El convertidor de arco , a veces llamado transmisor de arco , o arco de Poulsen en honor al ingeniero danés Valdemar Poulsen que lo inventó en 1903, [1] [2] era una variedad de transmisor de chispa utilizado en los primeros tiempos de la telegrafía inalámbrica . 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 IEEE Milestones como logro histórico en ingeniería eléctrica . [3]
Elihu Thomson descubrió que un arco de carbono desviado con un circuito sintonizado en serie "cantaría". Este "arco de canto" probablemente se limitó a las frecuencias de audio. [4] La Oficina de Normas atribuye a William Duddell el circuito resonante en derivación alrededor de 1900. [5]
El ingeniero inglés William Duddell descubrió cómo hacer un circuito resonante utilizando una lámpara de arco de carbono . 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 Estados Unidos pronto se estableció un sistema radiotelegráfico comercial ampliado con la Federal Telegraph Company . Posteriormente, la Marina de los Estados Unidos también adoptó el sistema Poulsen. Sólo 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 transmisor más utilizado para trabajos de alta potencia y largas distancias. Se estima que el arco es actualmente responsable del 80 por ciento de toda la energía realmente irradiada al espacio". para fines radiofónicos durante un tiempo determinado, dejando fuera de consideración a las estaciones de aficionados". [6]
Este método nuevo y 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 transmitiendo fuertes armónicos en múltiples frecuencias que llenaban el espectro de RF con interferencias. El convertidor de arco de Poulsen produjo 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) eran una característica importante, ya que el uso de ondas amortiguadas de transmisores de chispas daba como resultado una menor eficiencia del transmisor y efectividad de las comunicaciones, al tiempo que contaminaba el espectro de RF con interferencias.
El convertidor de arco 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 proyectaban dentro de la cámara, uno a cada lado del arco para proporcionar un campo magnético .
Tuvo más éxito 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 .
Dado que el arco tardó algún tiempo en iniciarse y funcionar de forma estable, no se pudo utilizar la activación y desactivación normal. En lugar de ello, se empleó una forma de manipulación por desplazamiento de frecuencia . [8] En este método de onda de compensación , el arco funcionaba continuamente y la tecla alteraba la frecuencia del arco entre un uno y un 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 sería un transformador acoplado al inductor de la antena, y la llave cortocircuitaría algunas vueltas inferiores del secundario conectado a tierra. [10] Por lo tanto, la "marca" (tecla cerrada) se envió en una frecuencia, y el "espacio" (tecla abierta) en 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 sintonizara la frecuencia "marcada".
El método de la onda de compensación utilizó una gran cantidad de ancho de banda espectral. No sólo 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 ondas de compensación porque causaba demasiadas interferencias. [4]
La necesidad de emitir señales en dos frecuencias diferentes fue eliminada mediante el desarrollo de métodos uniondas . [12] En un método uniwave, llamado método de encendido , la manipulación iniciaría y detendría el arco. La cámara de arco tendría una varilla percutora que cortocircuitaba los dos electrodos a través de una resistencia y extinguía el arco. La llave energizaría un electroimán que movería al delantero y reencendería el arco. Para que este método funcionara, la cámara de arco tenía que estar caliente. El método era viable 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 tecla unipolar, de doble tiro y de apertura antes de desconectar. Cuando la tecla está presionada, el arco se conecta a la bobina de antena sintonizada y a la antena. Cuando la tecla está hacia arriba, el arco se conecta a una antena ficticia 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 funcionando 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 importante. 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 accionados por la llave del telégrafo que operaban un relé. Ese relé utilizó cuatro conjuntos de contactos de interruptor en serie para cada una de las dos rutas (uno a la antena y otro a la derivación trasera). Cada contacto de relé estaba puenteado por una resistencia. En consecuencia, el interruptor nunca estuvo completamente abierto, pero hubo mucha atenuación. [15]
No existe en la actualidad una teoría realmente satisfactoria sobre el funcionamiento del arco de Poulsen. presente, siendo una teoría satisfactoria aquella que permitirá el cálculo de los resultados, una vez proporcionados los datos necesarios.