Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Маломощный передатчик с искровым разрядником с индуктивной связью на выставке в электрическом музее, Фрастанц , Австрия. Искровой разрядник находится внутри коробки с прозрачной крышкой вверху по центру.

Передатчик искрового промежутка является устаревшем типом радиопередатчика , который генерирует радиоволны с помощью электрической искры . [1] [2] Искровые передатчики были первым типом радиопередатчиков и были основным типом, используемым в эпоху беспроводного телеграфирования или "искровой" эры, первые три десятилетия радио , с 1887 года до конца Первой мировой войны. . [3] [4] Немецкий физик Генрих Герц построил первые экспериментальные передатчики с искровым разрядником в 1887 году, с помощью которых он доказал существование радиоволн и изучил их свойства.

Основным ограничением передатчиков с искровым разрядником является то, что они генерируют серию коротких переходных импульсов радиоволн, называемых затухающими волнами ; они не могут воспроизводить непрерывные волны, используемые для передачи звука (звука) в современных радиопередачах AM или FM . Таким образом, передатчики с искровым разрядником не могли передавать звук, а вместо этого передавали информацию по радиотелеграфии ; оператор включал и выключал передатчик с помощью телеграфного ключа , создавая импульсы радиоволн для написания текстовых сообщений азбукой Морзе .

Первые практические передатчики и приемники с искровым разрядником для радиотелеграфной связи были разработаны Гульельмо Маркони около 1896 года. Одним из первых передатчиков с искровым разрядником было использование на кораблях для связи с берегом и передачи сигнала бедствия, если судно тонет. Они сыграли решающую роль в морских спасательных операциях, таких как катастрофа RMS Titanic в 1912 году . После Первой мировой войны были разработаны передатчики на электронных лампах , которые были дешевле и производили непрерывные волны, которые имели больший диапазон, производили меньше помех и могли также передавать звук, что сделало искровые передатчики устаревшими к 1920 году. Радиосигналы, создаваемые передатчиками с искровым разрядником. электрически «шумные»; они имеют широкую полосу пропускания , создаваярадиочастотные помехи (RFI), которые могут нарушить другие радиопередачи. Этот тип радиоизлучения запрещен международным правом с 1934 года. [5] [6]

Теория работы [ править ]

Электромагнитные волны излучаются электрическими зарядами, когда они ускоряются . [7] [8] Радиоволны , электромагнитные волны радиочастоты , могут генерироваться изменяющимися во времени электрическими токами , состоящими из электронов, текущих через проводник, которые внезапно изменяют свою скорость, таким образом ускоряясь. [8] [9] емкость разряжается через электрической искры поперек искрового промежутка между двумя проводниками было первое устройство , известное , которое может генерировать радиоволны. [4]Сама искра не производит радиоволны, она просто служит для возбуждения резонансных колебательных электрических токов радиочастоты в проводниках присоединенной цепи. Проводники излучают энергию в этом колеблющемся токе как радиоволны. Из-за собственной индуктивности проводников цепи разряд конденсатора через достаточно низкое сопротивление (например, искру) является колебательным ; заряд быстро течет вперед и назад через искровой промежуток в течение короткого периода, заряжая проводники с каждой стороны попеременно положительными и отрицательными, пока колебания не затухнут. [10] [11]

Графическая диаграмма простого передатчика с искровым разрядником из хобби-книжки мальчика 1917 года, показывающая примеры использовавшихся ранних электронных компонентов. Типично маломощные передатчики, которые в этот период строили дома тысячи любителей, чтобы исследовать захватывающую новую технологию радио.

Практический передатчик искрового разрядника состоит из следующих частей: [10] [12] [13]

  • Высоковольтный трансформатор для преобразования электроэнергии низкого напряжения от источника питания, батареи или электрической розетки в достаточно высокое напряжение (от нескольких киловольт до 75-100 кВ в мощных передатчиках) для перехода через искровой промежуток. Трансформатор заряжает конденсатор. В маломощных передатчиках, питаемых от батареек, это обычно была индукционная катушка (катушка Румкорфа).
  • Один или несколько резонансных контуров (настроенных контуров или контуров резервуара), которые создают высокочастотные электрические колебания при возбуждении искрой. Резонансный контур состоит из конденсатора (в первые дни его называли лейденской банкой ), который накапливает высоковольтное электричество от трансформатора, и катушки с проводом, называемой индуктором или катушкой настройки, соединенных вместе. Значения емкости и индуктивности определяют частоту генерируемых радиоволн.
    • Самые ранние передатчики с искровым разрядником до 1897 года не имели резонансного контура; антенна выполняла эту функцию, действуя как резонатор . Однако это означало, что электромагнитная энергия, производимая передатчиком, рассеивалась в широком диапазоне, тем самым ограничивая его эффективный диапазон максимум несколькими километрами.
    • Большинство искровых передатчиков имели две резонансные цепи, соединенные вместе с трансформатором с воздушным сердечником, называемым резонансным трансформатором или трансформатором колебаний . [10] Это было названо передатчиком с индуктивной связью . Искровой разрядник и конденсатор, подключенные к первичной обмотке трансформатора, составляют один резонансный контур, который генерирует колебательный ток. Колебательный ток в первичной обмотке создавал колеблющееся магнитное поле, которое индуцировало ток во вторичной обмотке.. Антенна и земля были подключены ко вторичной обмотке. Емкость антенны резонирует с вторичной обмоткой, образуя второй резонансный контур. Два резонансных контура были настроены на одну и ту же резонансную частоту . Преимущество этой схемы состояло в том, что осциллирующий ток сохранялся в цепи антенны даже после того, как искра прекратилась, создавая длинные, звенящие, слегка затухающие волны, в которых энергия концентрировалась в более узкой полосе частот , создавая меньше помех для других передатчиков.
  • Искровой промежуток , который действует как управляемое напряжение переключателя в резонансном контуре, разрядки конденсатора через катушку.
  • Антенна , металлический проводник , такой как повышенная провод, который излучает мощность в осциллирующих электрических токах от резонансного контура в космос в качестве радиоволн .
  • Телеграфный ключ , чтобы переключить передатчик и выключается для передачи сообщений с помощью азбуки Морзе

Рабочий цикл [ править ]

Передатчик работает в быстро повторяющемся цикле, в котором конденсатор заряжается до высокого напряжения трансформатором и разряжается через катушку искрой в искровом промежутке. [10] [14] Импульсная искра заставляет резонансный контур «звенеть» как колокол, создавая кратковременный колебательный ток, который излучается антенной в виде электромагнитных волн. [10] Передатчик повторяет этот цикл с большой скоростью, поэтому искра казалась непрерывной, а радиосигнал звучал как вой или жужжание в радиоприемнике .

Демонстрация восстановленное 1907 беспроводной станции Масси искрового промежутка передатчик
  1. Цикл начинается, когда ток от трансформатора заряжает конденсатор, накапливая положительный электрический заряд на одной из пластин и отрицательный - на другой. Во время зарядки конденсатора искровой разрядник находится в непроводящем состоянии, предотвращая утечку заряда через катушку.
  2. Когда напряжение на конденсаторе достигает напряжения пробоя искрового промежутка, воздух в промежутке ионизируется , вызывая электрическую искру , снижая его сопротивление до очень низкого уровня (обычно менее одного Ом ). Это замыкает цепь между конденсатором и катушкой.
  3. Заряд конденсатора разряжается в виде тока через катушку и искровой разрядник. Из-за индуктивности катушки, когда напряжение конденсатора достигает нуля, ток не прекращается, а продолжает течь, заряжая пластины конденсатора с противоположной полярностью, пока заряд снова не накопится в конденсаторе на противоположных пластинах. Затем процесс повторяется, и заряд течет в обратном направлении через катушку. Это продолжается, в результате чего между пластинами конденсатора через катушку и искровой разрядник быстро протекают колебательные токи.
  4. Резонансный контур подключен к антенне, поэтому эти колебательные токи также протекают в антенне, заряжая и разряжая ее. Ток создает колеблющееся магнитное поле вокруг антенны, а напряжение создает колеблющееся электрическое поле . Эти колеблющиеся поля излучаются от антенны в космос в виде радиоволн.
  5. Энергия в резонансном контуре ограничена количеством энергии, изначально сохраненной в конденсаторе. Излучаемые радиоволны вместе с теплом, выделяемым искрой, расходуют эту энергию, заставляя колебания быстро уменьшаться по амплитуде до нуля. Когда колеблющийся электрический ток в первичной цепи уменьшается до точки, когда этого недостаточно для ионизации воздуха в искровом промежутке, искра останавливается, размыкая резонансный контур и останавливая колебания. В передатчике с двумя резонансными контурами колебания во вторичном контуре и антенне могут продолжаться некоторое время после того, как искра погаснет. Затем трансформатор снова начинает заряжать конденсатор, и весь цикл повторяется.

Цикл очень быстрый и занимает менее миллисекунды. С каждой искрой этот цикл создает радиосигнал, состоящий из колеблющейся синусоидальной волны, которая быстро увеличивается до высокой амплитуды и экспоненциально спадает до нуля, называемая затухающей волной . [10] частота колебаний, которая является частота испускаемых радиоволн, равна резонансной частоте резонансного контура, определяемой емкости конденсатора и индуктивности катушки:

Передатчик быстро повторяет этот цикл, поэтому на выходе получается повторяющаяся цепочка затухающих волн. Это эквивалентно амплитуде радиосигнала, модулированной с постоянной частотой, поэтому он может быть демодулирован в радиоприемнике выпрямляющим AM- детектором , таким как кварцевый детектор или клапан Флеминга, использовавшийся в эпоху беспроводной телеграфии. Частота повторения (скорость искры) находится в аудио диапазона, как правило , от 50 до 1000 искр в секунду, так что в приемнике в наушниках звуки сигнала , как устойчивый тон, скулить или жужжание. [12]

Чтобы передать информацию с помощью этого сигнала, оператор быстро включает и выключает передатчик, нажимая на переключатель, называемый телеграфным ключом в первичной цепи трансформатора, создавая последовательности коротких (точка) и длинных (тире) цепочек затухающих сигналов. волны, чтобы разобрать сообщения азбукой Морзе . Пока клавиша нажата, искровой разрядник срабатывает повторно, создавая цепочку импульсов радиоволн, поэтому в приемнике нажатие клавиши звучит как жужжание; все сообщение азбуки Морзе звучит как последовательность гудков, разделенных паузами. В передатчиках малой мощности ключ напрямую размыкает первичную цепь питающего трансформатора, в то время как в передатчиках большой мощности ключ управляет сверхмощным реле. который разрывает первичную цепь.

Схема зарядки и скорость искры [ править ]

Схема, которая заряжает конденсаторы, наряду с самим искровым разрядником, определяет скорость искры передатчика, количество искр и результирующие затухающие волновые импульсы, которые он производит в секунду, что определяет тон сигнала, слышимого в приемнике. Не следует путать частоту искры с частотой передатчика, которая представляет собой количество синусоидальных колебаний в секунду в каждой затухающей волне. Поскольку передатчик генерирует один импульс радиоволн на искру, выходная мощность передатчика была пропорциональна частоте искры, поэтому предпочтение было отдано более высоким частотам. Датчики искры обычно используют один из трех типов силовых цепей: [10] [12] [15]

Индукционная катушка [ править ]

Индукционная катушка (катушка Румкорфа) была использована в маломощных передатчиках, как правило , меньше , чем 500 ватт, часто с питанием от батареи. Индукционная катушка - это тип трансформатора, питаемого от постоянного тока, в котором вибрирующий рычаг переключает контакт на катушке, называемый прерывателем.многократно разрывает цепь, которая подает ток на первичную обмотку, заставляя катушку генерировать импульсы высокого напряжения. Когда первичный ток катушки включен, первичная обмотка создает магнитное поле в железном сердечнике, которое отталкивает пружинный рычаг прерывателя от его контакта, размыкая переключатель и отсекая первичный ток. Затем магнитное поле схлопывается, создавая импульс высокого напряжения во вторичной обмотке, и рычаг прерывателя возвращается в исходное положение, чтобы снова замкнуть контакт, и цикл повторяется. Каждый импульс высокого напряжения заряжал конденсатор до тех пор, пока не сработал искровой разрядник, что приводило к возникновению одной искры за импульс. Прерыватели были ограничены низкой частотой искры 20–100 Гц, звучащей как низкий гул в приемнике. В мощных передатчиках с индукционной катушкой вместо вибрационного прерывателяИспользовался ртутный прерыватель турбины . Это могло прерывать ток с частотой до нескольких тысяч герц, и эту скорость можно было отрегулировать для получения наилучшего тона.

