Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено Джорджем А. Кэмпбеллом )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для других людей по имени Джордж Кэмпбелл см Джордж Кэмпбелл (значения) .
Джордж Эшли Кэмпбелл
Джордж Эшли Кэмпбелл.jpg
Родившийся( 1870-11-27 )27 ноября 1870 г.
Гастингс, Миннесота
Умер10 ноября 1954 г. (1954-11-10)(83 года)
НациональностьАмериканец
Альма-матерГарвардский университет
MIT
НаградыПочетная медаль IEEE (1936)
Медаль IEEE Эдисона (1940)
Медаль Эллиота Крессона (1940)
Научная карьера
ПоляЭлектротехника

Джордж Эшли Кэмпбелл (27 ноября 1870 - 10 ноября 1954) был американским инженером. Он был пионером в разработке и применении количественных математических методов к проблемам междугородной телеграфии и телефонии. Его самый важный вклад был в теорию и реализацию использования нагрузочных катушек и первых волновых фильтров, разработанных для того, что впоследствии стало известно как метод изображения . Обе эти области работы привели к важным экономическим преимуществам для Американской телефонной и телеграфной компании (AT&T).

Образование [ править ]

Кэмпбелл получил образование в Институте Макколлома в Нью-Гэмпшире, а затем в Массачусетском технологическом институте , который окончил в 1891 году. [1] Затем он получил степень магистра в Гарвардском университете в 1893 году. Он был удостоен стипендии, которая позволила ему потратить три года на обучение в аспирантуре. работай; один год изучал высшую математику у Феликса Кляйна в Геттингене , один год изучал электричество и механику у Людвига Больцмана в Вене и один год учился у Анри Пуанкаре в Париже. Кэмпбелл получил докторскую степень в Гарварде в 1901 году, его диссертация была посвящена исследованию катушки нагрузки в AT&T.. [2]

Работы по загрузке катушек [ править ]

В 1897 году Кэмпбелл перешел на работу в AT&T в Бостоне. Он разработал метод передачи аналоговой телефонной связи на гораздо большие расстояния, чем это было возможно ранее, путем вставки в линию нагрузочных катушек через тщательно рассчитанные интервалы для увеличения индуктивности . Инженер Майкл И. Пупин также запатентовал аналогичную систему, и AT&T заплатила Пупину очень большую сумму за его патенты, чтобы разработка продолжалась без судебных тяжб. Фактически, ни один из них не был первым, кто предложил идею загрузки катушек, в чем заслуга Оливера Хевисайда в статье 1887 года. [3] Хевисайд, однако, никогда не запатентовал эту идею; действительно, он не использовал коммерческую выгоду ни от одной из своих блестящих работ. [4] Несмотря на довольно загадочные юридические аргументы, связанные с этим, несомненно, что Кэмпбелл был первым, кто фактически построил телефонную цепь с использованием катушек нагрузки. [5]

Кэмпбелл был осведомлен о работе Хевисайда в раскрытии состояния Хевисайда , [6] , в котором спецификация неискаженный передачи сигналов формулируется, но , видимо , не было известно о предложении Хевисайда использования погрузочных катушки , чтобы заставить линию , чтобы встретиться с ним. Кэмпбелл изначально подходил к проблеме с совершенно другой точки зрения. Кэмпбелл была поставлена задача по AT & T , чтобы исследовать возможность улучшения качества линии с использованием биметаллической кабеля железо-медь , изобретенной Джон С. Стоун , [7]еще один инженер AT&T. Этот кабель Стоуна также увеличивал индуктивность линии и мог соответствовать условию Хевисайда. Однако Кэмпбелл изо всех сил пытался организовать практическую демонстрацию по реальному телефонному маршруту с выделенным ему бюджетом. После рассмотрения того, что его имитаторы искусственной линии использовали сосредоточенные компоненты, а не распределенные величины, найденные в реальной линии, он задумался, не мог ли он вставить индуктивность с сосредоточенными компонентами вместо использования распределенной линии Стоуна. Когда его расчеты показали, что люки на телефонных маршрутах расположены достаточно близко друг к другу, чтобы можно было вставить погрузочные катушки без затрат либо на рытье маршрута, либо на прокладку новых кабелей, он изменил этот новый план.[8] Самая первая демонстрация нагрузочных катушек на телефонном кабеле была на 46-мильном участке так называемого Питтсбургского кабеля (на самом деле тест проводился в Бостоне, кабель ранее использовался для тестирования в Питтсбурге) 6 сентября. , 1899 г., выполненный самим Кэмпбеллом и его помощником. [9] Первый телефонный кабель с использованием загруженных линий был введен в эксплуатацию между Ямайскими равнинами и Западным Ньютоном в Бостоне 18 мая 1900 года. [10]

