El convertidor de arco , a veces llamado transmisor de arco , o arco de Poulsen en honor al ingeniero danés Valdemar Poulsen, quien lo inventó en 1903, [1] [2] era una variedad de transmisor de chispa utilizado en la telegrafía inalámbrica temprana . El convertidor de arco utilizó un arco eléctrico para convertir la electricidad de corriente continua en corriente alterna de radiofrecuencia . Se utilizó como transmisor de radio desde 1903 hasta la década de 1920, cuando fue reemplazado por transmisores de tubo de vacío . Uno de los primeros transmisores que pudo generarondas sinusoidales continuas , fue una de las primeras tecnologías utilizadas para transmitir sonido ( modulación de amplitud ) por radio. Está en la lista de hitos de IEEE como un logro histórico en ingeniería eléctrica . [3]
Elihu Thomson descubrió que un arco de carbono derivado con un circuito sintonizado en serie "cantaría". Este "arco de canto" probablemente se limitó a las frecuencias de audio. [4] La Oficina de Estándares acredita a William Duddell con el circuito resonante de derivación alrededor de 1900. [5]
El ingeniero inglés William Duddell descubrió cómo hacer un circuito resonante usando una lámpara de arco de carbón . El "arco musical" de Duddell operaba en frecuencias de audio , y el propio Duddell concluyó que era imposible hacer que el arco oscilara en frecuencias de radio .
Valdemar Poulsen logró elevar la eficiencia y la frecuencia al nivel deseado. El arco de Poulsen podía generar frecuencias de hasta 200 kilohercios y fue patentado en 1903.
Después de algunos años de desarrollo, la tecnología del arco fue transferida a Alemania y Gran Bretaña en 1906 por Poulsen, su colaborador Peder Oluf Pedersen y sus patrocinadores financieros. En 1909, Cyril Frank Elwell compró las patentes estadounidenses y algunos convertidores de arco . El desarrollo posterior en Europa y Estados Unidos fue bastante diferente, ya que en Europa hubo graves dificultades durante muchos años para implementar la tecnología Poulsen, mientras que en los Estados Unidos pronto se estableció un sistema radiotelegráfico comercial extendido con la Federal Telegraph Company . Más tarde elLa Marina de los Estados Unidos también adoptó el sistema Poulsen. Solo el convertidor de arco con conversión de frecuencia pasiva era adecuado para uso portátil y marítimo. Esto lo convirtió en el sistema de radio móvil más importante durante aproximadamente una década hasta que fue reemplazado por los sistemas de tubos de vacío .
En 1922, la Oficina de Normas declaró que "el arco es el aparato de transmisión más utilizado para trabajos de alta potencia y larga distancia. Se estima que el arco ahora es responsable del 80% de toda la energía que realmente se irradia al espacio. para propósitos de radio durante un tiempo determinado, dejando fuera de consideración las estaciones de radioaficionados ". [6]
Este nuevo método más refinado para generar señales de radio de onda continua fue desarrollado inicialmente por el inventor danés Valdemar Poulsen . Los transmisores de chispa en uso en ese momento producían una onda amortiguada que desperdiciaba una gran parte de su potencia radiada transmitiendo fuertes armónicos en múltiples frecuencias que llenaban el espectro de RF con interferencia. El convertidor de arco de Poulsen produjo ondas continuas o no amortiguadas (CW) en una sola frecuencia.
Hay tres tipos de oscilador de arco: [7]
Las ondas continuas o 'no amortiguadas' (CW) fueron una característica importante, ya que el uso de ondas amortiguadas de transmisores de chispa dio como resultado una menor eficiencia del transmisor y efectividad de las comunicaciones, al tiempo que contaminó el espectro de RF con interferencia.
El convertidor de arco de Poulsen tenía un circuito sintonizado conectado a través del arco. El convertidor de arco constaba de una cámara en la que el arco ardía en gas hidrógeno entre un cátodo de carbono y un ánodo de cobre refrigerado por agua . Por encima y por debajo de esta cámara había dos bobinas de campo en serie que rodeaban y energizaban los dos polos del circuito magnético. Estos polos se proyectan en la cámara, uno a cada lado del arco para proporcionar un campo magnético .
