Валдемар Поулсен (Valdemar Poulsen) и второто поколение високи технологии в безжичните комуникации през 20-те години на 20 век

Четвърта част на "За няколко интересни учени и изобретатели в областта на безжичните комуникации"

(Откъси)

        Има много спекулации по въпроса кой е първият учен и изобретател, предложил „втората генерация” безжични комуникации, както бихме се изразили сега.   Общоприетото мнение е, че дъговите предаватели, които навлизат масово в края на първото десетилетие на 20 век и се ползват в следващите 15-20 години[i], са дело на Валдемар Поулсен. Това е същият изобретател, който създава и първия магнетофон, т.е. магнитния запис, наричан по него време „телеграфон”.  И записания през 1900 г. с този магнетефон глас на австрийския император Франц Йозеф е най-старият магнитен запис, оцелял до днес. И все пак основното дело на Поулсен, делото на живота му, са радиопредавателите (безжичните предаватели). Това са радиопредавателите, които наистина правят възможно общественото радиопредаване – за новини, музика, говор, забавления. И същевременно повишават неимоверно много качествата на професионалните безжични комуникации. И отново –   най-важни са морските професионални комуникации - все пак радиото е създадено за нуждите на корабоплаването и морския транспорт и след това се разпространява като технология, но също така се обръща основно внимание на използването на този вид технология в индустрията на наземните комерсиални безжични телеграфни системи за обмен на телеграми.

        Дъговият предавател използва електрическа дъга, паралелно на която е свързан трептящ кръг. Пръв подобно приложение показва американецът Дудл, но той не е правил опити, или поне успешни опити, за генериране на високочестотно напрежение (сигнал, който се изменя много хиляди или милиони пъти в секунда и е подходящ за предаване/излъчване/приемане като радиовълна – б.м., Безжичен) .  Поради силно нелинейната характеристика  на дъгата с участъци на отрицателно съпротивление, е възможно да се генерират непрекъснати трептения (положителното съпротивление означава, че се консумира енергия от източника на електрическа енергия и тя се преобразува в краен сигнал, например звук, или топлина при загуби. А отрицателното - че като се ползва енергия за сметка на захранващия източник, например акумулатор, се генерират незатихващи трептения – б.м.,  Безжичен) .          

         А това е била  целта, тъй като през 1900-1902 г. вече е ясно, че затихващите трептения не са достатъчно подходящи за усъвършенствани безжични комуникации. 

        При  добра настройка на трептящия кръг в дъговия предавател може да се получи непрекъснато високочестотно напрежение. Казано по този начин звучи добре, но в действителност е имало много подводни камъни, които са изисквали твърде солидни усилия и финансови средства, за да се достигне до радиопредаватели за промишлено приложение.

          Най-напред и тук е стоял въпросът за това, че добрият генератор не може да излъчва добре. Това означава, че е трябвало да се търсят средства за отделяне на генератора от излъчващата верига, също както при искровите предаватели, пък и при всички останали.

        Още по-важно е как наистина да се получи високочестотно напрежение – съвсем  не тривиална задача, както ще се види по-долу. И след получаване на това напрежение, как да се повиши мощността на предавателя – може би най-трудната задача, впрочем както е винаги при радиопредавателите. Стоял е и въпросът за радиоприемниците, основно за телеграфия (морз)  – всъщност за  детектиращия инструмент. Поулсен и неговият помощник и колега Педерсън изследват и прилагат различни решения на подобни детектиращи инструменти, някои от които носят името „тикер”. Това устройство е много остроумно и ще го разгледаме малко по-долу. Налага се да се ползва, защото при работа с морзов ключ на телеграфия с незатихващи трептения няма никакъв сигнал с ниска честота (трептение, което се долaвя от нашия слух – б.м. – Безжичен ) -  както е при затихващите трептения на искровите предаватели, който би могъл да се долови от човешкото ухо в приемната страна.