Трансформатор переменного тока [ править ]

В передатчиках большей мощности, питаемых от сети переменного тока, трансформатор увеличивает входное напряжение до необходимого высокого напряжения. Синусоидальное напряжение от трансформатора подается непосредственно на конденсатор, поэтому напряжение на конденсаторе изменяется от высокого положительного напряжения до нуля и до высокого отрицательного напряжения. Искровой промежуток регулируется таким образом, чтобы искры возникали только при максимальном напряжении, на пиках синусоидальной волны переменного тока., когда конденсатор был полностью заряжен. Поскольку синусоидальная волна переменного тока имеет два пика за цикл, в идеале в течение каждого цикла возникали две искры, поэтому частота искры была равна удвоенной частоте мощности переменного тока (часто во время пика каждого полупериода возникало несколько искр). Таким образом, частота искры передатчиков, питаемых от сети с частотой 50 или 60 Гц, составляла 100 или 120 Гц. Однако более высокие звуковые частоты лучше устраняют помехи, поэтому во многих передатчиках трансформатор питался от набора двигатель-генератор , электродвигатель, вал которого вращал генератор переменного тока , который производил переменный ток с более высокой частотой, обычно 500 Гц, что приводило к искре. частота 1000 Гц.

Закаленный искровой разрядник [ править ]

Скорость, с которой могут передаваться сигналы, естественно ограничивается временем, требуемым для гашения искры. Если, как описано выше, проводящая плазма во время нулевых точек переменного тока не охлаждается достаточно, чтобы погасить искру, `` постоянная искра '' сохраняется до тех пор, пока накопленная энергия не рассеется, позволяя практическую работу только до примерно 60 сигналов в секунду. Если предпринять активные меры для разрушения дуги (продувкой искры воздухом или удлинением искрового промежутка), можно получить гораздо более короткую «погашенную искру». Простая система с гашением искры по-прежнему допускает несколько колебаний конденсаторной цепи за время, необходимое для гашения искры. При разрыве искровой цепи частота передачи определяется исключительно резонансным контуром антенны,что позволяет упростить настройку.

Поворотный искровой разрядник [ править ]

В передатчике с «вращающимся» искровым разрядником (ниже) конденсатор заряжался переменным током от высоковольтного трансформатора, как указано выше, и разряжался искровым разрядником, состоящим из электродов, расположенных вокруг колеса, которое вращалось электродвигателем, которые создавали искры, проходя мимо неподвижного электрода. [10] Скорость искры была равна числу оборотов в секунду, умноженному на количество искровых электродов на колесе. Он мог производить искры с частотой до нескольких тысяч герц, и эту частоту можно было регулировать, изменяя скорость двигателя. Вращение колеса обычно синхронизировалось с синусоидой переменного тока.таким образом, движущийся электрод проходил мимо неподвижного на пике синусоидальной волны, вызывая искру, когда конденсатор был полностью заряжен, что создавало музыкальный тон в приемнике. При правильной настройке таким образом устраняется необходимость во внешнем охлаждении или гашении воздушного потока, как и потеря мощности непосредственно из цепи зарядки (параллельно конденсатору) через искру.

История [ править ]

Дополнительная информация: Хронология радио и изобретения радио.

Изобретение радиопередатчика явилось результатом слияния двух направлений исследований.

Одним из них были попытки изобретателей разработать систему для передачи телеграфных сигналов без проводов. Эксперименты ряда изобретателей показали, что электрические помехи могут передаваться по воздуху на короткие расстояния. Однако большинство этих систем работали не за счет радиоволн, а за счет электростатической индукции или электромагнитной индукции , которые имели слишком малый радиус действия, чтобы быть практичным. [16] В 1866 году Махлон Лумис утверждал, что передавал электрический сигнал через атмосферу между двумя 600-футовыми тросами, удерживаемыми воздушными змеями на вершинах гор на расстоянии 14 миль друг от друга. [16] Томас Эдисонвплотную подошел к открытию радио в 1875 году; он генерировал и обнаруживал радиоволны, которые он называл «эфирными токами», экспериментируя с высоковольтными искровыми цепями, но из-за нехватки времени не стал заниматься этим вопросом. [17] Дэвид Эдвард Хьюз в 1879 году также наткнулся на передачу радиоволн, которую он получал с помощью своего детектора угольного микрофона , однако его убедили, что то, что он наблюдал, было индукцией . [17] Ни одному из этих людей обычно не приписывают открытие радио, потому что они не понимали значения своих наблюдений и не публиковали свою работу до Герца.

Другим было исследование физиков для подтверждения теории электромагнетизма, предложенной в 1864 году шотландским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом , которая теперь называется уравнениями Максвелла . Теория Максвелла предсказывала, что комбинация колеблющихся электрических и магнитных полей может перемещаться в пространстве как « электромагнитная волна ». Максвелл предположил, что свет состоит из электромагнитных волн с короткой длиной волны, но никто не знал, как подтвердить это, или генерировать или обнаруживать электромагнитные волны других длин волн. К 1883 году возникла теория, что ускоренные электрические заряды могут производить электромагнитные волны, и Джордж Фицджеральд рассчитал выходную мощностьрамочная антенна . [18] Фитцджеральд в краткой заметке, опубликованной в 1883 году, предположил, что электромагнитные волны могут быть сгенерированы практически путем быстрой разрядки конденсатора; метод, используемый в искровых передатчиках, [19] [20], однако нет никаких указаний на то, что он вдохновлял других изобретателей.

Разделение истории искровых передатчиков на различные типы, приведенное ниже, соответствует организации предмета, используемого во многих учебниках по беспроводным технологиям. [21]

Осцилляторы Герца [ править ]

Немецкий физик Генрих Герц в 1887 году построил первые экспериментальные передатчики с искровым разрядником во время своих исторических экспериментов, чтобы продемонстрировать существование электромагнитных волн, предсказанных Джеймсом Клерком Максвеллом в 1864 году, в которых он обнаружил радиоволны , [22] [23] [24] [25 ] ], которые назывались «волнами Герца» примерно до 1910 года. Герц был вдохновлен на испытание схем с искровым возбуждением экспериментами со «спиралями Рейсса», парой плоских спиральных индукторов с проводниками, оканчивающимися искровыми промежутками. Лейден банка конденсатор разряжается через одну спирали, может вызвать искры в зазоре другой спирали.

  • Генрих Герц обнаруживает радиоволны с помощью своего искрового генератора (сзади)

  • Рисунок Герца одного из его искровых генераторов. (A, A ') антенна, (J) индукционная катушка

  • Генератор искры Герца, 1902. Видна антенна, состоящая из двух проводов, оканчивающихся металлическими пластинами (E) , искрового разрядника (D) , индукционной катушки (A) , автомобильного аккумулятора (B) и телеграфного ключа (C) .

  • Передатчик Герца 450 МГц; диполь 26 см с искровым разрядником в фокусе параболического отражателя из листового металла

  • Джагадиш Чандра Бос в 1894 году был первым человеком, который произвел миллиметровые волны ; его искровой генератор (в коробке справа) генерировал волны 60 ГГц (5 мм) с использованием резонаторов с металлическими шариками 3 мм.

  • Искровой СВЧ-генератор, продемонстрированный Оливером Лоджем в 1894 году. Его 5-дюймовый резонаторный шар генерировал волны около 12 см или 2,5 ГГц.

Первый генератор Герца: пара метровых медных проводов с искровым промежутком 7,5 мм между ними, заканчивающиеся цинковыми сферами диаметром 30 см. Когда от индукционной катушки (не показана) подавались импульсы в 20 000 вольт , она генерировала волны с частотой примерно 50 МГц.

См. Принципиальную схему. Передатчики Герца состояли из дипольной антенны, состоящей из пары коллинеарных металлических стержней различной длины с искровым разрядником (S) между их внутренними концами и металлических шариков или пластин для измерения емкости (C), прикрепленных к внешним концам. [22] [25] [24] Две стороны антенны были подключены к индукционной катушке ( катушка Румкорфа) (T) - общему лабораторному источнику питания, который вырабатывал импульсы высокого напряжения от 5 до 30 кВ. Помимо излучения волн, антенна также действовала как гармонический осциллятор ( резонатор), которые генерировали колебательные токи. Импульсы высокого напряжения от индукционной катушки (T) подавались между двумя сторонами антенны. Каждый импульс накапливал электрический заряд в емкости антенны, которая немедленно разряжалась искрой через искровой промежуток. Искра возбуждала короткие колеблющиеся стоячие волны тока между сторонами антенны. Антенна излучала энергию как кратковременный импульс радиоволн; затухающая волна . Частота волн равнялась резонансной частоте антенны, которая определялась ее длиной; он действовал как полуволновой диполь, который излучал волны примерно в два раза длиннее антенны. Герц обнаружил волны, наблюдая крошечные искры в микрометровых искровых промежутках (M) в петлях из проволоки, которые функционировали как резонансные приемные антенны. Оливер Лодж в то время также экспериментировал с искровыми генераторами и был близок к открытию радиоволн до Герца, но его внимание было сосредоточено на волнах на проводах, а не в свободном пространстве. [26] [27]

Схема искрового генератора и приемника Герца

Герц и первое поколение физиков, построивших эти «осцилляторы Герца», такие как лорд Рэлей , Джордж Фицджеральд , Фредерик Траутон , Аугусто Риги и Оливер Лодж , в основном интересовались радиоволнами как научным явлением и в значительной степени не могли предвидеть его возможности. как коммуникационная технология. [28] [29] [30] [31] Из-за влияния теории Максвелла в их мышлении доминировало сходство между радиоволнами и световыми волнами; они думали о радиоволнах как о невидимой форме света. [29] [30]По аналогии со светом они предположили, что радиоволны распространяются только по прямым линиям, поэтому они думали, что радиопередача ограничена визуальным горизонтом, как существующие методы оптической передачи сигналов, такие как семафор , и, следовательно, не могут обеспечивать связь на больших расстояниях. [26] [32] [33] Еще в 1894 году Оливер Лодж предположил, что максимальное расстояние, на котором могут передаваться волны Герца, составляет полмили. [29]

Чтобы исследовать сходство между радиоволнами и световыми волнами , эти исследователи сконцентрировались на получении коротковолновых высокочастотных волн, с помощью которых они могли дублировать классические оптические эксперименты с радиоволнами, используя квазиоптические компоненты, такие как призмы и линзы из парафинового воска , серы и т. Д. шаговые и проволочные дифракционные решетки . [34] Их короткие антенны генерировали радиоволны в диапазонах УКВ , УВЧ или СВЧ диапазона.группы. В своих различных экспериментах Герц генерировал волны с частотами от 50 до 450 МГц, примерно такими же частотами, которые сегодня используются передатчиками телевещательного телевидения . Герц использовал их для выполнения исторических экспериментов, демонстрирующих стоячие волны , преломление , дифракцию , поляризацию и интерференцию радиоволн. [35] [25] Он также измерил скорость радиоволн, показывая, что они движутся с той же скоростью, что и свет. Эти эксперименты установили, что свет и радиоволны были формами электромагнитных волн Максвелла , различающимися только частотой. Аугусто Риги иДжагадиш Чандра Бозе около 1894 года генерировал микроволны с частотой 12 и 60 ГГц соответственно, используя маленькие металлические шарики в качестве резонаторных антенн. [36] [37]

Высокие частоты, создаваемые осцилляторами Герца, не могли выходить за горизонт. Дипольные резонаторы также имели низкую емкость и не могли хранить большой заряд , что ограничивало их выходную мощность. [29] Следовательно, эти устройства не могли передавать данные на большие расстояния; их дальность приема с использованием примитивных приемников обычно ограничивалась примерно 100 ярдами (100 метров). [29]

Несинтонические передатчики [ править ]

Я едва ли мог представить себе, что применение [радио] в полезных целях могло ускользнуть от внимания таких выдающихся ученых.

