Un transmisor de chispas es un tipo obsoleto de transmisor de radio que genera ondas de radio por medio de una chispa eléctrica . [1] [2] Los transmisores de chispa fueron el primer tipo de transmisor de radio y fueron el tipo principal utilizado durante la telegrafía inalámbrica o era de la "chispa", las primeras tres décadas de la radio , desde 1887 hasta el final de la Primera Guerra Mundial. [3] [4] El físico alemán Heinrich Hertz construyó los primeros transmisores experimentales de chispas en 1887, con los que demostró la existencia de ondas de radio y estudió sus propiedades .
Una limitación fundamental de los transmisores de chispas es que generan una serie de breves pulsos transitorios de ondas de radio llamadas ondas amortiguadas ; no pueden producir las ondas continuas que se utilizan para transportar audio (sonido) en las transmisiones de radio AM o FM modernas . Por lo tanto, los transmisores de chispas no podían transmitir audio y, en cambio, transmitían información por radiotelegrafía ; el operador encendía y apagaba el transmisor con una tecla de telégrafo , creando pulsos de ondas de radio para deletrear mensajes de texto en código Morse .
Los primeros transmisores y receptores prácticos de vía de chispa para comunicaciones radiotelegráficas fueron desarrollados por Guglielmo Marconi alrededor de 1896. Uno de los primeros usos de los transmisores de vía de chispa fue en los barcos, para comunicarse con la costa y transmitir una llamada de socorro si el barco se estaba hundiendo. Desempeñaron un papel crucial en rescates marítimos como el desastre del RMS Titanic de 1912 . Después de la Primera Guerra Mundial, se desarrollaron transmisores de tubo de vacío , que eran menos costosos y producían ondas continuas que tenían un mayor alcance, producían menos interferencias y también podían transmitir audio, lo que hizo que los transmisores de chispa quedaran obsoletos en 1920. Las señales de radio producidas por descargador de chispas los transmisores son eléctricamente "ruidosos"; Tienen un amplio ancho de banda , lo que crea interferencias de radiofrecuencia (RFI) que pueden interrumpir otras transmisiones de radio. Este tipo de emisión de radio está prohibida por el derecho internacional desde 1934. [5] [6]
Las ondas electromagnéticas son irradiadas por cargas eléctricas cuando se aceleran . [7] [8] Las ondas de radio , ondas electromagnéticas de radiofrecuencia , pueden generarse mediante corrientes eléctricas variables en el tiempo , que consisten en electrones que fluyen a través de un conductor y que repentinamente cambian su velocidad, acelerándose así. [8] [9]
Una capacitancia cargada eléctricamente descargada a través de una chispa eléctrica a través de una vía de chispa entre dos conductores fue el primer dispositivo conocido que podía generar ondas de radio. [10] : p.3 La chispa en sí no produce ondas de radio, simplemente sirve como un interruptor de acción rápida para excitar corrientes eléctricas oscilantes de radiofrecuencia resonantes en los conductores del circuito adjunto. Los conductores irradian la energía de esta corriente oscilante en forma de ondas de radio.
Debido a la inductancia inherente de los conductores del circuito, la descarga de un condensador a través de una resistencia suficientemente baja (como una chispa) es oscilatoria ; la carga fluye rápidamente hacia adelante y hacia atrás a través del explosor durante un breve período, cargando los conductores de cada lado alternativamente positiva y negativa, hasta que las oscilaciones desaparecen. [11] [12]
.png/1280px-Spark_gap_transmitter_diagram_(alt).png){kind=spacer}
Un práctico transmisor de vía de chispas consta de estas partes: [11] [13] [14] [15]
El transmisor funciona en un ciclo repetitivo rápido en el que el transformador carga el condensador a un alto voltaje y lo descarga a través de la bobina mediante una chispa a través del explosor. [11] [16] La chispa impulsiva excita el circuito resonante para que "suene" como una campana, produciendo una breve corriente oscilante que la antena irradia como ondas electromagnéticas. [11] El transmisor repite este ciclo a un ritmo rápido, por lo que la chispa parecía continua y la señal de radio sonaba como un gemido o zumbido en un receptor de radio .
El ciclo es muy rápido y dura menos de un milisegundo. Con cada chispa, este ciclo produce una señal de radio que consiste en una onda sinusoidal oscilante que aumenta rápidamente hasta una gran amplitud y disminuye exponencialmente hasta cero, llamada onda amortiguada . [11] La frecuencia de las oscilaciones, que es la frecuencia de las ondas de radio emitidas, es igual a la frecuencia de resonancia del circuito resonante, determinada por la capacitancia del condensador y la inductancia de la bobina:
El transmisor repite este ciclo rápidamente, por lo que la salida es una cadena repetida de ondas amortiguadas. Esto equivale a una señal de radio modulada en amplitud con una frecuencia constante, por lo que podría demodularse en un receptor de radio mediante un detector AM rectificador , como el detector de cristal o la válvula Fleming utilizados durante la era de la telegrafía inalámbrica. La frecuencia de repetición (velocidad de chispas) está en el rango de audio , típicamente de 50 a 1000 chispas por segundo, por lo que en los auriculares del receptor la señal suena como un tono constante, un gemido o un zumbido. [13]
Para transmitir información con esta señal, el operador enciende y apaga el transmisor rápidamente tocando un interruptor llamado tecla de telégrafo en el circuito primario del transformador, produciendo secuencias de cadenas cortas (puntos) y largas (guiones) de señales amortiguadas. ondas, para deletrear mensajes en código Morse . Mientras se presiona la tecla, la chispa se dispara repetidamente, creando una cadena de pulsos de ondas de radio, por lo que en un receptor la pulsación de la tecla suena como un zumbido; Todo el mensaje en código Morse suena como una secuencia de zumbidos separados por pausas. En los transmisores de baja potencia, la llave interrumpe directamente el circuito primario del transformador de suministro, mientras que en los transmisores de alta potencia la llave opera un relé de alta resistencia que interrumpe el circuito primario.
El circuito que carga los condensadores, junto con el propio explosor, determina la velocidad de chispa del transmisor, el número de chispas y los pulsos de onda amortiguados resultantes que produce por segundo, lo que determina el tono de la señal que se escucha en el receptor. La velocidad de chispa no debe confundirse con la frecuencia del transmisor, que es el número de oscilaciones sinusoidales por segundo en cada onda amortiguada. Dado que el transmisor produce un pulso de ondas de radio por chispa, la potencia de salida del transmisor era proporcional a la tasa de chispa, por lo que se favorecieron tasas más altas. Los transmisores de chispa generalmente usaban uno de tres tipos de circuitos de potencia: [11] [13] [17] : p.359–362
Se utilizaba una bobina de inducción (bobina de Ruhmkorff) en transmisores de baja potencia, generalmente menos de 500 vatios, a menudo alimentados por baterías. Una bobina de inducción es un tipo de transformador alimentado por CC, en el que un contacto de interruptor de brazo vibratorio en la bobina llamado interruptor rompe repetidamente el circuito que proporciona corriente al devanado primario, lo que hace que la bobina genere pulsos de alto voltaje. Cuando se enciende la corriente primaria a la bobina, el devanado primario crea un campo magnético en el núcleo de hierro que aleja el brazo interruptor elástico de su contacto, abriendo el interruptor y cortando la corriente primaria. Luego, el campo magnético colapsa, creando un pulso de alto voltaje en el devanado secundario, y el brazo interruptor regresa para cerrar el contacto nuevamente y el ciclo se repite. Cada pulso de alto voltaje cargaba el condensador hasta que se disparaba la chispa, lo que daba como resultado una chispa por pulso. Los interruptores se limitaron a velocidades de chispa bajas de 20 a 100 Hz, sonando como un zumbido bajo en el receptor. En potentes transmisores de bobina de inducción, en lugar de un interruptor vibratorio, se utilizó un interruptor de turbina de mercurio . Esto podría interrumpir la corriente a velocidades de hasta varios miles de hercios, y la velocidad podría ajustarse para producir el mejor tono.