         Има една  известна схема, използвана и начертана от самия Поулсен за изясняване на неговите експерименти с  дъгови предаватели с незатихващи трептения.  Тук ще я пропуснем, но тя показва какво е точно дъгов разряд, който може да е източник на незатихващи трептения. Явлението е открито дълго преди да бъде подробно изследвано – най-напред от споменатия Дудл (Duddell), а след това – основно   от Поулсен. Дудл изяснява условията за получаване на трептения при дъгов разряд – наличие на спадане във волт-амперната характеристика  или, което е същото, наличие на отрицателно съпротивление; много по-голям импеданс (това е общото съпротивление, оказвано на тока в една електрическа верига – б.м., Безжичен) на постоянно-токовата захранваща верига в сравнение с импеданса на кръга, за да не се шунтира (за да не се получи късо съединение – б.м., Безжичен) последният.  Но Дудл постига само т.н. „музикална дъга”. С други думи успява да получи генерации само на много ниски честоти, които са в обхвата на човешкия слух, т.е звукови вълни.

        Разбира се, трептението е електрическо, но се чува защото предизвиква много бързо топлинно движение на околните частици от газове, а те при движението си в синхрон с трептението предизвикват и съпътстващи звукови вълни. Или поне така са обяснявали явлението по онова време, което е напълно основателно. По-важно е, че така могат да се получат само нискочестотни трептения. Общо-взето процесът е следният: При запалена дъга се включва кондензаторът на  кръга. Тогава токът моментално потича за зареждане към разредения кондензатор. Това намалява рязко тока на дъгата, увеличава напрежението (волтажа) между електродите на дъгата и разрешава допълнително да продължи зарядът на кондензатора, тъй като дъгата в този момент е с високо съпротивление и не разрежда кондензатора. Когато кондензаторът се зареди, напрежението между електродите пада. Това предизвиква разряд на кондензатора през дъгата. След този разряд цикълът се повтаря. Индуктивността не разрешава почти моменталното зареждане и  така се образува една трептяща верига със своя времеконстанта (време, през което се променят трептенията– б.м., Безжичен), собствена честота и честота на основното трептениe.

          Поулсен открива, че ако дъгата е в атмосфера на спирт, е възможно да се повиши  честотата на трептенията, но още по-добър е този ефект при водородна атмосфера. Затова предавателите   са правени чрез поставяне на електродите – положителен  от мед, охлаждан с вода и отрицателен – въгленов, бавно въртящ се, във водородна или смесена водородно-алокохолна среда. Цялата конструкция се поставя в специална камера. Там се създават описаните условия. Въртенето на отрицателния въгленов електрод се налага, за да не се отлагат изгорели частички върху електрода, които биха попречили на дъгата. Допълнителното въздействие на мощно магнитно поле оказва даже по-силно въздействие и допринася за многократно повишаване на честотата – това е едно от най-важните явления, наблюдавани от Поулсен и приложени съвсем практично от него за получаване на системи за големи мощности при високи честоти .

          При описаните методи е възможно да се получи голяма мощност на генератора- този въпрос вече сме го разглеждали по-напред в книгата.  Всички тези процеси са наблюдавани и демонстрирани с горната схема от Поулсен. Той получава много патенти за изобретения в областта на усъвършенстване точно на тази схема. Извежда я до един от най-успешните човешки проекти по това време. Всъщност – тогавашната  най-висока технология. В 10-20 години на 20 век. Това се отнася особено до морските комуникации. Но и на сушата има голямо количество такива успешни станции. 

         Трябва да се отбележи, че веднъж получена определена мощност с предаватели на горния принцип, съвсем не е тривиална задача тя да се повиши. Основното е да се получи по-стръмна характеристика  - много  трудно след един момент. И въпреки това, именно с дъгови предаватели са получени най-напред стотици киловати радиочестотна мощност и то в телефонен режим на работа. Там тази технология е имала много предимства пред останалите, например на електромашинните генератори, тъй като постига по-добри ефекти с по-лесни за изработка, по-малко опасни и по-елегантни средства. Тя е много по-безшумна и от ужасно „гърмящите”  искрови предаватели, и от огромните машинни електрогенератори, въртящи се понякога ъглова скорост до 20000 s^-1 (оборота) и също вдигащи невъобразим шум. Точно затова дъговите предаватели са доминиращи много години, докато бъдат изместени от ламповите.

