فرستنده جرقه شکاف

مقدمه
فرستنده جرقه شکاف دستگاهی است که امواج الکترومغناطیسی فرکانس رادیویی را با استفاده از شکاف جرقه تولید می‌کند.
فرستنده‌های شکاف جرقه نخستین دستگاه‌هایی بودند که برای نشان دادن انتقال رادیوی عملی، و تکنولوژی استاندارد برای سه دهه اول رادیو (1916-1887) بودند. بعدها، فرستنده‌های کارآمد‌تر بر اساس ماشین‌های دوار مانند بلندرهای سریع الکساندرسون و ژنراتورهای خازنی Poulsen ساخته شدند. 1.
با این حال اکثر اپراتورها، به دلیل طراحی نامحدودشان، ترجیح دادند فرستنده‌های جرقه را ترجیح می‌دادند و چون موجک حامل (حامل) هنگامی که کلید تلگراف منتشر شد متوقف شد و اجازه داد که اپراتور "از طریق" برای پاسخ پاسخ دهد. با انواع دیگر فرستنده، حامل را نمی‌توان به راحتی کنترل کرد، و آن‌ها نیاز به اقدامات دقیق برای مدولاسیون حامل و برای جلوگیری از نشت فرستنده از حساس کردن گیرنده.
پس از جنگ جهانی اول، فرستنده‌های بسیار بهبود یافته بر اساس لوله‌های خلاء در دسترس قرار گرفتند که این مشکلات را برطرف می‌کردند و در اواخر دهه 1920 تنها فرستنده‌های جرقه هنوز در عملیات منظم نصب می‌شدند. حتی زمانی که فرستنده‌های بر اساس لوله خلاء نصب شده بودند، بسیاری از کشتی‌ها فرستنده‌های جرقه‌ای خام، اما قابل اعتماد خود را به عنوان پشتیبان اضطراری نگه داشتند. با این حال، تا سال 1940، این فناوری دیگر برای ارتباطات استفاده نشد. استفاده از فرستنده جرقه شکاف منجر به بسیاری از اپراتورهای رادیویی شد که به نام "Sparks" نامیده می‌شدند، مدت‌ها پس از اینکه استفاده از فرستنده‌های جرقه‌ای متوقف شد. حتی امروز، فعل آلمانی، به معنای واقعی کلمه "جرقه" نیز به معنی "ارسال یک پیام رادیویی یا سیگنال" است.
تاریخچه
اثرات جرقه‌هایی که ناشی از "اقدام در فاصله" ناشی از توضیحاتی نظیر ایجاد جرقه در دستگاه‌های اطراف آن بود، توسط دانشمندان و آزمایشکنندگان به خوبی قبل از اختراع رادیو متوجه شد. آزمایش‌های گسترده توسط جوزف هنری (1842)، توماس ادیسون (1875) و دیوید ادوارد هیوز (1878) انجام شد. 2 3 4 با هیچ تئوری دیگری برای توضیح پدیده، آن را معمولا به عنوان القای الکترومغناطیسی نوشته شده‌است.
هینریش هرتز، فیزیکدان در سال 1886، بعد از اینکه متوجه جرقه ناشی از ناخوشایند در یک مارپیچ رئیس شد، این پدیده را به اثبات رساند تا پیش بینی‌های جیمز کلرک ماکسول درباره الکترومغناطیس را تایید کند. هرتز یک فرستنده جرقه‌ای تنظیم شده و یک آشکارساز فاصله‌ی جرقه‌ای تنظیم شده (شامل یک حلقه‌ی سیم متصل به شکاف جرقه‌ای کوچک) که چند متر از منبع قرار دارد. در یک سری از آزمایشات، هرتز تایید کرد که امواج الکترومغناطیسی توسط فرستنده تولید می‌شوند: هنگامی که فرستنده جرقه زد، جرقه‌های کوچک نیز در فاصله جرقه‌ی گیرنده دیده می‌شود که می‌تواند تحت یک میکروسکوپ دیده شود.
بسیاری از آزمایش کنندگان از ایجاد فاصله جرقه برای بررسی بیشتر پدیده موج "Hertzian" (رادیو) جدید، از جمله Oliver Lodge و دیگر محققان "ماکسولین" استفاده کردند. مهندس آمریکایی صربستان نیکولا تسلا روش‌هایی را پیشنهاد کرد تا جرقه‌هایی را که با اوج خروجی یک ژنراتور که او در سال 1896 به ثبت رسانید، 5 و روش توزیع روشنایی بی‌سیم و قدرت بر اساس نظریه هدایت / اتر خود 6 7 8 9.