-  Гульельмо Маркони [38]

Итальянский пионер радиовещания Гульельмо Маркони был одним из первых, кто поверил, что радиоволны можно использовать для связи на большие расстояния, и в одиночку разработал первые практические передатчики и приемники радиотелеграфии , [31] [39] [40] в основном путем комбинирования и экспериментирования с ними. чужие изобретения. Начиная с 21 года в поместье своей семьи в Италии, между 1894 и 1901 годами он провел длинную серию экспериментов по увеличению дальности передачи искровых генераторов и приемников Герца. [38]

Эволюция монопольной антенны Маркони из дипольной антенны Герца
Маркони сначала попытался увеличить дипольную антенну с помощью металлических листов размером 6 × 6 футов (t) , 1895 г. [41] Металлические листы и искровые шары не показаны в масштабе.
Первый передатчик с монопольной антенной Маркони, 1895 г. Одна сторона разрядника заземлена, другая прикреплена к металлической пластине (W) . [41]
Воссоздание первого монопольного передатчика Маркони
Ранние вертикальные антенны. (A) Маркони обнаружил, что подвешивание металлической пластины «область емкости» высоко над землей увеличило радиус действия. (B) Он обнаружил, что простой приподнятый трос работает так же хорошо. (CF) Позже исследователи обнаружили, что несколько параллельных проводов - лучший способ увеличить емкость. «Клеточные антенны» (EF) более равномерно распределяют ток между проводами, уменьшая сопротивление

Он не мог общаться дальше полумили до 1895 года, когда он обнаружил, что дальность передачи можно значительно увеличить, заменив одну сторону дипольной антенны Герца в его передатчике и приемнике на соединение с Землей, а другую сторону на соединение с Землей. антенна с длинным проводом, подвешенная высоко над землей. [42] [31] [43] [44] Эти антенны функционировали как четвертьволновые монопольные антенны . [45] Длина антенны определяет длину создаваемых волн и, следовательно, их частоту. Более длинные и низкочастотные волны меньше затухают с расстоянием. [45] Как Маркони пробовал более длинные антенны, которые излучали волны более низкой частоты, вероятно, вВ диапазоне MF около 2 МГц [44] он обнаружил, что может передавать дальше. [38] Еще одним преимуществом было то, что эти вертикальные антенны излучали волны с вертикальной поляризацией , а не волны с горизонтальной поляризацией, создаваемые горизонтальными антеннами Герца. [46] Эти более длинные вертикально поляризованные волны могли распространяться за горизонт, потому что они распространялись как земная волна, которая следовала контуру Земли. При определенных условиях они также могут выходить за пределы горизонта, отражаясь от слоев заряженных частиц ( ионов ) в верхних слоях атмосферы, что позже получило название распространения небесных волн. [33] Маркони тогда ничего из этого не понимал; он просто эмпирически обнаружил, что чем выше подвешена его вертикальная антенна, тем дальше она будет передавать.

Маркони в 1901 году со своим ранним искровым передатчиком (справа) и приемником-когерером (слева) , который записывал символы кода Морзе чернильной линией на бумажной ленте.
Представители почтового отделения Великобритании изучают передатчик (в центре) и приемник (внизу) Маркони во время демонстрации 1897 года. В центре виден столб, поддерживающий вертикальную проволочную антенну.
Передатчик Маркони в июле 1897 года. (Слева) искровой разрядник Риги с четырьмя шарами, (справа) индукционная катушка, телеграфный ключ и батарейный отсек.
Французский несинтонический передатчик, который использовался для связи корабль-берег около 1900 года. Он имел дальность действия около 10 километров (6,2 мили).

Не сумев заинтересовать итальянское правительство, в 1896 году Маркони переехал в Англию, где Уильям Прис из Главпочтамта Великобритании финансировал его эксперименты. [45] [44] [38] Маркони запатентовал свою радиосистему 2 июня 1896 года, [41] часто считается первым беспроводным патентом. [47] [48] В мае 1897 года он передал 14 км (8,7 мили), [45] 27 марта 1899 года он передал через Ла-Манш 46 км (28 миль), [38] осенью 1899 года он расширил диапазон до 136 км (85 миль), [49] и к январю 1901 года он достиг 315 км (196 миль). Эти демонстрации беспроводногоСвязь с азбукой Морзе на все более больших расстояниях убедила мир, что радио, или «беспроводной телеграф», как его называли, было не просто научным курьезом, а коммерчески полезной технологией связи.

В 1897 году Маркони основал компанию по производству своих радиосистем, которая превратилась в Marconi Wireless Telegraph Company . [45] [38] Его первый крупный контракт в 1901 году был заключен со страховой фирмой Lloyd's of London на оснащение их кораблей станциями беспроводной связи. Компания Маркони доминировала в морском радио на протяжении всей эры искры. Вдохновленные Маркони, в конце 1890-х другие исследователи также начали разработку конкурирующих систем искровой радиосвязи; Александр Попов в России, Эжен Дюкрете во Франции, Реджинальд Фессенден и Ли Де Форест в Америке [1] и Карл Фердинанд Браун ,Адольф Слаби и Георг фон Арко в Германии, которые в 1903 году основали Telefunken Co., главного соперника Маркони. [50] [51]

Недостатки [ править ]

Схема монопольного передатчика Маркони и всех других передатчиков до 1897 года.

В примитивных передатчиках до 1897 года не было резонансных цепей (также называемых LC-цепями, резервуарными цепями или настроенными цепями), искровой разрядник находился в антенне, которая функционировала как резонатор для определения частоты радиоволн. [38] [52] [47] [53] Эти передатчики назывались «несинтонизированными» или «простыми антеннами». [47] [54]

Средняя выходная мощность этих передатчиков была низкой, потому что из-за своей малой емкости и индуктивности антенна представляла собой генератор с сильным демпфированием (в современной терминологии она имела очень низкую добротность ). [55] Во время каждой искры энергия, накопленная в антенне, быстро излучалась в виде радиоволн, поэтому колебания быстро затухали до нуля. [56] Радиосигнал состоял из коротких импульсов радиоволн, повторяющихся десятки или максимум несколько сотен раз в секунду, разделенных сравнительно длинными интервалами отсутствия сигнала. [47] Излучаемая мощность зависела от того, сколько электрического заряда могло храниться в антенне перед каждой искрой, что было пропорциональноемкость антенны. Чтобы увеличить их емкость относительно земли, антенны были сделаны с несколькими параллельными проводами, часто с емкостными нагрузками, в антеннах типа «арфа», «клетка», « зонтик », «перевернутой L» и « T », характерных для «искры». "эпоха. [57] Единственный другой способ увеличить энергию, запасенную в антенне, - это зарядить ее до очень высоких напряжений. [58] [47] Однако напряжение, которое можно было использовать, было ограничено примерно 100 кВ из-за коронного разряда, который вызывал утечку заряда с антенны, особенно в сырую погоду, а также потери энергии в виде тепла в более длинной искре.

Более существенным недостатком большого демпфирования было то, что радиопередачи были электрически "зашумленными"; у них была очень большая пропускная способность . [10] [59] [38] [55] Эти передатчики создавали волны не одной частоты , а непрерывную полосу частот. [60] [59] По сути, они были источниками радиошума, излучающими энергию в большей части радиоспектра , что делало невозможным слышимость других передатчиков. [12] Когда несколько передатчиков пытались работать в одной и той же области, их широкие сигналы перекрывались по частоте и создавали помехи.друг с другом. [38] [53] Используемые радиоприемники также не имели резонансных цепей, поэтому у них не было возможности выбрать один сигнал из других, кроме широкого резонанса антенны, и они реагировали на передачи всех передатчиков поблизости. [53] Примером этой проблемы с помехами был досадный публичный фиаско в августе 1901 года, когда Маркони, Ли Де Форест и другая группа попытались сообщить газетам о гонках на яхтах в Нью-Йорке с кораблей с их ненастроенными искровыми передатчиками. [61] [62] [63] Передачи кода Морзе мешали, и репортеры на берегу не смогли получить никакой информации из искаженных сигналов.

Синтонические передатчики [ править ]

Передатчик (внизу) и приемник (вверху) первой «синтонной» радиосистемы из патента Лоджа 1897 г. [64]

Стало ясно, что для работы нескольких передатчиков необходимо было разработать систему «выборочной сигнализации» [65] [66], чтобы приемник мог выбирать, какой сигнал передатчика принимать, и отклонять другие. В 1892 году Уильям Крукс прочитал влиятельную [67] лекцию [68] по радио, в которой он предложил использовать резонанс (тогда называемый синтонией ) для уменьшения полосы пропускания передатчиков и приемников. [47] Использование резонансного контура (также называемого настроенным контуром или контуром резервуара) в передатчиках может сузить полосу пропускания.излучаемого сигнала, он будет занимать меньший диапазон частот вокруг своей центральной частоты, так что сигналы передатчиков, «настроенных» для передачи на разных частотах, больше не будут перекрываться. Приемник, который имел свой собственный резонансный контур, мог принимать конкретный передатчик, «настраивая» его резонансную частоту на частоту желаемого передатчика, аналогично тому, как один музыкальный инструмент может быть настроен на резонанс с другим. [65] Это система, используемая во всех современных радио.

В течение 1897-1900 гг. Исследователи беспроводной связи осознали преимущества «синтонных» или «настроенных» систем и добавили конденсаторы ( лейденские банки ) и индукторы (катушки проводов) к передатчикам и приемникам, чтобы создать резонансные контуры (настроенные контуры или резервуарные контуры). . [69] Оливер Лодж , который исследовал электрический резонанс в течение многих лет, [70] [53] запатентовал первый "синтонный" передатчик и приемник в мае 1897 г. [64] [71] [26] [72] [59] Лодж добавил индуктор(катушка) между сторонами его дипольных антенн, которые резонировали с емкостью антенны, создавая настроенный контур. [53] [69] Хотя его сложная схема не нашла большого практического применения, «синтонный» патент Лоджа был важен, потому что он был первым, кто предложил радиопередатчик и приемник, содержащие резонансные цепи, настроенные так, чтобы резонировать друг с другом. [53] [69] В 1911 году, когда патент был продлен, компания Marconi была вынуждена купить его, чтобы защитить свою собственную синтонную систему от исков о нарушении. [69]

Резонансный контур функционировал аналогично камертону , накапливая колеблющуюся электрическую энергию, увеличивая добротность контура, поэтому колебания были менее затухающими. [69] Другим преимуществом было то, что частота передатчика больше не определялась длиной антенны, а определялась резонансным контуром, поэтому ее можно было легко изменить с помощью регулируемых отводов на катушке. Антенна приводилась в резонанс с настроенным контуром с помощью нагрузочных катушек . Энергия в каждой искре и, следовательно, выходная мощность больше не ограничивалась емкостью антенны, а размером конденсатора в резонансном контуре. [47]Для увеличения мощности использовались очень большие конденсаторные батареи. В практических передатчиках резонансный контур принимает форму индуктивно-связанной схемы, описанной в следующем разделе.

  • Демонстрационный датчик искры с индуктивной связью 1909 г., с обозначенными деталями

  • Любительский индуктивно связанный искровой передатчик и приемник, 1910. Искровой разрядник находится в стеклянной колбе (в центре справа) рядом с настроечной катушкой, наверху коробки, содержащей конденсатор из стеклянной пластины

  • Стандартный передатчик с индуктивной связью Marconi на корабле 1902. Искровой разрядник перед индукционной катушкой, внизу справа. Преобразователь спиральных колебаний находится в деревянном ящике на стене над лейденскими банками.

  • Передатчик Telefunken на 25 кВт, построенный в 1906 году на передающей станции Науэн, Науэн, Германия, с большой батареей конденсаторов емкостью 360 Лейден, 400 мкФ (сзади) и вертикальными искровыми разрядниками (справа)

Индуктивная связь [ править ]

При разработке этих синтонных передатчиков исследователи обнаружили, что невозможно добиться низкого демпфирования с помощью одного резонансного контура. Резонансный контур может иметь низкий уровень затухания (высокий Q, узкая полоса) только тогда , когда она является «закрытой» цепью, без энергии рассеивающей компоненты. [73] [59] [70] Но такая схема не производит радиоволн. Резонансный контур с антенной, излучающей радиоволны («разомкнутый» настроенный контур) быстро теряет энергию, обеспечивая высокое демпфирование (низкая добротность, широкая полоса пропускания). Существовал фундаментальный компромисс между схемой, производящей постоянные колебания с узкой полосой пропускания, и схемой, излучающей большую мощность. [10]

Индуктивно связанный искровой датчик. C2 на самом деле не конденсатор, а представляет собой емкость между антенной A и землей.

