ARC -Konverter

1 Megawatt Poulsen -Arc -Sender, der von der US -Marine um 1918 in Shore -Radiosendern verwendet wurde, um mit ihrer Flotte weltweit zu kommunizieren, einer der größten ARC -Sender, die jemals gebaut wurden.

Das ARC -Konverter, manchmal das genannt Bogensender, oder Poulsen Arc nach dänischer Ingenieur Valdemar Poulsen wer hat es 1903 erfunden,[1][2] war eine Vielzahl von Funkensender früh verwendet drahtlose Telegraphie. Der Bogenkonverter verwendete eine elektrischer Bogen umwandeln Gleichstrom Strom in Radiofrequenz Wechselstrom. Es wurde als als verwendet Rundfunksender von 1903 bis in die 1920er Jahre, als es durch ersetzt wurde durch Vakuumröhre Sender. Einer der ersten Sender, der erzeugen konnte kontinuierliche sinusförmige WellenEs war eine der ersten Technologien, die zum Senden von Sound verwendet wurden (Amplitudenmodulation) durch Radio. Es ist auf dem Liste der IEEE -Meilensteine als historische Leistung in Elektrotechnik.[3]

Geschichte

Poulsens erster Arc -Konverter aus dem Jahr 1903

Elihu Thomson entdeckte, dass ein Kohlenstoffbogen mit einer Serie -Tuned Circuit "singen" würde. Dieser "Gesangsbogen" beschränkte sich wahrscheinlich auf Audiofrequenzen.[4] Das Bureau of Standards schreibt William Duddell um 1900 mit dem Shunt Resonant Circuit.[5]

Der englische Ingenieur William Duddell entdeckte, wie man a macht Resonanzkreis Verwendung einer Kohlenstoffbogenlampe. Duddells "musikalischer Bogen" betrieben bei Audiofrequenzenund Duddell selbst kam zu dem Schluss, dass es unmöglich war, den Lichtbogen schwingen zu lassen Funkfrequenzen.

Valdemar Poulsen gelang es, die Effizienz zu erhöhen und Frequenz auf die gewünschte Ebene. Poulsens Bogen könnte Frequenzen von bis zu 200 erzeugenKilohertz und wurde 1903 patentiert.

Nach ein paar Jahren der Entwicklung der Bogen Technologie wurde auf Deutschland und Großbritannien 1906 von Poulsen, seinem Mitarbeiter Peder oluf Pedersen und ihre finanziellen Unterstützer. 1909 wurden die amerikanischen Patente sowie einige Bogenkonverter von gekauft Cyril Frank Elwell. Die anschließende Entwicklung in Europa und die Vereinigte Staaten war ziemlich anders, seit in Europa Es gab seit vielen Jahren schwerwiegende Schwierigkeiten bei der Umsetzung der Poulsen -Technologie, während in den USA eine längere Werbespot Radiotelegraph System wurde bald mit dem festgestellt Federal Telegraph Company. Später die US Navy übernahm auch das Poulsen -System. Nur der ARC -Wandler mit passiver Frequenzumwandlung war für tragbare und maritime Verwendung geeignet. Dies machte es am wichtigsten Mobiles Radio System seit ungefähr einem Jahrzehnt, bis es von abgelöst wurde von Vakuumröhre Systeme.

1922 die Bureau of Standards Angegeben: "Der Bogen ist der am häufigsten verwendete Sendungsapparat für Hochleistungs-, Fernarbeiten. Amateur -Stationen aus der Gegenleistung herauslassen. "[6]

Beschreibung

Diese neue, refizierte Methode zur Generierung von Radiosignalen mit kontinuierlicher Welle wurde ursprünglich von dänischem Erfinder entwickelt Valdemar Poulsen. Das Spark-Lack-Sender zu diesem Zeitpunkt in Gebrauch erzeugt gedämpfte Welle Dies verschwendete einen großen Teil ihrer Strahlungskraft, die starke Harmonische bei mehreren Frequenzen überträgt, die das HF -Spektrum mit Störungen füllten. Poulsens Bogenkonverter produziert unversehrt oder kontinuierliche Wellen (CW) auf einer einzigen Frequenz.

