Bågomvandlare

1 megawatt Poulsen-bågsändare som användes av den amerikanska flottan runt 1918 i landradiostationer för att kommunicera med sin flotta över hela världen, en av de största bågsändarna som någonsin byggts.

Bågomvandlaren , ibland kallad bågsändaren , eller Poulsen-bågen efter den danske ingenjören Valdemar Poulsen som uppfann den 1903 , var en mängd olika gnistsändare som användes i tidig trådlös telegrafi . Bågomvandlaren använde en ljusbåge för att omvandla likströmselektricitet till radiofrekvent växelström . Den användes som radiosändare från 1903 fram till 1920-talet då den ersattes av vakuumrörsändare . En av de första sändarna som kunde generera kontinuerliga sinusformade vågor , det var en av de första teknikerna som användes för att överföra ljud ( amplitudmodulering) med radio. Det finns på listan över IEEE-milstolpar som en historisk bedrift inom elektroteknik .

Historia

Poulsens första ljusbågsomvandlare, från 1903

Elihu Thomson upptäckte att en kolbåge shuntad med en serieavstämd krets skulle "sjunga". Denna "sjungande båge" var förmodligen begränsad till ljudfrekvenser. Bureau of Standards krediterar William Duddell med shuntresonanskretsen runt 1900.

Den engelske ingenjören William Duddell upptäckte hur man gör en resonanskrets med hjälp av en kolbågslampa . Duddells "musikaliska båge" fungerade vid ljudfrekvenser , och Duddell själv drog slutsatsen att det var omöjligt att få bågen att svänga vid radiofrekvenser .

Valdemar Poulsen lyckades höja effektiviteten och frekvensen till önskad nivå. Poulsens båge kunde generera frekvenser på upp till 200 kilohertz och patenterades 1903.

Efter några års utveckling överfördes ljusbågstekniken till Tyskland och Storbritannien 1906 av Poulsen, hans medarbetare Peder Oluf Pedersen och deras finansiärer. 1909 köptes de amerikanska patenten samt några ljusbågsomvandlare av Cyril Frank Elwell . Den efterföljande utvecklingen i Europa och USA var ganska annorlunda, eftersom det i Europa fanns allvarliga svårigheter under många år att implementera Poulsen-tekniken, medan det i USA snart etablerades ett utökat kommersiellt radiotelegrafsystem med Federal Telegraph Company . Senare antog den amerikanska flottan också Poulsen-systemet. Endast ljusbågsomvandlaren med passiv frekvensomvandling var lämplig för portabel och maritim användning. Detta gjorde det till det viktigaste mobila radiosystemet i ungefär ett decennium tills det ersattes av vakuumrörsystem .

År 1922 uttalade Bureau of Standards , "bågen är den mest använda sändningsapparaten för högeffektsarbete på långa avstånd. Det uppskattas att ljusbågen nu är ansvarig för 80 procent av all energi som faktiskt utstrålas i rymden. för radioändamål under en given tid, vilket lämnar amatörstationer ur hänsyn."

Beskrivning

Denna nya, mer raffinerade metod för att generera kontinuerliga radiosignaler utvecklades ursprungligen av den danske uppfinnaren Valdemar Poulsen . Gnistgap -sändarna som användes vid den tiden producerade dämpade vågor som slösade bort en stor del av sin utstrålade effekt genom att sända starka övertoner på flera frekvenser som fyllde RF-spektrumet med störningar. Poulsens bågomvandlare producerade odämpade eller kontinuerliga vågor (CW) på en enda frekvens.