Решение, найденное рядом исследователей, заключалось в использовании двух резонансных контуров в передатчике с индуктивно (магнитно) связанными катушками , в результате чего получился резонансный трансформатор (называемый колебательным трансформатором ); [10] [56] [47] это называлось « индуктивно-связанным », « связанным цепью » [54] или « двухцепным » передатчиком. [38] [58] [74] См. Принципиальную схему. Первичная обмотка трансформатора колебаний ( L1 ) с конденсатором ( С1 ) и искровым промежутком ( S) образовывали «замкнутый» резонансный контур, в то время как вторичная обмотка ( L2 ) была подключена к проволочной антенне ( A ) и земле, образуя «открытый» резонансный контур с емкостью антенны ( C2 ). [47] Обе схемы были настроены на одну и ту же резонансную частоту . [47] Преимущество индуктивно-связанной схемы состояло в том, что «слабо связанный» трансформатор постепенно передавал колебательную энергию контура резервуара на излучающий контур антенны, создавая длинные «звенящие» волны. [56] [10] Вторым преимуществом было то, что он позволял использовать большую первичную емкость (C1).для использования, который может хранить много энергии, что значительно увеличивает выходную мощность. [56] [47] Мощные трансокеанские передатчики часто имели огромные емкости для заполнения конденсаторных батарей из лейденской банки (см. Рисунки выше) . Приемник в большинстве систем также использует две индуктивно связанные цепи, причем антенна представляет собой «открытый» резонансный контур, соединенный через преобразователь колебаний с «замкнутым» резонансным контуром, содержащим детектор . Радиосистема с «двухконтурным» (индуктивно связанным) передатчиком и приемником была названа «четырехконтурной» системой.

Первым, кто использовал резонансные цепи в радиоприложении, был Никола Тесла , который изобрел резонансный трансформатор в 1891 году. [75] На лекции в Сент-Луисе в марте 1893 года [76] он продемонстрировал беспроводную систему, которая, хотя и предназначалась для беспроводная передача энергии , имела многие элементы более поздних систем радиосвязи. [77] [78] [47] [69] [79] Заземленный емкостный резонансный трансформатор с искровым возбуждением (его катушка Тесла), прикрепленный к приподнятой проволочной монопольной антенне, передавал радиоволны, которые принимались через комнату аналогичной проволочной антенной, прикрепленной к приемнику, состоящему из второго заземленного резонансного трансформатора, настроенного на частоту передатчика, который зажигал трубку Гейсслера . [80] [79] [81] Эта система, запатентованная Теслой 2 сентября 1897 г., [82] через 4 месяца после "синтонного" патента Лоджа, фактически представляла собой индуктивно-связанный радиопередатчик и приемник, первое использование "четырехцепной схемы". "система, заявленная Маркони в его патенте 1900 г. (см . ниже) . [83] [47] [79] [77] Однако Тесла в основном интересовалась беспроводной связью.и так и не разработал практическую систему радиосвязи . [84] [85] [80] [47]

В дополнение к системе Теслы, индуктивно связанные радиосистемы были запатентованы Оливером Лоджем в феврале 1898 года, [86] [87] Карлом Фердинандом Брауном , [74] [47] [52] [88] в ноябре 1899 года и Джоном Стоуном в Февраль 1900 г. [89] [87] Браун сделал решающее открытие, что низкое демпфирование требует «слабой связи» (пониженной взаимной индуктивности ) между первичной и вторичной обмотками. [90] [47]

  • Индуктивно связанный передатчик мощности Теслы (слева) запатентован 2 сентября 1897 г. [82]

  • Индуктивно связанный передатчик Брауна запатентован 3 ноября 1899 г. [88]

  • Индуктивно связанные передатчик (слева) и приемник (справа) Стоуна запатентованы 8 февраля 1900 г. [89]

  • Передатчик с индуктивной связью Маркони запатентован 26 апреля 1900 г. [91]

Маркони сначала уделял мало внимания синтоне, но к 1900 году разработал радиосистему, включающую функции этих систем [90] [52] с двухконтурным передатчиком и двухконтурным приемником, со всеми четырьмя схемами, настроенными на одну и ту же частоту, используя Резонансный трансформатор он назвал «джиггером». [73] [38] [74] Несмотря на вышеупомянутые предыдущие патенты, Маркони в своем патенте от 26 апреля 1900 г. "четырехконтурная" или "основная настройка" [91] на свою систему заявил права на индуктивно связанные передатчик и приемник. [47] [87] [79]Ему был предоставлен британский патент, но патентное ведомство США дважды отклоняло его патент как не имеющий оригинальности. Затем в апелляции 1904 года новый уполномоченный по патентам отменил решение и предоставил патент [92] [79] на узких основаниях, на которых патент Маркони, включив в него нагрузочную катушку антенны (J в схеме выше), предоставил средства для настройки четырех цепей. на той же частоте, тогда как в патентах Теслы и Стоуна это было сделано путем регулировки длины антенны. [87] [79] Этот патент дал Маркони почти монополию на синтонную беспроводную телеграфию в Англии и Америке. [93] [38]Тесла подал в суд на компанию Маркони за нарушение патентных прав, но не имел ресурсов для продолжения иска. В 1943 году Верховный суд США признал недействительными требования об индуктивной связи патента Маркони [94] из-за ранее выданных патентов Лоджа, Теслы и Стоуна, но это произошло спустя много времени после того, как искровые передатчики устарели. [87] [79]

Индуктивно связанный или «синтонный» искровой передатчик был первым типом, который мог осуществлять связь на межконтинентальных расстояниях, а также первым, который имел достаточно узкую полосу пропускания, чтобы помехи между передатчиками были уменьшены до допустимого уровня. Он стал доминирующим типом, использовавшимся в эпоху «искры». [38] Недостатком простого индуктивно-связанного передатчика было то, что, если первичная и вторичная катушки не были очень слабо связаны, он излучал на двух частотах. [47] [95] Это было исправлено с помощью датчиков с гашением искры и с вращающимся зазором (см . Ниже) .

В знак признания их достижений в области радио Маркони и Браун разделили Нобелевскую премию по физике 1909 года . [47]

Первая трансатлантическая радиопередача [ править ]

Передающая станция Маркони в Полдху, Корнуолл, демонстрирует оригинальную 400-проводную вертикальную цилиндрическую антенну, которая рухнула.
Временная антенна, используемая в трансатлантической передаче, веерообразная 50-проводная антенна.
Схема передатчика Poldhu. [96] Любопытная конструкция Флеминга с двумя искровыми разрядниками не использовалась в последующих передатчиках.

В 1900 году Маркони решил попробовать трансатлантическую связь, которая позволила бы ему составить конкуренцию подводным телеграфным кабелям . [49] [97] Это потребует значительного увеличения власти, а это рискованная игра для его компании. До этого его небольшие передатчики с индукционной катушкой имели входную мощность от 100 до 200 Вт, а максимальная дальность полета составляла около 150 миль. [49] [96] Для создания первого передатчика большой мощности Маркони нанял эксперта в области электроэнергетики, профессора Джона Амброуза Флеминга из Университетского колледжа в Лондоне, который применил принципы энергетики. Флеминг разработал сложный передатчик с индуктивной связью (см. Схему) с двумя каскадными искровыми разрядниками.(S1, S2) , работающие с разной скоростью, и три резонансных контура, приводимые в действие генератором мощностью 25 кВт (D) , включенным двигателем внутреннего сгорания. [96] [49] [98] Первый разрядник и резонансный контур (S1, C1, T2) генерировали высокое напряжение для зарядки конденсатора (C2), питающего второй разрядник и резонансный контур (S2, C2, T3) , который сгенерировал вывод. [98] Частота искр была низкой, возможно, всего 2–3 искры в секунду. [98] Флеминг оценил излучаемую мощность около 10 - 12 кВт. [96]

Передатчик был построен в секрете на побережье в Полдху , Корнуолл , Великобритания. [96] [49] Маркони не хватало времени, потому что Никола Тесла строил свой собственный трансатлантический радиотелеграфный передатчик на Лонг-Айленде, штат Нью-Йорк , в попытке стать первым [99] (это была башня Уорденклиф , которая потеряла финансирование и была заброшена незаконченный после успеха Маркони). Оригинальная круглая 400-проводная передающая антенна Маркони рухнула во время шторма 17 сентября 1901 года, и он поспешно установил временную антенну, состоящую из 50 проводов, подвешенных в форме веера на кабеле между двумя 160-футовыми столбами. [96] [98] [99]Используемая частота точно не известна, поскольку Маркони не измерял длину волны или частоту, но она находилась в диапазоне от 166 до 984 кГц, вероятно, около 500 кГц. [97] Он получил сигнал на побережье Сент - Джонс, Ньюфаундленд , используя расстроенные когерера приемник с 400 футов. Проволочную антенну отстранен от кайта . [97] [96] [99] Маркони объявил, что первая трансатлантическая радиопередача состоялась 12 декабря 1901 года из Полдху , Корнуолл, в Сигнал-Хилл, Ньюфаундленд , на расстояние 2100 миль (3400 км). [97] [99]

Достижение Маркони получило всемирную известность и стало окончательным доказательством того, что радио - это практическая технология связи. Научное сообщество сначала усомнилось в сообщении Маркони. Практически все эксперты в области беспроводной связи, кроме Маркони, считали, что радиоволны распространяются по прямым линиям, поэтому никто (включая Маркони) не понимал, как волны смогли распространиться по 300-мильной кривой Земли между Великобританией и Ньюфаундлендом. [33] В 1902 году Артур Кеннелли и Оливер Хевисайд независимо друг от друга предположили, что радиоволны отражаются слоем ионизированных атомов в верхних слоях атмосферы, что позволяет им вернуться на Землю за горизонт. [33] В 1924 году Эдвард В. Эпплтон.продемонстрировал существование этого слоя, теперь называемого « слоем Кеннелли-Хевисайда » или «E-слоем», за который он получил в 1947 году Нобелевскую премию по физике .

Сегодня осведомленные источники сомневаются, действительно ли Маркони получил эту передачу. [100] [98] [97] Условия ионосферы не должны позволять принимать сигнал в дневное время на таком расстоянии. Маркони знал, что передаваемый сигнал кода Морзе представляет собой букву «S» (три точки). [97] Он и его помощник могли принять атмосферный радиошум («статика») в своих наушниках за щелчки передатчика. [98] [97] Маркони сделал много последующих трансатлантических передач, которые четко устанавливают его приоритет, но надежная трансатлантическая связь не была достигнута до 1907 года с более мощными передатчиками. [98]

  • Судовая радиорубка с передатчиком гашеной искры Telefunken мощностью 1,5 кВт

  • Настроенная схема передатчика. (вверху) закаленный зазор, (в центре) трансформатор колебаний, лейденские банки

  • Закаленный искровой разрядник от передатчика слева. Ручка вращает винт, который оказывает давление на пакет цилиндрических электродов, позволяя регулировать ширину зазора.

  • Поперечное сечение части закаленного искрового разрядника, состоящего из металлических дисков (F), разделенных тонкими изолирующими слюдяными шайбами (M), чтобы образовать несколько микроскопических разрядников (S) последовательно

  • Мощный передатчик гашеной искры в Австралии. 6 цилиндров перед лейденскими банками - это искровые разрядники с гашением.

Датчики погашенной искры [ править ]

Обычный передатчик с индуктивной связью
Преобразователь погашенной искры [101]

Передатчик с индуктивной связью имел более сложную форму выходного сигнала, чем несинтонный передатчик, из-за взаимодействия двух резонансных контуров. Две магнитно-связанные настроенные схемы действовали как связанный генератор , производя биения (см. Верхние графики) . Колеблющаяся радиочастотная энергия быстро передавалась назад и вперед между первичным и вторичным резонансными контурами, пока продолжалась искра. [102] [95] [103] Каждый раз, когда энергия возвращалась в первичную обмотку, часть терялась в виде тепла в искре. [103] [95] Кроме того, если связь не была очень слабой, колебания заставляли передатчик передавать на двух разных частотах. [95][104] Поскольку узкая полоса пропускания резонансного контура приемника могла быть настроена только на одну из этих частот, мощность, излучаемая на другой частоте, была потрачена впустую.

