Gnistsender

Gnistsender er en gammeldags radiosender som lager radiobølger ved utladning av en elektrisk krets gjennom et gnistgap. En enkel versjon ble benyttet av Heinrich Hertz da han i 1887 for første gang påviste eksistensen av slike bølger. 

Selv om Hertz selv ikke trodde de ville ha noen praktiske anvendelser, ble forbedrete gnistsendere noen få år senere tatt i bruk for trådløs telegrafi. Dette skyldes i hovedsak innsatsen til Guglielmo Marconi. Allerede i 1896 hadde han konstruert en sender med en rekkevidde på over flere kilometer. I 1899 kunne han sende de første signal over den engelske kanal og i 1901 over Atlanterhavet. Dette skyldtes i stor grad konstruksjon av bedre antenner og bruk av avstemte kretser. Betydningen av disse var i stor grad gjort tydelig av Nikola Tesla og tidligere anvendt i hans Tesla-spoler.

På grunn av sin funksjon har gnistsendere en stor båndbredde slik at signalene fra forskjellige sendere var vanskelig å skille fra hverandre. Etter første verdenskrig ble sendere med radiorør tatt i bruk.  De genererte kontinuerlige bølger med mye mindre båndbredder. Av den grunn ble bruk av gnistsendere i 1930 forbudt ved internasjonal lov.

Historisk bakgrunn

Selv om James Clerk Maxwell hadde presentert en fullstendig forklaring av elektromagnetiske fenomen allerede i 1867, tok det likevel mange år før den var blitt generelt akseptert. Den ga en forklaring på egenskapene til lys, men det var likevel uklart hvordan man kunne produsere slike bølger med lengre bølgelengder. Mens denne nye teorien raskt ble fulgt opp av videre utforskning i England,  var det på kontinentet fremdeles en viss skepsis ovenfor disse nye idéene basert på eksistensen av elektromagnetiske felt som kunne utbre seg i en eter. O. Darrigol, Electrodynamics from Ampere to Einstein,  Oxford University Press, England (2002). ISBN 0-19-850594-9.

Den som i størst grad var åpen for Maxwells teori i Tyskland, var Hermann von Helmholtz i Berlin. Han ga sin doktorgradsstudent Heinrich Hertz i oppgave å eksperimentelt verifisere noen aspekt ved teorien. Da Hertz i 1886 ble utnevnt til professor i Karlsruhe, satte han i gang nye eksperiment som forhåpentligvis ville demonstrere eksistensen av elektromagnetiske bølger.G.R.M. Garratt, The Early History of Radio: From Faraday to Marconi, Institution of Engineering and Technology, England (1994). ISBN 0-85296-845-0.

Hertz-oscillator

Periodiske svingninger og bølger i ledere var allerede påvist av mange andre da Hertz startet sine undersøkelser i Karlsruhe. Disse ble vanligvis skapt ved at en eller flere leidnerflasker ble ladet opp til en så høy spenning at man fikk en spontan utladning gjennom et gnistgap som var koblet til med ledninger. Ved teoretiske betraktninger kunne Hertz anslå at dette ville utgjøre en svingekrets med opptil hundre millioner elektromagnetiske oscillasjoner i sekundet. 

På grunn av den ohmske motstanden i kretsen, vil strømmen i den raskt avta slik at gnisten slukkes og svingningene opphører. I disse første eksperimentene så han også at en slik utladning kunne utløse en samtidig gnist i en nærliggende spole med et mindre  gnistgap.

Ved å erstatte leidnerflaskene med en Ruhmkorff-spole kunne Hertz studere disse fenomene mer systematisk. Denne spolen induserte spenninger på opptil flere tusen volt som ble utladet gjennom et gnistgap opptil hundre ganger i sekundet. I serie med dette monterte han et par symmetrisk plassert metallkuler som økte kapasitansen i kretsen. Hver gnist ga dermed opphav til en dempet, høyfrekvent bølge. Hertz kunne registrere denne med en liten antenna som besto av en enkel ledningsløyfe med et lite gnistgap. Disse sekundære utladningene ser kontinuerlige ut så lenge Ruhmkorrf-spolen er påkoblet da øyet ikke klarer å skille ut de enkelte gnistene fra hverandre. De høres ut som en jevn knitring. F. Bugge, Lærebok i Radio, Aschehoug & Co., Oslo (1940). 

Allerede i 1894 like etter Hertz' død ble det arrangert et minnemøte ved Oxford University. Da brukte Oliver Lodge en slik gnistsender til å sende et telegrafisk signal  til en mottaker i annen bygning over femti meter unna. Man brukte en morsenøkkel til å styre strømmen i primærkretsen for induktoren. Ved å holde denne nede i korte eller lengre perioder, kunne man generere en serie med registrerbare prikker og streker i mottakerapparatet. T.K. Sarkar et al., History of Wireless, Wiley-Interscience, New York (2006). ISBN 978-0-471-71814-7.

