INGENIERÍA ELECTRICA

Una planta de conversión rotativa es una instalación en la cual los convertidores rotativos convierten una forma de electricidad en otra forma de electricidad. Las combinaciones instaladas de motores y generadores en una planta determinan los posibles tipos de conversión. Dichas instalaciones también permiten la configuración de voltajes y frecuencias, si se instala el equipo apropiado. Las plantas de conversión rotativas eran comunes en la electrificación ferroviaria antes de la invención de los rectificadores de arco de mercurio en la década de 1920.

En cada instalación, la energía de una red eléctrica de CA se convirtió en CC para alimentar una línea aérea o un tercer riel de un ferrocarril. Las plantas de conversión rotativas también se utilizaron para acoplar redes de potencia de diferentes frecuencias y modos de operación. La antigua subestación de Neuhof fue un ejemplo de la segunda. Ex transmisores de maquinaria como el alternador Alexanderson eran, estrictamente hablando, plantas de convertidores rotativos.

A pesar de la tecnología moderna de semiconductores de potencia , los convertidores rotativos siguen siendo comunes para alimentar sistemas ferroviarios con CA de una frecuencia diferente a la de la red eléctrica principal. En Europa, esto sería típicamente para electrificación ferroviaria de CA de 15 kV .

Una planta de convertidores rotativos en Alemania, donde la CA trifásica de 50 hercios se transforma en CA monofásica de 16,67 hertzios para la red de corriente de tracción.

Planta de AC a DC en Baltimore, Maryland , 1910

De Wikipedia, la enciclopedia libre

Saltar a navegaciónSaltar a búsqueda

Transmisor de chispa acoplado inductivamente de baja potencia en exhibición en Electric Museum, Frastanz , Austria. La abertura de chispa está dentro de la caja con la cubierta transparente en el centro superior.

Un transmisor de chispa es un tipo de transmisor de radio obsoleto que genera ondas de radio por medio de una chispa eléctrica . ^[1] [2] Los transmisores Spark-gap fueron el primer tipo de transmisor de radio, y fueron el tipo principal utilizado durante la era de la telegrafía inalámbrica o "chispa", las primeras tres décadas de radio , desde 1887 hasta el final de la Primera Guerra Mundial. . ^[3] [4] El físico alemán Heinrich Hertz construyó los primeros transmisores experimentales de chispa en 1887, con los cuales descubrió ondas de radio y estudió sus propiedades.

Una limitación fundamental de los transmisores de chispa es que generan una serie de breves pulsos transitorios de ondas de radio llamadas ondas amortiguadas ; no pueden producir las ondas continuas utilizadas para transportar audio (sonido) en la transmisión de radio AM o FM moderna . Por lo tanto, los transmisores de chispa no podían transmitir audio, y en su lugar transmitían información por radiotelegrafía ; el operador encendió y apagó el transmisor con una tecla telegráfica , creando pulsos de ondas de radio para deletrear mensajes de texto en código Morse .

Guglielmo Marconi desarrolló los primeros transmisores y receptores de chispa prácticos para la comunicación de radiotelegrafía alrededor de 1896. Uno de los primeros usos de los transmisores de chispa fue en los barcos, para comunicarse con la costa y transmitir una llamada de socorro si el barco se hundía. Desempeñaron un papel crucial en los rescates marítimos, como el desastre del Titanic RMS de 1912 . Después de la Primera Guerra Mundial, se desarrollaron transmisores basados ​​en tubos de vacío , que eran más baratos y producían ondas continuas que tenían un rango mayor, producían menos interferencia y también podían transportar audio, haciendo que los transmisores de chispas fueran obsoletos en 1920. Las señales de radio producidas por chispas los transmisores de espacio son eléctricamente "ruidosos"; tienen un ancho de banda amplio, creando interferencia de radiofrecuencia (RFI) que puede interrumpir otras transmisiones de radio. Este tipo de emisión de radio ha sido prohibido por el derecho internacional desde 1934.