Tuvo más éxito cuando se utilizó en el rango de frecuencia de unos pocos kilohercios a unas pocas decenas de kilohercios. La sintonización de la antena tenía que ser lo suficientemente selectiva para suprimir los armónicos del convertidor de arco .
Dado que el arco tardó algún tiempo en iniciarse y funcionar de forma estable, no se pudo utilizar la manipulación normal de encendido y apagado . En su lugar, se empleó una forma de manipulación por desplazamiento de frecuencia . [8] En este método de onda de compensación , el arco operaba continuamente y la tecla alteraba la frecuencia del arco de uno a cinco por ciento. La señal en la frecuencia no deseada se llamó onda de compensación . En transmisores de arco de hasta 70 kW, la llave normalmente cortocircuitaba algunas vueltas en la bobina de la antena. [9] Para arcos más grandes, la salida del arco estaría acoplada por transformador al inductor de la antena, y la llave provocaría un cortocircuito en algunas vueltas inferiores del secundario conectado a tierra. [10]Por lo tanto, la "marca" (tecla cerrada) se envió a una frecuencia y el "espacio" (tecla abierta) a otra frecuencia. Si estas frecuencias estuvieran lo suficientemente separadas y el receptor de la estación receptora tuviera la selectividad adecuada , la estación receptora escucharía CW estándar cuando se sintonizara en la frecuencia de "marca".
El método de la onda de compensación utilizó una gran cantidad de ancho de banda de espectro. No solo transmitía en las dos frecuencias previstas, sino también en los armónicos de esas frecuencias. Los convertidores de arco son ricos en armónicos. En algún momento alrededor de 1921, la Conferencia Preliminar de Comunicaciones Internacionales [11] prohibió el método de onda de compensación porque causaba demasiada interferencia. [4]
La necesidad de la emisión de señales en dos frecuencias diferentes se eliminó mediante el desarrollo de métodos uniwave . [12] En un método uniwave, llamado método de encendido , la manipulación iniciaba y detenía el arco. La cámara de arco tendría un delantero varilla que cortocircuito los dos electrodos a través de una resistencia y extingue el arco. La llave energizaría un electroimán que movería al delantero y volvería a encender el arco. Para que este método funcione, la cámara de arco tenía que estar caliente. El método era factible para convertidores de arco de hasta aproximadamente 5 kW.
El segundo método uniwave es el método de absorción , e involucra dos circuitos sintonizados y una llave unipolar , de doble tiro , hacer antes de romper. Cuando la tecla está hacia abajo, el arco se conecta a la bobina de antena sintonizada y la antena. Cuando la tecla está hacia arriba, el arco se conecta a una antena simulada sintonizada llamada derivación trasera . La derivación trasera era un segundo circuito sintonizado que constaba de un inductor, un condensador y una resistencia de carga en serie. [13] [14] Este segundo circuito está sintonizado aproximadamente a la misma frecuencia que la frecuencia transmitida; mantiene el arco en funcionamiento y absorbe la potencia del transmisor. El método de absorción aparentemente se debe a WA Eaton. [4]
El diseño del circuito de conmutación para el método de absorción es significativo. Está conmutando un arco de alto voltaje, por lo que los contactos del interruptor deben tener algún tipo de supresión de arco. Eaton tenía electroimanes de accionamiento por llave de telégrafo que operaban un relé. Ese relé usó cuatro juegos de contactos de interruptor en serie para cada una de las dos rutas (una a la antena y otra a la derivación trasera). Cada contacto de relé fue puenteado por una resistencia. En consecuencia, el interruptor nunca estuvo completamente abierto, pero hubo mucha atenuación. [15]
No existe una teoría realmente satisfactoria del funcionamiento del arco de Poulsen en En la actualidad, una teoría satisfactoria es aquella que permitirá el cálculo de los resultados, aportando los datos necesarios.