Marconi-sender

Den som var overbevist om den kommersielle bruk av radiobølger, var Guglielmo Marconi. Så snart han hadde hørt om oppdagelsen til Hertz, gikk han i gang med å konstruere en bedre sender med større rekkevidde.  Da han ikke hadde noen spesiell dyp innsikt i virkemåten til elektriske kretser, gikk han mer praktisk til verks og prøvde seg med forskjellige forandringer.M. Raboy, The Man Who Networked the World, Oxford University Press, New York (2016). ISBN 978-0-1993-13587.

Han ble raskt klar over at han kunne produsere et kraftigere signal ved å utvikle en bedre antenne. Istedenfor de to kapasitive kulene til Hertz, erstattet han dem med større metallplater eller fritt-hengende ledninger. Det beste resultatet fikk han ved å knytte den ene siden av gnistgapet til en ledning strukket høyt opp og den andre siden forbundet med en metallisk plate som han gravde ned. En slik jordforbindelse var vanlig ved telegrafi på den tiden. Allerede i 1896 kunne han med et slikt apparat sende et morsesignal flere kilometer langt over Bristol Channel. Ved å benytte mer avstemte kretser i sine apparat lyktes han tre år senere å sende en tilsvarende melding over den engelske kanal og i 1901 over Atlanterhavet.

Slike radiosendere og tilsvarende mottagere for trådløs telegrafi var grunnlaget for selskapet Marconi Company som han startet allerede i 1897. Det fikk snart en dominans på dette feltet ved siden av det tyske firmaet Telefunken basert på den samme teknologien. Da radiobølgene som ble benyttet, besto av en serie med dempede svingninger, hadde de stor båndbredde og derfor ikke en veldefinert bølgelengde. Forskjellige sendere ville derfor forstyrre hverandre. Dette var en av grunnene til at  passasjerskipet Titanic ikke fikk beskjed om faren for isfjell da det sank i 1912 etter kollisjon med et sådant.

Etter slutten på første verdenskrig ble gnistsenderen etterfulgt av rørsenderen  Den var basert på radiorøret som genererte udempete, elektriske svingninger med en bestemt frekvens. Derfor kan slike sendere ikke bare overføre telegrafiske signal, men også lyd og tale.

Poulsen-sender

Gnistsenderen til Marconi hadde forholdsvis liten effekt da radiobølgene kun ble generert i korte pulser hver gang en gnist ble dannet. En viktig forbedring skjedde i 1903 da den danske oppfinner Valdemar Poulsen oppfant en «buesender». Den var basert på tidligere arbeid av den engelske fysiker William Duddell som hadde benyttet en lysbue i stedet for et gnistgap i en svingekrets. Dette gjorde det mulig å produsere kontinuerlige bølger med en bestemt, hørbar frekvens som lett kunne varieres. Duddell kunne på denne måtene demonstrere en såkalt «syngende lysbue». P.J. Nahin, The Science of Radio, American Institute of Physics, New York (1996). ISBN 1-56396-347-7.

Poulsen videreutviklet denne oppdagelsen slik at han kunne produsere kontinuerlige bølger med høyere frekvens og liten båndbredde. Hans sender var derfor bedre egnet for kommunikasjon og ble i årene som fulgte benyttet til å overføre både lyd og tale. Allerede i 1904 var den grunnlaget for etablering av Lyngby Radio som forbandt denne trådløst med København.

Virkemåte

En lysbue er en leder som under bestemte forhold har en negativ, elektrisk motstand. Det er denne spesielle egenskapen som benyttes til å generere kontinuerlige bølger ved hjelp av en vanlig LC-krets.  Hvis denne inneholder en induktans L og en kapasitans C, vil den oscillere med en naturlig frekvens 

Vanligvis vil disse svingningene være dempet på grunn av ohmsk motstand i kretsen og raskt dø bort. Men kobles en lysbue inn i serie med de to andre komponentene, kan man ved riktige justeringer få den ohmsk motstanden opphevet ved lysbuens negative motstand. 
Svingningene er dermed udempet og kan overføres til en antenne og utsendes som kontinuerlige radiobølger. Ved sinnrike utforminger av lysbuen klarte Poulsen på denne måten oppnå frekvenser på opptil flere kHz som betydde lang rekkevidde på signalene. T. Bjerge, Elektricitet og Magnetisme, Einar Munksgaard, København (1951).

Senderen til Poulsen ble tatt i bruk i flere land og mistet først sin betydning da rørsendere ble tatt i bruk etter første verdenskrig.

Se også
 Tesla-spole
 Radio

Referanser

Eksterne lenker


 Radiooffiserer til sjøs – Gnistsender
 YouTube, Who Invented Wireless? Marconi, Lodge or Tesla?

Kategori:Elektrisitet
Kategori:Radioteknikk