Cómo funciona [ editar ]

Las ondas electromagnéticas son irradiadas por cargas eléctricas cuando se aceleran . ^[7] [8] Las ondas de radio , ondas electromagnéticas de radiofrecuencia , pueden generarse por corrientes eléctricas variables en el tiempo , que consisten en electrones que fluyen a través de un conductor que de repente cambian su velocidad, acelerando así. ^[8] [9] Una capacitancia descargada a través de una chispa eléctrica a través de un espacio de chispa entre dos conductores fue el primer dispositivo conocido que podía generar ondas de radio. ^[4]La chispa en sí no produce las ondas de radio, simplemente sirve para excitar corrientes eléctricas oscilantes de radiofrecuencia resonantes en los conductores del circuito conectado. Los conductores irradian la energía en esta corriente oscilante como ondas de radio. Debido a la inductancia inherente de los conductores del circuito, la descarga de un condensador a través de una resistencia lo suficientemente baja (como una chispa) es oscilatoria ; la carga fluye rápidamente de un lado a otro a través de la chispa durante un breve período, cargando los conductores en cada lado alternativamente positivo y negativo, hasta que las oscilaciones desaparezcan. ^[10]

Diagrama pictórico de un simple transmisor de chispa de un libro de pasatiempos para niños de 1917, que muestra ejemplos de los primeros componentes electrónicos utilizados. Es típico de los transmisores de baja potencia construidos en casa por miles de aficionados durante este período para explorar la nueva y emocionante tecnología de radio.

Un práctico transmisor de chispa consta de estas partes: ^{[10] [11] [12]}

• Un transformador de alto voltaje , para transformar la electricidad de bajo voltaje de la fuente de energía, una batería o toma de corriente eléctrica, a un voltaje lo suficientemente alto (de unos pocos kilovoltios a 75-100 kV en transmisores potentes) para saltar a través de la brecha de chispa. El transformador carga el condensador. En los transmisores de baja potencia alimentados por baterías, generalmente era una bobina de inducción (bobina Ruhmkorff).
• Uno o más circuitos resonantes ( circuitos sintonizados o circuitos de tanque) que crean oscilaciones eléctricas de radiofrecuencia cuando son excitados por la chispa. Un circuito resonante consiste en un condensador (en los primeros días, un tipo llamado jarra Leyden ) que almacena electricidad de alto voltaje del transformador, y una bobina de cable llamada inductor o bobina de sintonización, conectados entre sí. Los valores de la capacitancia y la inductancia determinan la frecuencia de las ondas de radio producidas.
  • Los primeros transmisores de chispa antes de 1897 no tenían un circuito resonante; la antena realizó esta función, actuando como un resonador .
  • La mayoría de los transmisores de chispas tenían dos circuitos resonantes acoplados junto con un transformador de núcleo de aire llamado transformador resonante o transformador de oscilación . ^[10] Esto se llamó un transmisor acoplado inductivamente . La brecha de chispas y el condensador conectados al devanado primario del transformador formaron un circuito resonante, que generó la corriente oscilante. La corriente oscilante en el devanado primario creó un campo magnético oscilante que indujo corriente en el devanado secundario.. La antena y la tierra estaban conectadas al devanado secundario. La capacitancia de la antena resonó con el devanado secundario para formar un segundo circuito resonante. Los dos circuitos resonantes se sintonizaron a la misma frecuencia resonante . La ventaja de este circuito fue que la corriente oscilante persistió en el circuito de la antena incluso después de que la chispa se detuvo, creando ondas largas, sonoras y ligeramente amortiguadas, en las que la energía se concentró en un ancho de banda más estrecho , creando menos interferencia a otros transmisores.
• Un espacio de chispa que actúa como un interruptor controlado por voltaje en el circuito resonante, descargando el condensador a través de la bobina.
• Una antena , un conductor de metal como un cable elevado, que irradia la energía en las corrientes eléctricas oscilantes desde el circuito resonante al espacio como ondas de radio .
• Una tecla telegráfica para encender y apagar el transmisor para comunicar mensajes por código Morse

Ciclo de operación [ editar ]

El transmisor funciona en un ciclo de repetición rápida en el que el capacitor se carga a un alto voltaje por el transformador y se descarga a través de la bobina por una chispa a través del espacio de chispa. ^[10] [13] La chispa impulsiva excita el circuito resonante para que "suene" como una campana, produciendo una breve corriente oscilante que la antena irradia como ondas electromagnéticas. ^[10] El transmisor repite este ciclo a una velocidad rápida, por lo que la chispa parecía continua y la señal de radio sonaba como un zumbido o un zumbido en un receptor de radio .

