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 utilizaba 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 podía generar ondas sinusoidales continuas , fue una de las primeras tecnologías utilizadas para transmitir sonido ( modulación de amplitud ) por radio. Está en la lista de hitos del 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 cantante" probablemente se limitaba a las frecuencias de audio. [4] La Oficina de Normas atribuye a William Duddell el circuito resonante derivado alrededor de 1900. [5]
El ingeniero inglés William Duddell descubrió cómo hacer un circuito resonante utilizando 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 consiguió elevar la eficacia y la frecuencia al nivel deseado. El arco de Poulsen podía generar frecuencias de hasta 200 kilohertz y fue patentado en 1903.
Después de varios años de desarrollo, la tecnología de arco fue transferida en 1906 a Alemania y Gran Bretaña por Poulsen, su colaborador Peder Oluf Pedersen y sus patrocinadores financieros. En 1909, las patentes americanas, así como algunos convertidores de arco, fueron comprados por Cyril Frank Elwell . 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 de Poulsen, mientras que en Estados Unidos pronto se estableció un sistema de radiotelegrafía comercial extendido con la Federal Telegraph Company . Más tarde, la Marina de 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 sistemas de tubo de vacío .
En 1922, la Oficina de Normas afirmó que "el arco es el aparato de transmisión más utilizado para trabajos de alta potencia y larga distancia. Se calcula que en la actualidad el arco es responsable del 80 por ciento de toda la energía realmente irradiada al espacio para fines de radio durante un tiempo determinado, sin tener en cuenta a las estaciones de aficionados". [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 que se utilizaban en ese momento producían ondas amortiguadas que desperdiciaban una gran parte de su potencia radiada al transmitir armónicos fuertes en múltiples frecuencias que llenaban el espectro de RF con interferencias. El convertidor de arco de Poulsen producía ondas continuas (CW) o no amortiguadas 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 resultó en una menor eficiencia del transmisor y efectividad de las comunicaciones, al tiempo que contaminaban el espectro de RF con interferencias.
El convertidor de arco Poulsen tenía un circuito sintonizado conectado a través del arco. El convertidor de arco consistía en una cámara en la que el arco ardía en gas hidrógeno entre un cátodo de carbono y un ánodo de cobre enfriado 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 proyectaban hacia la cámara, uno a cada lado del arco para proporcionar un campo magnético .
El mayor éxito se obtuvo cuando se operó 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 .
Como el arco tardaba un tiempo en encenderse y funcionar de manera estable, no se podía utilizar la manipulación normal de encendido y apagado . En su lugar, se empleaba una forma de manipulación por desplazamiento de frecuencia . [8] En este método de onda de compensación , el arco funcionaba de forma continua y la manipulación modificaba la frecuencia del arco entre un uno y un cinco por ciento. La señal en la frecuencia no deseada se denominaba onda de compensación . En los transmisores de arco de hasta 70 kW, la manipulación normalmente cortocircuitaba algunas vueltas en la bobina de la antena. [9] Para arcos más grandes, la salida del arco se acoplaba mediante un transformador al inductor de la antena y la manipulación cortocircuitaba algunas vueltas inferiores del secundario conectado a tierra. [10] Por lo tanto, la "marca" (mando cerrado) se enviaba a una frecuencia y el "espacio" (mando abierto) a otra frecuencia. Si estas frecuencias estaban lo suficientemente separadas y el receptor de la estación receptora tenía la selectividad adecuada , la estación receptora oiría CW estándar cuando se sintonizara con la frecuencia de "marca".
El método de onda de compensación utilizaba un gran ancho de banda espectral. No solo transmitía en las dos frecuencias previstas, sino también los armónicos de esas frecuencias. Los convertidores de arco son ricos en armónicos. En algún momento alrededor de 1921, la Conferencia Preliminar Internacional de Comunicaciones [11] prohibió el método de onda de compensación porque causaba demasiada interferencia. [4]
La necesidad de la emisión de señales a dos frecuencias diferentes fue eliminada por el desarrollo de métodos uniwave . [12] En un método uniwave, llamado método de ignición , la manipulación iniciaría y detendría el arco. La cámara de arco tendría una varilla de encendido que cortocircuitaría los dos electrodos a través de una resistencia y extinguiría el arco. La manipulación energizaría un electroimán que movería el encendido y encendería nuevamente el arco. Para que este método funcionara, 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 implica dos circuitos sintonizados y una llave unipolar de doble tiro , de conexión antes de la ruptura. Cuando la llave está hacia abajo, el arco está conectado a la bobina de antena sintonizada y a la antena. Cuando la llave está hacia arriba, el arco está conectado a una antena ficticia sintonizada llamada shunt inverso . El shunt inverso 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. Se trata de conmutar 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 de llave de telégrafo que operaban un relé. Ese relé utilizaba cuatro conjuntos de contactos de conmutación en serie para cada una de las dos rutas (una a la antena y otra a la derivación trasera). Cada contacto de relé estaba puenteado por una resistencia. En consecuencia, el interruptor nunca estaba completamente abierto, pero había mucha atenuación. [15]
No existe en la actualidad una teoría realmente satisfactoria del funcionamiento del arco de Poulsen, siendo una teoría satisfactoria aquella que permita el cálculo de los resultados, proporcionándose los datos necesarios.