En transmisores de mayor potencia alimentados por CA, un transformador aumenta el voltaje de entrada hasta el alto voltaje necesario. El voltaje sinusoidal del transformador se aplica directamente al capacitor, por lo que el voltaje en el capacitor varía desde un voltaje positivo alto hasta cero y un voltaje negativo alto. La distancia entre chispas se ajusta de modo que las chispas sólo se produzcan cerca del voltaje máximo, en los picos de la onda sinusoidal de CA , cuando el condensador estaba completamente cargado. Dado que la onda sinusoidal de CA tiene dos picos por ciclo, idealmente se produjeron dos chispas durante cada ciclo, por lo que la velocidad de chispa fue igual al doble de la frecuencia de la alimentación de CA [15] (a menudo se produjeron múltiples chispas durante el pico de cada medio ciclo). La frecuencia de chispa de los transmisores alimentados por la red eléctrica de 50 o 60 Hz era, por tanto, de 100 o 120 Hz. Sin embargo, las frecuencias de audio más altas eliminan mejor las interferencias, por lo que en muchos transmisores el transformador estaba alimentado por un conjunto de motor-alternador , un motor eléctrico con su eje haciendo girar un alternador , que producía CA a una frecuencia más alta, generalmente 500 Hz, lo que generaba una chispa. frecuencia de 1000 Hz. [15]
La velocidad a la que se pueden transmitir las señales está naturalmente limitada por el tiempo que tarda en apagarse la chispa. Si, como se describió anteriormente, el plasma conductor, durante los puntos cero de la corriente alterna, no se enfría lo suficiente como para extinguir la chispa, se mantiene una "chispa persistente" hasta que se disipa la energía almacenada, lo que permite el funcionamiento práctico sólo hasta alrededor de 60 señales por segundo. Si se toman medidas activas para romper el arco (ya sea soplando aire a través de la chispa o alargando la distancia entre chispas), se puede obtener una "chispa apagada" mucho más corta. Un sistema simple de chispa apagada todavía permite varias oscilaciones del circuito del condensador en el tiempo que tarda en apagarse la chispa. Con el circuito de chispa roto, la frecuencia de transmisión está determinada únicamente por el circuito resonante de la antena, lo que permite una sintonización más sencilla.
En un transmisor con un explosor "rotativo" (abajo) , el condensador se cargaba con CA desde un transformador de alto voltaje como se muestra arriba, y se descargaba mediante un explosor que constaba de electrodos espaciados alrededor de una rueda que hacía girar mediante un motor eléctrico. que producía chispas al pasar por un electrodo estacionario. [11] [15] La velocidad de chispa era igual a las rotaciones por segundo multiplicadas por el número de electrodos de chispa en la rueda. Podría producir velocidades de chispa de hasta varios miles de hercios, y la velocidad podría ajustarse cambiando la velocidad del motor. La rotación de la rueda generalmente estaba sincronizada con la onda sinusoidal de CA , por lo que el electrodo móvil pasaba por el estacionario en el pico de la onda sinusoidal, iniciando la chispa cuando el capacitor estaba completamente cargado, lo que producía un tono musical en el receptor. Cuando se sintonizó correctamente de esta manera, se eliminó la necesidad de enfriamiento externo o flujo de aire de extinción, al igual que la pérdida de energía directamente del circuito de carga (paralelo al capacitor) a través de la chispa.
La invención del radiotransmisor fue el resultado de la convergencia de dos líneas de investigación.
Uno de ellos fueron los esfuerzos de los inventores por idear un sistema para transmitir señales telegráficas sin cables. Los experimentos realizados por varios inventores habían demostrado que las perturbaciones eléctricas podían transmitirse a cortas distancias a través del aire. Sin embargo, la mayoría de estos sistemas no funcionaban mediante ondas de radio sino mediante inducción electrostática o inducción electromagnética , que tenían un alcance demasiado corto para ser prácticos. [18] En 1866 , Mahlon Loomis afirmó haber transmitido una señal eléctrica a través de la atmósfera entre dos cables de 600 pies sostenidos por cometas en cimas de montañas a 14 millas de distancia. [18] Thomas Edison había estado a punto de descubrir la radio en 1875; había generado y detectado ondas de radio a las que llamó "corrientes etéricas" experimentando con circuitos de chispas de alto voltaje, pero por falta de tiempo no prosiguió con el asunto. [17] : p.259–261 David Edward Hughes en 1879 también se había topado con la transmisión de ondas de radio que recibió con su detector de micrófono de carbón , sin embargo, estaba convencido de que lo que observaba era inducción . [17] : p.259–261 A ninguno de estos individuos se les suele atribuir el descubrimiento de la radio, porque no entendieron el significado de sus observaciones y no publicaron su trabajo antes que Hertz.
La otra fue la investigación realizada por físicos para confirmar la teoría del electromagnetismo propuesta en 1864 por el físico escocés James Clerk Maxwell , ahora llamada ecuaciones de Maxwell . La teoría de Maxwell predijo que una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes podría viajar a través del espacio como una " onda electromagnética ". Maxwell propuso que la luz estaba formada por ondas electromagnéticas de longitud de onda corta, pero nadie sabía cómo confirmarlo, ni generar o detectar ondas electromagnéticas de otras longitudes de onda. En 1883 se teorizó que las cargas eléctricas aceleradas podrían producir ondas electromagnéticas y George Fitzgerald había calculado la potencia de salida de una antena de cuadro . [19] Fitzgerald en una breve nota publicada en 1883 sugirió que las ondas electromagnéticas podrían generarse prácticamente descargando rápidamente un condensador; el método utilizado en los transmisores de chispa, [20] [21] sin embargo, no hay indicios de que esto haya inspirado a otros inventores.
La división de la historia de los transmisores de chispa en los diferentes tipos que aparece a continuación sigue la organización del tema utilizada en muchos libros de texto inalámbricos. [22]
El físico alemán Heinrich Hertz en 1887 construyó los primeros transmisores experimentales de chispa durante sus experimentos históricos para demostrar la existencia de ondas electromagnéticas predichas por James Clerk Maxwell en 1864, en el que descubrió las ondas de radio , [23] [24] : p.3- 4 [25] [17] : p.19, 260, 331–332 que se denominaron "ondas hertzianas" hasta aproximadamente 1910. Hertz se inspiró para probar circuitos excitados por chispa mediante experimentos con "espirales de Reiss", un par de inductores en espiral planos. con sus conductores terminados en explosores. Un condensador de jarra de Leyden descargado a través de una espiral provocaría chispas en el espacio de la otra espiral.
