Trådlös telegrafi -Wireless telegraphy

En radiooperatör från US Army Signal Corps 1943 i Nya Guinea som sänder med radiotelegrafi

Trådlös telegrafi eller radiotelegrafi är överföring av textmeddelanden med radiovågor , analogt med elektrisk telegrafi med hjälp av kablar . Före omkring 1910 användes termen trådlös telegrafi även för andra experimentella tekniker för att överföra telegrafsignaler utan ledningar. Inom radiotelegrafi sänds information av pulser av radiovågor av två olika längder som kallas "prickar" och "streck", som stavar ut textmeddelanden, vanligtvis i morsekod . I ett manuellt system trycker den sändande operatören på en omkopplare som kallas telegrafnyckel som slår på och av sändaren och producerar pulser av radiovågor. Vid mottagaren hörs pulserna i mottagarens högtalare som pip, som översätts tillbaka till text av en operatör som kan morsekod.

Radiotelegrafi var det första sättet för radiokommunikation. De första praktiska radiosändarna och -mottagarna som uppfanns 1894–1895 av Guglielmo Marconi använde radiotelegrafi. Det fortsatte att vara den enda typen av radiosändning under de första decennierna av radio, kallad "den trådlösa telegrafi-eran" fram till första världskriget , då utvecklingen av amplitudmodulering (AM) radiotelefoni tillät ljud ( ljud ) att sändas av radio. Med början omkring 1908 sände kraftfulla transoceaniska radiotelegrafistationer kommersiell telegramtrafik mellan länder med hastigheter upp till 200 ord per minut.

Radiotelegrafi användes för långdistanskommunikation av person-till-person kommersiell, diplomatisk och militär textkommunikation under första hälften av 1900-talet. Det blev en strategiskt viktig förmåga under de två världskrigen eftersom en nation utan långväga radiotelegrafstationer kunde isoleras från resten av världen genom att en fiende klippte av dess ubåtstelegrafkablar . Radiotelegrafi är fortfarande populärt inom amatörradio . Det lärs också ut av militären för användning i nödkommunikation. Kommersiell radiotelegrafi är dock föråldrad.

Översikt

Illustration från 1912 av en radiotelegrafist på ett fartyg som skickar ett nödrop på hjälp från SOS
Modern amatörradiooperatör som sänder morsekod

Trådlös telegrafi eller radiotelegrafi, vanligen kallad CW ( continuous wave ), ICW (interrupted continuous wave)-sändning, eller on-off-nyckel , och betecknas av International Telecommunication Union som emissionstyp A1A eller A2A , är en radiokommunikationsmetod . Den överfördes med flera olika moduleringsmetoder under dess historia. De primitiva gnistgap-sändarna som användes fram till 1920 sände dämpade vågor , som hade mycket bred bandbredd och tenderade att störa andra sändningar. Denna typ av utsläpp förbjöds 1934, med undantag för viss äldre användning på fartyg. Vakuumrörs (ventil)-sändarna som togs i bruk efter 1920 sände kod genom pulser av omodulerad sinusformad bärvåg kallad kontinuerlig våg (CW ) , som fortfarande används idag. För att ta emot CW-sändningar kräver mottagaren en krets som kallas en beat frequency oscillator (BFO). Den tredje typen av modulering, Frequency Shift Keying (FSK) användes huvudsakligen av radioteletypnätverk (RTTY). Morsekodradiotelegrafi ersattes gradvis av radioteletyp i de flesta högvolymapplikationer av andra världskriget .

I manuell radiotelegrafi manipulerar den sändande operatören en omkopplare som kallas en telegrafnyckel , som slår på och av radiosändaren och producerar pulser av omodulerade bärvågor av olika längder som kallas "prickar" och "streck", som kodar texttecken i morsekod . På mottagningsplatsen hörs morsekod i mottagarens hörlur eller högtalare som en sekvens av buzz eller pip, som översätts tillbaka till text av en operatör som kan morsekod. Med automatisk radiotelegrafi använder teleskrivare i båda ändar en kod som International Telegraph Alphabet No. 2 och producerar maskinskriven text.