Этого неприятного обратного потока энергии в первичную цепь можно было предотвратить путем гашения (гашения) искры в нужный момент, после того как вся энергия от конденсаторов была передана в схему антенны. [101] [104] изобретатели пытались различные методы , чтобы достичь этого, такие , как воздух взрывов и Елия Thomson «с магнитным гашением . [95] [104]

В 1906 году новый тип разрядника был разработан немецким физиком Максом Wien , [105] назвал серию или закаленной разрыв. [106] [107] [108] [103] Закаленный зазор состоял из пакета широких цилиндрических электродов, разделенных тонкими изолирующими распорными кольцами, чтобы создать множество узких искровых промежутков, соединенных последовательно, [107] примерно 0,1–0,3 мм (0,004–0,0 мм). 0,01 дюйма). [106] Большая площадь поверхности электродов быстро прекращала ионизацию в зазоре, охлаждая его после прекращения тока. В передатчике с индуктивной связью узкие промежутки гасили («гасили») искру в первой узловой точке ( Q), когда первичный ток на мгновение упал до нуля после того, как вся энергия была передана на вторичную обмотку (см. нижний график) . [101] Поскольку без искры в первичной цепи не может протекать ток, это эффективно разъединяет вторичную цепь от первичной цепи, позволяя вторичному резонансному контуру и антенне после этого колебаться полностью вне первичной цепи (до следующей искры). Это произвело выходную мощность, сосредоточенную на одной частоте вместо двух частот. Он также устранил большую часть потерь энергии в искре, создав очень слабо затухающие длинные «звенящие» волны с декрементами всего от 0,08 до 0,25 [109].(Q 12–38) и, следовательно, очень «чистый» радиосигнал с узкой полосой пропускания. Другим преимуществом было быстрое гашение, позволяющее сократить время между искрами, позволяя использовать более высокие частоты искр около 1000 Гц, которые имели музыкальный тон в приемнике, который лучше проникал в радиостатику. Передатчик с закаленным промежутком был назван системой «поющей искры». [109] [106]

Немецкий гигант беспроводной связи Telefunken Co., соперник Маркони, приобрел патентные права и использовал искровой разрядник в своих передатчиках. [108] [106] [103]

Датчики вращающегося зазора [ править ]

Вторым типом искрового разрядника, который имел аналогичный эффект гашения, был «вращающийся разрядник», изобретенный Теслой в 1896 году [110] [111] и примененный к радиопередатчикам Реджинальдом Фессенденом и другими. [15] [95] Он состоял из нескольких электродов, равномерно расположенных вокруг дискового ротора, вращающегося на высокой скорости двигателем, который создавал искры, проходя мимо неподвижного электрода. [10] [58] Используя правильную скорость двигателя, быстро разделяющиеся электроды гасили искру после того, как энергия была передана вторичной обмотке. [10] [15] [95] Вращающееся колесо также охладило электроды, что важно в мощных передатчиках.

  • Типичный роторный искровой разрядник, используемый в передатчиках малой мощности.

  • Малый роторный искровой излучатель, 1918 г.

  • Роторный искровой излучатель мощностью 1 киловатт, 1914 год.

  • Синхронный роторный искровой передатчик Фессендена мощностью 35 кВт, построенный в 1905 году в Брант-Рок, штат Массачусетс, с помощью которого он осуществил первую двустороннюю трансатлантическую связь в 1906 году на частоте 88 кГц.

  • Передатчик с вращающимся зазором 100 кВт ВМС США, построенный Фессенденом в 1913 году в Арлингтоне, штат Вирджиния. Он передавал в Европу на частоте 113 кГц и передавал первый радиосигнал в США.

Было два типа вращающихся искровых излучателей: [15] [10] [95] [98]

  • Несинхронный : в более ранних поворотных зазорах двигатель не был синхронизирован с частотой трансформатора переменного тока, поэтому искра возникала в случайные моменты времени в цикле переменного тока напряжения, приложенного к конденсатору. Проблема заключалась в том, что интервал между искрами не был постоянным. [15] Напряжение на конденсаторе, когда движущийся электрод приближается к неподвижному электроду, случайным образом изменялось между нулем и пиковым напряжением переменного тока. Точное время возникновения искры варьировалось в зависимости от длины промежутка, в котором искра могла проскочить, что зависело от напряжения. Результирующее случайное изменение фазы последовательных затухающих волн привело к сигналу, который имел «шипящий» или «скрипящий» звук в приемнике. [12]
  • Синхронный : в этом типе, изобретенном Фессенденом около 1904 года, ротор вращался синхронным двигателем синхронно с циклами подачи переменного напряжения на трансформатор, поэтому искра возникала в одних и тех же точках синусоидальной волны напряжения каждый цикл. Обычно он был спроектирован так, чтобы в каждом полупериоде происходила одна искра, настроенная так, чтобы искра возникала при пиковом напряжении, когда конденсатор был полностью заряжен. [12] Таким образом, искра имела установившуюся частоту, кратную частоте сети переменного тока, которая создавала гармоники с частотой сети. Говорят, что синхронный зазор дает более музыкальный, легко слышимый тон в приемнике, который лучше преодолевает помехи. [12]

Чтобы уменьшить помехи, вызываемые «шумными» сигналами растущего числа искровых передатчиков, Закон Конгресса США 1912 года о регулировании радиосвязи требовал, чтобы « логарифмический декремент на одно колебание в волновых цепях, излучаемых передатчиком, не превышал двух десятых. " [58] [10] [112] (это эквивалентно коэффициенту добротности 15 или выше). Фактически единственными искровыми передатчиками, которые могли удовлетворить этому условию, были типы гашеной искры и вращающегося зазора, указанные выше [58], и они доминировали в беспроводной телеграфии до конца эры искры.

Синхронизированная система искры Маркони [ править ]

В 1912 году на своих мощных станциях Маркони разработал усовершенствованный роторный разрядник, названный системой «синхронизированная искра», которая генерировала то, что, вероятно, было ближайшим к непрерывной волне, которую могли произвести искры. [113] [114] [115] [116] Он использовал несколько идентичных резонансных цепей, включенных параллельно, с конденсаторами, заряженными динамо-машиной постоянного тока . Они разряжались последовательно несколькими вращающимися разгрузочными колесами на одном валу для создания перекрывающихся затухающих волн, постепенно смещенных во времени, которые складывались вместе в трансформаторе колебаний, так что выходной сигнал представлял собой суперпозицию.затухающих волн. Скорость разрядного колеса контролировалась так, чтобы время между искрами было равно целому кратному периоду волны. Следовательно, колебания следующих друг за другом цугов волн были синфазными и усиливали друг друга. Результатом была, по сути, непрерывная синусоидальная волна, амплитуда которой изменялась с пульсацией со скоростью искры. Эта система была необходима, чтобы дать трансокеанским станциям Маркони достаточно узкую полосу пропускания, чтобы они не создавали помех другим передатчикам в узком диапазоне ОНЧ . Искровые передатчики с синхронизацией по времени достигли самой большой дальности передачи среди всех искровых передатчиков, но эти гиганты представляли собой конец искровой технологии.

Здание передатчика, показывающее 36 линий питания, подающих питание на плоскую проволочную антенну на высоте 3 600 футов.
Первичная обмотка колебательного трансформатора диаметром 5 футов, состоящая из 3 витков специализированного гибкого провода толщиной один фут
Три 5-футовых вращающихся колеса искрового разрядника системы "синхронизированной искры".
Трансатлантический искровой передатчик Marconi мощностью 300 кВт, построенный в 1916 году в Карнарвоне , Уэльс , один из самых мощных искровых передатчиков, когда-либо созданных. Во время Первой мировой войны он передавал телеграммы со скоростью 200 слов в минуту на частоте 21,5 кГц на приемники в Белмаре, штат Нью-Джерси. [117] Рев искры, как сообщается, можно было услышать за километр. 22 сентября 1918 года он передал первое беспроводное сообщение из Великобритании в Австралию на расстояние 15 200 км (9439 миль). [118] В 1921 году он был заменен передатчиками генератора Alexanderson .

Эпоха "искры" [ править ]

Первое применение радио было на кораблях, чтобы поддерживать связь с берегом и передавать сигнал бедствия, если корабль тонет. [119] Компания Marconi построила ряд береговых станций и в 1904 году установила первый сигнал бедствия кодом Морзе, буквы CQD , который использовался до Второй Международной радиотелеграфической конвенции в 1906 году, на которой было согласовано SOS . Первым значительным спасением на море благодаря радиотелеграфии стало затопление 23 января 1909 года роскошного лайнера RMS Republic , в результате которого было спасено 1500 человек.

Радиочастоты, используемые искровыми передатчиками в эпоху беспроводной телеграфии [120]
ИспользуетЧастота
(килогерцы)		Длина волны
(метры)		Типовой
диапазон мощности (кВт)
Любительское> 1500<2000,25 - 0,5
Корабли500, 660, 1000600, 450, 3001–10
военно-морской187,5 - 5001600–6005–20
Наземные станции среднего размера187,5 - 3331600–9005–20
Трансокеанские станции15 - 187,520 000–160020–500

Передатчики искр и приемники на кристаллах, используемые для их приема, были достаточно простыми, поэтому их широко изготавливали любители. В течение первых десятилетий 20-го века это захватывающее новое хобби в области высоких технологий привлекало растущее сообщество « радиолюбителей », многие из которых были мальчиками-подростками, которые использовали свои самодельные наборы для развлечения, чтобы связываться с дальними любителями и общаться с ними по азбуке Морзе и передавать Сообщения. [121] [122] маломощных передатчиков любительских ( «писк коробки») часто строились с « Тремблер » катушки зажигания от ранних автомобилей , таких как Ford Model T . [121]В США до 1912 года не существовало государственного регулирования радио, и преобладала хаотическая атмосфера «дикого запада», когда станции передавали безотносительно к другим станциям на своей частоте и преднамеренно создавали помехи друг другу. [123] [124] Растущее число несинтонных широкополосных искровых передатчиков создавало неконтролируемые перегрузки в радиоволнах, создавая помехи для коммерческих и военных радиостанций. [124]

RMS Titanic тонуть 14 апреля 1912 года увеличил общественную оценку на роль радио, но потеря жизни обратила внимание на неупорядоченное состояние новой радиотехнической промышленности, и предложено регулирование которых исправлены некоторые злоупотребления. [122] Хотя сигналы бедствия CQD радиста Титаника вызвали корабли, которые спасли 705 выживших, спасательная операция была отложена на четыре часа, потому что ближайшее судно, SS Californian , находившееся всего в нескольких милях от Титаника , не слышало " Титаник ".- зовут его радистка, когда он уже лег спать. Это было ответственным за большинство из 1500 смертей. Существующие международные правила требовали, чтобы все суда с более чем 50 пассажирами имели на борту беспроводное оборудование, но после катастрофы последующие правила требовали, чтобы на судах было достаточно сотрудников радиосвязи, чтобы можно было нести круглосуточную радиовахту. В соответствии с Законом США о радио 1912 года лицензии требовались для всех радиопередатчиков, максимальное демпфирование передатчиков было ограничено до 0,2, чтобы старые шумные несинтонические передатчики отключились от эфира, а любители были в основном ограничены неиспользуемыми частотами выше 1,5 МГц. . [112] [124]

Трансокеанский передатчик с гашением искры Telefunken мощностью 100 кВт на передающей станции Науэн , Науэн , Германия, был самым мощным радиопередатчиком в мире, когда он был построен в 1911 году.

Самыми крупными искровыми передатчиками были мощные трансокеанские радиотелеграфные станции с входной мощностью 100 - 300 кВт. [125] [126] Примерно с 1910 года промышленные страны построили глобальные сети этих станций для обмена коммерческими и дипломатическими телеграммами с другими странами и связи со своими заморскими колониями. [127] [128] [129] Во время Первой мировой войны радиотелеграфия на большие расстояния стала стратегической оборонительной технологией, поскольку стало ясно, что нация без радио может быть изолирована, если враг перережет ее подводные телеграфные кабели . [128] Большинство из этих сетей были построены двумя гигантскими беспроводными корпорациями того времени: британской Marconi Company , которая построила Imperial Wireless Chain, чтобы связать владения Британской империи , и немецкой Telefunken Co., которая доминировала за пределами Британской империи. [127] В передатчиках Marconi использовался искровый роторный разрядник с синхронизацией по времени, а в передатчиках Telefunken использовалась технология гашеного искрового разрядника. Машины с бумажной лентой использовались для передачи текста кода Морзе на высокой скорости. Чтобы достичь максимальной дальности около 3000-6000 миль, трансокеанские станции передают в основном очень низкую частоту.(VLF) диапазон от 50 кГц до 15-20 кГц. На этих длинах волн даже самые большие антенны были электрически короткими , их высота составляла лишь крошечную часть длины волны, и поэтому они имели низкое сопротивление излучения (часто ниже 1 Ом), поэтому для этих передатчиков требовались огромные проволочные зонтики и плоские антенны длиной до нескольких миль с большой емкостной емкостью. toploads для достижения адекватной эффективности. Антенна требовала большой нагрузочной катушки в основании, 6-10 футов высотой, чтобы она резонировала с передатчиком.