Ver diagrama de circuito. Los transmisores de Hertz consistían en una antena dipolo hecha de un par de varillas metálicas colineales de varias longitudes con un explosor (S) entre sus extremos internos y bolas o placas metálicas para capacitancia (C) unidas a los extremos externos. [23] [17] : p.19, 260, 331–332 [25] Los dos lados de la antena estaban conectados a una bobina de inducción (bobina de Ruhmkorff) (T), una fuente de energía común de laboratorio que producía pulsos de alto voltaje. 5 a 30 kV. Además de irradiar ondas, la antena también actuaba como oscilador armónico ( resonador ) que generaba corrientes oscilantes. Se aplicaron pulsos de alto voltaje de la bobina de inducción (T) entre los dos lados de la antena. Cada pulso almacenaba carga eléctrica en la capacitancia de la antena, que era inmediatamente descargada por una chispa a través del explosor. La chispa provocó breves ondas estacionarias oscilantes de corriente entre los lados de la antena. La antena irradiaba energía como un pulso momentáneo de ondas de radio; una ola amortiguada . La frecuencia de las ondas era igual a la frecuencia de resonancia de la antena, que estaba determinada por su longitud; actuaba como un dipolo de media onda , que irradiaba ondas aproximadamente el doble de la longitud de la antena (por ejemplo, 15 MHz por 1 m, o 1,5 GHz por 1 cm). Hertz detectó las ondas observando pequeñas chispas en espacios micrométricos (M) en bucles de alambre que funcionaban como antenas receptoras resonantes. Oliver Lodge también estaba experimentando con osciladores de chispa en ese momento y estuvo cerca de descubrir las ondas de radio antes que Hertz, pero su atención se centraba en las ondas en los cables, no en el espacio libre. [26] [17] : pág.226
Hertz y la primera generación de físicos que construyeron estos "osciladores hertzianos", como Jagadish Chandra Bose , Lord Rayleigh , George Fitzgerald , Frederick Trouton , Augusto Righi y Oliver Lodge , estaban interesados principalmente en las ondas de radio como fenómeno científico , y fracasaron en gran medida. prever sus posibilidades como tecnología de la comunicación. [27] : p.54, 98 [24] : p.5-9, 22 [17] : p.260, 263–265 [28] Debido a la influencia de la teoría de Maxwell, su pensamiento estuvo dominado por la similitud entre ondas de radio y ondas de luz; Pensaban en las ondas de radio como una forma invisible de luz. [24] : p.5-9, 22 [17] : p.260, 263–265 Por analogía con la luz, asumieron que las ondas de radio solo viajaban en línea recta, por lo que pensaron que la transmisión de radio estaba limitada por el horizonte visual como Los métodos de señalización óptica existentes, como el semáforo , no eran capaces de realizar comunicaciones a mayor distancia. [26] [29] [30] Todavía en 1894, Oliver Lodge especuló que la distancia máxima a la que se podían transmitir las ondas hertzianas era media milla. [24] : páginas 5-9, 22
Para investigar la similitud entre las ondas de radio y las ondas de luz , estos investigadores se concentraron en producir ondas de alta frecuencia de longitud de onda corta con las que podían duplicar experimentos ópticos clásicos con ondas de radio, utilizando componentes cuasiópticos como prismas y lentes hechos de cera de parafina , azufre y Rejillas de difracción de paso y alambre . [17] : p.476-484 Sus antenas cortas generaban ondas de radio en las bandas VHF , UHF o microondas . En sus diversos experimentos, Hertz produjo ondas con frecuencias de 50 a 450 MHz, aproximadamente las frecuencias utilizadas hoy en día por los transmisores de televisión . Hertz los utilizó para realizar experimentos históricos que demostraban ondas estacionarias , refracción , difracción , polarización e interferencia de ondas de radio. [31] [17] : p.19, 260, 331–332 También midió la velocidad de las ondas de radio, mostrando que viajaban a la misma velocidad que la luz. Estos experimentos establecieron que la luz y las ondas de radio eran formas de ondas electromagnéticas de Maxwell , y sólo diferían en la frecuencia. Augusto Righi y Jagadish Chandra Bose alrededor de 1894 generaron microondas de 12 y 60 GHz respectivamente, utilizando pequeñas bolas de metal como antenas-resonadoras. [32] [17] : páginas 291-308
Las altas frecuencias producidas por los osciladores hertzianos no podían viajar más allá del horizonte. Los resonadores dipolo también tenían baja capacitancia y no podían almacenar mucha carga , lo que limitaba su potencia de salida. [24] : p.5-9, 22 Por lo tanto, estos dispositivos no eran capaces de realizar transmisiones a larga distancia; su alcance de recepción con los receptores primitivos empleados normalmente se limitaba a aproximadamente 100 yardas (100 metros). [24] : páginas 5-9, 22
Difícilmente podría concebir que la aplicación [de la radio] con fines útiles pudiera haber escapado a la atención de científicos tan eminentes.
—Guglielmo Marconi [33]
El pionero de la radio italiana Guglielmo Marconi fue una de las primeras personas en creer que las ondas de radio podían usarse para comunicaciones de larga distancia y desarrolló por sí solo los primeros transmisores y receptores de radiotelegrafía prácticos , [28] [34] [24] : capítulos 1 y 2 principalmente por combinando y jugando con los inventos de otros. A partir de los 21 años, en la finca de su familia en Italia, entre 1894 y 1901 llevó a cabo una larga serie de experimentos para aumentar el rango de transmisión de los osciladores y receptores de chispa de Hertz. [33]
No pudo comunicarse más allá de media milla hasta 1895, cuando descubrió que el rango de transmisión se podía aumentar considerablemente reemplazando un lado de la antena dipolo hertziana en su transmisor y receptor con una conexión a la Tierra y el otro lado con una Antena de alambre largo suspendida muy por encima del suelo. [24] : p.20-21 [28] [36] : 195–218 [37] Estas antenas funcionaban como antenas monopolo de un cuarto de onda . [38] La longitud de la antena determinaba la longitud de onda de las ondas producidas y, por tanto, su frecuencia. Las ondas más largas y de menor frecuencia tienen menos atenuación con la distancia. [38] Cuando Marconi probó antenas más largas, que irradiaban ondas de frecuencia más baja, probablemente en la banda MF alrededor de 2 MHz, [37] descubrió que podía transmitir más lejos. [33] Otra ventaja fue que estas antenas verticales irradiaban ondas polarizadas verticalmente , en lugar de las ondas polarizadas horizontalmente producidas por las antenas horizontales de Hertz. [39] Estas ondas polarizadas verticalmente más largas podían viajar más allá del horizonte, porque se propagaban como una onda terrestre que seguía el contorno de la Tierra. En determinadas condiciones, también podrían llegar más allá del horizonte reflejándose en capas de partículas cargadas ( iones ) en la atmósfera superior, lo que más tarde se denominó propagación de ondas ionosféricas . [30] Marconi no entendió nada de esto en ese momento; simplemente descubrió empíricamente que cuanto más alto estuviera suspendida su antena vertical, más lejos transmitiría.
Después de no lograr interesar al gobierno italiano, en 1896 Marconi se mudó a Inglaterra, donde William Preece, de la Oficina General de Correos británica, financió sus experimentos. [38] [37] [33] Marconi patentó su sistema de radio el 2 de junio de 1896, [35] a menudo considerada la primera patente inalámbrica. [17] : p.352-353, 355–358 [40] En mayo de 1897 transmitió 14 km (8,7 millas), [38] el 27 de marzo de 1899 transmitió a través del Canal de la Mancha , 46 km (28 millas), [ 33] en el otoño de 1899 amplió el alcance a 136 km (85 millas), [24] : p.60-61 y en enero de 1901 había alcanzado los 315 km (196 millas). Estas demostraciones de comunicación inalámbrica en código Morse a distancias cada vez mayores convencieron al mundo de que la radio, o "telegrafía inalámbrica", como se la llamaba, no era sólo una curiosidad científica sino una tecnología de comunicación comercialmente útil.