1. El ciclo comienza cuando la corriente del transformador carga el condensador, almacenando carga eléctrica en sus placas. Mientras el condensador se está cargando, la brecha de chispa está en su estado no conductivo, evitando que la carga se escape a través de la bobina.
2. Cuando el voltaje en el condensador alcanza el voltaje de ruptura del espacio de chispa, el aire en el espacio se ioniza , iniciando una chispa eléctrica , reduciendo su resistencia a un nivel muy bajo (generalmente menos de un ohmio ). Esto cierra el circuito entre el condensador y la bobina.
3. La carga en el condensador se descarga como corriente a través de la bobina y el espacio de chispa. Debido a la inductancia de la bobina cuando el voltaje del condensador llega a cero, la corriente no se detiene pero sigue fluyendo, cargando las placas del condensador con una polaridad opuesta, hasta que la carga se almacena nuevamente en el condensador, en las placas opuestas. Luego el proceso se repite, con la carga fluyendo en la dirección opuesta a través de la bobina. Esto continúa, lo que resulta en corrientes oscilantes que fluyen rápidamente de un lado a otro entre las placas del condensador a través de la bobina y el espacio de chispa.
4. El circuito resonante está conectado a la antena, por lo que estas corrientes oscilantes también fluyen en la antena, cargándola y descargándola. La corriente crea un campo magnético oscilante alrededor de la antena, mientras que el voltaje crea un campo eléctrico oscilante . Estos campos oscilantes se irradian desde la antena hacia el espacio como una onda de radio.
5. La energía en el circuito resonante se limita a la cantidad de energía originalmente almacenada en el condensador. Las ondas de radio radiadas, junto con el calor generado por la chispa, utilizan esta energía, haciendo que las oscilaciones disminuyan rápidamente en amplitud a cero. Cuando la corriente eléctrica oscilante en el circuito primario ha disminuido hasta un punto en el que es insuficiente para mantener el aire ionizado en el espacio de chispa, la chispa se detiene, abre el circuito resonante y detiene las oscilaciones. En un transmisor con dos circuitos resonantes, las oscilaciones en el circuito secundario y la antena pueden continuar algún tiempo después de que la chispa haya terminado. Luego, el transformador comienza a cargar el condensador nuevamente y se repite todo el ciclo.

El ciclo es muy rápido, toma menos de un milisegundo. Con cada chispa, este ciclo produce una señal de radio que consiste en una onda sinusoidal oscilante que aumenta rápidamente a una amplitud alta y disminuye exponencialmente a cero, llamada onda amortiguada . ^[10] La frecuencia $${\ displaystyle f}de las oscilaciones, que es la frecuencia de las ondas de radio emitidas, es igual a la frecuencia resonante del circuito resonante, determinada por la capacitancia $${\ displaystyle C}del condensador y la inductancia $${\ displaystyle L} de la bobina:

$${\ displaystyle f = {\ frac {1} {2 \ pi}} {\ sqrt {\ frac {1} {LC}}} \,}

El transmisor repite este ciclo rápidamente, por lo que la salida es una cadena repetitiva de ondas amortiguadas. Esto es equivalente a una amplitud de señal de radio modulada con una frecuencia constante, por lo que podría ser demodulada en un receptor de radio por un detector rectificador de AM , como el detector de cristal o la válvula Fleming utilizada durante la era de la telegrafía inalámbrica. La frecuencia de repetición ( frecuencia de chispa) está en el rango de audio , generalmente de 50 a 1000 chispas por segundo, por lo que en los auriculares del receptor la señal suena como un tono constante, un zumbido o un zumbido. ^[11]

