Электр доғасы түрлендіргіші: Сымсыз телеграфтың алғашқы қадамы
Arc converter
Электр доғасы түрлендіргіші (1903) – сымсыз телеграфтың алғашқы құралы. Тұрақты токты радио жиілікке айналдырып, дыбысты таратуға мүмкіндік берген. 📻⚡️
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Арк конвертері, кейде доғалық таратушы деп аталады, немесе 1903 жылы оны ойлап тапқан даниялық инженер Вальдемар Пульсеннің атымен Пульсен доғасы деп те аталады. Бұл ерте сымсыз телеграфияда қолданылған ұшқынды таратушының бір түрі. Арк конвертері электр доғасын пайдаланып, тұрақты ток электр энергиясын радиожиіліктің айнымалы тогына түрлендіреді. Ол 1903 жылдан 1920 жылдарға дейін радио таратушы ретінде қолданылды, содан кейін вакуумдық түтікшелі таратушылар оны ығыстырды. Тұрақты синусоидты толқындарды тудыратын алғашқы таратушылардың бірі ретінде, ол дыбысты (амплитудалық модуляция) радио арқылы таратуға қолданылған алғашқы технологиялардың бірі болды. Ол электр инженериясының тарихи жетістігі ретінде IEEE Milestones тізіміне енген.
The arc converter, sometimes called the arc transmitter, or Poulsen arc after Danish engineer Valdemar Poulsen who invented it in 1903, was a variety of spark transmitter used in early wireless telegraphy. The arc converter used an electric arc to convert direct current electricity into radio frequency alternating current. It was used as a radio transmitter from 1903 until the 1920s when it was replaced by vacuum tube transmitters. One of the first transmitters that could generate continuous sinusoidal waves, it was one of the first technologies used to transmit sound (amplitude modulation) by radio. It is on the list of IEEE Milestones as a historic achievement in electrical engineering.
Тарих
Элиу Томсон сериялы түрде келістірілген тізбекпен қосылған көміртек доғасының "ән шырқағанын" ашты. Бұл "ән шырқайтын доға" ықтималды түрде естілетін жиіліктермен шектелген. Стандарттар бюросы 1900 жыл шамасында Уильям Дадделлді параллельді резонанстық тізбек жасағанмен есептейді. Ағылшын инженері Уильям Дадделл көміртек доғалы шамды пайдаланып резонанстық тізбек қалай жасауға болатынын тапты. Дадделлдің "музыкалық доғасы" естілетін жиіліктерде жұмыс істеді, ал Дадделлдің өзі доғаны радио жиіліктерінде тербелту мүмкін емес деген қорытындыға келді. Вальдемар Поулсен тиімділікті және жиілікті қажетті деңгейге жеткізе алды. Поулсеннің доғасы 200 килогерцке дейін жиіліктерді тудыра алатын және 1903 жылы патенттелген. Бірнеше жылдық дамудан кейін, 1906 жылы Поулсен, оның серігі Педер Олуф Педерсен және олардың қаржылық демеушілері доға технологиясын Германия мен Ұлыбританияға жеткізді. 1909 жылы америкалық патенттер мен бірнеше доға түрлендіргіштерін Сирил Франк Элвелл сатып алды. Еуропа мен АҚШ-тағы одан әрі даму өте ерекше болды, себебі Еуропада Поулсен технологиясын енгізуде көп жылдар бойы үлкен қиындықтар туды, ал АҚШ-та Federal Telegraph Company компаниясымен кең ауқымды коммерциялық радиотелеграфия жүйесі тез құрылды. Кейін АҚШ Әскери-теңіз күштері де Поулсен жүйесін қабылдады. Пассивті жиілік түрлендіруі бар доға түрлендіргіші ғана портативті және теңіздік қолдануға қолайлы болды. Бұл оны вакуумдық түтік жүйелерімен алмастырылғанға дейін шамамен он жыл бойы ең маңызды мобильді радио жүйесіне айналдырды. 1922 жылы Стандарттар бюросы "доға – бұл жоғары қуатты, ұзақ қашықтыққа жұмыс істеу үшін ең көп қолданылатын тарату құралы. Белгілі бір уақыт ішінде радио мақсаттары үшін кеңістікке сәулеленген барлық энергияның 80 пайызы доғаның есебінен туындайды деп есептеледі, әуесқой станцияларды ескермегенде" деді.
Elihu Thomson discovered that a carbon arc shunted with a series tuned circuit would "sing". This "singing arc" was probably limited to audio frequencies. Bureau of Standards credits William Duddell with the shunt resonant circuit around 1900. The English engineer William Duddell discovered how to make a resonant circuit using a carbon arc lamp. Duddell's "musical arc" operated at audio frequencies, and Duddell himself concluded that it was impossible to make the arc oscillate at radio frequencies. Valdemar Poulsen succeeded in raising the efficiency and frequency to the desired level. Poulsen's arc could generate frequencies of up to 200 kilohertz and was patented in 1903. After a few years of development the arc technology was transferred to Germany and Great Britain in 1906 by Poulsen, his collaborator Peder Oluf Pedersen and their financial backers. In 1909 the American patents as well as a few arc converters were bought by Cyril Frank Elwell. The subsequent development in Europe and the United States was rather different, since in Europe there were severe difficulties for many years implementing the Poulsen technology, whereas in the United States an extended commercial radiotelegraph system was soon established with the Federal Telegraph Company. Later the US Navy also adopted the Poulsen system. Only the arc converter with passive frequency conversion was suitable for portable and maritime use. This made it the most important mobile radio system for about a decade until it was superseded by vacuum tube systems. In 1922, the Bureau of Standards stated, "the arc is the most widely used transmitting apparatus for high power, long distance work. It is estimated that the arc is now responsible for 80 per cent of all the energy actually radiated into space for radio purposes during a given time, leaving amateur stations out of consideration."