En 1897, Marconi fundó una empresa para producir sus sistemas de radio, que se convirtió en Marconi Wireless Telegraph Company . [38] [33] y las comunicaciones por radio comenzaron a utilizarse comercialmente alrededor de 1900. Su primer contrato importante en 1901 fue con la firma de seguros Lloyd's de Londres para equipar sus barcos con estaciones inalámbricas. La empresa de Marconi dominó la radio marina durante toda la era Spark. Inspirados por Marconi, a finales de la década de 1890 otros investigadores también comenzaron a desarrollar sistemas de comunicación por radio por chispa competitivos; Alexander Popov en Rusia, Eugène Ducretet en Francia, Reginald Fessenden y Lee de Forest en Estados Unidos, [1] y Karl Ferdinand Braun , Adolf Slaby y Georg von Arco en Alemania, quienes en 1903 formaron Telefunken Co., el principal rival de Marconi. [41] [42]
Los transmisores primitivos anteriores a 1897 no tenían circuitos resonantes (también llamados circuitos LC, circuitos de tanque o circuitos sintonizados), la chispa estaba en la antena, que funcionaba como resonador para determinar la frecuencia de las ondas de radio. [33] [43] [17] : p.352-353, 355–358 [44] Estos se denominaron transmisores "no sincronizados" o de "antena simple". [17] : páginas 352-353, 355–358 [45]
La potencia de salida promedio de estos transmisores era baja porque, debido a su baja capacitancia, la antena era un oscilador altamente amortiguado (en terminología moderna, tenía un factor Q muy bajo ). [10] : p.4–7, 32–33 Durante cada chispa, la energía almacenada en la antena se irradiaba rápidamente en forma de ondas de radio, por lo que las oscilaciones decaían hasta cero rápidamente. [46] La señal de radio consistía en breves pulsos de ondas de radio, que se repetían decenas o como máximo unos pocos cientos de veces por segundo, separados por intervalos comparativamente largos sin salida. [17] : p.352-353, 355–358 La potencia radiada dependía de cuánta carga eléctrica se podía almacenar en la antena antes de cada chispa, que era proporcional a la capacitancia de la antena. Para aumentar su capacitancia a tierra, las antenas se fabricaron con múltiples cables paralelos, a menudo con cargas superiores capacitivas, en las antenas "arpa", "jaula", " paraguas ", "L invertida" y " T " características de la "chispa". "época. [47] La única otra forma de aumentar la energía almacenada en la antena era cargarla a voltajes muy altos. [48] [17] : p.352-353, 355–358 Sin embargo, el voltaje que se podía usar se limitó a aproximadamente 100 kV por la descarga de corona , lo que provocó que la carga se escapara de la antena, particularmente en climas húmedos, y también la pérdida de energía. como calor en la chispa más larga.
Un inconveniente más importante de la gran amortiguación fue que las transmisiones de radio eran eléctricamente "ruidosas"; tenían un ancho de banda muy grande . [11] [24] : p.90-93 [33] [36] : 72–75 Estos transmisores no producían ondas de una sola frecuencia , sino una banda continua de frecuencias. [36] : 72–75 [24] : p.90-93 Eran esencialmente fuentes de ruido de radio que irradiaban energía sobre una gran parte del espectro radioeléctrico , lo que hacía imposible que se escucharan otros transmisores. [13] Cuando varios transmisores intentaron operar en la misma área, sus señales amplias se superponían en frecuencia e interferían entre sí. [33] [44] Los receptores de radio utilizados tampoco tenían circuitos resonantes, por lo que no tenían ninguna posibilidad de seleccionar una señal de otras además de la amplia resonancia de la antena, y respondían a las transmisiones de todos los transmisores cercanos. [44] Un ejemplo de este problema de interferencia fue una vergonzosa debacle pública en agosto de 1901 cuando Marconi, Lee de Forest y GW Pickard intentaron informar a los periódicos sobre la regata de yates de Nueva York desde barcos con sus transmisores de chispas desafinados. [49] [50] [51] Las transmisiones en código Morse interfirieron y los reporteros en tierra no pudieron recibir ninguna información de las señales confusas.
Quedó claro que para que funcionaran múltiples transmisores, se tenía que idear algún sistema de "señalización selectiva" [53] [54] que permitiera a un receptor seleccionar qué señal del transmisor recibir y rechazar las demás. En 1892, William Crookes había dado una influyente [55] conferencia [56] sobre radio en la que sugería utilizar la resonancia (entonces llamada sintonía ) para reducir el ancho de banda de transmisores y receptores. [17] : p.352-353, 355–358 El uso de un circuito resonante (también llamado circuito sintonizado o circuito de tanque) en los transmisores reduciría el ancho de banda de la señal radiada, ocuparía un rango más pequeño de frecuencias alrededor de su frecuencia central, para que las señales de los transmisores "sintonizados" para transmitir en diferentes frecuencias ya no se superpongan. Un receptor que tuviera su propio circuito resonante podría recibir un transmisor particular "sintonizando" su frecuencia resonante a la frecuencia del transmisor deseado, de manera análoga a la forma en que un instrumento musical podría sintonizarse para que resuene con otro. [53] Este es el sistema utilizado en todas las radios modernas.
Durante el período de 1897 a 1900, los investigadores inalámbricos se dieron cuenta de las ventajas de los sistemas "sintónicos" o "sintonizados" y añadieron condensadores ( tarros de Leyden ) e inductores (bobinas de alambre) a transmisores y receptores, para crear circuitos resonantes (circuitos sintonizados o tanque). circuitos). [36] : pág. 125-136, 254–255, 259 Oliver Lodge , que había estado investigando la resonancia eléctrica durante años, [36] : p.108-109 [44] patentó el primer transmisor y receptor "sintónico" en mayo de 1897 [52] [57 ] [26] [36] : p.130–143 [24] : p.90-93 Lodge agregó un inductor (bobina) entre los lados de sus antenas dipolo, que resonó con la capacitancia de la antena para crear un circuito sintonizado. . [44] [36] : pág. 125-136, 254-255, 259 Aunque su complicado circuito no tuvo mucho uso práctico, la patente "sintónica" de Lodge fue importante porque fue la primera en proponer un transmisor y receptor de radio que contenía circuitos resonantes que estaban sintonizados para resonar entre sí. . [44] [36] : pág. 125-136, 254-255, 259 En 1911, cuando se renovó la patente, la Compañía Marconi se vio obligada a comprarla para proteger su propio sistema sintónico contra demandas por infracción. [36] : pág. 125-136, 254-255, 259
El circuito resonante funcionaba de manera análoga a un diapasón , almacenando energía eléctrica oscilante, aumentando el factor Q del circuito para que las oscilaciones fueran menos amortiguadas. [36] : pág. 125-136, 254-255, 259 Otra ventaja fue que la frecuencia del transmisor ya no estaba determinada por la longitud de la antena sino por el circuito resonante, por lo que podía cambiarse fácilmente mediante grifos ajustables en la bobina. La antena se puso en resonancia con el circuito sintonizado utilizando bobinas de carga . La energía de cada chispa y, por tanto, la potencia de salida, ya no estaba limitada por la capacitancia de la antena sino por el tamaño del condensador en el circuito resonante. [17] : p.352-353, 355–358 Para aumentar la potencia se utilizaron bancos de condensadores muy grandes. La forma que adoptó el circuito resonante en los transmisores prácticos fue el circuito acoplado inductivamente que se describe en la siguiente sección.