Para transmitir información con esta señal, el operador enciende y apaga el transmisor rápidamente tocando un interruptor llamado tecla de telégrafo en el circuito primario del transformador, produciendo secuencias de cadenas cortas (punto) y largas (guiones) de amortiguamiento ondas, para deletrear mensajes en código Morse . Mientras se presiona la tecla, la chispa se dispara repetidamente, creando una cadena de pulsos de ondas de radio, por lo que en un receptor el mensaje del código Morse suena como una secuencia de pitidos. En los transmisores de baja potencia, la llave rompe directamente el circuito primario del transformador de suministro, mientras que en los transmisores de alta potencia, la llave opera un relé de servicio pesado que rompe el circuito primario.

Circuito de carga y velocidad de chispa [ editar ]

El circuito que carga los condensadores, junto con el espacio de chispa en sí, determina la tasa de chispa del transmisor, el número de chispas y los pulsos de onda amortiguada resultantes que produce por segundo, lo que determina el tono de la señal que se escucha en el receptor. La velocidad de chispa no debe confundirse con la frecuencia del transmisor, que es el número de oscilaciones sinusoidales por segundo en cada onda amortiguada. Como el transmisor produce un pulso de ondas de radio por chispa, la potencia de salida del transmisor era proporcional a la velocidad de la chispa, por lo que se favorecieron velocidades más altas. Los transmisores de chispa generalmente utilizan uno de los tres tipos de circuitos de alimentación: ^{[10] [11] [14]}

Bobina de inducción [ editar ]

Se usó una bobina de inducción ( bobina Ruhmkorff) en transmisores de baja potencia, generalmente de menos de 500 vatios, a menudo alimentados por batería. Una bobina de inducción es un tipo de transformador alimentado por CC, en el cual un contacto del interruptor de brazo vibratorio en la bobina se llama interruptorrompe repetidamente el circuito que proporciona corriente al devanado primario, haciendo que la bobina genere pulsos de alto voltaje. Cuando se activa la corriente primaria a la bobina, el devanado primario crea un campo magnético en el núcleo de hierro que aleja el brazo elástico del interruptor, abriendo el interruptor y cortando la corriente primaria. Luego, el campo magnético se colapsa, creando un pulso de alto voltaje en el devanado secundario, y el brazo del interruptor retrocede para cerrar el contacto nuevamente, y el ciclo se repite. Cada pulso de alto voltaje cargó el condensador hasta que se disparó la brecha de chispa, lo que resultó en una chispa por pulso. Los interruptores se limitaron a bajas tasas de chispa de 20-100 Hz, sonando como un zumbido bajo en el receptor. En potentes transmisores de bobina de inducción, en lugar de un interruptor vibratorio, unSe usó un interruptor de turbina de mercurio . Esto podría romper la corriente a tasas de hasta varios miles de hercios, y la tasa podría ajustarse para producir el mejor tono.

Transformador de CA [ editar ]

En los transmisores de mayor potencia alimentados por CA, un transformador eleva el voltaje de entrada hasta el alto voltaje necesario. El voltaje sinusoidal del transformador se aplica directamente al condensador, por lo que el voltaje en el condensador varía de un voltaje positivo alto, a cero, a un voltaje negativo alto. La separación de la chispa se ajusta para que las chispas solo ocurran cerca del voltaje máximo, en los picos de la onda sinusoidal de CA, cuando el condensador estaba completamente cargado. Dado que la onda sinusoidal de CA tiene dos picos por ciclo, idealmente se produjeron dos chispas durante cada ciclo, por lo que la tasa de chispa fue igual al doble de la frecuencia de la corriente alterna (a menudo ocurrieron múltiples chispas durante el pico de cada medio ciclo). La tasa de chispa de los transmisores alimentados por una red de 50 o 60 Hz era de 100 o 120 Hz. Sin embargo, las frecuencias de audio más altas cortan mejor la interferencia, por lo que en muchos transmisores el transformador estaba alimentado por un conjunto motor-alternador , un motor eléctrico con su eje girando un alternador , que producía CA a una frecuencia más alta, generalmente 500 Hz, lo que resulta en una chispa tasa de 1000 Hz.