Генератор искрового разрядника также использовался в нерадио-приложениях, продолжаясь еще долгое время после того, как он устарел в радио. В виде катушки Тесла и Удна катушкой него использовались до 1940 - х лет в медицинской области диатермии для глубокого нагрева тела. [130] [131] Высокие колебательные напряжения в сотни тысяч вольт на частотах 0,1–1 МГц от катушки Тесла прикладывались непосредственно к телу пациента. Лечение было безболезненным, так как токи в радиодиапазоне не вызывают физиологической реакции электрошока . В 1926 году Уильям Т. Бовиобнаружил, что радиочастотные токи, приложенные к скальпелю, могут разрезать и прижигать ткани при медицинских операциях, а искровые генераторы использовались в качестве электрохирургических генераторов или «Bovies» еще в 1980-х годах. [132]

Непрерывные волны [ править ]

Хотя их демпфирование было уменьшено в максимально возможной степени, искровые передатчики по-прежнему производили затухающие волны , которые из-за их большой полосы пропускания вызывали помехи между передатчиками. [4] [60] Искра также издавала очень громкий шум во время работы, выделяла едкий озон , разрушала искровые электроды и могла стать причиной возгорания. Несмотря на его недостатки, большинство экспертов в области беспроводной связи считали вместе с Маркони, что импульсивный «удар кнутом» искры был необходим для создания радиоволн, которые могли бы передавать данные на большие расстояния.

С самого начала физики знали, что другой тип формы волны, непрерывные синусоидальные волны (CW), имеет теоретические преимущества перед затухающими волнами для радиопередачи. [133] [55] Поскольку их энергия в основном сконцентрирована на одной частоте, в дополнение к тому, что они почти не создают помех другим передатчикам на соседних частотах, передатчики непрерывного действия могут передавать на большие расстояния с заданной выходной мощностью. [60] Кроме того, они могут быть модулированы с звуковым сигналом для переноса звука. [60]Проблема заключалась в том, что не было известных методов их создания. Описанные выше усилия по уменьшению демпфирования искровых передатчиков можно рассматривать как попытки приблизить их выходной подход к идеалу непрерывной волны, но искровые передатчики не могли генерировать истинные непрерывные волны. [55]

Примерно с 1904 года передатчики непрерывного излучения были разработаны с использованием новых принципов, которые конкурировали с искровыми передатчиками. Непрерывные волны впервые были созданы двумя короткоживущими технологиями: [60]

  • Преобразователь дуги (дуга Поульсена), изобретенный Вальдемаром Поульсеном в 1904 году, использовал отрицательное сопротивление непрерывной электрической дуги в атмосфере водорода для возбуждения колебаний в резонансном контуре .
  • Генератор Александерсон передатчик, разработанный между 1906 и 1915 Фессенден и Александерсон , был огромный генератор тока вращающегося переменного ( генератора ) с приводом от электродвигателя на достаточно высокой скорости , что она производится радиочастотный ток в очень низкой частоте диапазона.

Эти передатчики, которые могли производить выходную мощность до одного мегаватта , постепенно заменили искровые передатчики на мощных радиотелеграфных станциях. Однако искровые передатчики оставались популярными на станциях двусторонней связи, потому что большинство передатчиков непрерывного излучения не могли работать в режиме, называемом «обрыв» или «прослушивание». С искровым передатчиком, когда телеграфный ключ был поднят между символами Морзе, несущая волна была выключена, а приемник был включен, чтобы оператор мог прослушивать входящее сообщение. Это позволяло принимающей станции или третьей станции прервать или «прервать» текущую передачу. Напротив, эти ранние передатчики CW должны были работать непрерывно; несущая волнане был выключен между символами кода Морзе, словами или предложениями, а просто расстроен, поэтому местный приемник не мог работать, пока передатчик был включен. Следовательно, эти станции не могли принимать сообщения, пока передатчик не был выключен.

Устаревание [ править ]

Все эти ранние технологии были заменены электронным генератором с обратной связью на вакуумной лампе , изобретенным в 1912 году Эдвином Армстронгом и Александром Мейснером , в котором использовалась вакуумная лампа на триоде, изобретенная в 1906 году Ли Де Форестом . [1] Генераторы на электронных лампах были гораздо более дешевым источником непрерывных волн, и их можно было легко модулировать для передачи звука. В связи с разработкой первых мощных передающих ламп к концу Первой мировой войны в 1920-х годах ламповые передатчики заменили дуговой преобразователь и передатчики генератора переменного тока, а также последние из старых искровых передатчиков с шумом.

На Международной радиотелеграфной конвенции 1927 года в Вашингтоне, округ Колумбия, развернулась политическая битва за окончательное устранение искрового радио. [6] Искровые передатчики давно устарели, и радиопередатчики и авиационные власти жаловались на нарушение радиоприема, которое вызывали шумные устаревшие морские искровые передатчики. Но судоходные компании энергично боролись с общим запретом на затухающие волны из-за капитальных затрат, которые потребовались бы для замены древнего искрового оборудования, которое все еще использовалось на старых кораблях. Конвенция запрещает лицензирование новых наземных искровых излучателей после 1929 года. [134]Радиоизлучение затухающих волн, получившее название класса B, было запрещено после 1934 года, за исключением аварийного использования на кораблях. [5] [134] Эта лазейка позволила судовладельцам избежать замены искровых передатчиков, которые использовались в качестве аварийных резервных передатчиков на кораблях во время Второй мировой войны.

Наследие [ править ]

Одним из наследий передатчиков с искровым разрядником является то, что радистов регулярно называли «Спарки» еще долгое время после того, как устройства перестали использоваться. Даже сегодня немецкий глагол funken , буквально «зажигать», также означает «посылать радиосообщения».

В 1950-х годах японская компания по производству игрушек Matsudaya выпустила линейку дешевых игрушечных грузовиков, лодок и роботов с дистанционным управлением под названием Radicon, в которых использовался маломощный искровой передатчик в контроллере как недорогой способ получения сигналов радиоуправления. [135] [136] В игрушке сигналы принимались когерерным приемником.

Генераторы искрового промежутка до сих пор используются для генерации высокочастотного высокого напряжения, необходимого для инициирования сварочной дуги при дуговой сварке вольфрамовым электродом . [137] Мощные генераторы импульсов с искровым разрядником до сих пор используются для моделирования ЭМИ .

См. Также [ править ]

  • История радио
  • Изобретение радио
  • Любительское радио
  • Антикварное радио
  • Когерер
  • Хрустальное радио