Al desarrollar estos transmisores sintónicos, los investigadores encontraron imposible lograr una amortiguación baja con un único circuito resonante. Un circuito resonante sólo puede tener una amortiguación baja (Q alta, ancho de banda estrecho) si es un circuito "cerrado", sin componentes que disipen energía. [58] [24] : p.90-93 [36] : p.108-109 Pero tal circuito no produce ondas de radio. Un circuito resonante con una antena que irradia ondas de radio (un circuito sintonizado "abierto") pierde energía rápidamente, lo que le da una alta amortiguación (Q bajo, ancho de banda amplio). Existía un equilibrio fundamental entre un circuito que producía oscilaciones persistentes con un ancho de banda estrecho y uno que irradiaba alta potencia. [11]
La solución encontrada por varios investigadores fue utilizar dos circuitos resonantes en el transmisor, con sus bobinas acopladas inductivamente (magnéticamente) , formando un transformador resonante (llamado transformador de oscilación ); [11] [46] [17] : p.352-353, 355–358 esto se llamaba transmisor " acoplado inductivamente ", " circuito acoplado " [45] o " dos circuitos ". [33] [48] [24] : p.98-100 Ver diagrama del circuito. El devanado primario del transformador de oscilación ( L1 ) con el condensador ( C1 ) y el explosor ( S ) formaban un circuito resonante "cerrado", mientras que el devanado secundario ( L2 ) estaba conectado al hilo de la antena ( A ) y a tierra, formando un circuito resonante "abierto" con la capacitancia de la antena ( C2 ). [17] : p.352-353, 355–358 Ambos circuitos estaban sintonizados a la misma frecuencia de resonancia . [17] : p.352-353, 355–358 La ventaja del circuito acoplado inductivamente era que el transformador "débilmente acoplado" transfirió la energía oscilante del circuito del tanque al circuito de la antena radiante gradualmente, creando ondas largas "resonantes". [46] [11] Una segunda ventaja fue que permitía utilizar una gran capacitancia primaria (C1) que podía almacenar mucha energía, aumentando enormemente la potencia de salida. [46] [17] : p.352-353, 355–358 Los potentes transmisores transoceánicos a menudo tenían enormes bancos de condensadores de jarras de Leyden que llenaban las habitaciones (ver imágenes arriba) . El receptor en la mayoría de los sistemas también utilizaba dos circuitos acoplados inductivamente, siendo la antena un circuito resonante "abierto" acoplado a través de un transformador de oscilación a un circuito resonante "cerrado" que contenía el detector . Un sistema de radio con un transmisor y un receptor de "dos circuitos" (acoplados inductivamente) se denominaba sistema de "cuatro circuitos".
La primera persona en utilizar circuitos resonantes en una aplicación de radio fue Nikola Tesla , quien inventó el transformador resonante en 1891. [59] En una conferencia en St. Louis en marzo de 1893 [60] había demostrado un sistema inalámbrico que, aunque estaba destinado a La transmisión inalámbrica de energía , tenía muchos de los elementos de los sistemas de comunicación por radio posteriores. [61] [62] [17] : p.352-353, 355-358 [36] : p. 125-136, 254–255, 259 [63] Un transformador resonante excitado por chispa, cargado con capacitancia y conectado a tierra (su bobina de Tesla ), conectado a una antena monopolo de cable elevado, transmitía ondas de radio, que se recibían a través de la habitación mediante una antena de cable similar adjunta. a un receptor que constaba de un segundo transformador resonante conectado a tierra sintonizado a la frecuencia del transmisor, que encendía un tubo Geissler . [64] [63] [65] Este sistema, patentado por Tesla el 2 de septiembre de 1897, [66] 4 meses después de la patente "sintónica" de Lodge, era en efecto un transmisor y receptor de radio acoplado inductivamente, el primer uso de los "cuatro circuitos". "sistema reivindicado por Marconi en su patente de 1900 (abajo) . [67] [17] : p.352-353, 355–358 [63] [61] Sin embargo, Tesla estaba interesado principalmente en la energía inalámbrica y nunca desarrolló un sistema práctico de comunicación por radio . [68] [69] [64] [17] : páginas 352-353, 355-358
Además del sistema de Tesla, Oliver Lodge patentó sistemas de radio acoplados inductivamente en febrero de 1898, [70] [71] Karl Ferdinand Braun , [24] : p.98-100 [17] : p.352-353, 355– 358 [43] [72] en noviembre de 1899, y John Stone Stone en febrero de 1900. [73] [71] Braun hizo el descubrimiento crucial de que una baja amortiguación requería un "acoplamiento flojo" ( inductancia mutua reducida ) entre las bobinas primaria y secundaria. [74] [17] : páginas 352-353, 355-358
![El transmisor de potencia acoplado inductivamente de Tesla (izquierda) patentado el 2 de septiembre de 1897[66]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/cf/US_Patent_645576_Nikola_Tesla_1897_System_of_transmission_of_electrical_energy.png/1280px-US_Patent_645576_Nikola_Tesla_1897_System_of_transmission_of_electrical_energy.png)
![Transmisor acoplado inductivamente de Braun patentado el 3 de noviembre de 1899[72]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/ce/British_patent_22,020-Karl_Ferdinand_Braun-filed_3_November_1899-fig._2.png/1280px-British_patent_22,020-Karl_Ferdinand_Braun-filed_3_November_1899-fig._2.png)
![El transmisor acoplado inductivamente (izquierda) y el receptor (derecha) de Stone, patentados el 8 de febrero de 1900[73]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/56/US_Patent_714756-John_Stone_Stone-Method_of_selective_electric_signaling_1900_figs_5&6.png/1280px-US_Patent_714756-John_Stone_Stone-Method_of_selective_electric_signaling_1900_figs_5&6.png)
![Transmisor acoplado inductivamente de Marconi patentado el 26 de abril de 1900.[75]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0b/Spark_gap_transmitter-Marconi_patent_763772_fig_1.png/1280px-Spark_gap_transmitter-Marconi_patent_763772_fig_1.png)
Al principio, Marconi prestó poca atención a la sintonía, pero en 1900 desarrolló un sistema de radio que incorporaba características de estos sistemas, [74] [43] con un transmisor de dos circuitos y un receptor de dos circuitos, con los cuatro circuitos sintonizados a la misma frecuencia, usando un transformador resonante al que llamó "jigger". [58] [33] [24] : p.98-100 A pesar de las patentes anteriores anteriores, Marconi en su patente de "cuatro circuitos" o "sintonización maestra" del 26 de abril de 1900 [75] sobre su sistema reclamó derechos sobre el sistema inductivo. Transmisor y receptor acoplados. [17] : p.352-353, 355–358 [71] [63] A esto se le concedió una patente británica, pero la oficina de patentes de Estados Unidos rechazó dos veces su patente por carecer de originalidad. Luego, en una apelación de 1904, un nuevo comisionado de patentes revocó la decisión y concedió la patente, [76] [63] basándose en que la patente de Marconi, al incluir una bobina de carga de antena (J en el circuito anterior), proporcionaba los medios para sintonizar los cuatro circuitos. a la misma frecuencia, mientras que en las patentes de Tesla y Stone esto se hacía ajustando la longitud de la antena. [71] [63] Esta patente le dio a Marconi casi el monopolio de la telegrafía inalámbrica sintónica en Inglaterra y Estados Unidos. [77] [33] Tesla demandó a la empresa de Marconi por infracción de patente, pero no tenía los recursos para continuar con la acción. En 1943, la Corte Suprema de Estados Unidos invalidó las reclamaciones de acoplamiento inductivo de la patente de Marconi [78] debido a las patentes anteriores de Lodge, Tesla y Stone, pero esto se produjo mucho después de que los transmisores de chispa se volvieran obsoletos. [71] [63]
El transmisor de chispa acoplado inductivamente o "sintónico" fue el primer tipo que podía comunicarse a distancias intercontinentales, y también el primero que tenía un ancho de banda lo suficientemente estrecho como para reducir la interferencia entre transmisores a un nivel tolerable. Se convirtió en el tipo dominante utilizado durante la era de la "chispa". [33] Un inconveniente del transmisor simple acoplado inductivamente era que, a menos que las bobinas primaria y secundaria estuvieran muy poco acopladas, irradiaba en dos frecuencias. [17] : p.352-353, 355–358 [79] Esto se solucionó con los transmisores de chispa apagada y de separación rotativa (abajo) .