Radiotelegrafi är föråldrad inom kommersiell radiokommunikation, och dess sista civila användning, som kräver att sjöfartsradiooperatörer använder morsekod för nödkommunikation, upphörde 1999 när Internationella sjöfartsorganisationen bytte till det satellitbaserade GMDSS -systemet. Men det används fortfarande av amatörradiooperatörer , och militärtjänst kräver att signalmän utbildas i morsekod för nödkommunikation. En CW-kuststation, KSM , finns fortfarande i Kalifornien, drivs främst som ett museum av frivilliga, och enstaka kontakter med fartyg tas. I en mindre äldre användning sänder VHF rundstrålande räckvidd (VOR) och NDB -radiofyrar i flygradionavigeringstjänsten fortfarande sina en till tre bokstäveridentifierare i morsekod.

Radiotelegrafi är populärt bland radioamatörer över hela världen, som vanligtvis refererar till det som kontinuerlig våg , eller bara CW. En analys 2021 av över 700 miljoner kommunikationer som loggats av Club Log-bloggen, och en liknande genomgång av data som loggats av American Radio Relay League, visar båda att trådlös telegrafi är det 2:a mest populära sättet för amatörradiokommunikation , och står för nästan 20 % av kontakter. Detta gör det mer populärt än röstkommunikation, men inte lika populärt som det digitala FT8 -läget, som stod för 60 % av amatörradiokontakterna 2021. Sedan 2003 har kunskaper om morsekod och trådlös telegrafi inte längre krävts för att få en amatörradiolicens i många länder, krävs det dock fortfarande i vissa länder att få en licens av en annan klass. Från och med 2021 kräver licensklass A i Vitryssland och Estland, eller den allmänna klassen i Monaco eller klass 1 i Ukraina morsekunskaper för att få tillgång till hela amatörradiospektrumet inklusive högfrekvensbanden (HF ) . Vidare erbjuder CEPT klass 1-licenser i Irland och klass 1 i Ryssland, som båda kräver kunskaper i trådlös telegrafi, ytterligare privilegier: en kortare och mer önskvärd anropssignal i båda länderna och rätten att använda en högre sändningseffekt i Ryssland .

Icke-radiometoder

Ansträngningar att hitta ett sätt att överföra telegrafsignaler utan ledningar växte fram ur framgången med elektriska telegrafnätverk, de första omedelbara telekommunikationssystemen. En telegraflinje utvecklades med början på 1830-talet och var ett person-till-person textmeddelandesystem som bestod av flera telegrafkontor sammanlänkade med en luftledning som stöddes på telegrafstolpar . För att skicka ett meddelande tryckte en operatör på ett kontor på en strömbrytare som kallas en telegrafnyckel , vilket skapade pulser av elektrisk ström som stavade ett meddelande i morsekod . När tangenten trycktes in, skulle den ansluta ett batteri till telegraflinjen och skicka ström ner i tråden. På det mottagande kontoret skulle strömpulserna driva ett telegrafekolod , en anordning som skulle göra ett "klick"-ljud när den tog emot varje strömpuls. Operatören på mottagningsstationen som kunde morsekod skulle översätta klickljuden till text och skriva ner meddelandet. Jorden användes som returväg för ström i telegrafkretsen, för att slippa använda en andra luftledning .

På 1860-talet var telegrafen standardsättet att skicka mest brådskande kommersiella, diplomatiska och militära meddelanden, och industriländer hade byggt kontinentsomfattande telegrafnätverk, med ubåttelegrafkablar som gjorde det möjligt för telegrafmeddelanden att överbrygga hav . Men det var mycket dyrt att installera och underhålla en telegraflinje som förbinder avlägsna stationer, och kablar kunde inte nå vissa platser som fartyg till havs. Uppfinnare insåg att om ett sätt kunde hittas för att skicka elektriska impulser av morsekod mellan separata punkter utan en anslutningsledning, kunde det revolutionera kommunikationen.

Den framgångsrika lösningen på detta problem var upptäckten av radiovågor 1887 och utvecklingen av praktiska radiotelegrafisändare och mottagare omkring 1899, som beskrivs i nästa avsnitt. Detta föregicks dock av en 50-årig historia av geniala men i slutändan misslyckade experiment av uppfinnare för att åstadkomma trådlös telegrafi på andra sätt.

