Дуговой преобразователь , иногда называемый дуговым передатчиком или дугой Поульсена в честь датского инженера Вальдемара Поульсена , который изобрел его в 1903 году, [1] [2] был разновидностью искрового передатчика, использовавшегося в ранней беспроводной телеграфии . Дуговой преобразователь использовал электрическую дугу для преобразования постоянного тока в переменный ток радиочастоты . Он использовался в качестве радиопередатчика с 1903 года до 1920-х годов, когда его заменили передатчики на вакуумных лампах . Один из первых передатчиков, который мог генерировать непрерывные синусоидальные волны , он был одной из первых технологий, используемых для передачи звука ( амплитудная модуляция ) по радио. Он включен в список вех IEEE как историческое достижение в области электротехники . [3]
Элиху Томсон обнаружил, что угольная дуга, шунтированная последовательно настроенной цепью, будет «петь». Эта «поющая дуга», вероятно, была ограничена звуковыми частотами. [4] Бюро стандартов приписывает Уильяму Дадделлу создание шунтирующей резонансной цепи 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 соратником Педером Олуфом Педерсеном и их финансовыми покровителями. В 1909 году американские патенты, а также несколько дуговых преобразователей были куплены Сирилом Фрэнком Элвеллом . Последующее развитие в Европе и Соединенных Штатах было довольно 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 система радиотелеграфа с Федеральной телеграфной компанией . Позже ВМС США также приняли систему Поульсена. Только дуговой преобразователь с пассивным преобразованием частоты был пригоден для портативного и морского использования. Это сделало его самой важной мобильной радиосистемой примерно на десятилетие, пока его не заменили системы на электронных лампах .
В 1922 году Бюро стандартов заявило: «Дуга является наиболее широко используемым передающим устройством для работы на больших расстояниях с большой мощностью. По оценкам, в настоящее время дуга отвечает за 80 процентов всей энергии, фактически излучаемой в космос для радиовещания 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 . Используемые в то время передатчики с искровым разрядником производили затухающую волну , которая тратила большую часть своей излучаемой мощности на передачу сильных гармоник на нескольких частотах, заполнявших 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 связи, а также к загрязнению радиочастотного спектра помехами.
Дуговой преобразователь Поульсена имел настроенную цепь , подключенную поперек дуги. Дуговой преобразователь состоял из камеры, в которой дуга горела в водородном газе между угольным катодом и водоохлаждаемым медным анодом . Над и под этой камерой находились две последовательные катушки поля, окружавшие и питавшие два полюса магнитной цепи. Эти полюса выступали в камеру, по одному с каждой стороны дуги, чтобы обеспечить магнитное поле .
Наиболее успешно он работал в диапазоне частот от нескольких килогерц до нескольких десятков килогерц. Настройка антенны должна была быть достаточно селективной, чтобы подавлять гармоники дугового преобразователя .
Поскольку дуге требовалось некоторое время, чтобы зажечься и работать в стабильном режиме, обычная манипуляция включением-выключением не могла быть использована. Вместо этого использовалась форма частотной манипуляции . [8] В этом методе компенсационной волны дуга работала непрерывно, а ключ изменял частоту дуги 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. [9] Для более крупных дуг выход дуги был бы трансформаторно связан с индуктором антенны, а ключ замыкал бы несколько нижних витков заземленной вторичной обмотки. [10] Поэтому «метка» (ключ закрыт) посылалась на одной частоте, а «пробел» (ключ открыт) на другой частоте. Если эти частоты были достаточно далеко друг от друга, а приемник приемной станции имел достаточную селективность , приемная станция слышала бы стандартный CW при настройке на частоту «метки».
Метод компенсационной волны использовал большую полосу пропускания спектра. Он не только передавал на двух предполагаемых частотах, но и на гармониках этих частот. Дуговые преобразователи богаты гармониками. Где-то около 1921 года Предварительная международная конференция по связи [11] запретила метод компенсационной волны, поскольку он вызывал слишком много помех. [4]
Необходимость в излучении сигналов на двух разных частотах была устранена разработкой одноволновых методов . [12] В одном одноволновом методе, называемом методом зажигания , ключ запускал и останавливал дугу. Дугогасительная камера имела стержень бойка , который замыкал два электрода через резистор и гасил дугу. Ключ активировал электромагнит, который перемещал бойок и снова зажигал дугу. Чтобы этот метод работал, дугогасительная камера должна была быть горячей. Метод был осуществим для дуговых преобразователей мощностью до 5 кВт.
Второй метод одноволновой связи — это метод поглощения , и он включает в себя два настроенных контура и однополюсный , двухпозиционный , замыкающий ключ. Когда ключ опущен, дуга подключается к настроенной антенной катушке и антенне. Когда ключ поднят, дуга подключается к настроенной фиктивной антенне, называемой обратным шунтом . Обратный шунт представлял собой второй настроенный контур, состоящий из катушки индуктивности, конденсатора и нагрузочного резистора, соединенных последовательно. [13] [14] Этот второй контур настроен примерно на ту же частоту, что и передаваемая частота; он поддерживает дугу в рабочем состоянии и поглощает мощность передатчика. Метод поглощения, по-видимому, принадлежит WA Eaton. [4]
Конструкция схемы переключения для метода поглощения имеет важное значение. Это переключение дуги высокого напряжения, поэтому контакты переключателя должны иметь некоторую форму подавления дуги. У Eaton были электромагниты привода телеграфного ключа, которые управляли реле. Это реле использовало четыре набора контактов переключателя 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 открыт, но было много затухания. [15]
Действительно удовлетворительной теории действия дуги Поульсена в настоящее время не существует; удовлетворительной является такая теория, которая позволит рассчитать результаты, при этом необходимые данные будут предоставлены.