 1837) vytvořili Sir Charles Wheatstone a William Fothergill Cooke v Anglii. Jejich systém využíval jako detektor zmagnetizované jehly vychylované proudem v blízkých vodičích. V roce 1839 byl tento systém poprvé použit na železnici na vzdálenost 21 km.
Americký vynálezce Samuel F. B. Morse pracoval na zdokonalení telegrafu od roku 1832 a dne 25. května 1844 odeslal jako zprávu citát z bible "Co Bůh Izraeli prokázal" z Washingtonu do Baltimoru (asi 50 km). Završil tak 12 let svých pokusů a vývoje a vytvořil komunikační prostředek, který se hojně užíval dalších více než 100 let. Morseův telegraf využívá pro přenos informace pouze dva stavy vysílače resp. zdroje signálu (např. svítí / nesvítí, vysílá / nevysílá). Stavy se střídají tak, že je možné je ve výsledku vnímat lidskými smysly (opticky, zvukem) jako sérii krátkých "teček" a delších "čárek". Ty umožňovaly přenos zpráv (telegramů) typicky např. mezi poštovními úřady, železničními stanicemi apod.
K doručování telegrafických zpráv se používaly i podmořské kabely, spojující např. kontinentální Evropu s Anglií a později Evropu s Amerikou. Pro takto doručenou zprávu se vžil pojem kabelogram.
Obrázek 2: schéma elektrického telegrafního spojení (1 – vysílač, 2 – přijímač, 3 – klíč, 4 – baterie, 5 – země, 6 – vedení, 7 – elektromagnet, 8 – pisátko, 9 – páska, 10 – psací váleček, 11 – pohonné válečky, 12 – páska se zprávou), zdroj: https://evolutionoftheprogress.com/ Radiotelegrafie (bezdrátový telegraf) odstranila kabely jako silně omezující faktor rozvoje sítě. Bylo možné prakticky okamžitě a kdekoliv zřídit telegrafní pracoviště a přijmout i vyslat zprávu v kterémkoliv místě v dosahu vysílače. Obsluha radiotelegrafní stanice byla ale náročnější než obsluha stanic propojených kabely. Zatímco kabelogramy se většinou automaticky zapisovaly na tenkou papírovou pásku, mohly se číst se zpožděním a originál zprávy archivovat, u radiotelegrafního spojení musel být operátor přítomen a schopen v reálném čase zprávu vysílanou v Morseově abecedě dekódovat a zapisovat. Za vynálezce prvního bezdrátového telegrafu je považován italský fyzik Guglielmo Marconi (rok 1896). Ve skutečnosti si ale stejný vynález patentoval o několik let dříve Nikola Tesla, kterému byl patent na bezdrátové spojení přiznán až krátce po jeho smrti.
Za zmínku stojí také tzv. jiskrová telegrafie, což byla průkopnická bezdrátová komunikační technologie z přelomu 19. a 20. století, využívající k přenosu Morseovy abecedy elektromagnetické vlny buzené elektrickými jiskrami. Vyvinula se z pokusů Heinricha Hertze a Teslových vysokofrekvenčních kmitů. Tento systém umožnil komunikaci na velké vzdálenosti, zejména mezi loděmi a pevninou. Princip byl následující: vysílač vytvářel vysokonapěťové jiskry (např. mezi elektrodami), které generovaly tlumené elektromagnetické vlnění. Pomocí klíče se jiskření přerušovalo, čímž se tvořily tečky a čárky Morseovy abecedy. Tento systém byl zásadní pro záchranu životů na moři (např. Titanic). První funkční jiskrové vysílače byly velmi hlučné a jejich signál byl v přijímačích slyšitelný jako pulzující šum. Tato metoda však vytvářela široké spektrum rušení a byla postupně nahrazena efektivnějšími systémy.
Nezávisle se pak vyvíjel nám již dobře známý vynález - telefon (telefonie pochází rovněž z řeckých slov "tele" a "fóné"=hlas). Hlavní výhodou byla možnost přenosu mluveného slova bez nutnosti transkripce do Morseovy abecedy, nevýhodou pak nutnost drátového spojení. Zde se bavíme o elektrickém telefonu, jelikož pokud bychom za telefon považovali každé zařízení, schopné přenést hlas na velkou vzdálenost, je historie telefonu mnohem starší (např. trubkový telefon, jenž se rozšířil v lodní dopravě, kde umožnil relativně spolehlivé zvukové spojení oddělených částí lodi).