مخترع ایتالیایی Guglielmo مارکونی در آزمایش‌های خود از فرستنده جرقه شکاف استفاده کرد تا پدیده رادیویی را در یک سیستم بیسیم تلگراف در اوایل دهه 1890 توسعه دهد. در سال 1895 او موفق به انتقال بیش از 1 1/4 مایل. اولین فرستنده او شامل یک سیم پیچ القایی متصل بین آنتن سیم و زمین، با یک شکاف جرقه در آن بود. هر بار که کویل القایی پالس شد، آنتن به‌طور موقت به ده‌ها (گاهی صدها) هزار ولت تا زمانی که شکاف جرقه شروع به قوس کرد، بارگیری شد. این به عنوان یک سوئیچ عمل می‌کند، اساسا آنتن شارژ شده را به زمین متصل می‌کند و موجب تشدید اشعه الکترومغناطیسی می‌شود.
در حالی که سیستم‌های مختلف زودرس فرستنده‌های جرقه‌ای به اندازه کافی برای اثبات مفهوم تلگراف بی‌سیم کار می‌کردند، مجموعه‌های اولیه شکاف جرقه‌ای دارای نقص‌های شدید بودند. بزرگترین مشکل این بود که حداکثر توان که می‌تواند منتقل شود به‌طور مستقیم تعیین می‌شود که میزان شارژ الکتریکی آن چگونه می‌تواند باشد. از آنجایی که ظرفیت آنتن‌های عملی بسیار کوچک است، تنها راه برای دریافت یک خروجی معقول، این بود که آن را به ولتاژ بسیار بالا بسپاریم. با این حال، این انتقال در شرایط بارانی یا حتی مرطوب امکان پذیر نبود. همچنین، یک شکاف جرقه کاملا وسیع و با مقاومت الکتریکی بسیار بالا به وجود آمد و در نتیجه اکثر انرژی الکتریکی به سادگی برای گرم کردن هوا در شکاف جرقه استفاده شد 10.
مشکل دیگر با فرستنده جرقه در نتیجه شکل موج تولید شده توسط هر انفجار تابش الکترومغناطیسی بود. این فرستنده‌ها یک سیگنال باند بسیار "کثیف" را منتشر کردند که می‌تواند تا حد زیادی با انتقال در فرکانس‌های مجاور تداخل داشته باشد. مجموعه‌های دریافت‌کننده نسبتا نزدیک به چنین فرستنده دارای بخش‌های کامل یک باند که توسط این نویز باند وسیع پوشانده می‌شود.
با وجود این نقصان، مارکونی توانست منافع کافی از دریاسالار دریای بریتانیا را در این سیستم‌های اولیه خالص تولید کند تا سرانجام خدمات تلگراف تجاری تجاری بین ایالات متحده و اروپا را با استفاده از تجهیزات بسیار پیشرفته‌ای تامین مالی کند.
نخستین تلاش برای فرستادن صدای ریگینالد فسندن، فرستنده جرقه‌ای بود که در حدود 10000 جرقه در ثانیه عمل می‌کرد. برای تغییر این فرستنده، او یک میکروفون کربنی را به صورت سریال با منبع تغذیه قرار داده است. او در دستیابی به صدای قابل فهم، با مشکل مواجه شد. حداقل یک فرستنده صوتی قدرتمند از خنک‌کننده آب برای میکروفون استفاده می‌کند.