Rotary spark gap [ editar ]

En un transmisor con un espacio de chispa "giratorio" (abajo) , el condensador se cargó con CA desde un transformador de alto voltaje como el anterior, y se descargó mediante un espacio de chispa que consiste en electrodos espaciados alrededor de una rueda que fue girada por un motor eléctrico. que producía chispas al pasar por un electrodo estacionario. ^[10] La tasa de chispa fue igual a las rotaciones por segundo multiplicado por el número de electrodos de chispa en la rueda. Podría producir velocidades de chispa de hasta varios miles de hercios, y la velocidad podría ajustarse cambiando la velocidad del motor. La rotación de la rueda generalmente estaba sincronizada con la onda sinusoidal de CA entonces el electrodo en movimiento pasó por el estacionario en el pico de la onda sinusoidal, iniciando la chispa cuando el capacitor estaba completamente cargado, lo que produjo un tono musical en el receptor.

Historia [ editar ]

Más información: Cronología de la radio e Invención de la radio.

La invención del transmisor de radio resultó de la convergencia de dos líneas de investigación.

Uno fue el esfuerzo de los inventores para diseñar un sistema para transmitir señales telegráficas sin cables. Los experimentos de varios inventores han demostrado que las perturbaciones eléctricas pueden transmitirse a distancias cortas a través del aire. Sin embargo, la mayoría de estos sistemas no funcionaban por ondas de radio sino por inducción electrostática o inducción electromagnética , que tenía un rango demasiado corto para ser práctico. ^[15] En 1866 Mahlon Loomis afirmó haber transmitido una señal eléctrica a través de la atmósfera entre dos cables de 600 pies sostenidos por cometas en las cimas de las montañas a 14 millas de distancia. ^[15] Thomas Edisonhabía estado cerca de descubrir la radio en 1875; él había generado y detectado ondas de radio que llamó "corrientes etéricas" experimentando con circuitos de chispa de alto voltaje, pero debido a la falta de tiempo no persiguió el asunto. ^[16] David Edward Hughes en 1879 también había tropezado con la transmisión de ondas de radio que recibió con su detector de micrófono de carbono , sin embargo, fue persuadido de que lo que observó fue inducción . ^[16] Ninguno de estos individuos suele ser acreditado con el descubrimiento de la radio, porque no entendieron el significado de sus observaciones y no publicaron su trabajo antes de Hertz.

El otro fue la investigación realizada por físicos para confirmar la teoría del electromagnetismo propuesta en 1864 por el físico escocés James Clerk Maxwell , ahora llamada ecuaciones de Maxwell . La teoría de Maxwell mostró que una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes podría viajar a través del espacio como una " onda electromagnética ". Maxwell propuso que la luz consistía en ondas electromagnéticas de longitud de onda corta, pero nadie sabía cómo probar esto, o generar o detectar ondas electromagnéticas de otras longitudes de onda. En 1883 se sabía que las cargas eléctricas aceleradas podían producir ondas electromagnéticas, y George Fitzgerald había calculado la potencia de salida de unantena de bucle . ^[17] Fitzgerald en una breve nota publicada en 1883 sugirió que las ondas electromagnéticas podrían generarse prácticamente descargando un condensador rápidamente; el método utilizado en los transmisores de chispas, ^[18] [19] sin embargo, no hay indicios de que esto haya inspirado a otros inventores.

La división de la historia de los transmisores de chispa en los diferentes tipos a continuación sigue la organización del tema utilizado en muchos libros de texto inalámbricos. ^[20]

Osciladores hertzianos [ editar ]

El físico alemán Heinrich Hertz en 1887 construyó los primeros transmisores experimentales de chispa durante sus experimentos históricos para demostrar la existencia de ondas electromagnéticas predichas por James Clerk Maxwell en 1864, en las que descubrió ondas de radio , ^{[21] [22] [23] [24 ]} que se llamaron "ondas hertzianas" hasta aproximadamente 1910. Hertz se inspiró para probar circuitos excitados por chispas mediante experimentos con "espirales Reiss", un par de inductores espirales planos con sus conductores que terminan en espacios de chispa. Un condensador de jarra Leyden descargado a través de una espiral, provocaría chispas en el espacio de la otra espiral.