Obvykle je vynález telefonu přisuzován vynálezci jménem Alexander Graham Bell (Boston, USA, 1876). Podle novějších údajů vynalezl telefon italský vynálezce Antonio Meucci již v roce 1849. Dle dalších zdrojů vynalezl telefon i Johann Philipp Reis v roce 1860, jeho vynález pracoval na principu doteku velmi jemného kontaktu. Vysílač (mikrofon) byl vyroben z pivní bečky, přijímač (reproduktor) z pletací jehlice a krabice od doutníků. První rozhovor učinil Reis z fyzikálního sálu školy, kde vyučoval fyziku, do blízkého bytu svého přítele učitele zpěvu. Údajně měl mít tento obsah: „Koně nežerou okurkový salát“, zvolal Reis a kolega mu odpověděl: „To vím už dávno, vy hňupe“. Nevýhodou byla nutnost mluvit správnou hlasitostí, aby kontakt pracoval správně. Tento telefon lépe než hlas přenášel hudbu.
První telefon, jak ho známe dnes fungoval na následujícím principu: zvuk rozkmital membránu s permanentním magnetem v cívce, která převedla pohyb na elektrický proud. Ten pak byl přenesen dráty do stejného zařízení, které jej přeměnilo zpět na zvuk. Výhodou tohoto systému byla lepší kvalita přenášeného zvuku, nevýhodou naopak nízká hlasitost a malý dosah.
Obrázek 3: zjednodušené schéma telefonního obvodu, zdroj: autor dle https://www.alamy.com Klíčovým vynálezem pro sestrojení telefonu byl uhlíkový mikrofon dle návrhu Thomase Alvy Edisona. Uhlíková zrnka, stlačená mezi kovové desky mají elektrický odpor nepřímo úměrný tlaku. Pokud na jednu z desek působí zvukové vlnění, mění se patřičně i proud, protékající zrnky mezi deskami. Kvalita přeneseného zvuku je dostačující pro hovor a hlavně takový mikrofon funguje jako elektromechanický zesilovač (energie proudových změn může být podstatně větší, než energie dopadajících zvukových vln). Uhlíkové mikrofony byly základem telefonů po více než 100 let a používají se (byť v menší míře) dodnes.
První telefonní linka na našem území, konkrétně v Praze-Vysočanech, byla uvedena do provozu koncem května 1881. Pražská telefonní ústředna pro prvních 11 účastníků zahájila provoz 11. srpna 1882, nacházela se na Malém rynku (dnes Malé náměstí). Ke konci roku 1882 byl také vydán první telefonní seznam, který již obsahoval několik desítek účastníků. První veřejné telefony (telefonní budky) se u nás objevily roku 1911. Ale ještě v roce 1919, tj. po vzniku Československa, bylo možné telefonovat z Prahy do Ostravy jen tranzitem přes Vídeň; telefonní spojení s Moravou bylo pro soukromou potřebu povoleno až v roce 1922. V roce 1938 bylo v Česku 92 tisíc hlavních a 18 tisíc vedlejších telefonních stanic, z toho 62 tisíc bylo připojeno na automatické, 30 tisíc na manuální ústředny.
Starší telefonní aparáty měly fixní mikrofon a oddělený reproduktor na drátě, který se zavěšoval do vidlice. Je-li sluchátko zavěšeno ve vidlici, je do vnějšího obvodu zapojen zvonek, který signalizuje příchozí hovor. Jakmile se sluchátko zvedne, je do obvodu zapojeno sluchátko a mikrofon, takže účastníci mohou hovořit. Zajímavostí je, že dodnes používáme pro ukončení hovoru výraz "zavěsit", i když sluchátko už dávno nevěšíme.
V systému s místní baterií obsahoval telefon baterii, sluchátko s mikrofonem a ruční induktor s kličkou, kterým se generoval signál vyzvánění u druhého účastníka nebo v manuální ústředně. Žádané číslo sdělil volající účastník operátorce v ústředně, která ručně na panelu propojila oba účastníky kablíkem. V případě ústřední baterie a tzv. pulzní volby uživatel na otočné číselnici postupně volí žádané číslo účastníka. Při zpětném pohybu číselnice, se obvod se stejnosměrným proudem přerušuje, čímž se přímo ovládá volič v ústředně: každý pulz posune raménko voliče o jeden kontakt dále. Při doběhu číselnice do výchozí polohy se v ústředně aktivuje další, podřazený volič pro následující číslici voleného čísla, případně vyzváněcí signál k volanému účastníkovi. Jakmile je spojení navázáno, zapojí se do obvodu sluchátko a mikrofon, který byl během volby blokován. Zařízení je neobyčejně důmyslné, jednoduché a spolehlivé a nevyužívá žádné aktivní elektronické prvky.