Юридическая битва [ править ]

AT&T вела судебную тяжбу с Pupin по его иску. Пупин был первым, кто запатентовал, но Кэмпбелл уже провел практические демонстрации еще до того, как Пупин даже подал свой патент (декабрь 1899 г.) [11] . Задержка Кэмпбелла с подачей заявки была вызвана медленными внутренними махинациями AT&T. [12] Утверждение Пупина в своей автобиографии [13] о том, что он ранее думал об этой идее во время восхождения на гору в 1894 году [14] [15] , широко подвергается сомнению [16] [17] [18].и нет никаких свидетельств этому ни в документальных фильмах, ни в последующей деятельности Пупина и его учеников. Однако AT&T по глупости удалила из предложенной Кэмпбеллом заявки на патент все таблицы и графики с подробным указанием точного значения индуктивности, которое потребовалось бы до подачи патента. [19] Поскольку патент Pupin содержал (менее точную) формулу, AT&T была открыта для требований о неполном раскрытии. Опасаясь, что существует риск того, что битва закончится объявлением изобретения непатентоспособным (из-за предыдущей работы Хевисайда), они решили купить опцион на патент Pupin за годовую плату, чтобы AT&T контролировала оба патента. К январю 1901 года Пупину заплатили 200000 долларов (что эквивалентно 5 050 000 долларов в 2019 году), а к 1917 году, когда монополия AT&T прекратилась и платежи прекратились, он получил в общей сложности 455 000 долларов (что эквивалентно 9 410 000 долларов в 2019 году). [20]

Это изобретение имело огромную ценность для AT&T. Телефонные кабели теперь можно использовать на удвоенном расстоянии, которое ранее было возможно, или, в качестве альтернативы, на том же расстоянии можно использовать кабель половинного качества (и стоимости). При рассмотрении вопроса о том, разрешить ли Кэмпбеллу продолжить демонстрацию, их инженеры подсчитали, что они сэкономят 700000 долларов (что эквивалентно 18 700000 долларов в 2019 году) на новых затратах на установку только в Нью-Йорке и Нью-Джерси. [21] По оценкам, AT&T сэкономила 100 миллионов долларов (2,67 миллиарда в 2019 году) в первой четверти 20 века. [22] [23] Хевисайд, который все это начал, ушел ни с чем. Ему предложили символическую оплату, но он отказался принять, желая получить кредит за свою работу, а не деньги. Он иронично заметил, что, если бы его предыдущая публикация была допущена, это «помешало бы ... потоку долларов в правильном направлении ...». [24]

Работа над фильтрами [ править ]

Одним из важных результатов работы по загрузке катушек было то, что нагрузка вызвала отсечку на определенной частоте в отклике линии, значение которой можно было предсказать, зная емкость линии и индуктивность катушки, а также расстояние между катушками. У ненагруженной непрерывной линии такого поведения нет, затухание просто постоянно увеличивается с увеличением частоты. Такое поведение, а также сети с сосредоточенными элементами , используемые для создания искусственных линий в целях тестирования, предложили Кэмпбеллу возможную топологию для фильтра с аналогичными характеристиками. [25]

Эта работа по фильтрации была начата в 1910 году. Используя лестничную схему из катушек индуктивности и конденсаторов в соответствующих конфигурациях, он создал фильтры нижних , верхних и полосовых частот. Эти фильтры могут быть разработаны для пропускания частот в любом заданном диапазоне и отклонения частот в других диапазонах. Этот класс фильтров позже был назван фильтром с константой k Отто Зобелем, работающим в AT&T в Нью-Йорке. [26]

Резкость перехода от полосы пропускания к полосе задерживания и глубина режекции в полосе задерживания определялись количеством секций в лестнице. Если для фильтра требовались более жесткие спецификации, все, что требовалось, - это добавить больше катушек индуктивности и конденсаторов в лестницу в точно такой же конфигурации схемы, что и для менее строгих требований. [27]

Цель фильтрации телефонного канала с такой точностью заключалась в том, что AT&T пыталась использовать одни и те же провода для множества телефонных разговоров, одновременно используя технику мультиплексирования с частотным разделением (FDM), и было важно по причинам конфиденциальности, а также разборчивости, что там не было перекрестных помех между каналами. Также требовались фильтры для разделения различных разговоров на дальнем конце кабеля. Первоначально полоса пропускания от 200 Гц до 2,5 кГц использовалась для основной полосы частот голоса , но вскоре Международный союз электросвязи (ITU) установил мировой стандарт от 300 Гц до 3,4 кГц с интервалом 4 кГц между каналами. [28]

Эти конструкции фильтров, которые Зобель позже усовершенствовал, имели большое экономическое значение для AT&T. Возможность передавать несколько разговоров по одним и тем же проводам привела к очень значительной экономии затрат на прокладку кабеля. Используемая система модуляции ( однополосная передача с подавленной несущей ) и стандарт ITU оставались основным методом распределения телефонных услуг до тех пор, пока с 1980-х годов его не начали вытеснять цифровые методы. [29]

Публикации [ править ]

  • Загруженные линии в телефонной передаче (1903 г.)
  • Цизоидальные колебания (1911 г.)
  • Физическая теория фильтра электрических волн (1922 г.) [30]
  • Интегралы Фурье для практических приложений (1931 г.)