• 

  Heinrich Hertz descubriendo ondas de radio con su oscilador de chispa (en la parte trasera)
 
• 

  Hertz dibuja uno de sus osciladores de chispa. (A, A ') antena, (J) bobina de inducción
 
• 

  Oscilador de chispas hertzianas, 1902. Son visibles las antenas que constan de 2 cables que terminan en placas de metal (E) , distancia entre chispas (D) , bobina de inducción (A) , batería automática (B) y tecla de telégrafo (C) .
 
• 

  Transmisor de 450 MHz de Hertz; un dipolo de 26 cm con espacio de chispa en el foco de un reflector parabólico de chapa
 
• 

  Jagadish Chandra Bose en 1894 fue la primera persona en producir ondas milimétricas ; su oscilador de chispa (en la caja, derecha) generó ondas de 60 GHz (5 mm) utilizando resonadores de bolas de metal de 3 mm.
 
• 

  Oscilador de chispas de microondas demostrado por Oliver Lodge en 1894. Su bola resonadora de 5 pulgadas produjo ondas de alrededor de 12 cm o 2.5 GHz

El primer oscilador de Hertz: un par de cables de cobre de un metro con un espacio de chispa de 7,5 mm entre ellos, que termina en esferas de zinc de 30 cm. Cuando se aplicaron pulsos de 20,000 voltios desde una bobina de inducción (no mostrada) , produjo ondas a una frecuencia de aproximadamente 50 MHz.

Ver diagrama del circuito. Los transmisores de Hertz consistían en una antena dipolo hecha de un par de varillas de metal colineales de varias longitudes con un espacio de chispa (S) entre sus extremos internos y bolas o placas de metal para capacitancia (C) unidas a los extremos externos. ^{[21] [24] [23]} Los dos lados de la antena estaban conectados a una bobina de inducción (bobina Ruhmkorff) (T), una fuente de alimentación de laboratorio común que producía pulsos de alto voltaje, de 5 a 30 kV. Además de irradiar las ondas, la antena también actuó como un oscilador armónico ( resonador) que generó las corrientes oscilantes. Se aplicaron pulsos de alto voltaje de la bobina de inducción (T) entre los dos lados de la antena. Cada pulso almacenaba la carga eléctrica en la capacitancia de la antena, que se descargaba inmediatamente por una chispa a través del espacio de la chispa. La chispa excitaba breves ondas estacionarias oscilantes de corriente entre los lados de la antena. La antena irradiaba la energía como un pulso momentáneo de ondas de radio; Una ola amortiguada . La frecuencia de las ondas era igual a la frecuencia de resonancia de la antena, que estaba determinada por su longitud; actuó como un dipolo de media onda, que irradiaba ondas aproximadamente el doble de la longitud de la antena. Hertz detectó las ondas observando pequeñas chispas en los espacios de chispas de micrómetro (M) en bucles de cable que funcionaban como antenas de recepción resonantes. Oliver Lodge también estaba experimentando con osciladores de chispa en este momento y estuvo cerca de descubrir ondas de radio antes de Hertz, pero su atención se centró en las ondas en los cables, no en el espacio libre. ^[25] [26]

Circuito del oscilador y receptor de chispa de Hertz

Hertz y la primera generación de físicos que construyeron estos "osciladores hertzianos", como Lord Rayleigh , George Fitzgerald , Frederick Trouton , Augusto Righi y Oliver Lodge , estaban interesados ​​principalmente en las ondas de radio como un fenómeno científico, y en gran medida no pudieron prever sus posibilidades. como tecnología de comunicación. ^{[27] [28] [29] [30]} Debido a la influencia de la teoría de Maxwell, su pensamiento estuvo dominado por la similitud entre las ondas de radio y las ondas de luz; Pensaban en las ondas de radio como una forma invisible de luz. ^[28] [29]Por analogía con la luz, asumieron que las ondas de radio solo viajaban en línea recta, por lo que pensaron que la transmisión de radio estaba limitada por el horizonte visual como los métodos de señalización óptica existentes, como el semáforo , y por lo tanto no era capaz de una comunicación a mayor distancia. ^{[25] [31] [32]} Ya en 1894 Oliver Lodge especuló que la distancia máxima que las ondas hertzianas podían transmitirse era media milla. ^[28]

