아크 변환기

Arc converter
미 해군이 1918년경 전 세계 함대와 통신하기 위해 해안 라디오 방송국에서 사용한 1메가와트 폴센 호 송신기는 지금까지 건설된 최대의 호 송신기 중 하나이다.

1903년 발명한 덴마크 엔지니어 발데마르 폴센의 이름을 따서 호 송신기, 또는 폴센 호라고 부르기도 하는 아크 변환기는 초기 무선 전신기에 사용되는 다양한 스파크 송신기였다.[1][2] 아크 컨버터는 직류전류를 무선주파수 교류로 변환하기 위해 전호를 사용했다. 1903년부터 진공관 송신기로 대체된 1920년대까지 무선 송신기로 사용되었다. 연속 사인파를 발생시킬 수 있는 최초의 송신기 중 하나로, 라디오에 의해 음(진폭 변조)을 전송하는 데 사용되는 최초의 기술 중 하나였다. 그것은 전기 공학에서 역사적인 업적으로 IEEE 마일스톤 목록에 올라 있다.[3]

역사

1903년부터 Poulsen의 첫 아크 컨버터

Elihu Thomson은 연속 튜닝된 회로에 의해 휘어지는 탄소 아크가 "노래"할 것이라는 것을 발견했다. 이 "노래호"는 아마도 오디오 주파수로 제한되었을 것이다.[4] 표준국은 윌리엄 더델에게 1900년경 션트 공명 회로의 크레딧을 부여했다.[5]

영국의 엔지니어 윌리엄 더델은 탄소 아크 램프를 사용하여 공명 회로를 만드는 방법을 발견했다. 더델의 "뮤지컬 아크"는 오디오 주파수에서 작동했고, 더델 자신은 무선 주파수에서 아크를 진동시키는 것은 불가능하다고 결론지었다.

발데마르 폴센은 효율성과 빈도를 원하는 수준으로 끌어올리는 데 성공했다. 폴센의 호는 최대 200킬로헤르츠의 주파수를 발생시킬 수 있으며 1903년에 특허를 얻었다.

몇 년간의 개발 끝에 아크 기술은 1906년 폴센, 그의 협력자 페더 올루프 페더슨, 그리고 그들의 재정 지원자들에 의해 독일과 영국으로 이전되었다. 1909년에 미국의 특허와 몇 개의 아크 변환기가 시릴 프랭크 엘웰에 의해 구입되었다. 이후 유럽과 미국의 발전은 다소 달랐다. 유럽에서는 Poulsen 기술을 구현하는 데 여러 해 동안 심각한 어려움이 있었지만 미국에서는 곧 연방 텔레그래프 컴퍼니와 함께 확장된 상업용 방사선 측정 시스템이 구축되었기 때문이다. 나중에 미국 해군도 Poulsen 시스템을 채택했다. 수동 주파수 변환이 가능한 아크 컨버터만이 휴대용 및 해상용으로 적합했다. 이로 인해 진공관 시스템으로 대체되기 전까지 약 10년 동안 가장 중요한 이동 무선 시스템이 되었다.

1922년 표준국은 "아크는 고출력 장거리 작업을 위해 가장 널리 사용되는 송신 장치다. 현재 아크가 주어진 시간 동안 무선 목적을 위해 우주로 실제로 방사되는 에너지의 80%를 책임지고 있어 아마추어 방송국은 고려 대상에서 제외된 것으로 추정된다."[6]

설명

연속파 무선신호를 생성하기 위한 이 새롭고 더 정제된 방법은 처음에 덴마크의 발명가 발데마르 폴센에 의해 개발되었다. 당시 사용 중이던 스파크 갭 송신기는 RF 스펙트럼을 간섭으로 채운 여러 주파수에 강한 고조파를 전송하는 복사 전력의 상당 부분을 낭비하는 감쇠파를 생성했다. Poulsen의 아크 컨버터는 단일 주파수에서 무감쇠 또는 연속파(CW)를 생성했다.

호 오실레이터에는 세 가지 유형이 있다.[7]

더델 호(및 기타 초기 유형)
첫 번째 유형의 아크 오실레이터에서 콘덴서 i의0 AC 전류는 DC 공급 전류 i보다1 훨씬 작으며, 아크는 출력 사이클 동안 결코 꺼지지 않는다. 더델 호는 첫 번째 유형의 예지만 RF 송신기에는 실용적이지 않다.
폴센 호
두 번째 유형의 아크 오실레이터에서 콘덴서 AC 방전 전류는 호를 소등할 만큼 크지만 호를 반대 방향으로 재시작할 만큼 크지는 않다. 이 두 번째 유형은 Poulsen 호이다.
점화 간극이 가라앉음
세 번째 유형의 아크 발진기에서 아크는 꺼지지만 콘덴서 전류가 역류할 때 재점화될 수 있다. 세 번째 경우는 스파크 갭이 수축되어 감쇠된 진동을 일으킨다.