См. Также [ править ]

Заметки [ править ]

  1. ^ «Кэмпбелл, Джордж Эшли», в Фриц Э. Фрёлих, Аллен Кент, Энциклопедия телекоммуникаций Фрёлиха / Кента , вып. 2 (CRC Press, 1991), стр. 242
  2. ^ Бриттен, стр. 41 (сноска)
  3. ↑ The Electrician , 1887 г. и воспроизведено (по Бриттену) в Heaviside, O., Electromagnetic Theory , p. 112
  4. Перейти ↑ Bray, p. 53
  5. ^ Бриттен стр. 56
  6. Перейти ↑ Heaviside, O., Electrical Papers , vol. 1. С. 139–140, Бостон, 1925.
  7. ↑ Stone, MS, Electric Circuit , патент США 0 578 275, поданный 10 сентября 1896 г., выданный 2 марта 1897 г.
  8. ^ Бриттен, стр. 42-45
  9. ^ Бриттен, стр. 43-44
  10. ^ Бриттен, стр. 45
  11. ^ Пупин, М.И., Искусство уменьшения затухания электрических волн и аппаратов Таким образом , патент США 0 652 230, поданный 14 декабря 1899 г., выдан 19 июня 1900 г.
  12. ^ Бриттен, стр. 44 год
  13. Перейти ↑ Pupin, MI, From Immigrant to Inventor , pp. 330–331, Charles Schribner & Sons, 1924
  14. ^ У Pupin действительно есть патент от 1894 года, который иногда ошибочно называют его патентом на загрузочную катушку, но он включает в себя последовательные конденсаторы, а не индукторы, и они не распределены по линии. Это имело бы прямо противоположный эффект нагрузке катушек, как указал редактор журнала Electrical World , vol. 24, стр. 97, 1894.
  15. ↑ Pupin, MI, патент США 0519347, Трансформатор для телеграфных, телефонных или других электрических систем , выдан 8 мая 1894 г.
  16. ^ Бриттен, стр. 36, 48-50
  17. ^ Бриттен, стр. 37, цитируя письмо Беренда Сирлу
  18. ^ Бриттен, стр. 37, цитируя письмо Серла Беренду, 1931 г.
  19. ^ Бриттен стр. 44-45
  20. ^ Бриттен, стр. 54-55 (сноска), стр. 57
  21. ^ Бриттен, стр. 45
  22. ^ Бриттен, стр. 36
  23. ^ Shaw & Fondiller, стр. 291-292
  24. ^ Бриттен цитирование Хевисайда письмо Беренд, 1918.
  25. ^ Бриттен, стр. 56
  26. Перейти ↑ Bray, p. 62
  27. Перейти ↑ Bray, p. 62
  28. Перейти ↑ Bray, p. 62
  29. Перейти ↑ Bray, pp. 62–64
  30. ^ Кэмпбелл, GA, "Физическая теория фильтра электрических волн", Bell System Tech J , ноябрь 1922 г., т. 1, вып. 2. С. 1–32.

Ссылки [ править ]

  • Брей, Дж., Инновации и революция в коммуникациях , Институт инженеров-электриков, 2002 ISBN  0852962185 .
  • Бриттен, Джеймс Э., "Введение в загрузочную катушку: Джордж А. Кэмпбелл и Майкл И. Пупин", Технология и культура , том. 11, вып. 1 (январь 1970 г.), стр. 36–57, издательство Университета Джона Хопкинса от имени Общества истории технологии.
  • Хевисайд, О., Электрические документы , Книжный магазин Американского математического общества, 1970 г. (перепечатка с 1892 г.).
  • Шоу, Т; Фондиллер, В., «Разработка и применение нагрузки для телефонных цепей» , Сделки Американского института инженеров-электриков , вып. 45. С. 268–294, 1926.

Внешние ссылки [ править ]

  • Работы Джорджа Эшли Кэмпбелла или о нем в Internet Archive
  • «Джордж Кэмпбелл» . Сеть глобальной истории IEEE . IEEE.