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c «Ранние радиопередатчики» в Хемпстеде, Колин; Уортингтон, Уильям (2005). Энциклопедия технологий 20-го века . Рутледж. С. 649–650. ISBN 978-1135455514.
  2. ^ Моррис, Кристофер Г. (1992). Словарь академической прессы по науке и технологиям . Издательство Gulf Professional Publishing. п. 2045. ISBN 978-0122004001.
  3. ^ Чампнесс, Родни (апрель 2010 г.). «Эра искры - начало радио» . Silicon Chip Online : 92–97 . Проверено 14 марта 2018 .
  4. ^ a b c Терман, Фредерик Эммонс (1937). Радиотехника (2-е изд.). Нью-Йорк: McGraw-Hill Book Co., стр. 6–9 . Проверено 14 сентября 2015 года .
  5. ^ a b Отдельные страны применяют этот запрет в своих законах о коммуникации. В США правила Федеральной комиссии по связи (FCC) квалифицируют использование искрового передатчика как уголовное преступление: «Раздел 2.201: Характеристики излучения, модуляции и передачи, сноска (f)» . Кодекс федеральных правил, раздел 47, глава I, подраздел A, Часть 2, подраздел C . Веб-сайт издательства правительства США. 1 октября 2007 . Проверено 16 марта 2018 .
  6. ^ a b Шредер, Питер Б. (1967). Контакт на море: история морской радиосвязи . Пресса Грегга. С. 26–30.
  7. ^ Serway, Раймонд; Фаун, Джерри; Вуилле, Крис (2008). Колледж физики (8-е изд.). Cengage Learning. п. 714. ISBN 978-0495386933.
  8. ^ a b Эллингсон, Стивен В. (2016). Радиотехника . Издательство Кембриджского университета. С. 16–17. ISBN 978-1316785164.
  9. ^ Nahin, Paul J. (2001). Наука о радио: с демонстрациями MATLAB и Electronics Workbench (2-е изд.). Springer Science and Business Media. С. 27–28. ISBN 978-0387951508.
  10. ^ Б с д е е г ч я J к л м п о р Codella, Christopher F. (2016). "Искра Радио" . История радиолюбителей . Частный сайт CF Codella . Проверено 22 мая 2018 .
  11. ^ Флеминг, Джон Арчибальд (1906). Принципы электроволновой телеграфии . Лондон: Longmans Green and Co., стр. 15–16.
  12. ^ Б с д е е г Кеннеди, Хал (1990). «Как работают искровые преобразователи» (PDF) . История QST Vol. 1 - Технологии . Американская радиорелейная лига . Проверено 27 марта 2018 .
  13. ^ Моркрофт, Джон Х. (1921). Принципы радиосвязи . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. стр.  275 -279.
  14. ^ Нахин, Пол Дж. (2001) Наука о радио: с демонстрациями MATLAB и Electronics Workbench, 2-е изд. , п. 38-43
  15. ^ a b c d e Саркар, ТЗ; Майлу, Роберт; Олинер, Артур А. (2006). История беспроводной связи . Джон Вили и сыновья. С. 359–362. ISBN 978-0471783015.
  16. ^ a b Nahin, Пол Дж. (2001). Наука о радио: с демонстрациями MATLAB и Electronics Workbench (2-е изд.). Springer Science and Business Media. п. 7. ISBN 978-0387951508.
  17. ^ a b Саркар, ТЗ; Майлу, Роберт; Олинер, Артур А. (2006). История беспроводной связи . Джон Вили и сыновья. С. 259–261. ISBN 978-0471783015.
  18. ^ Фитцджеральд, Джордж "Об энергии, потерянной излучением переменного электрического тока", Отчет Британской ассоциации по развитию науки , 1883 г., перепечатано в Фитцджеральде, Джордж (1902). Научные труды покойного Джорджа Фрэнсиса Фицджеральда . Лондон: Ходжес, Фиггис и Ко, стр. 128–129.
  19. ^ Nahin, Paul J. (2001). Наука о радио: с демонстрациями MATLAB и Electronics Workbench (2-е изд.). Springer Science and Business Media. п. 18. ISBN 978-0387951508.
  20. ^ Фитцджеральд, Джордж "О способе создания электромагнитных возмущений сравнительно короткой длины волны", Отчет Британской ассоциации по развитию науки , 1883, стр. 405, перепечатанный в Фитцджеральде, Джордж (1902). Научные труды покойного Джорджа Фрэнсиса Фицджеральда . Лондон: Ходжес, Фиггис и Ко, стр. 129.. Полный текст: «Это достигается за счет использования переменных токов, возникающих при разряде аккумулятора через небольшое сопротивление. Можно было бы производить волны с длиной волны десять метров или даже меньше».
  21. ^ Зеннек, Джонатан Адольф Вильгельм (1915). Беспроводная телеграфия . Нью-Йорк: McGraw Hill Book Co.,  стр.173 .Перевод с немецкого А.Е. Селига. Ценнек описывает передатчики Маркони, Брауна и Вина на стр. 173, и ранние «линейные» осцилляторы или осцилляторы Герца на стр. 41.
  22. ^ a b Герц, Х., "Об очень быстрых электрических колебаниях", Annalen Видемана , Vol. 31, стр. 421, 1887 г. перепечатано у Герца, Генриха (1893 г.). Электрические волны: исследование распространения электрического воздействия с конечной скоростью в пространстве . Dover Publications. стр.  29 -53. Генрих Герц. переведено на английский DE Jones
  23. ^ Хонг, Sungook (2001). Беспроводная связь: от черного ящика Маркони до Audion . Американский журнал физики . 71 . MIT Press. С. 3–4. Bibcode : 2003AmJPh..71..286H . DOI : 10.1119 / 1.1533064 . ISBN 978-0262082983.
  24. ^ a b Baird, D .; Хьюз, Род-Айленд; Нордманн, А. (2013). Генрих Герц: классический физик, современный философ . Springer Science and Business Media. С. 51–53. ISBN 978-9401588553.
  25. ^ а б в Саркар и др. (2006) История беспроводной связи , стр. 19, 260, 331-332
  26. ^ a b c Ли, Томас Х. (2004). Конструирование КМОП радиочастотных интегральных схем (2-е изд.). Великобритания: Издательство Кембриджского университета. С. 34–36. ISBN 978-0521835398.
  27. ^ Саркар и др. (2006) История беспроводной связи , стр. 226
  28. ^ Дональд, Макникол (1946). Покорение космоса радио: экспериментальный рост радиосвязи . Murray Hill Books, Inc. стр.  53 -54, 98.
  29. ^ а б в г д Хонг, Сунгук (2001). Беспроводная связь: от черного ящика Маркони до Audion . Американский журнал физики . 71 . MIT Press. С. 5–9, 22. Bibcode : 2003AmJPh..71..286H . DOI : 10.1119 / 1.1533064 . ISBN 978-0262082983.
  30. ^ a b Саркар и др. (2006) История беспроводной связи , стр. 260, 263–265
  31. ^ a b c Коу, Льюис (2006). Беспроводное радио: история . МакФарланд. С. 4–6, 13. ISBN 978-0786426621.
  32. ^ Weightman, Gavin (2009). Волшебная шкатулка синьора Маркони: самое выдающееся изобретение XIX века и изобретатель-любитель, чей гений произвел революцию . Da Capo Press. п. 52. ISBN 978-0786748549.
  33. ^ a b c d Грегерсен, Эрик (2011). Руководство по звуку и свету "Британика" . Издательская группа Rosen. п. 159. ISBN. 978-1615303007.
  34. ^ Саркар и др. (2006) История беспроводной связи , стр. 476-484
  35. ^ Герц, Х., "О радиации", Annalen Видемана , Vol. 36, 13 декабря 1988 г., стр. 769, перепечатано в Герце, Генрихе (1893). Электрические волны: исследование распространения электрического воздействия с конечной скоростью в пространстве . Dover Publications. стр.  172 -185. переведено на английский DE Jones
  36. ↑ Bose, Jagadish Chandra (январь 1897 г.). «О законченном аппарате для исследования свойств электрических волн» . Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал . 43 (5): 55–88. DOI : 10.1080 / 14786449708620959 . Проверено 30 января 2018 года .
  37. ^ Саркар и др. (2006) История беспроводной связи , стр. 291-308
  38. ^ Б с д е е г ч я J к л м Беочемп, Кен (2001). История телеграфии . ИЭПП. С. 186–190. ISBN 978-0852967928.
  39. ^ Ли, Томас Х. (2004). Конструирование КМОП радиочастотных интегральных схем (2-е изд.). Великобритания: Издательство Кембриджского университета. С. 37–39. ISBN 978-0521835398.
  40. ^ Хонг, Sungook (2001) Беспроводная связь : Из черного ящика Маркони в Audion , глава 1 и 2
  41. ^ a b c Британский патент 189612039 Маркони, Гульельмо Усовершенствования в передаче электрических импульсов и сигналов и, следовательно , в аппаратуре , Заявлено: 2 июня 1896 г., полная спецификация: 2 марта 1897 г., принята: 2 июля 1897 г. Британские патенты позволили использовать полную спецификацию подается после заявки. Монопольная антенна Маркони появилась не в его первоначальной заявке в июне 1896 года, а в его спецификации от марта 1897 года. Соответствующий патент США 586193, Маркони, Гульельмо, Передача электрических сигналов , подан 7 декабря 1896 г., принят: 13 июля 1897 г.
  42. ^ Хонг, Sungook (2001) Беспроводная связь : Из черного ящика Маркони к Audion , с. 20–21
  43. Перейти ↑ Aitken, Hugh (2014) Syntony and Spark: The Origins of Radio , p. 195-218
  44. ^ a b c Huurdeman, Антон А. (2003). Всемирная история телекоммуникаций . Джон Вили и сыновья. С. 207–209. ISBN 978-0471205050.
  45. ^ a b c d e Visser, Hubregt J. (2006). Основы антенных решеток и фазированных решеток . Джон Вили и сыновья. С. 30–33. ISBN 978-0470871188.
  46. ^ Дози, Джованни; Тис, Дэвид Дж .; Читрий, Йозеф (2004). Понимание промышленных и корпоративных изменений . ОУП Оксфорд. п. 251. ISBN. 978-0191533457.
  47. ^ Б с д е е г ч я J к л м п о р д т ы Саркар и др. (2006) История беспроводной связи , стр. 352-353, 355-358 , архив
  48. ↑ Морс (1925) Радио: Луч и радиовещание , стр. 24–26
  49. ^ a b c d e Hong, Sungook (2001) Wireless: От черного ящика Маркони до Audion , стр. 60–61
  50. ^ Huurdeman, Антон (2003) Всемирная история телекоммуникаций , стр. 212-215
  51. ^ Бернс, Рассел В. (2004). Коммуникации: международная история формирующих лет . Институт инженеров-электриков. С. 313–329. ISBN 978-0863413278.
  52. ^ a b c Нахин, Пол Дж. (2001) Наука о радио: с демонстрациями MATLAB и Electronics Workbench, 2-е изд. , п. 46
  53. ^ Б с д е е Метатель, КР (5 сентября 1995 года). История тюнинга . Материалы Международной конференции 1995 г. "100 лет радио". Лондон: Институт инженерных технологий. DOI : 10.1049 / ф: 19950799 . ISBN 0-85296-649-0. Проверено 20 июня 2018 . в архиве
  54. ^ a b Marriott, Роберт Х. (июнь 1917 г.). "Развитие радио США" . Труды ИРЭ . 5 (3): 179–188 . Проверено 8 марта 2018 .
  55. ^ а б в г Эйткен, Хью GJ (2014). Непрерывная волна: технология и американское радио, 1900-1932 гг . Издательство Принстонского университета. С. 4–7, 32–33. ISBN 978-1400854608.
  56. ^ a b c d Эшли, Хейворд (1912) Беспроводная телеграфия и беспроводная телефония: понятное изложение науки о беспроводной передаче информации , стр. 34–36
  57. ^ Коделла, Кристофер Ф. (2016). «Антенны, навесное оборудование и слышимость» . История радиолюбителей . Частный сайт Коделлы . Проверено 22 мая 2018 .
  58. ^ a b c d e Янский, Кирилл Мефодий (1919). Принципы радиотелеграфии . Нью - Йорк: McGraw-Hill Book Co. стр.  165 -167.
  59. ^ a b c d Hong, Sungook (2001) Беспроводная связь: от черного ящика Маркони до Audion , стр. 90-93
  60. ^ а б в г д Эйткен, Хью Дж. Дж. (2014). Синтония и Искра: Истоки радио . Princeton Univ. Нажмите. С. 72–79. ISBN 978-1400857883.
  61. ^ Ли, Томас Х. 2004 Дизайн КМОП радиочастотных интегральных схем, 2-е изд. , п. 6-7
  62. ^ Howeth, Л. (1963). История связи - Электроника в ВМС США . ВМС США. стр.  38 -39.
  63. ^ "Репортаж о гонках яхт по беспроводному телеграфу" . Электрический мир . 38 (15): 596–597. 12 октября 1901 . Проверено 8 марта 2018 .
  64. ^ a b Британский патент GB189711575 Lodge, OJ Improvements in Syntonized Telegraph without Line Wires подан: 10 мая 1897 г., предоставлен: 10 августа 1898 г.
  65. ^ а б Эшли, Чарльз Гриннелл; Хейворд, Чарльз Брайан (1912). Беспроводная телеграфия и беспроводная телефония: понятное изложение науки о беспроводной передаче разведданных . Американская заочная школа. С.  38 . селективная сигнализация.
  66. ^ Kennelly, Артур Эдвин (1906). Беспроводная телеграфия: элементарный трактат . Нью - Йорк: Моффат, Yard и Ко стр.  173 -180. селективная сигнализация.
  67. ^ "Статья Крукса была прочитана очень широко - и более того, внимательной и запомненной - как в Европе, так и в Соединенных Штатах; вряд ли найдется один важный деятель в первые дни радио, который не сделал бы в какой-то момент в его мемуарах или переписка ссылается на статью 1892 года как на имеющую значение ". Эйткен, Хью (2014) Syntony и Spark: Истоки радио , стр. 111-116
  68. ^ Крукс, Уильям (1 февраля 1892 г.). «Некоторые возможности электричества» . Двухнедельный обзор . 51 : 174–176 . Проверено 19 августа 2015 года .
  69. ^ a b c d e f Эйткен, Хью 2014 Syntony and Spark: Истоки радио , стр. 125-136, 254-255, 259
  70. ^ a b Эйткен, Хью 2014 Syntony and Spark: Истоки радио , стр. 108-109
  71. ^ Объяснение Лоджа его синтонным радиосистемы в Лодж, Оливер (1900). Сигнализация через пространство без проводов . Лондон: Издательство Электрик, стр. 50–58.
  72. Перейти ↑ Aitken, Hugh GJ (2014). Синтония и Искра: Истоки радио . Princeton Univ. Нажмите. С. 130–143. ISBN 978-1400857883.
  73. ^ a b Маркони, Гульельмо (24 мая 1901 г.). "Синтоническая беспроводная телеграфия" . Электрик . Проверено 8 апреля 2017 года .