Кілттер
Арканың тұрақты түрде тұтандыруы мен жұмыс істеуіне белгілі бір уақыт кеткендіктен, қалыпты қосу-өшіру режимін қолдану мүмкін болмады. Оның орнына, жиіліктік модуляцияның бір түрі қолданылды. Бұл компенсациялық толқын әдісінде арка үздіріссіз жұмыс істеді, ал кілт арканың жиілігін бірден бес пайызға дейін өзгертетін болды. Қажетсіз жиіліктегі сигнал – компенсациялық толқын деп аталды. 70 кВт-қа дейінгі аркалық хабар тарату құралдарында кілт әдетте антенна катушкасындағы бірнеше айналымды қысқа тұйықтайтын. Ал үлкен аркалар үшін арка шығысы антенна индукторына трансформаторлық байланыс арқылы қосылып, кілт жерленген екінші катушканың төменгі айналымдарын қысқа тұйықтайтын. Сондықтан, "белгі" (кілт жабық) бір жиілікте, ал "кеңістік" (кілт ашық) басқа жиілікте жіберілді. Егер бұл жиіліктер бір-бірінен жеткілікті қашықтықта болса және қабылдау станциясының қабылдағышы жеткілікті селективтілікке ие болса, қабылдау станциясы "белгі" жиілігіне келгенде стандартты CW сигналын еститін. Компенсациялық толқын әдісі кең спектрлік жолақты пайдаланды. Ол тек екі жоспарланған жиілікте ғана емес, сонымен қатар олардың гармоникаларын да таратуға қабілетті болды. Аркалық түрлендіргіштер гармоникаларға толы. 1921 жыл шамасында Халықаралық байланыс жөніндегі алдын ала конференция компенсациялық толқын әдісіне тыйым салды, себебі ол тым көп кедергі тудырды. Бір толқынды әдістердің бірі, тұтандыру әдісі деп аталатын, кілт арканы іске қосып, тоқтату үшін қолданылатын. Аркалық камерада екі электродты кедергі арқылы қысқа тұйықтап, арканы сөндіретін соққы таяқшасы болды. Кілт электромагнитті қосатын, ол соққыны жылжытып, арканы қайта тұтандыратын. Бұл әдіс жұмыс істеуі үшін аркалық камера ыстық болуы керек еді. Бұл әдіс шамамен 5 кВт-қа дейінгі аркалық түрлендіргіштер үшін қолайлы болды. Екінші бір толқынды әдіс – сіңіру әдісі, ол екі рет келген тізбектерді және бір полюсті, екі лақтырулы, алдымен ашылатын кілтті қамтиды. Кілт төмен түсірілгенде, арка үйлесімді антенна катушкасымен және антеннамен қосылады. Кілт көтерілгенде, арка артқы шант деп аталатын, бағдарланған жалған антеннаға қосылады. Артқы шант – индуктор, конденсатор және тізбектегі жүктемелік кедергіден тұратын екінші рет келген тізбек. Бұл екінші тізбек жіберілген жиілікке шамамен бірдей жиілікке келген; ол арканы жалғастырады және таратушының қуатын сіңіреді. Сіңіру әдісінің авторы, әрине, В.А. Итон.
Since the arc took some time to strike and operate in a stable fashion, normal on off keying could not be used. Instead, a form of frequency shift keying was employed. In this compensation wave method, the arc operated continuously, and the key altered the frequency of the arc by one to five percent. The signal at the unwanted frequency was called the compensation wave. In arc transmitters up to 70 kW, the key typically shorted out a few turns in the antenna coil. For larger arcs, the arc output would be transformer coupled to the antenna inductor, and the key would short out a few bottom turns of the grounded secondary. Therefore, the "mark" (key closed) was sent at one frequency, and the "space" (key open) at another frequency. If these frequencies were far enough apart, and the receiving station's receiver had adequate selectivity, the receiving station would hear standard CW when tuned to the "mark" frequency. The compensation wave method used a lot of spectrum bandwidth. It not only transmitted on the two intended frequencies, but also the harmonics of those frequencies. Arc converters are rich in harmonics. Sometime around 1921, the Preliminary International Communications Conference prohibited the compensation wave method because it caused too much interference. In one uniwave method, called the ignition method, keying would start and stop the arc. The arc chamber would have a striker rod that shorted out the two electrodes through a resistor and extinguished the arc. The key would energize an electromagnet that would move the striker and reignite the arc. For this method to work, the arc chamber had to be hot. The method was feasible for arc converters up to about 5 kW. The second uniwave method is the absorption method, and it involves two tuned circuits and a single pole, double throw, make before break key. When the key is down, the arc is connected to the tuned antenna coil and antenna. When the key is up, the arc is connected to a tuned dummy antenna called the back shunt. The back shunt was a second tuned circuit consisting of an inductor, a capacitor, and load resistor in series. This second circuit is tuned to roughly the same frequency as the transmitted frequency; it keeps the arc running, and it absorbs the transmitter power. The absorption method is apparently due to W. A. Eaton.