Od druhé poloviny 20. století se v telefonech začaly používat digitální elektronické prvky, což umožnilo řadu dalších zdokonalení. Pulzní volbu mohla nahradit tónová volba a otočnou číselnici nahradila tlačítka. Volené číslice se ukládají do paměti přístroje a teprve celá volba se najednou odvysílá jako posloupnost krátkých pulzů o různém kmitočtu. To je jednak spolehlivější, jednak se tím zvýšila průchodnost ústředny. Po drátech se tak přenášejí pouze akustické signály a přístroj nemusí být s ústřednou galvanicky propojen, což umožnilo dálkové přenosy bezdrátovou cestou. Celkové schéma telefonního přístroje se silně zkomplikovalo, ale v principu nezměnilo.
Také bezdrátová telekomunikace se nadále vyvíjela zejména používám rádiových vln, což je elektromagnetické vlnění tvořící část elektromagnetického spektra s nejnižšími frekvencemi. Rozsah frekvencí je od technických aplikací střídavého proudu s 30-50 Hz, až po nejvyšší frekvence v oblasti mikrovln 300 GHz. Odpovídající vlnové délky ve vakuu jsou tisíce kilometrů až 1 milimetr. Rychlost šíření rádiových vln je stejná jako rychlost šíření světla. To dalo za vznik rádiím, jak je známe dnes, a také bezdrátovému televiznímu vysílání (dnes se pro televizi již rádiové vlny nepoužívají). Délka vln ovlivňuje kvalitu a dosah vysílání: obecně platí, že čím kratší vlny, tím zřetelnější zvuk, ale kratší přenosová vzdálenost. Dlouhé vlny mohly mít dosah až přes celou polokouli, zatímco dnešní rádia používají velmi krátké vlny, jejichž přenos je primárně omezen na přímou viditelnost mezi anténami, obvykle v řádu desítek kilometrů, protože se šíří přímočaře a neohýbají se za horizont.
Díky rádiovým vlnám mohla vzniknout také zařízení, bez kterých si většina z nás dnešní život už ani neumí představit - mobilní telefony. Ty určené pro veřejnost se začaly objevovat až od 50. let 20. století v USA. Zpočátku byly mobilní telefony prodávány jako vybavení automobilů. První hovor z mobilního telefonu do ruky uskutečnil inženýr Martin Cooper ze společnosti Motorola z ulice Manhattanu dne 3. dubna 1973, přičemž zařízení mělo velikost cihly a zdaleka se nevešlo do kapsy. První komerční mobilní telefon představila americká Motorola dne 21. září 1983 pod názvem Motorola DynaTAC 8000X.
Mobilním telefonům přibývaly další funkcionality, zejména v oblasti datových přenosů (infraport, bluetooth, mobilní data, atp.). Dnes se jedná o multifunkční přístroje obsahující také fotoaparáty a další nepřeberné množství aplikací. Jako každý nový vynález má každá inovace také své odpůrce, kteří se obávají např. zdravotních dopadů (např. vznik rakoviny jako důsledek šíření různých mobilních signálů vzduchem). O těchto důsledcích však existuje pouze malá vědecká evidence. Existují studie obsahující důkazy o poškození DNA za určitých podmínek, avšak expertní skupina pověřená Světovou zdravotnickou organizací nemá definitivní závěr o platnosti těchto tvrzení. Obecně se míní, že rádiové pole mobilních telefonů nemá energii, která by mohla poškodit molekulární vazby.
Telekomunikace provázejí lidstvo již ode dávna. Největší rozmach zařízení využívajících elektrický proud však nastal od konce 19. století a trvá v podstatě dodnes. To, kam až usnadnění dálkové komunikace dospěje, je jen ve hvězdách.
zpracoval: Ing. Michal Petr Hranický, PhD.
Zdroje: http://www.alpcom.it/ , http://www.ptti.ru/ , http://www.webstationone.com/ https://ceskyradioklub.cz/ https://www.seznamzpravy.cz/