Para investigar la similitud entre las ondas de radio y las ondas de luz , estos investigadores se concentraron en producir ondas de alta frecuencia de onda corta con las que podrían duplicar los experimentos ópticos clásicos con ondas de radio, utilizando componentes cuasiópticos como prismas y lentes hechos de parafina , azufre y brea. y rejillas de difracción de alambre . ^[33] Sus antenas cortas generaron ondas de radio en VHF , UHF o microondasalzacuello. En sus diversos experimentos, Hertz produjo ondas con frecuencias de 50 a 450 MHz, aproximadamente las frecuencias utilizadas hoy por los transmisores de televisión . Hertz los utilizó para realizar experimentos históricos que demuestran ondas estacionarias , refracción , difracción , polarización e interferencia de ondas de radio. ^[34] [24] También midió la velocidad de las ondas de radio, mostrando que viajaban a la misma velocidad que la luz. Estos experimentos establecieron que las ondas de luz y radio eran ambas formas de ondas electromagnéticas de Maxwell , que diferían solo en frecuencia. Augusto Righi yJagadish Chandra Bose alrededor de 1894 generó microondas de 12 y 60 GHz respectivamente, usando pequeñas bolas de metal como antenas de resonancia. ^[35] [36]

Las altas frecuencias producidas por los osciladores hertzianos no podían viajar más allá del horizonte. Los resonadores dipolares también tenían baja capacitancia y no podían almacenar mucha carga , lo que limitaba su potencia de salida. ^[28] Por lo tanto, estos dispositivos no eran capaces de transmisión a larga distancia; su rango de recepción con los receptores primitivos empleados estaba típicamente limitado a aproximadamente 100 yardas (100 metros). ^[28]

Transmisores no sintonicos [ editar ]

Apenas podía concebir que la aplicación [de la radio] para fines útiles pudiera haber escapado a la atención de científicos tan eminentes.

-  Guglielmo Marconi ^[37]

El pionero de la radio italiana, Guglielmo Marconi, fue una de las primeras personas en creer que las ondas de radio podrían usarse para la comunicación a larga distancia, y desarrolló por sí solo los primeros transmisores y receptores de radiotelegrafía prácticos , ^{[30] [38] [39]} principalmente combinando y jugando con Los inventos de otros. A partir de los 21 años en la finca de su familia en Italia, entre 1894 y 1901 realizó una larga serie de experimentos para aumentar el rango de transmisión de los osciladores y receptores de chispa de Hertz. ^[37]

Evolución de la antena monopolo de Marconi desde la antena dipolo de Hertz

Oscilador dipolo de Hertz

Marconi intentó primero agrandar la antena dipolo con "áreas de capacidad" de lámina de metal de 6 × 6 pies (t) , 1895 ^[40] Láminas de metal y bolas de chispa que no se muestran a escala.

El primer transmisor de antena monopolo de Marconi, 1895. Un lado de la chispa conectado a tierra, el otro unido a una placa de metal (W) . ^[40]

Recreación del primer transmisor monopolo de Marconi

Antenas verticales tempranas. (A) Marconi descubrió que suspender el "área de capacidad" de la placa metálica muy por encima del suelo aumentó el alcance. (B) Descubrió que un cable elevado simple funcionaba igual de bien. (CF) Investigadores posteriores descubrieron que múltiples cables paralelos eran una mejor manera de aumentar la capacitancia. Las "antenas de jaula" (EF) distribuyen la corriente de manera más equitativa entre los cables, lo que reduce la resistencia