Det finns tre typer för en ljusbågsoscillator:

Duddellbåge (och andra tidiga typer)
I den första typen av bågscillator är växelströmmen i kondensorn i 0 mycket mindre än likströmsmatningsströmmen i 1 , och ljusbågen släcks aldrig under en utgångscykel. Duddell-bågen är ett exempel på den första typen, men den första typen är inte praktisk för RF-sändare.
Poulsen-båge
I den andra typen av bågscillator är kondensorns AC-urladdningsström tillräckligt stor för att släcka ljusbågen men inte tillräckligt stor för att starta om bågen i motsatt riktning. Denna andra typ är Poulsen-bågen.
Släckt gnistgap
I den tredje typen av ljusbågsoscillator släcks ljusbågen men kan återantända när kondensorströmmen vänder. Det tredje fallet är ett släckt gnistgap och producerar dämpade svängningar.

Kontinuerliga eller "odämpade" vågor (CW) var en viktig egenskap, eftersom användningen av dämpade vågor från gnistgap-sändare resulterade i lägre sändareffektivitet och kommunikationseffektivitet, samtidigt som det förorenade RF-spektrumet med störningar.

Krets för grundläggande ljusbågsomvandlare, från Poulsens papper från 1904 (etiketter tillagda).

Poulsen-bågsomvandlaren hade en avstämd krets ansluten över ljusbågen. Ljusomvandlaren bestod av en kammare där ljusbågen brann i vätgas mellan en kolkatod och en vattenkyld kopparanod . Ovanför och under denna kammare fanns två seriefältspolar som omgav och aktiverade magnetkretsens två poler. Dessa poler projicerade in i kammaren, en på varje sida av bågen för att ge ett magnetfält .

Den var mest framgångsrik när den användes i frekvensområdet några kilohertz till några tiotals kilohertz. Antennavstämningen undertrycka ljusbågsomvandlarens övertoner .

Nyckel

Eftersom ljusbågen tog lite tid att slå och fungera på ett stabilt sätt, kunde normal på-av-nyckel inte användas. Istället användes en form av frekvensskiftnyckel . I denna kompensationsvågsmetod arbetade ljusbågen kontinuerligt och nyckeln ändrade bågens frekvens med en till fem procent. Signalen vid den oönskade frekvensen kallades kompensationsvågen . I ljusbågssändare upp till 70 kW kortade nyckeln vanligtvis några varv i antennspolen. För större ljusbågar skulle ljusbågsutgången vara transformatorkopplad till antenninduktorn, och nyckeln skulle kortsluta några bottenvarv på den jordade sekundären. Därför sändes "märket" (nyckeln stängd) vid en frekvens och "mellanrummet" (nyckeln öppen) vid en annan frekvens. Om dessa frekvenser var tillräckligt långt ifrån varandra och den mottagande stationens mottagare hade tillräcklig selektivitet , skulle den mottagande stationen höra standard CW när den ställdes in på "markerings"-frekvensen.

Kompensationsvågmetoden använde mycket spektrumbandbredd. Den sände inte bara på de två avsedda frekvenserna, utan också övertonerna för dessa frekvenser. Bågomvandlare är rika på övertoner. Någon gång runt 1921 förbjöd den preliminära internationella kommunikationskonferensen kompensationsvågmetoden eftersom den orsakade för mycket störningar.

Behovet av utsändning av signaler vid två olika frekvenser eliminerades genom utvecklingen av uniwave-metoder . I en uniwave-metod, kallad tändningsmetoden , skulle nyckling starta och stoppa ljusbågen. Bågkammaren skulle ha en anslagsstav som kortade ut de två elektroderna genom ett motstånd och släckte bågen. Nyckeln skulle aktivera en elektromagnet som skulle flytta anslaget och tända bågen igen. För att denna metod skulle fungera måste bågkammaren vara varm. Metoden var genomförbar för ljusbågsomvandlare upp till ca 5 kW.