در سال 1905 یک فرستنده جرقه‌ای "حالت هنر" یک سیگنال با طول موج 250 متری (1.2 مگاهرتز) و 550 متری (545 کیلوهرتز) ایجاد کرد. 600 متر (500 کیلوهرتز) به فرکانس پراکندگی بین‌المللی تبدیل شده‌است. گیرنده‌ها، آشکارسازهای مغناطیسی ساده و یا آشکارسازهای الکترولیتی بودند. این بعد به مجموعه‌های کریستال گالنای مشهور و حساس‌تر راه یافت. تونرها ابتدایی یا وجود نداشتند اپراتورهای رادیویی آماتور ابتدا فرستنده‌های گشتاور کم توان را با استفاده از کویل جرقه از خودروهای مدل فورد فورد ساخته‌اند. اما یک ایستگاه تجاری معمولی در سال 1916 ممکن است شامل یک ترانسفورماتور 2/1 کیلو واتی باشد که 14000 ولت را خنک کن، یک خازن هشت بخش و یک حفره دوار که بتواند جریان حداکثر چند صد آمپر را تامین کند. نیازمند منبع
نصب و راه اندازی کشتی معمولا از یک موتور DC استفاده می‌کند (معمولا از منبع تغذیه دیجیتال کشتی استفاده می‌شود) برای هدایت یک ژنراتور که خروجی AC آن توسط ترانسفورماتور افزایش یافته تا 10،000 تا 14،000 ولت. این یک آرایش بسیار راحت بود، زیرا سیگنال می‌تواند به آسانی توسط اتصال یک رله بین خروجی مبدل ولتاژ نسبتا کم ولتاژ و سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور و فعال شدن آن با کلید مورس تنظیم شود. (دستگاه‌های پایین‌تر گاهی اوقات از کلید مورس برای مستقیما سوئیچ AC استفاده می‌کردند، اما این کار نیاز به کلید سنگین‌تر داشت و کار را سخت‌تر می‌کرد).
فرستنده‌های شکاف جرقه تولید سیگنال‌های باند فرکانس نسبتا بالایی دارند. به عنوان روش انتقال موثرتر امواج پیوسته (CW) برای تولید آسان‌تر بود و باند نفوذ و تداخل بدتر شد، فرستنده‌های جرقه شکاف و امواج خنثی توسط معاهده‌های بین‌المللی با طول موج کوتاه‌تر به تصویب رسیدند و جایگزین‌های قوس الکتریکی Poulsen و فرکانس بالا مبدل‌ها، که یک فرکانس فرستنده را به خوبی تعریف کرده‌اند. این روش‌ها بعدا به فناوری خلاء لوله‌ها و "سن الکتریکی" رادیویی پایان یافت. مدت‌ها بعد از اینکه اپراتورها دیگر فرستنده‌های شکاف جرقه‌ای را برای ارتباطات استفاده نمی‌کردند، ارتش آن‌ها را برای ردیابی رادیو استفاده می‌کرد. در اواخر سال 1955 یک اتوبوس اسباب بازی با رادیو ژاپنی از یک گیرنده جرقه و گیرنده استفاده کرد. جرقه در پشت یک ورق پلاستیکی شفاف آبی دیده شد.
نوسانگرهای شکاف جرقه‌ای هنوز برای تولید ولتاژ بالا با فرکانس بالا برای شروع کوک‌های جوشکاری در جوشکاری قوس تنگستن استفاده می‌شوند. 11 ژنراتورهای پالس شارژر قدرتمند هنوز برای شبیه‌سازی EMP استفاده می‌شوند. بیشتر چراغ‌های خیابانی با گاز بادی (جیوه و بخار سدیم) همچنان به عنوان سوئیچ‌های سوئیچ از فرستنده‌های جرقه‌ای استفاده می‌شود. نیازمند منبع
بهره‌برداری
عملکرد شکاف جرقه در ابتدا مقاومت بالا به مدار را به‌طوری‌که C1 خازن مجاز به شارژ وجود دارد. هنگامی که ولتاژ شکاف شکاف رسیده‌است، هوا در فاصله یونیزه می‌شود، مقاومت در برابر فاصله به‌طور چشمگیری پایین‌تر است و پالس جریان در سراسر قوس به طرف دیگر مدار جریان می‌یابد. شکاف تنظیم شده‌است به‌طوری‌که تخلیه با حداکثر یا نزدیک به حداکثر بار در C1 منطبق است و به نظر می‌رسد سوئیچ با سرعت بالا در لحظه مناسب روشن می‌شود تا خازن C1 قادر به تخلیه انرژی ذخیره شده خود را به مدار دیگر عناصر. این پالس انرژی به سرعت به سمت جلو و عقب بین عناصر C2 و L منتقل می‌شود و به شکل یک نوسان تضعیف می‌شود در فرکانس رادیویی. مبادله برگشت و عقب در شکل موج جریان متناوب و ولتاژ با بیشتر انرژی که به آنتن منتقل می‌شود.