스파크 갭 송신기의 감쇠 파동을 사용하면 RF 스펙트럼을 간섭으로 오염시키면서 송신기 효율과 통신 효율이 낮아지기 때문에 연속파 또는 '무감쇠' 파동(CW)이 중요한 특징이었다.

Poulsen의 1904년 논문에서 나온 기본 아크 변환기 회로(레이블 추가).

Poulsen 아크 컨버터는 호를 가로질러 튜닝된 회로를 연결했다. 아크 컨버터는 탄소 음극과 수냉식 구리 양극 사이에서 수소 가스에서 아크가 연소하는 챔버로 구성되었다. 이 챔버 위와 아래에는 두 개의 직렬 자기장 코일이 자기 회로의 두 극을 둘러싸고 통전하고 있었다. 이 극들은 자장을 제공하기 위해 아크의 양쪽에 하나씩 챔버에 투사되었다.

그것은 몇 킬로헤르츠에서 몇 십 킬로헤르츠까지의 주파수 범위에서 작동했을 때 가장 성공적이었다. 안테나 튜닝은 아크 컨버터의 고조파를 억제할 만큼 선택적이어야 했다.

키잉

아크가 안정된 방식으로 타격하고 운용하는 데 다소 시간이 걸렸기 때문에 정상적인 온오프 키잉을 사용할 수 없었다. 대신에, 주파수 이동 키잉의 형태가 채용되었다.[8] 이 보상파법에서는 호가 연속적으로 작동했고, 열쇠는 호의 주파수를 1~5% 변경했다. 원치 않는 주파수의 신호를 보상파라고 불렀다. 최대 70kW의 아크 송신기에서, 키는 일반적으로 안테나 코일의 몇 바퀴를 단락시켰다.[9] 더 큰 호의 경우, 호 출력은 안테나 인덕터에 변압기가 결합되고, 키는 접지된 2차선의 몇 개의 하단 회전을 단락시킬 것이다.[10] 따라서 한 주파수에서는 "마크"(키 닫힘)가, 다른 주파수에서는 "스페이스"(키 열림)가 전송되었다. 만약 이러한 주파수가 충분히 떨어져 있고 수신국의 수신기가 적절한 선택성을 가지고 있다면, 수신 스테이션은 "마크" 주파수에 맞춰 조정되었을 때 표준 CW를 들을 것이다.

보정파법은 많은 주파수 대역폭을 사용했다. 그것은 두 개의 의도된 주파수뿐만 아니라 그 주파수의 고조파에서도 전송된다. 아크 컨버터에는 고조파가 풍부하다. 1921년경, 예비 국제 통신 회의에서는[11] 보상 파동 방법이 너무 많은 간섭을 야기하였기 때문에 금지하였다.[4]

두 개의 다른 주파수에서 신호의 방출의 필요성은 단파법의 개발로 제거되었다.[12] 점화법이라 불리는 하나의 단파법에서 키잉은 호를 시작하고 멈추곤 했다. 아크 챔버에는 스트라이커 로드가 있어 저항기를 통해 두 전극을 단락시키고 아크를 소멸시킬 수 있다. 열쇠는 전자석을 작동시켜 스트라이커를 움직이게 하고 아크를 재점화하게 할 것이다. 이 방법이 효과가 있으려면 호실이 뜨거워야 했다. 이 방법은 최대 5kW의 아크 컨버터를 사용할 수 있었다.

두 번째 유니웨이브 방식은 흡수법으로, 튜닝된 회로 2개와 단극, 더블던지기, Make-before-break 키를 포함한다. 키가 다운되면 호는 튜닝된 안테나 코일 및 안테나에 연결된다. 키가 위쪽에 있을 때, 호는 백 션트라고 불리는 튜닝된 더미 안테나와 연결된다. 백션트는 직렬로 인덕터, 콘덴서, 부하 저항기로 구성된 두 번째 튜닝 회로였다.[13][14] 이 두 번째 회로는 송신 주파수와 거의 동일한 주파수로 튜닝된다; 그것은 호를 계속 작동시키고 송신기 전력을 흡수한다. 흡수법은 분명히 W. A. Eaton 때문이다.[4]