            Детекцията на полезния сигнал в този вид приемник  се реализира с устройство, наричано  „тикер” (ticker). Най-важното за него е, че този тип детектор е подходящ за демодулация при  модулираните незатихващи трептения, нещо което не е възможно със старите „детектори”, като например кохерера. И така имаме важното устройство, даващо възможност да работят радиоприемниците при тази съвсем нова тогава технология.

            Това, което е интересно е, че докато у нас  и в други европейски страни между 1908 – 1920 г. все още искровият предавател е бил в своя апогей и е изграждан в много случаи доста неуспешно, в сравнение с това, което са обявявали например от компанията на Маркони (у нас има доста отрицателен опит), то в напредналите твърде много в технологично отношение САЩ  още през 1912 г. са работили предаватели по патенти  на Поулсен.

            Валдемар Поулсен е един от най-продуктивните инженери и изобретатели в началото на 20 век. Същевременно е човек с изключителен нюх за индустриалното приложение на изобретеното от него. И е непреклонен при опити да се ползват неговите изобретения, без той да е адекватно финансово обезщетен. Това му е спечелило немалко врагове. Бил е кит сред индустриалните акули. Готов безкомпромисно да обяви война, да  къса безжалостно "месо" от тези акули, ако се опитват да се възползват от неговите разработки, без да му платят наистина много - колкото той иска. Ненавиждал думата "предприемач", освен ако зад нея и спечелването на много пари не стоят собствените разработки, реални ползи, изобретения, собствен гений и труд. Неотстъпчив, безкомпромисен, непреклонен, нетактичен, без какъвто и да респект към "авторитети" и силни на деня, гениален и отстояващ докрай своите позиции, в които никога не се съмнява! Но точно това е бил и е правилният начин за действие и тогава, и сега. И точно такива трябва да бъдат тези хора, които допринасят, независимо дали в огромни мащаби, или в своята ограничена, но винаги важна общност – иначе и хиените няма да има откъде да се хранят... Защото много изобретатели живеят бедно, а от техния изключителен ум, сръчност и иновативност се облагодетелстват  други. И особено в сегашния момент, и в България, и не само тук, а и в света, е така. В това отношение  Поулсен е също гениален – в своята тотална безкомпромисност! Може да съм един срещу целия свят – но щом съм успял честно, значи аз съм правият – не го е казвал, но го е правил...

            Валдемар Поулсен е роден на 23 ноември, 1869 г. в Копенхаген. Създава първия апарат с практическо значение за магнитен запис върху метален проводник и се явява родоначалник на магнитния запис, който доскоро използвахме в магнетофоните и касетофоните, а и в момента използваме повсеместно в твърдите дискове и в лентовите библиотеки.

            Разработва и разгледаните по-горе дъгови радиопредаватели, като реално първи създава възможности за работа на големи мощности на телефония и телеграфия преди въвеждане на ламповите предаватели. Той не завършва никога университетското си образование, но поради заслугите си на изобретател с технически решения, полезни за целия цивилизован свят, е провъзгласен за доктор хонорис кауза на Университета в Лайпциг - един изключително престижен и водещ университет по него време, награден е от Кралското научно дружество на Дания със златен медал, има награди от датската академия на науките, датската академия на техническите науки и други. Честван е наравно с  Нансен и Амундсен, и е с не по-малки заслуги от техните пред човечеството, като получава също като тях медал за заслуги от датското правителство. Умира на 23 юли, 1942 г., на 73 г., оставил голямо и важно наследство на света. От принципите на което и сега все още се възползваме...

Ако е интересно, ще последва продължение... :) !

(c) Bezzhichen (Безжичен), 2005 - 2011

[i] Авторът е чувал разкази  от стари радисти на български кораби, че такива предаватели е имало (като резервни  за международната  честота  за бедствие на морзова телеграфия 500 kHz (600 m) на някои от корабите ни след Втората световна война. Тъй като целият български флот е бил или потопен, или конфискуван и от германци, и от руснаци, във втората половина на 40-те години България закупува няколко кораба на старо и вероятно на някои от тях е имало подобни предаватели, останали от времето на постройката на  кораба.

а  кораба.