Es gibt drei Arten für einen ARC -Oszillator:[7]

Duddell Arc (und andere frühe Typen)
In der ersten Art des Bogenoszillators der Wechselstrom im Kondensator i0 ist viel kleiner als der DC -Versorgungsstrom i1und der Bogen wird während eines Ausgangszyklus nie gelöscht. Der Duddell -Bogen ist ein Beispiel für den ersten Typ, aber der erste Typ ist für HF -Sender nicht praktisch.
Poulsen Arc
In der zweiten Art des Bogenoszillators ist der Kondensator -Wechselstrom groß genug, um den Bogen zu löschen, aber nicht groß genug, um den Bogen in die entgegengesetzte Richtung neu zu starten. Dieser zweite Typ ist der Poulsen -Bogen.
Quenched Funkenlücke
In der dritten Art des Bogenoszillators löscht der Bogen, kann jedoch wiederbeleben, wenn sich der Kondensatorstrom umkehrt. Der dritte Fall ist ein gequenchter Funkenlücke und erzeugt gedämpfte Schwingungen.

Kontinuierlich oder „unerampfte“ Wellen (CW) waren ein wichtiges Merkmal, da die Verwendung von gedämpfte Wellen aus Spark-Lack-Sender führte zu einer geringeren Effizienz der Sender und der Effektivität der Kommunikation, während das HF -Spektrum mit Interferenz verschmutzt wurde.

Schaltkreis des Basis -Arc -Wandlers aus Poulsens 1904 Papier (Etiketten hinzugefügt).

Der Poulsen -Arc -Konverter hatte einen abgestimmter Stromkreis über den Bogen verbunden. Der ARC -Wandler bestand aus einer Kammer, in der der Lichtbogen verbrannte Wasserstoff Gas zwischen a Kohlenstoff Kathode und ein wassergekühlt Kupfer Anode. Oben und unter dieser Kammer befanden sich zwei Serien Feldspulen Umgebung und Energieversorgung der beiden Pole des Magnetkreislaufs. Diese Pole projizierten in die Kammer, eine auf jeder Seite des Bogens, um a zu liefern Magnetfeld.

Es war am erfolgreichsten, wenn es im Frequenzbereich von einigen wenigen betrieben wurde Kilohertz zu ein paar zehn kilohertz. Das Antennenstimmung musste selektiv genug sein, um den Arc -Wandler zu unterdrücken Harmonische.

Klopfen

Da der Bogen einige Zeit brauchte, um stabil zu streiken und zu operieren, normal, normal Ein-Aus-Taste konnte nicht verwendet werden. Stattdessen eine Form von Frequenzverschiebungsschlüsselung war angestellt.[8] In diesem Kompensationswellenmethode, der ARC arbeitete kontinuierlich und der Schlüssel veränderte die Frequenz des Bogens um ein bis fünf Prozent. Das Signal an der unerwünschten Frequenz wurde als die genannt Entschädigungswelle. Bei ARC -Sendern bis zu 70 kW hat der Schlüssel in der Antennenspule typischerweise ein paar Kurven eingeschlagen.[9] Bei größeren Bögen würde der ARC -Ausgang transformator an den Antenneninduktiven gekoppelt, und der Schlüssel würde einige untere Wendungen des geerdeten Sekundärs abkählen.[10] Daher wurde die "Marke" (Schlüssel geschlossen) mit einer Frequenz gesendet und der "Raum" (Schlüssel offen) bei einer anderen Frequenz. Wenn diese Frequenzen weit genug voneinander entfernt waren und die Empfangsstation des Bahnhofs Empfänger hatte angemessen SelektivitätDie Empfangsstation hört Standard -CW, wenn sie auf die "Mark" -Frequenz abgestimmt ist.