En reconocimiento a sus logros en la radio, Marconi y Braun compartieron el Premio Nobel de Física de 1909 . [17] : páginas 352-353, 355-358
Marconi decidió en 1900 intentar la comunicación transatlántica, lo que le permitiría competir con los cables telegráficos submarinos . [24] : p.60-61 [17] : p.387-392 Esto requeriría un importante aumento del poder, una apuesta arriesgada para su empresa. Hasta entonces, sus pequeños transmisores de bobina de inducción tenían una potencia de entrada de 100 a 200 vatios y el alcance máximo alcanzado era de unos 240 kilómetros. [24] : p.60-61 [80] Para construir el primer transmisor de alta potencia, Marconi contrató a un experto en ingeniería eléctrica, el Prof. John Ambrose Fleming del University College de Londres, quien aplicó principios de ingeniería energética. Fleming diseñó un complicado transmisor acoplado inductivamente (ver circuito) con dos explosores en cascada (S1, S2) que se disparan a diferentes velocidades y tres circuitos resonantes, impulsados por un alternador de 25 kW (D) accionado por un motor de combustión. [80] [24] : p.60-61 [81] El primer explosor y el circuito resonante (S1, C1, T2) generaron el alto voltaje para cargar el condensador (C2) que alimenta el segundo explosor y el circuito resonante (S2). , C2, T3) , que generó la salida. [81] La velocidad de chispa era baja, tal vez tan baja como 2 o 3 chispas por segundo. [81] Fleming estimó que la potencia radiada era de alrededor de 10 a 12 kW. [80]
El transmisor fue construido en secreto en la costa de Poldhu , Cornualles , Reino Unido. [80] [24] : p.60-61 Marconi tenía poco tiempo porque Nikola Tesla estaba construyendo su propio transmisor de radiotelegrafía transatlántico en Long Island, Nueva York , en un intento por ser el primero [24] : p.286-288 ( se trataba de la Torre Wardenclyffe , que perdió financiación y quedó abandonada sin terminar tras el éxito de Marconi). La antena transmisora redonda original de 400 hilos de Marconi se derrumbó en una tormenta el 17 de septiembre de 1901 y rápidamente erigió una antena temporal que constaba de 50 hilos suspendidos en forma de abanico de un cable entre dos postes de 160 pies. [80] [81] [24] : p.286-288 La frecuencia utilizada no se conoce con precisión, ya que Marconi no midió la longitud de onda ni la frecuencia, pero estaba entre 166 y 984 kHz, probablemente alrededor de 500 kHz. [17] : p.387-392 Recibió la señal en la costa de St. John's, Terranova , utilizando un receptor coherer no sintonizado con una antena de cable de 400 pies suspendida de una cometa . [17] : p.387-392 [80] [24] : p.286-288 Marconi anunció que la primera transmisión de radio transatlántica tuvo lugar el 12 de diciembre de 1901, desde Poldhu , Cornualles hasta Signal Hill, Terranova , una distancia de 2100 millas. (3400 kilómetros). [17] : p.387-392 [24] : p.286-288
El logro de Marconi recibió publicidad mundial y fue la prueba final de que la radio era una tecnología de comunicación práctica. Al principio, la comunidad científica dudó del informe de Marconi. Prácticamente todos los expertos en tecnología inalámbrica, además de Marconi, creían que las ondas de radio viajaban en línea recta, por lo que nadie (incluido Marconi) entendía cómo las ondas habían logrado propagarse alrededor de la curva de 300 millas de altura de la Tierra entre Gran Bretaña y Terranova. [30] En 1902, Arthur Kennelly y Oliver Heaviside teorizaron de forma independiente que las ondas de radio eran reflejadas por una capa de átomos ionizados en la atmósfera superior, lo que les permitía regresar a la Tierra más allá del horizonte. [30] En 1924, Edward V. Appleton demostró la existencia de esta capa, ahora llamada " capa Kennelly-Heaviside " o "capa E", por la que recibió el Premio Nobel de Física en 1947 .
Fuentes bien informadas hoy dudan de que Marconi haya recibido realmente esta transmisión. [82] [81] [17] : p.387-392 Las condiciones ionosféricas no deberían haber permitido que la señal se recibiera durante el día en ese rango. Marconi sabía que la señal en código Morse que debía transmitirse era la letra 'S' (tres puntos). [17] : p.387-392 Él y su asistente podrían haber confundido el ruido de radio atmosférico ("estático") en sus auriculares con los clics del transmisor. [81] [17] : p.387-392 Marconi realizó muchas transmisiones transatlánticas posteriores que establecen claramente su prioridad, pero la comunicación transatlántica confiable no se logró hasta 1907 con transmisores más potentes. [81]
El transmisor acoplado inductivamente tenía una forma de onda de salida más complicada que el transmisor no sintónico, debido a la interacción de los dos circuitos resonantes. Los dos circuitos sintonizados acoplados magnéticamente actuaron como un oscilador acoplado , produciendo ritmos (ver gráficos superiores) . La energía de radiofrecuencia oscilante pasaba rápidamente de un lado a otro entre los circuitos resonantes primario y secundario mientras la chispa continuaba. [84] [79] [85] Cada vez que la energía regresaba al primario, algo se perdía en forma de calor en la chispa. [85] [79] Además, a menos que el acoplamiento fuera muy flojo, las oscilaciones provocaban que el transmisor transmitiera en dos frecuencias separadas. [79] [86] Dado que la estrecha banda de paso del circuito resonante del receptor solo podía sintonizarse en una de estas frecuencias, la potencia irradiada en la otra frecuencia se desperdiciaba.
Este molesto reflujo de energía al circuito primario podría evitarse extinguiendo (apagando) la chispa en el instante adecuado, después de que toda la energía de los condensadores se haya transferido al circuito de la antena. [83] [86] Los inventores probaron varios métodos para lograr esto, como explosiones de aire y la explosión magnética de Elihu Thomson . [79] [86]
En 1906, el físico alemán Max Wien desarrolló un nuevo tipo de vía de chispas , [87] llamada serie o vía apagada . [88] [89] [90] [85] Una separación apagada consistía en una pila de electrodos cilíndricos anchos separados por finos anillos espaciadores aislantes para crear muchas descargas de chispas estrechas en serie, [89] de alrededor de 0,1–0,3 mm (0,004– 0,01 pulgadas). [88] La amplia superficie de los electrodos terminó la ionización en el espacio rápidamente enfriándolo después de que se detuvo la corriente. En el transmisor acoplado inductivamente, los espacios estrechos extinguieron ("apagaron") la chispa en el primer punto nodal ( Q ) cuando la corriente primaria llegó momentáneamente a cero después de que toda la energía se había transferido al devanado secundario (ver gráfico inferior) . [83] Dado que sin la chispa no podría fluir corriente en el circuito primario, esto desacopló efectivamente el circuito secundario del circuito primario, permitiendo que el circuito resonante secundario y la antena oscilen completamente libres del circuito primario después de eso (hasta la siguiente chispa). Esto produjo potencia de salida centrada en una sola frecuencia en lugar de dos frecuencias. También eliminó la mayor parte de la pérdida de energía en la chispa, produciendo ondas largas y ligeramente amortiguadas, con decrementos de sólo 0,08 a 0,25 [91] (un Q de 12-38) y, en consecuencia, una onda muy "pura" y estrecha. señal de radio de ancho de banda. Otra ventaja fue que la rápida extinción permitió reducir el tiempo entre chispas, lo que permitió utilizar velocidades de chispa más altas, de alrededor de 1000 Hz, lo que tenía un tono musical en el receptor que penetraba mejor la estática de la radio. El transmisor de espacio apagado se denominó sistema de "chispa cantante". [91] [88]
El gigante inalámbrico alemán Telefunken Co., rival de Marconi, adquirió los derechos de patente y utilizó la vía de chispas apagada en sus transmisores. [90] [88] [85]
Un segundo tipo de vía de chispas que tuvo un efecto de extinción similar [15] fue la "vía rotativa", inventada por Tesla en 1896 [92] [93] y aplicada a transmisores de radio por Reginald Fessenden y otros. [17] : p.359–362 [79] Consistía en múltiples electrodos igualmente espaciados alrededor de un rotor de disco que hacía girar a alta velocidad por un motor, que creaba chispas al pasar por un electrodo estacionario. [11] [48] Al utilizar la velocidad correcta del motor, los electrodos que se separaban rápidamente extinguieron la chispa después de que la energía se había transferido al secundario. [15] [11] [17] : p.359–362 [79] La rueda giratoria también mantuvo los electrodos más fríos, algo importante en los transmisores de alta potencia.