흡수법을 위한 개폐회로 설계는 유의하다. 고전압 호를 전환하고 있으므로 스위치의 접점은 어떤 형태의 호 억제력을 가져야 한다. 이튼은 중계기를 작동시키는 전보 키 구동 전자석을 가지고 있었다. 이 릴레이는 두 경로 각각에 대해 네 세트의 스위치 접점을 직렬로 사용했다. 각 릴레이 접점은 저항기에 의해 연결되었다. 결과적으로 스위치가 완전히 열린 적은 없었지만 감쇠가 많았다.[15]

참고 항목

참조

  1. ^ 1903년 6월 10일 발행된 US 789449, Poulsen, Valdemar, "진동이 많은 교류의 생산방법" 1905년 5월 9일 발행.
  2. ^ Poulsen, Valdemar (12 September 1904). "System for producing continuous electric oscillations". Transactions of the International Electrical Congress, St. Louis, 1904, Vol. 2. J. R. Lyon Co. pp. 963–971. Retrieved 22 September 2013.
  3. ^ "Milestones:Poulsen-Arc Radio Transmitter, 1902". IEEE Global History Network. IEEE. Retrieved 29 July 2011.
  4. ^ a b c 리틀 1921 페이지 125
  5. ^ 표준국, 1922년 페이지 404
  6. ^ 표준국, 1922, 페이지 400
  7. ^ 1922년 표준국, 페이지 404–405
  8. ^ 1922년 표준국, 페이지 415-416
  9. ^ 1922년 표준국, 그림 228. 직렬 공명 튜닝 회로는 안테나와 직렬로 연결된 안테나 코일이다.
  10. ^ 1922년 표준국, 그림 229
  11. ^ 아마도 전기통신에 관한 예비 국제회의, 1920; https://www.archives.gov/research/guide-fed-records/groups/043.html 43.2.11을 참조하라.
  12. ^ 1922년 표준국, 페이지 416-419
  13. ^ 1922년 표준국, 그림 229-A
  14. ^ 이튼 1921년
  15. ^ 이튼 1921 페이지 115

추가 읽기

  • Elwell, C. F. (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, U.S. Govt. Printing Office
  • Morecroft, J. H.; Pinto, A.; Curry, W. A. (1921), Principles of Radio Communication, New York: John Wiley & Sons Inc.
  • 1925년 라디오의Morse, A. H. (1925), Radio: Beam and Broadcast, London: Ernest Benn Limited 역사 25페이지 : "미국 엘리후 톰슨 교수는 고주파 전류를 생산하는 아크 방법에 관한 특허를 출원했다. 그의 발명품에는 자석 폭발과 오늘날의 아크의 다른 필수적인 특징들이 포함되었지만, 전극은 금속으로 되어 있고 가스실에 밀폐되어 있지 않았다." 미국 특허 500630을 인용한다. 30~31쪽(1900년) : "런던의 윌리암 듀 보이스 더델은 직류 공급으로부터 교류를 발생시키는 정적인 방법에 관한 특허를 출원했는데, 그 방법은 1892년의 엘리후 톰슨의 선에 매우 밀접하게 따랐다. 더델은 탄소의 전극을 제안했지만 자기 분발을 제안하지 않았다. 그는 자신의 발명이 "무선 전신에 유리하게 사용될 수 있는 고주파 및 일정한 진폭의 진동을 생성하는 데 사용될 수 있으며, 특히 "송신기를 동기화하도록 조정해야 한다"고 말했다. 더델의 발명품(Br. Pat. 21,629/00) became the basis for the Poulsen Arc, and also of an interesting transmitter evolved by Von Lepel." Page 31 (1903): "Valdemar Poulsen, of Copenhagen, successfully applied for a patent upon a generator, as disclosed by Duddell in 1900, plus magnetic blow-out proposed by Thomson in 1892, and a hydrogenous vapour in which to immerse t호. (Pate 15,599/03; U.S. Pat 789,449.)"또 Ch. IV, 페이지 75–77, "The Poulsen Arc". C에 의한 정제. F. 엘웰.
  • Pedersen, P. O. (August 1917), "On the Poulsen Arc and its Theory", Proceedings of the Institute of Radio Engineers, 5 (4): 255–319, A really satisfactory theory of the operation of the Poulsen arc does not exist at present, a satisfactory theory being one which will enable the calculation of the results, the necessary data being given.
  • Cyril Frank Elwell - 미국과 유럽 무선 통신의 개척자, Talking Pictures 및 C.F.의 설립자. Elwell Limited, 1922-1925년 이안 L. Sanders. Castle Ridge Press에서 2013년 발행. (Elwell에 의해 미국과 유럽의 아크 발전기 개발 상세)

외부 링크