Die Kompensationswellenmethode verwendete eine Menge Spektrumbandbreite. Es übertraf nicht nur die beiden beabsichtigten Frequenzen, sondern auch die Harmonischen dieser Frequenzen. ARC -Konverter sind reich an Harmonischen. Irgendwann um 1921 die vorläufige internationale Kommunikationskonferenz[11] verboten die Kompensationswellenmethode, weil es zu viel Interferenz verursachte.[4]

Die Notwendigkeit der Emission von Signalen bei zwei verschiedenen Frequenzen wurde durch die Entwicklung von beseitigt Uniwave -Methoden.[12] In einer Uniwave -Methode genannt die ZündmethodeDas Tieren würde den Bogen starten und stoppen. Die Lichtbogenkammer hätte a Stürmer Stange, der die beiden Elektroden durch einen Widerstand auskürzte und den Bogen löschte. Der Schlüssel würde ein Elektromagnet mit Strom versorgen, das den Stürmer bewegen und den Bogen wieder entfalten würde. Damit diese Methode funktioniert, musste die Lichtbogenkammer heiß sein. Die Methode war für ARC -Wandler bis zu 5 kW möglich.

Die zweite Uniwave -Methode ist die Absorptionsmethodeund es beinhaltet zwei abgestimmte Schaltungen und a einzelner Power, Doppelstreck, Make-vor-Break-Schlüssel. Wenn der Schlüssel unten ist, ist der Bogen mit der abgestimmten Antennenspule und der Antenne verbunden. Wenn der Schlüssel abgelaufen ist, ist der Bogen mit einem abgestimmten Anhang verbunden Dummy -Antenne genannt Zurück Shunt. Der hintere Shunt war ein zweiter abgestimmter Schaltkreis, der aus einem Induktor, einem Kondensator und einem Lastwiderstand in Reihe bestand.[13][14] Dieser zweite Schaltkreis ist auf ungefähr die gleiche Frequenz wie die übertragene Frequenz abgestimmt. Es hält den Bogen am Laufen und absorbiert die Senderleistung. Die Absorptionsmethode ist anscheinend auf W. A. ​​Eaton zurückzuführen.[4]

Das Design des Schaltkreises für die Absorptionsmethode ist signifikant. Es schaltet einen Hochspannungsbogen um, sodass die Kontakte des Schalters eine Art Lichtbogenunterdrückung haben müssen. Eaton hatte die Elektromagnetze des Telegraphenschlüsselantriebs, die ein Relais betrieben. Dieses Relais verwendete für jeden der beiden Pfade vier Sätze von Schalterkontakten in Reihe (eine zur Antenne und eine zum hinteren Shunt). Jeder Relaiskontakt wurde von einem Widerstand überbrückt. Infolgedessen war der Schalter nie vollständig offen, aber es gab viel Abschwächung.[15]

Siehe auch

Verweise

  1. ^ US 789449, Poulsen, Valdemar, "Methode zur Herstellung von Wechselströmen mit einer hohen Anzahl von Vibrationen", veröffentlicht am 10. Juni 1903, ausgestellt am 9. Mai 1905 
  2. ^ Poulsen, Valdemar (12. September 1904). "System zur Erzeugung kontinuierlicher elektrischer Schwingungen". Transaktionen des International Electrical Congress, St. Louis, 1904, vol. 2. J. R. Lyon Co. S. 963–971. Abgerufen 22. September 2013.
  3. ^ "Meilensteine: Poulsen-Arc-Radio-Sender, 1902". IEEE Global History Network. IEEE. Abgerufen 29. Juli 2011.
  4. ^ a b c Little 1921, p. 125
  5. ^ Bureau of Standards 1922, p. 404
  6. ^ Bureau of Standards 1922, p. 400
  7. ^ Bureau of Standards 1922, S. 404–405
  8. ^ Bureau of Standards 1922, S. 415–416
  9. ^ Bureau of Standards 1922, Abbildung 228. Die Serie Resonant Tuned Circuit wäre die Antennenspule in Reihe mit der Antenne.
  10. ^ Bureau of Standards 1922, Abbildung 229
  11. ^ Möglicherweise die vorläufige internationale Konferenz für Elektrokommunikation, 1920; sehen https://www.archives.gov/research/guide-fed-records/groups/043.html bei 43.2.11
  12. ^ Bureau of Standards 1922, S. 416–419
  13. ^ Bureau of Standards 1922, Abbildung 229-a
  14. ^ Eaton 1921
  15. ^ Eaton 1921, p. 115