Había dos tipos de transmisores de chispa giratorios: [15] [17] : p.359–362 [11] [79] [81]
Para reducir la interferencia causada por las señales "ruidosas" del creciente número de transmisores de chispa, la "Ley para regular las comunicaciones por radio" del Congreso de los Estados Unidos de 1912 exigía que " la disminución logarítmica por oscilación en los trenes de ondas emitidos por el transmisor no excederá las dos décimas". " [48] [11] [94] (esto equivale a un factor Q de 15 o mayor). Prácticamente los únicos transmisores de chispa que podían satisfacer esta condición eran los tipos de chispa apagada y de separación rotativa mencionados anteriormente, [48] y dominaron la telegrafía inalámbrica durante el resto de la era de la chispa.
En 1912, en sus centrales de alta potencia, Marconi desarrolló un refinamiento del descargador giratorio llamado sistema de "chispa temporizada", que generaba lo que probablemente era lo más cercano a una onda continua que las chispas podían producir. [95] [96] [17] : p.399 Utilizó varios circuitos resonantes idénticos en paralelo, con los condensadores cargados mediante una dinamo de CC . [97] Estos se descargaron secuencialmente mediante múltiples ruedas de descarga giratorias en el mismo eje para crear ondas amortiguadas superpuestas desplazadas progresivamente en el tiempo, que se sumaron en el transformador de oscilación para que la salida fuera una superposición de ondas amortiguadas. La velocidad de la rueda descargadora se controló de modo que el tiempo entre chispas fuera igual a un múltiplo entero del período de la onda. Por tanto, las oscilaciones de los sucesivos trenes de ondas estaban en fase y se reforzaban entre sí. El resultado fue esencialmente una onda sinusoidal continua, cuya amplitud variaba con una ondulación a la velocidad de la chispa. Este sistema era necesario para dar a las estaciones transoceánicas de Marconi un ancho de banda lo suficientemente estrecho como para no interferir con otros transmisores en la estrecha banda VLF . Los transmisores de chispa temporizados lograron el rango de transmisión más largo de todos los transmisores de chispa, pero estos gigantes representaron el fin de la tecnología de chispa. [17] : p.399
La primera aplicación de la radio fue en los barcos, para mantenerse en contacto con la costa y enviar una llamada de socorro si el barco se estaba hundiendo. [100] La Compañía Marconi construyó una serie de estaciones costeras y en 1904 estableció la primera llamada de socorro en código Morse, las letras CQD , utilizadas hasta la Segunda Convención Radiotelegráfica Internacional en 1906 en la que se acordó SOS . El primer rescate marítimo importante gracias a la radiotelegrafía fue el hundimiento del transatlántico de lujo RMS Republic el 23 de enero de 1909 , en el que se salvaron 1.500 personas.
Los transmisores de chispas y los receptores de cristal utilizados para recibirlos eran lo suficientemente simples como para que los construyeran aficionados. [15] Durante las primeras décadas del siglo XX, este nuevo y apasionante pasatiempo de alta tecnología atrajo a una creciente comunidad de " radioaficionados ", muchos de ellos adolescentes, que utilizaban sus aparatos caseros de forma recreativa para ponerse en contacto con aficionados distantes y charlar con ellos en código Morse. y retransmitir mensajes. [102] [103] Los transmisores de aficionados de baja potencia ("cajas chirriantes") a menudo se construían con bobinas de encendido " tembloras " de los primeros automóviles como el Ford Modelo T. [102] En los EE. UU. antes de 1912 no existía ninguna regulación gubernamental de la radio, y prevalecía una atmósfera caótica del "salvaje oeste", con estaciones transmitiendo sin tener en cuenta otras estaciones en su frecuencia e interfiriendo deliberadamente entre sí. [103] [104] [105] El creciente número de transmisores de chispas de banda ancha no sintónicos creó una congestión incontrolada en las ondas de radio, interfiriendo con las estaciones inalámbricas comerciales y militares. [105]
El hundimiento del RMS Titanic el 14 de abril de 1912 aumentó el aprecio público por el papel de la radio, pero la pérdida de vidas llamó la atención sobre el estado desorganizado de la nueva industria de la radio, [106] e impulsó una regulación que corrigió algunos abusos. [103] Aunque las llamadas de socorro CQD del operador de radio del Titanic convocaron al RMS Carpathia que rescató a 705 supervivientes, la operación de rescate se retrasó cuatro horas porque el barco más cercano, el SS Californian , a sólo unas pocas millas de distancia, no escuchó la llamada del Titanic . cuando su operador de radio se había acostado. Este fue considerado responsable de la mayoría de las 1.500 muertes. Las regulaciones internacionales existentes exigían que todos los barcos con más de 50 pasajeros llevaran equipo inalámbrico, pero después del desastre, las regulaciones posteriores obligaron a los barcos a tener suficientes oficiales de radio para poder mantener una vigilancia por radio las 24 horas del día. El presidente estadounidense Taft y el público escucharon informes de caos en el aire la noche del desastre, con estaciones de radioaficionados interfiriendo con los mensajes navales oficiales y transmitiendo información falsa. [106] [107] En la Ley de Radio de EE. UU. de 1912, se requerían licencias para todos los transmisores de radio, la amortiguación máxima de los transmisores se limitaba a una disminución de 0,2 para sacar del aire los viejos transmisores ruidosos no sintónicos, y los aficionados estaban restringidos principalmente a las frecuencias no utilizadas por encima de 1,5 MHz y la potencia de salida de 1 kilovatio. [94] [105] [15]
Los transmisores de chispas más grandes eran potentes estaciones de radiotelegrafía transoceánicas con una potencia de entrada de 100 a 300 kW. [108] [109] A partir de 1910, los países industrializados construyeron redes globales de estas estaciones para intercambiar tráfico de telegramas comerciales y diplomáticos con otros países y comunicarse con sus colonias de ultramar. [110] [111] [112] Durante la Primera Guerra Mundial , la radio se convirtió en una tecnología defensiva estratégica, ya que se dio cuenta de que una nación sin estaciones de radiotelegrafía de larga distancia podría quedar aislada si un enemigo cortaba sus cables telegráficos submarinos . [111] La mayoría de estas redes fueron construidas por las dos corporaciones inalámbricas gigantes de la época: la británica Marconi Company , que construyó la Imperial Wireless Chain para unir las posesiones del Imperio Británico , y la alemana Telefunken Co., que era dominante fuera del Imperio Británico. Imperio Británico. [110] Los transmisores Marconi utilizaron el descargador giratorio de chispa temporizado, mientras que los transmisores Telefunken utilizaron su tecnología de vía de chispa apagada. Se utilizaron máquinas de cinta de papel para transmitir texto en código Morse a alta velocidad. Para lograr un alcance máximo de alrededor de 3000 a 6000 millas, las estaciones transoceánicas transmitían principalmente en la banda de muy baja frecuencia (VLF), desde 50 kHz hasta tan solo 15-20 kHz. En estas longitudes de onda, incluso las antenas más grandes eran eléctricamente cortas , una pequeña fracción de una longitud de onda, y por lo tanto tenían una baja resistencia a la radiación (a menudo por debajo de 1 ohmio), por lo que estos transmisores requerían enormes antenas de alambre y antenas planas de hasta varios kilómetros de largo con grandes capacidades capacitivas. cargas superiores, para lograr una eficiencia adecuada. La antena requería una gran bobina de carga en la base, de 6 a 10 pies de altura, para que resonara con el transmisor.