این امواج "امواج خنثی" نامیده می‌شود زیرا موج می‌رود بین خروجی‌های جرقه‌ای که در مقایسه با امواج پیوسته مدرن (CW) خاموش می‌شوند و یا خنثی می‌کنند. از آنجا که امواج خازنی یک قطار از امواج مثلث فرکانس رادیویی به‌طور منظم است که در سرعت صوت دیده می‌شوند، آشکارسازهای شار کریستال، مغناطیسی و فلمینگ آن‌ها را به عنوان یادداشت‌های موسیقی، غنی از هارمونیک‌ها، آن‌ها را برای صدای انسان آسان می‌کند "کپی" پیام‌ها و شناسایی ایستگاه‌های صدای منحصر به فرد خود، حتی در شرایط نامطلوب.
تبادل انرژی در این نوع نوسانگر با سرعت یا فرکانس تعیین شده توسط فرکانس رزونانس مدار "مخزن" آن انجام می‌شود که از ظرفیت مخلوط C1 و C2 تشکیل شده و القایی L، که به‌طور خاص به عنوان مدار LC شناخته می‌شود. ظرفیت C2 به‌طور کلی کوچک بود و به‌طور کلی در اکثر نمودارها نشان داده نمی‌شود. C2 نشان دهنده خازن جریان ولتاژ است، اما C1 نسبتا بزرگ بود هر دو در اندازه و ظرفیت به‌طوری‌که می‌تواند مقدار زیادی از انرژی ولتاژ بالا لازم برای انتقال قدرت بالا (P = EI) ذخیره کنید. بعضی از تاسیسات، کل ساختمان‌ها را به خازن C1 اختصاص دادند (مانند فرستنده کیپ برتون). کویل‌های القایی (L) نسبتا کوچک بودند به‌طوری‌که کل مدار می‌تواند در فرکانس منطقی "بالا" با توجه به مقدار بزرگ C1. فرکانس بسیار بالاتر از 1 مگاهرتز غیر عملی بود، چرا که L نمی‌توانست الکتریسیته کوچکتر شود و انرژی کافی در یک C1 کوچک ذخیره نشود، هر چند کوچک C1 به دلیل ویژگی‌های رزونانس فرکانس‌های کوتاه مدت ضروری بود.
علاوه بر اندازه و استحکام اجزای نوسان ساز، اجزای فرکانس پایین نیز به همان اندازه قوی بودند. این به این دلیل است که یک EMF القا شده بسیار بزرگ رخ می‌دهد زمانی که جرقه افتاده است، باعث ایجاد فشار بر عایق در ترانسفورماتور اولیه. برای غلبه بر این، ساخت و ساز حتی کم قدرت مجموعه بسیار محکم بود و یک فرکانس رادیویی یا دیافراگم یا مقاومت (R نشان داده شده در این نمودار) برای حفاظت از ترانسفورماتور یا سیم پیچ القایی مورد نیاز بود. کلید تلگراف (اساسا آسان برای روشن / خاموش کردن سوئیچ) چندین بار مجبور بود که جریانهای بزرگ و ولتاژ بالا را حمل کند و از این رو نیز عموما بسیار قوی بود.
اگرچه در رادیوی اولیه همه جا حاضر بود، فرستنده شکاف جرقه‌ای توسط طیف فرکانس بسیار وسیع و خروجی موج خنثی شد. امواج خنثی برای رادیو تلگراف با رادیو اکتیوهای اولیه بسیار عالی بودند، اما پهنای باند بسیار ناپایدار هستند. این تعداد تعداد ایستگاه‌هایی را که می‌تواند به‌طور موثر از یک گروه استفاده کند، به دلیل دخالت محدود می‌کند. همچنین، پهنای باند گسترده به این معنی بود که فرستنده اطلاعات مفیدی را در طیف وسیعی پخش می‌کرد و فقط یک بخش از قدرت ارسال برای ارتباطات مفید بود. در نهایت، موج خنک‌کننده در حال حاضر یک شکل از مدولاسیون دامنه (AM) است و نمی‌تواند بیشتر برای صدای با هر روشنی قابل تنظیم باشد. تنها نوسانگرهای مداوم موجب شده توسط تکنولوژی لوله‌های خلاء می‌توانند فرکانس بالا (HF) و فراتر از آن را فراهم آورند و تنها ظهور آن‌ها امکان انتقال رادیو تلگراف و انتقال صدا / داده را فراهم می‌سازد.