Weitere Lektüre

  • Elwell, C. F. (1923), "The Poulsen Arc Generator", Natur, London: Ernest Benn Limited, 112 (2824): 860, Bibcode:1923natur.112r.860., doi:10.1038/112860b0, S2CID 4124106
  • Howeth, Linwood S. (1963), Geschichte der Kommunikations-Elektronik in der United States Navy, US -Regierung. Druckerei
  • Morecroft, J. H.; Pinto, A.; Curry, W. A. ​​(1921), Prinzipien der Funkkommunikation, New York: John Wiley & Sons Inc.
  • Morse, A. H. (1925), Radio: Strahl und Sendung, London: Ernest Benn Limited. Funkgeschichte im Jahr 1925. Seite 25: "Professor Elihu Thomson aus Amerika beantragte ein Patent für eine ARC Aber die Elektroden waren aus Metall und nicht in einer Gaskammer eingeschlossen. " Zitiert dem US-Patent 500630. Seiten 30–31 (1900): "William du Bois Duddell aus London, beantragte ein Patent für eine statische Methode, um Wechselströme aus einer Direktstromversorgung zu erzeugen, die sehr eng nach den Linien folgte von dem von Elihu Thomson von 1892. Duddell schlug Elektroden von Kohlenstoff vor, aber er schlug keinen magnetischen Ausbruch vor. Er erklärte, dass seine Erfindung zur Erzeugung von Schwingungen mit hoher Frequenz und konstanter Amplitude verwendet werden könne, die "mit Vorteil in drahtloser Telegraphie verwendet werden könnten "Besonders dort, wo es" den Sender auf Syntonie einstellen musste. "Duddells Erfindung (Br. Pat. 21.629/00) wurde zur Grundlage für den Poulsen -Bogen und auch von einem interessanten Sender, der von von Lepel entwickelt wurde." Seite 31 (1903): "Valdemar Poulsen aus Kopenhagen, erfolgreich ein Patent auf einen Generator, der 1900 von Duddell offenbart wurde, sowie einen magnetischen Ausbruch, der 1892 von Thomson vorgeschlagen wurde, und einem Wasserstoffdampf, in das das Ark eindringen kann . (Br. Pate 15.599/03; US PAT 789,449.) "Auch ch. IV, S. 75–77, "The Poulsen Arc". Verfeinerungen von C. F. Elwell.
  • Pedersen, P. O. (August 1917), "Auf dem Poulsen -Bogen und seiner Theorie", Verfahren des Instituts der Radioingenieure, 5 (4): 255–319, Eine wirklich zufriedenstellende Theorie der Operation des Poulsen -Bogens existiert derzeit nicht, eine zufriedenstellende Theorie ist eine, die die Berechnung der Ergebnisse ermöglicht, wobei die erforderlichen Daten angegeben werden.
  • Cyril Frank Elwell - Pionier der amerikanischen und europäischen drahtlosen Kommunikation, sprechender Bilder und Gründer von C.F.Elwell Limited, 1922-1925 von Ian L. Sanders.Veröffentlicht von Castle Ridge Press, 2013. (Einzelheiten zur Entwicklung des ARC -Generators in den USA und Europa von Elwell.)

Externe Links