Дуговой преобразователь , иногда называемый дуговым передатчиком , или дугой Поульсена в честь датского инженера Вальдемара Поульсена , который изобрел его в 1903 году, [1] [2] представлял собой разновидность искрового передатчика, использовавшегося в ранней беспроводной телеграфии . Дуговой преобразователь использовал электрическую дугу для преобразования электричества постоянного тока в переменный ток радиочастоты . Он использовался в качестве радиопередатчика с 1903 по 1920-е годы, когда его заменили передатчики на электронных лампах . Один из первых передатчиков, способных генерировать непрерывные синусоидальные волны , это была одна из первых технологий, использовавшихся для передачи звука ( амплитудная модуляция ) по радио. Он внесен в список вех IEEE как историческое достижение в электротехнике . [3]
Элиху Томсон обнаружил, что угольная дуга, шунтированная последовательно настроенной схемой, «поет». Эта «поющая дуга», вероятно, ограничивалась звуковыми частотами. [4] Бюро стандартов приписывает Уильяму Дадделлу создание шунтирующего резонансного контура около 1900 года. [5]
Английский инженер Уильям Дадделл открыл, как сделать резонансный контур с помощью угольной дуговой лампы . «Музыкальная дуга» Дадделла работала на звуковых частотах , и сам Дадделл пришел к выводу, что невозможно заставить дугу колебаться на радиочастотах .
Вальдемару Поульсену удалось поднять эффективность и частоту до желаемого уровня. Дуга Поульсена могла генерировать частоты до 200 килогерц и была запатентована в 1903 году.
После нескольких лет разработки дуговая технология была передана в Германию и Великобританию в 1906 году Поульсеном, его сотрудником Педером Олуфом Педерсеном и их финансовыми спонсорами. В 1909 году американские патенты, а также несколько дуговых преобразователей были куплены Сирилом Фрэнком Элвеллом . Последующее развитие в Европе и Соединенных Штатах было весьма различным, поскольку в Европе в течение многих лет существовали серьезные трудности с внедрением технологии Поульсена, тогда как в Соединенных Штатах вскоре была создана расширенная коммерческая радиотелеграфная система с Федеральной телеграфной компанией . Позже ВМС США также приняли на вооружение систему Поульсена. Только дуговой преобразователь с пассивным преобразованием частоты подходил для портативного и морского использования. Это сделало ее самой важной системой мобильной радиосвязи примерно на десятилетие, пока ее не вытеснили системы на электронных лампах .
В 1922 году Бюро стандартов заявило: «Дуга является наиболее широко используемым передающим устройством для работы на большие расстояния большой мощности. Подсчитано, что сейчас на дугу приходится 80 процентов всей энергии, фактически излучаемой в космос». для целей радио в течение определенного времени, оставляя любительские станции вне рассмотрения». [6]
Этот новый, более совершенный метод генерации непрерывных радиосигналов был первоначально разработан датским изобретателем Вальдемаром Поульсеном . Использовавшиеся в то время передатчики с искровым разрядником производили затухающую волну , которая тратила большую часть излучаемой мощности на передачу сильных гармоник на нескольких частотах, которые заполняли радиочастотный спектр помехами. Дуговой преобразователь Поульсена производил незатухающие или непрерывные волны (CW) на одной частоте.
Существует три типа дуговых генераторов: [7]
Непрерывные или «незатухающие» волны (CW) были важной особенностью, поскольку использование затухающих волн от передатчиков с искровым разрядником приводило к снижению эффективности передатчика и эффективности связи, одновременно загрязняя радиочастотный спектр помехами.
Дуговой преобразователь Поульсена имел настроенную цепь , подключенную параллельно дуге. Дуговой преобразователь состоял из камеры, в которой дуга горела в газообразном водороде между угольным катодом и медным анодом , охлаждаемым водой . Выше и ниже этой камеры находились две последовательные полевые катушки , окружающие два полюса магнитной цепи и питающие их энергией. Эти полюса выступали в камеру, по одному с каждой стороны дуги, создавая магнитное поле .
Наибольшего успеха он достиг при работе в диапазоне частот от нескольких килогерц до нескольких десятков килогерц. Настройка антенны должна была быть достаточно избирательной, чтобы подавить гармоники дугового преобразователя .
Поскольку дуге потребовалось некоторое время, чтобы зажечься и заработала стабильно, использовать обычную двухпозиционную манипуляцию было невозможно. Вместо этого использовалась своего рода частотная манипуляция . [8] В этом методе компенсационной волны дуга работала непрерывно, а ключ изменял частоту дуги на один-пять процентов. Сигнал на нежелательной частоте был назван компенсационной волной . В дуговых передатчиках мощностью до 70 кВт ключ обычно закорачивает несколько витков антенной катушки. [9] Для более крупных дуг выход дуги будет подключен к трансформатору, соединенному с антенным индуктором, а ключ закоротит несколько нижних витков заземленной вторичной обмотки. [10] Таким образом, «метка» (ключ закрыт) посылалась на одной частоте, а «пробел» (ключ открыт) на другой частоте. Если бы эти частоты находились достаточно далеко друг от друга и приемник приемной станции имел достаточную избирательность , приемная станция могла бы слышать стандартный CW при настройке на «отметочную» частоту.
Метод компенсационных волн использовал большую полосу пропускания спектра. Он передавался не только на двух намеченных частотах, но и на гармониках этих частот. Дуговые преобразователи богаты гармониками. Примерно в 1921 году Предварительная международная конференция по связи [11] запретила метод компенсационных волн, поскольку он вызывал слишком большие помехи. [4]
Необходимость излучения сигналов на двух разных частотах была устранена с развитием одноволновых методов . [12] В одном одноволновом методе, называемом методом зажигания , манипуляция запускает и останавливает дугу. Дуговая камера будет иметь ударный стержень, который замыкает два электрода через резистор и гасит дугу. Ключ подавал питание на электромагнит, который перемещал ударник и повторно зажигал дугу. Чтобы этот метод работал, дуговая камера должна была быть горячей. Этот метод был применим для дуговых преобразователей мощностью примерно до 5 кВт.
Второй одноволновой метод — это метод поглощения , он включает в себя две настроенные цепи и однополюсный, двухходовой , замыкающий ключ. Когда ключ нажат, дуга соединяется с настроенной антенной катушкой и антенной. Когда ключ поднят, дуга подключается к настроенной фиктивной антенне, называемой обратным шунтом . Обратный шунт представлял собой вторую настроенную цепь, состоящую из последовательно соединенных катушки индуктивности, конденсатора и нагрузочного резистора. [13] [14] Эта вторая схема настроена примерно на ту же частоту, что и передаваемая частота; он поддерживает дугу и поглощает мощность передатчика. Метод поглощения, по-видимому, принадлежит У.А. Итону. [4]
Важное значение имеет конструкция схемы включения для абсорбционного метода. Он переключает дугу высокого напряжения, поэтому контакты переключателя должны иметь некоторую форму гашения дуги. У Eaton были электромагниты телеграфного ключа, которые управляли реле. В этом реле использовалось четыре набора переключающих контактов последовательно для каждого из двух путей (один к антенне и один к заднему шунту). Каждый контакт реле был шунтирован резистором. Следовательно, переключатель никогда не был полностью разомкнут, но было сильное затухание. [15]
Действительно удовлетворительной теории работы дуги Поульсена не существует. В настоящее время удовлетворительной теорией является та, которая позволит рассчитать результаты при наличии необходимых данных.