Den andra uniwave-metoden är absorptionsmetoden , och den involverar två avstämda kretsar och en enkelpolig, dubbel-kast , make-before-break-nyckel. När nyckeln är nere ansluts ljusbågen till den avstämda antennspolen och antennen. När nyckeln är uppe är ljusbågen ansluten till en avstämd dummyantenn som kallas backshunt . Den bakre shunten var en andra avstämd krets bestående av en induktor, en kondensator och belastningsmotstånd i serie. Denna andra krets är avstämd till ungefär samma frekvens som den sända frekvensen; det håller ljusbågen igång och absorberar sändareffekten. Absorptionsmetoden beror tydligen på WA Eaton.

Utformningen av omkopplingskretsen för absorptionsmetoden är betydande. Den växlar en högspänningsbåge, så switchens kontakter måste ha någon form av ljusbågsdämpning. Eaton hade telegrafnyckeln med elektromagneter som styrde ett relä. Det reläet använde fyra uppsättningar omkopplarkontakter i serie för var och en av de två vägarna (en till antennen och en till den bakre shunten). Varje reläkontakt överbryggades av ett motstånd. Följaktligen var strömbrytaren aldrig helt öppen, men det var en hel del dämpning.

Se även

Vidare läsning

  •   Elwell, CF (1923), "The Poulsen Arc Generator", Nature , London: Ernest Benn Limited, 112 (2824): 860, Bibcode : 1923Natur.112R.860. , doi : 10.1038/112860b0 , S2CID 4124106
  • Howeth, Linwood S. (1963), History of Communications-Electronics in the United States Navy , US Govt. Tryckeri
  • Morecroft, JH; Pinto, A.; Curry, WA (1921), Principles of Radio Communication , New York: John Wiley & Sons Inc.
  • Morse, AH (1925), Radio: Beam and Broadcast , London: Ernest Benn Limited . Radions historia 1925. Sida 25: "Professor Elihu Thomson, från Amerika, ansökte om patent på en bågmetod för att producera högfrekventa strömmar. Hans uppfinning inkorporerade en magnetisk utblåsning och andra väsentliga egenskaper hos dagens ljusbåge, men elektroderna var av metall och inte inneslutna i en gaskammare." Citerar till US Patent 500630. Sidorna 30–31 (1900): "William Du Bois Duddell, London, ansökte om ett patent på en statisk metod för att generera växelströmmar från en likströmskälla, vilken metod följde mycket nära på linjen av Elihu Thomsons från 1892. Duddell föreslog elektroder av kol, men han föreslog ingen magnetisk utblåsning. Han uppgav att hans uppfinning kunde användas för att producera svängningar med hög frekvens och konstant amplitud som "med fördel kunde användas i trådlös telegrafi ," speciellt där det "krävdes för att ställa in sändaren till syntony." Duddells uppfinning (Br. Pat. 21,629/00) blev grunden för Poulsen Arc, och även för en intressant sändare utvecklad av Von Lepel." Sida 31 (1903): "Valdemar Poulsen, Köpenhamn, ansökte framgångsrikt om patent på en generator, som avslöjats av Duddell 1900, plus magnetisk utblåsning som föreslagits av Thomson 1892, och en vätehaltig ånga att sänka ner bågen i (Br. Patent 15,599/03; US Patent 789,449.)" Även kap. IV, s 75–77, "Poulsenbågen". Förfinningar av CF Elwell.
  • Pedersen, PO (augusti 1917), "On the Poulsen Arc and its Theory" , Proceedings of the Institute of Radio Engineers , 5 ( 4): 255–319, En riktigt tillfredsställande teori om Poulsen-bågens funktion finns inte vid föreligger, varvid en tillfredsställande teori är en som gör det möjligt att beräkna resultaten, varvid de nödvändiga uppgifterna ges.
  • Cyril Frank Elwell - Pionjär inom amerikansk och europeisk trådlös kommunikation, Talking Pictures och grundare av CF Elwell Limited, 1922-1925 av Ian L. Sanders. Publicerad av Castle Ridge Press, 2013. (Beskriver utvecklingen av ljusbågsgeneratorn i USA och Europa av Elwell.)

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Arc_converter&oldid=1136121606 "