Aunque su amortiguación se había reducido al máximo, los transmisores de chispa todavía producían ondas amortiguadas que, debido a su gran ancho de banda, provocaban interferencias entre los transmisores. [4] [36] : p.72-79 La chispa también hacía un ruido muy fuerte al funcionar, producía gas ozono corrosivo , erosionaba los electrodos de la chispa y podía suponer un riesgo de incendio. [15] A pesar de sus inconvenientes, la mayoría de los expertos en tecnología inalámbrica creían, junto con Marconi, que el impulsivo "latigazo" de una chispa era necesario para producir ondas de radio que comunicarían largas distancias. [17] : p.374 [27] : p.78
Desde el principio, los físicos sabían que otro tipo de forma de onda, las ondas sinusoidales continuas (CW), tenían ventajas teóricas sobre las ondas amortiguadas para la transmisión de radio. [113] [10] : p.4–7, 32–33 Debido a que su energía se concentra esencialmente en una sola frecuencia, además de no causar casi ninguna interferencia a otros transmisores en frecuencias adyacentes, los transmisores de onda continua podrían transmitir distancias más largas con una potencia de salida dada. [36] : p.72-79 También podrían modularse con una señal de audio para transportar sonido. [36] : p.72-79 El problema era que no se conocían técnicas para generarlos. Los esfuerzos descritos anteriormente para reducir la amortiguación de los transmisores de chispa pueden verse como intentos de acercar su salida al ideal de una onda continua, pero los transmisores de chispa no pudieron producir ondas continuas verdaderas. [10] : páginas 4–7, 32–33
Aproximadamente a partir de 1904, se desarrollaron transmisores de onda continua utilizando nuevos principios que competían con los transmisores de chispa. Las ondas continuas fueron generadas por primera vez por dos tecnologías de corta duración: [36] : p.72-79
Estos transmisores, que podían producir potencias de hasta un megavatio , sustituyeron lentamente al transmisor de chispa en las estaciones de radiotelegrafía de alta potencia. Sin embargo, los transmisores de chispa siguieron siendo populares en las estaciones de comunicación bidireccional porque la mayoría de los transmisores de onda continua no eran capaces de funcionar en un modo llamado operación de "entrada" o "escucha". Con un transmisor de chispa, cuando la tecla del telégrafo estaba entre los símbolos Morse, la onda portadora se apagaba y el receptor se encendía, para que el operador pudiera escuchar un mensaje entrante. Esto permitió que la estación receptora, o una tercera estación, interrumpiera o "interrumpiera" una transmisión en curso. Por el contrario, estos primeros transmisores de CW tenían que funcionar continuamente; la onda portadora no se apagaba entre símbolos, palabras u oraciones del código Morse, sino que simplemente se desafinaba, por lo que un receptor local no podía funcionar mientras el transmisor estuviera encendido. Por lo tanto, estas estaciones no podían recibir mensajes hasta que se apagara el transmisor.
Todas estas primeras tecnologías fueron reemplazadas por el oscilador electrónico de retroalimentación de tubo de vacío , inventado en 1912 por Edwin Armstrong y Alexander Meissner , que utilizaba el tubo de vacío triodo inventado en 1906 por Lee de Forest . [1] Los osciladores de válvulas de vacío eran una fuente mucho más barata de ondas continuas y podían modularse fácilmente para transportar sonido. Debido al desarrollo de los primeros tubos transmisores de alta potencia al final de la Primera Guerra Mundial, en la década de 1920 los transmisores de tubo reemplazaron a los transmisores del convertidor de arco y del alternador, así como a los últimos y ruidosos transmisores de chispa.
La Convención Internacional Radiotelegráfica de 1927 en Washington, DC vio una batalla política para eliminar finalmente la radio chispa. [6] Los transmisores de chispas estaban obsoletos desde hacía mucho tiempo en este momento, y las audiencias de radiodifusión y las autoridades de aviación se quejaban de la interrupción en la recepción de radio que estaban causando los ruidosos transmisores de chispas marinos heredados. Pero los intereses navieros lucharon enérgicamente contra una prohibición general de las olas amortiguadas, debido al gasto de capital que se requeriría para reemplazar los antiguos equipos de chispas que todavía se usaban en barcos más antiguos. El Convenio prohibió la concesión de licencias para nuevos transmisores de chispas terrestres después de 1929. [114] La emisión de radio de onda amortiguada, denominada Clase B, fue prohibida después de 1934, excepto para uso de emergencia en barcos. [5] [114] Esta laguna jurídica permitió a los propietarios de buques evitar el reemplazo de los transmisores de chispa, que se mantuvieron como transmisores de respaldo de emergencia en los barcos durante la Segunda Guerra Mundial.
Un legado de los transmisores de chispas es que los operadores de radio recibían regularmente el apodo de "Sparky" mucho después de que los dispositivos dejaran de utilizarse. Incluso hoy en día, el verbo alemán funken , literalmente "encender", también significa "enviar un mensaje de radio".
El oscilador de chispa también se utilizó en aplicaciones no relacionadas con la radio, y continuó mucho después de que se volviera obsoleto en la radio. En forma de bobina de Tesla y de Oudin se utilizó hasta los años 40 en el campo médico de la diatermia para el calentamiento corporal profundo. [115] [116] Se aplicaron altos voltajes oscilantes de cientos de miles de voltios a frecuencias de 0,1 a 1 MHz desde una bobina de Tesla directamente al cuerpo del paciente. El tratamiento no fue doloroso porque las corrientes en el rango de radiofrecuencia no provocan la reacción fisiológica de una descarga eléctrica . En 1926, William T. Bovie descubrió que las corrientes de RF aplicadas a un bisturí podían cortar y cauterizar tejido en operaciones médicas, y los osciladores de chispa se utilizaban como generadores de electrocirugía o "Bovies" hasta la década de 1980. [117]
En la década de 1950, una empresa de juguetes japonesa, Matsudaya, produjo una línea de camiones, barcos y robots de juguete con control remoto baratos llamada Radicon, que utilizaba un transmisor de chispa de baja potencia en el controlador como una forma económica de producir señales de control de radio. [118] [119] Las señales fueron recibidas en el juguete por un receptor más coherente .
Los osciladores de descarga de chispas todavía se utilizan para generar el alto voltaje de alta frecuencia necesario para iniciar arcos de soldadura en la soldadura por arco de tungsteno con gas . [120] Todavía se utilizan potentes generadores de impulsos de descarga de chispas para simular EMP .
Heinrich Hertz.Traducido al inglés por DE Jones.
señalización selectiva.
señalización selectiva.
{{cite book}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )...el elemento de mantenimiento número uno en una máquina TIG es limpiar y ajustar la distancia entre chispas.
