Дуговой передатчик: История и развитие беспроводной телеграфии.
Arc converter
Преобразователь дуги Пульсена: ранняя технология беспроводной передачи данных (1903-1920-е). Генерировал синусоидальные волны, использовался для передачи звука.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Дуговой преобразователь, иногда называемый дуговым передатчиком или дугой Поулсена в честь датского инженера Вальдемара Поулсена, который изобрел его в 1903 году, был разновидностью искрового передатчика, использовавшегося в ранней беспроводной телеграфии. Дуговой преобразователь использовал электрическую дугу для преобразования постоянного тока в радиочастотный переменный ток. Он применялся в качестве радиопередатчика с 1903 года до 1920-х годов, когда его заменили передатчики на вакуумных лампах. Будучи одним из первых передатчиков, способных генерировать непрерывные синусоидальные волны, он стал одной из первых технологий, использовавшихся для передачи звука (амплитудной модуляции) по радио. Он включен в список IEEE Milestones как историческое достижение в области электротехники.
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.
История
Элиху Томсон обнаружил, что углеродная дуга, шунтированная последовательно настроенным контуром, "поёт". Эта "поющая дуга", вероятно, была ограничена звуковыми частотами. Бюро стандартов приписывает Уильяму Дадделлу изобретение резонансного контура параллельного включения примерно в 1900 году. Английский инженер Уильям Дадделл обнаружил способ создания резонансного контура с использованием углеродной дуговой лампы. "Музыкальная дуга" Дадделла работала на звуковых частотах, и сам Дадделл пришёл к выводу, что невозможно заставить дугу колебаться на радиочастотах. Вальдемару Пульсену удалось повысить эффективность и частоту до необходимого уровня. Дуга Пульсена могла генерировать частоты до 200 килогерц и была запатентована в 1903 году. После нескольких лет разработки технология дуги была передана в Германию и Великобританию в 1906 году Пульсеном, его сотрудником Педером Олуфом Педерсеном и их финансовыми спонсорами. В 1909 году американские патенты, а также несколько дуговых преобразователей были приобретены Сирилом Фрэнком Элвеллом. Последующее развитие в Европе и Соединенных Штатах шло по-разному, поскольку в Европе на протяжении многих лет существовали серьёзные трудности с внедрением технологии Пульсена, в то время как в Соединенных Штатах вскоре была создана разветвлённая коммерческая система радиотелеграфии при поддержке Federal Telegraph Company. Позже ВМС США также приняли систему Пульсена. Только дуговой преобразователь с пассивным преобразованием частоты подходил для портативного и морского использования. Это сделало его наиболее важной мобильной радиосистемой на протяжении примерно десятилетия, пока она не была вытеснена вакуумными лампами. В 1922 году Бюро стандартов заявило: "Углеродная дуга является наиболее широко используемым передающим аппаратом для передачи на большие расстояния и с большой мощностью. По оценкам, в настоящее время дуга обеспечивает 80 процентов всей энергии, фактически излучаемой в космос для радиосвязи за определённый период времени, не считая любительских станций".
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."
Клавиатура
Поскольку для поджига и стабильной работы дуги требовалось некоторое время, обычное включение-выключение использовать было невозможно. Вместо этого применялась форма частотной манипуляции. В этом методе компенсационной волны дуга работала непрерывно, а ключ изменял её частоту на один-пять процентов. Сигнал на нежелательной частоте назывался компенсационной волной. В дуговых передатчиках мощностью до 70 кВт ключ обычно замыкал несколько витков в антенной катушке. Для передатчиков большей мощности выход дуги был трансформаторно связан с антенной индуктивностью, а ключ замыкал несколько нижних витков заземленной вторичной обмотки. Таким образом, "марка" (ключ замкнут) передавалась на одной частоте, а "пробел" (ключ разомкнут) – на другой. Если эти частоты были достаточно разнесены, а приемник на принимающей станции обладал достаточной избирательностью, то при настройке на частоту "марки" принимающая станция слышала бы стандартную телеграфию непрерывного тона (CW). Метод компенсационных волн занимал большую полосу пропускания спектра. Он передавал сигналы не только на двух целевых частотах, но и на их гармониках. Дуговые преобразователи богаты гармониками. Около 1921 года на предварительной Международной конференции по связи метод компенсационных волн был запрещен из-за вызываемых им сильных помех. Один из методов, называемый методом зажигания, осуществлял включение и выключение дуги посредством работы ключа. Дуговая камера содержала ударный стержень, который замыкал два электрода через резистор и гасил дугу. Ключ активировал электромагнит, который перемещал ударник и повторно зажигал дугу. Для работы этого метода дуговая камера должна была быть нагрета. Метод был пригоден для дуговых преобразователей мощностью до 5 кВт. Второй метод униволнового типа – метод поглощения, – включает в себя два настроенных контура и двухпозиционный переключатель с предварительным замыканием. При нажатой клавише дуга подключается к настроенной антенной катушке и антенне. При отпущенной клавише дуга подключается к настроенной фиктивной антенне, называемой задним шунтом. Задний шунт представлял собой второй настроенный контур, состоящий из индуктора, конденсатора и последовательно соединенных нагрузочного резистора. Этот второй контур настроен примерно на ту же частоту, что и передаваемая, поддерживает горение дуги и поглощает мощность передатчика. Метод поглощения, по всей видимости, был разработан У. А. Итоном.
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.