No pudo comunicarse más allá de media milla hasta 1895, cuando descubrió que el rango de transmisión podía aumentarse enormemente reemplazando un lado de la antena dipolo hertziana en su transmisor y receptor con una conexión a la Tierra y el otro lado con un antena de cable larga suspendida muy por encima del suelo. ^{[41] [30] [42] [43]} Estas antenas funcionaban como antenas monopolares de cuarto de onda . ^[44] La longitud de la antena determinó la longitud de onda de las ondas producidas y, por lo tanto, su frecuencia. Las ondas más largas y de menor frecuencia tienen menos atenuación con la distancia. ^[44] Cuando Marconi probó antenas más largas, que irradiaban ondas de baja frecuencia, probablemente en elBanda MF alrededor de 2 MHz, ^[43] descubrió que podía transmitir más. ^[37] Otra ventaja era que estas antenas verticales irradiaban ondas polarizadas verticalmente , en lugar de las ondas polarizadas horizontalmente producidas por las antenas horizontales de Hertz. ^[45] Estas ondas polarizadas verticalmente más largas podrían viajar más allá del horizonte, ya que se propagan como una onda de tierra que sigue el contorno de la Tierra. Bajo ciertas condiciones, también podrían llegar más allá del horizonte al reflejarse en capas de partículas cargadas ( iones ) en la atmósfera superior, más tarde llamada propagación de ondas celestes . ^[32] Marconi no entendió nada de esto en ese momento; Simplemente descubrió empíricamente que cuanto más alto estuviera suspendida su antena vertical, más transmitiría.

Marconi en 1901 con su primer transmisor de chispa (derecha) y receptor coherente (izquierda) , que grabó los símbolos del código Morse con una línea de tinta en una cinta de papel.

Funcionarios de la Oficina de Correos británica que examinan el transmisor (centro) y el receptor (inferior) de Marconi durante una manifestación de 1897. El poste que sostiene la antena de cable vertical es visible en el centro.

Transmisor de Marconi en julio de 1897. (izquierda) Espacio de chispa Righi de 4 bolas, (derecha) Bobina de inducción, llave de telégrafo y caja de batería.

Transmisor no sintónico francés utilizado para la comunicación de barco a tierra alrededor de 1900. Tenía un alcance de unos 10 kilómetros (6.2 millas).

Después de no interesar al gobierno italiano, en 1896 Marconi se mudó a Gran Bretaña, donde William Preece, de la Oficina de Correos británica, financió sus experimentos. ^{[44] [43] [37]} Marconi patentó su sistema de radio el 2 de junio de 1896, ^{[40] a} menudo considerada la primera patente inalámbrica. ^[46] [47] En mayo de 1897 transmitió 14 km (8.7 millas), ^[44] el 27 de marzo de 1899 transmitió a través del Canal de la Mancha , 46 km (28 millas), ^[37] en el otoño de 1899 extendió el alcance a 136 km (85 millas), ^[48] y en enero de 1901 había alcanzado 315 km (196 millas). Estas demostraciones de inalámbricoLa comunicación del código Morse a distancias cada vez más largas convenció al mundo de que la radio, o "telegrafía inalámbrica" ​​como se la llamaba, no era solo una curiosidad científica sino una tecnología de comunicación comercialmente útil.

En 1897, Marconi comenzó una compañía para producir sus sistemas de radio, que se convirtió en la Compañía Telegráfica Inalámbrica Marconi . ^[44] [37] Su primer gran contrato en 1901 fue con la compañía de seguros Lloyd's de Londres para equipar sus barcos con estaciones inalámbricas. La compañía de Marconi dominó la radio marina durante la era de las chispas. Inspirado por Marconi, a fines de la década de 1890 otros investigadores también comenzaron a desarrollar sistemas competitivos de comunicación por radio chispa; Alexander Popov en Rusia, Eugène Ducretet en Francia, Reginald Fessenden y Lee De Forest en América, ^[1] y Karl Ferdinand Braun ,Adolf Slaby y Georg von Arco en Alemania, quienes en 1903 formaron la Telefunken Co., principal rival de Marconi.