  74. ^ a b c Hong, Sungook (2001) Беспроводная связь: от черного ящика Маркони до Audion , стр. 98–100
  75. ^ « Тесла имеет право либо на отдельный приоритет, либо на независимое открытие « трех концепций в теории беспроводной связи »: (1) идея индуктивной связи между приводной и рабочей цепями (2) важность настройки обеих цепей, то есть идея «колебательный трансформатор» (3) идея разомкнутой вторичной цепи с емкостной нагрузкой » Уиллер, Л.П. (август 1943 г.). «Вклад Теслы в высокие частоты». Электротехника . 62 (8): 355–357. DOI : 10.1109 / EE.1943.6435874 . ISSN 0095-9197 . S2CID 51671246 .  
  76. ^ Тесла, Н., " О свете и других высокочастотных явлениях ", Томас Каммерфорд Мартин (1894) Изобретения, исследования и сочинения Николы Теслы, 2-е изд. , п. 294-373
  77. ^ a b Стерлинг, Кристофер Х. (2013). Биографическая энциклопедия американского радио . Рутледж. С. 382–383. ISBN 978-1136993756.
  78. ^ Ут, Роберт (1999). Тесла, Мастер молнии . Barnes and Noble Publishing. С. 65–70. ISBN 978-0760710050.
  79. ^ Б с д е е г Рокмана, Говард В. (2004). Право интеллектуальной собственности для инженеров и ученых . Джон Вили и сыновья. С. 196–199. ISBN 978-0471697398.
  80. ^ a b Regal, Брайан (2005). Радио: история жизни технологии . Издательская группа "Гринвуд". С. 21–23. ISBN 978-0313331671.
  81. ^ Чейни, Маргарет (2011) Тесла: Человек вне времени , стр. 96-97
  82. ^ Б патент США № 645576, Никола Тесла, система передачи электрической энергии , поданной: 2 сентября 1897; предоставлено: 20 марта 1900 г.
  83. ^ Wunsch, А. Дэвид (ноябрь 1998). «Неправильное толкование Верховного суда: загадочная глава в истории радио» . Антенна . 11 (1) . Проверено 3 декабря 2018 .
  84. ^ Коу, Льюис (2006). Беспроводное радио: история . МакФарланд. С. 111–113. ISBN 978-0786426621.
  85. ^ Смит, Крейг Б. (2008). Молния: огонь с неба . ISBN Dockside Consultants Inc. 978-0-615-24869-1.
  86. ^ Патент США № 609 154 Оливер Джозеф Лодж, Электротелеграфия , подана: 1 февраля 1898 г., предоставлена: 16 августа 1898 г.
  87. ^ a b c d e Уайт, Томас Х. (1 ноября 2012 г.). «Никола Тесла: парень, который не« изобрел радио » » . Ранняя история радио Соединенных Штатов . Персональный сайт TH White . Проверено 20 июня 2018 .
  88. ^ a b Британский патент No. 189922020 Карл Фердинанд Браун, Усовершенствования телеграфии или связанные с ней без использования непрерывных проводов , заявлено: 3 ноября 1899 г., полная спецификация: 30 июня 1900 г., предоставлена: 22 сентября 1900 г.
  89. ^ a b Патент США № 714756, Метод электрической сигнализации Джона Стоуна , подана 8 февраля 1900 г., предоставлена ​​2 декабря 1902 г.
  90. ^ a b Ортон, Джон В. (2009). Полупроводники и информационная революция: волшебные кристаллы, благодаря которым ИТ произошло . Академическая пресса. п. 37. ISBN 978-0080963907.
  91. ^ a b Британский патент No. 7777, Гульельмо Маркони, Усовершенствования в аппарате для беспроводного телеграфирования , подано: 26 апреля 1900 г., выдано: 13 апреля 1901 г. Соответствующий патент США № 763 772, Гульельмо Маркони, Аппарат для беспроводного телеграфирования , подана: 10 ноября 1900 г., предоставлена: 28 июня 1904 г.
  92. ^ "Кто изобрел радио?" . Tesla: Master of Lightning - сайт-компаньон для телевизионного документального фильма PBS 2000 года . PBS.org, веб-сайт Службы общественного вещания. 2000 . Проверено 9 апреля 2018 .
  93. ↑ Морс (1925) Радио: Луч и радиовещание , стр. 30
  94. ^ "№ 369 (1943) Маркони Уайрлес Ко. Америки против Соединенных Штатов" . Решение Верховного суда США . Сайт Findlaw.com. 21 июня 1943 года . Проверено 14 марта 2017 года .
  95. ^ a b c d e f g h Бошамп, Кен (2001). История телеграфии . ИЭПП. С. 192–194. ISBN 978-0852967928.
  96. ^ a b c d e f g Флеминг, Джон Арчибальд (1906). Принципы электроволновой телеграфии . Лондон: Longmans Green and Co., стр. 449–454.
  97. ^ Б с д е е г Саркара и др. (2006) История беспроводной связи , стр. 387–392
  98. ^ a b c d e f g h Белроуз, Джон С. (5 сентября 1995 г.). Фессенден и Маркони: их различные технологии и трансатлантические эксперименты в течение первого десятилетия этого века . Материалы Международной конференции 1995 г. "100 лет радио". Международная конференция по электрическим машинам и приводам . Лондон: Инженерно-технологический институт. С. 32–34. CiteSeerX 10.1.1.205.7281 . DOI : 10.1049 / ф: 19950787 . ISSN 0537-9989 . S2CID 218471926 . Дата обращения 4 сентября 2018.   .
  99. ^ а б в г Хонг, Сунгук (2001). Беспроводная связь: от черного ящика Маркони до Audion . Американский журнал физики . 71 . MIT Press. С. 286–288. Bibcode : 2003AmJPh..71..286H . DOI : 10.1119 / 1.1533064 . ISBN 978-0262082983.
  100. ↑ Марголис, Лори (11 декабря 2001 г.). «Имитация волн» . Хранитель . Лондон: Guardian Media Group . Проверено 8 сентября 2018 года .
  101. ^ a b c Бернард Леггетт (1921) Беспроводная телеграфия, со специальной ссылкой на систему с гашением искры , стр. 55–59
  102. ^ Леггетт, Бернард Джон (1921). «Беспроводная телеграфия, с особым упором на систему с гашением искры» . Природа . 107 (2691): 51–55. Bibcode : 1921Natur.107..390. . DOI : 10.1038 / 107390b0 . hdl : 2027 / mdp.39015063598398 . S2CID 4075587 . 
  103. ^ a b c d Huurdeman, Антон (2003) Всемирная история телекоммуникаций , стр. 271-272 . Автор неправильно написал слово «закаленный» как «затушеванный».
  104. ^ a b c Бернс, Рассел В. (2004). Коммуникации: международная история формирующих лет . Институт инженеров-электриков. С. 361–362. ISBN 978-0863413278.
  105. ^ Бард, Аллен Дж .; Инзельт, Дьёрдь; Шольц, Фриц (2012). Электрохимический словарь (2-е изд.). Springer Science and Business Media. п. 972. ISBN 978-3642295515.
  106. ^ a b c d Руперт, Стэнли (1919). Учебник по беспроводной телеграфии, Том. 1: Общая теория и практика . Лондон: Longmans Green and Co., стр. 200–204.
  107. ^ a b Beauchamp, Кен (2001). История телеграфии . ИЭПП. С. 194–197. ISBN 978-0852967928.
  108. ^ a b Бернард Леггетт (1921) Беспроводная телеграфия, с особым акцентом на систему с гашением искры , стр. 60-63
  109. ^ a b фон Арко, Георг (19 июня 1909 г.). «Новый Telefunken Telegraph: комбинация дуговых и искровых систем» . Приложение Scientific American . 67 (1746): 390. DOI : 10.1038 / scientificamerican06191909-390supp . Проверено 5 декабря 2018 .
  110. ^ Британский патент GB189620981 Генри Харрис Лейк для Николы Теслы Усовершенствования, касающиеся производства, регулирования и использования электрических токов высокой частоты, и устройства, поэтому подана: 22 сентября 1896 г., предоставлена: 21 ноября 1896 г.
  111. ^ Морс, AH (1925). Радио: Луч и трансляция . Лондон: Эрнст Бенн, Лтд., Стр. 25, 138–148.
  112. ^ a b «Закон о регулировании радиосвязи» . Открытый 264 С. 6412 утвержден 13 августа 1912 . Конгресс США. 1912. С. 6–14 . Проверено 14 апреля 2019 года .включен в Законы США о радиосвязи , издание 27 июля 1914 г., Министерство торговли, государственная типография США.
  113. ^ Бухер, Элмер Э. (1917). Практическая беспроводная телеграфия . Нью-Йорк: Wireless Press, Inc., стр. 274–275.
  114. ^ Coursey, Филипп Р. (сентябрь 1919). "Передатчик непрерывных волн с синхронизацией искры Маркони" (PDF) . Беспроводной мир . 7 (78): 310–316 . Проверено 19 августа 2018 .
  115. ^ Саркар и др. (2006) История беспроводной связи , стр. 399
  116. ^ Голдсмит, Альфред Н. (1918). Радиотелефония . Нью-Йорк: Wireless Press, Inc., стр. 73–75.
  117. ^ "Великие беспроводные станции: Карнарвон" (PDF) . Беспроводной мир . 7 (78): 301–307. Сентябрь 1919 . Проверено 19 августа 2018 .
  118. ^ Маккиннон, Колин (2004). «Первые прямые беспроводные сообщения из Англии в Австралию» . История австралийского любительского радио . Военный радиолокационный информационный сайт VK2DYM . Дата обращения 4 мая 2018 .
  119. ^ Белый, Томас Х. (2003). «Раздел 12: Радио в море (1891-1922)» . Ранняя история радио Соединенных Штатов . Персональный сайт TH White . Проверено 2 октября 2018 года .
  120. ^ Муркрофт, Джон Гарольд; Пинто, А .; Карри, Уолтер Эндрю (1921). Принципы радиосвязи . Джон Вили и сыновья. С.  357 .
  121. ^ a b Коделла, Кристофер Ф. (2016). «Писк» . История радиолюбителей . Частный сайт Коделлы . Проверено 22 мая 2018 .
  122. ^ a b Белый, Томас Х. (2003). «Раздел 12: Любители-пионеры (1900-1912)» . Ранняя история радио Соединенных Штатов . Earlyradiohistory.us . Проверено 26 июня 2018 .
  123. ^ Howeth, Л. (1963). История связи - Электроника в ВМС США . ВМС США. С. 69, 117.
  124. ^ a b c Коделла, Кристофер Ф. (2016). «Первый регламент» . История радиолюбителей . Частный сайт Коделлы . Проверено 22 мая 2018 .
  125. ^ Пикворт, Джордж (январь 1994). «Трансатлантический передатчик Маркони мощностью 200 кВт» . Мир электроники . 102 (1718). Архивировано из оригинала на 2002-10-20 . Проверено 22 марта 2018 .
  126. ^ Бухер, Элмер Э. (1917). Практическая беспроводная телеграфия . Нью-Йорк: Wireless Press, Inc., стр. 288–307.
  127. ^ a b Леггетт, Бернард Джон (1921). «Беспроводная телеграфия, с особым упором на систему с гашением искры» . Природа . 107 (2691): 299–305. Bibcode : 1921Natur.107..390. . DOI : 10.1038 / 107390b0 . hdl : 2027 / mdp.39015063598398 . S2CID 4075587 . 
  128. ^ a b Lescarboura, Остин К. (1922). Радио для всех . Scientific American Publishing Co. стр.  259 -263.
  129. ^ Хедрик, Дэниел Р. (1988). Щупальца прогресса: передача технологий в эпоху империализма, 1850-1940 гг . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. С. 126–130. ISBN 978-0198021780.
  130. ^ Сильный, Фредерик Финч (1908). Токи высокой частоты . Нью-Йорк: Rebman Co., стр. 41 . тесла Удин д'арсонваль Элиу Томсон Роуленд.
  131. ^ Ковач, Ричард (1945). Электротерапия и светотерапия (5-е изд.). Филадельфия: Леа и Фебигер. С. 187–188, 197–200.
  132. ↑ Карр, Джозеф Дж. (Май 1990 г.). «Ранние радиопередатчики» (PDF) . Популярная электроника . 7 (5): 43–46 . Проверено 21 марта 2018 года .
  133. ↑ Джордж Фицджеральд еще в 1892 году описал искровой генератор как подобный колебаниям, возникающим, когда пробка выскакивает из винной бутылки, и сказал, что нужен был непрерывный электромагнитный «свист». Он понял, что если бы сопротивление настроенного контура было сделано равным нулю или отрицательным, это привело бы к непрерывным колебаниям, и попытался создать электронный генератор, возбуждая настроенный контур отрицательным сопротивлением от динамо-машины, то, что сегодня назвали бы параметрическим генератором, но был неудачным. Дж. Фитцджеральд, « О возбуждении электромагнитных колебаний в электромагнитных и электростатических двигателях» , прочитано 22 января 1892 г. на собрании Лондонского физического общества в Larmor, Joseph, Ed. (1902).Научные труды покойного Джорджа Фрэнсиса Фицджеральда . Лондон: Лонгманс, Грин и Ко, стр. 277–281. Архивировано 07 июля 2014 года.
  134. ^ a b Howeth, LS (1963). История связи - Электроника в ВМС США . ВМС США. С.  509 . ISBN 978-1365493225.
  135. ^ Паркер, Джон (сентябрь 2017 г.). "Flotsam & Jetsam - Контроль по радио" . Сайт моделей лодок . MyTimeMedia Ltd., Великобритания . Проверено 20 марта 2018 года .
  136. ^ Финдли, Дэвид А. (1 сентября 1957 г.). «Радиоуправляемые игрушки используют искровой разрядник» (PDF) . Электроника . 30 (9): 190 . Проверено 11 ноября 2015 года .
  137. ^ «Серия сварки TIG: мощность для выполнения» . Веб-сайт Lincoln Electric. 2006 . Проверено 6 января 2019 . ... элемент номер один в обслуживании аппарата TIG - это очистка и регулировка искрового промежутка. Архивировано 16 мая 2006 года в Wayback Machine.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Моркрофт, Джон Гарольд (1921). "Искровая телеграфия" . Принципы радиосвязи . Нью-Йорк: Вили. С. 275–363 . Проверено 12 сентября 2015 года .
  • Зеннек, Джонатан (1915). Беспроводная телеграфия . Перевод Альфреда Э. Силига. Нью-Йорк: Книжная компания McGraw-Hill . Проверено 14 сентября 2015 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Генератор, дуга и искра
  • Фессенден и ранняя история радионауки
  • Краткая история искры
  • Передатчик Massie Spark The New England Wireless and Steam Museum
  • «Звуки передатчика искры со звуком» . Архивировано из оригинала 18 июля 2011 года.
  • Обзор ключа Sparks Telegraph
  • Радиотехнологии в общем использовании около 1914 г.
  • История и работа датчика искрового промежутка