Mark-, vatten- och luftledning

Flera trådlösa elektriska signalsystem baserade på den (ibland felaktiga) idén att elektriska strömmar kunde ledas långväga genom vatten, mark och luft undersöktes för telegrafi innan praktiska radiosystem blev tillgängliga.

De ursprungliga telegraflinjerna använde två ledningar mellan de två stationerna för att bilda en komplett elektrisk krets eller "loop". Men 1837 fann Carl August von Steinheil från München , Tyskland , att genom att ansluta ett ben av apparaten vid varje station till metallplattor nedgrävda i marken, kunde han eliminera en tråd och använda en enda tråd för telegrafisk kommunikation. Detta ledde till spekulationer om att det skulle vara möjligt att eliminera båda ledningarna och därför sända telegrafsignaler genom marken utan att några kablar förbinder stationerna. Andra försök gjordes att skicka den elektriska strömmen genom vattendrag, till exempel för att spänna över floder. Framstående försöksledare på dessa linjer inkluderade Samuel FB Morse i USA och James Bowman Lindsay i Storbritannien, som i augusti 1854 kunde demonstrera överföring över en bruksdamm på ett avstånd av 500 yards (457 meter).

Teslas förklaring i 1919 års nummer av "Electrical Experimenter" om hur han trodde att hans trådlösa system skulle fungera

De amerikanska uppfinnarna William Henry Ward (1871) och Mahlon Loomis (1872) utvecklade elektriska ledningssystem baserade på den felaktiga uppfattningen att det fanns ett elektrifierat atmosfäriskt skikt tillgängligt på låg höjd. De trodde att atmosfärsström, ansluten till en returväg med hjälp av "jordströmmar" skulle möjliggöra trådlös telegrafi såväl som försörjning av ström till telegrafen, vilket skulle göra sig av med konstgjorda batterier. En mer praktisk demonstration av trådlös överföring via ledning kom i Amos Dolbears magnetoelektriska telefon från 1879 som använde markledning för att sända över ett avstånd på en kvarts mil.

På 1890-talet arbetade uppfinnaren Nikola Tesla på ett trådlöst elektrisk kraftöverföringssystem för luft och markledning, liknande Loomis, som han planerade att inkludera trådlös telegrafi. Teslas experiment hade fått honom att felaktigt dra slutsatsen att han kunde använda hela jordens jordklot för att leda elektrisk energi och hans storskaliga tillämpning av hans idéer från 1901, ett trådlöst högspänningskraftverk, nu kallat Wardenclyffe Tower, förlorade finansiering och övergavs efter några år.

Telegrafisk kommunikation med hjälp av jordledningsförmåga visade sig så småningom vara begränsad till opraktiskt korta avstånd, liksom kommunikation som genomfördes genom vatten eller mellan skyttegravar under första världskriget.

Elektrostatisk och elektromagnetisk induktion

Thomas Edisons patent från 1891 för en trådlös telegraf från fartyg till land som använde elektrostatisk induktion

Både elektrostatisk och elektromagnetisk induktion användes för att utveckla trådlösa telegrafsystem som såg begränsad kommersiell tillämpning. I USA patenterade Thomas Edison i mitten av 1880-talet ett elektromagnetiskt induktionssystem som han kallade "grasshopper telegrafi", som gjorde det möjligt för telegrafiska signaler att hoppa det korta avståndet mellan ett körande tåg och telegrafledningar som löpte parallellt med spåren. Detta system var framgångsrikt tekniskt men inte ekonomiskt, eftersom det visade sig vara litet intresse bland tågresenärer för att använda en telegraftjänst ombord. Under den stora snöstormen 1888 användes detta system för att skicka och ta emot trådlösa meddelanden från tåg begravda i snödrivor. De funktionshindrade tågen kunde upprätthålla kommunikation via sina Edison induktions trådlösa telegrafsystem, kanske den första framgångsrika användningen av trådlös telegrafi för att skicka nödanrop. Edison skulle också hjälpa till att patentera ett fartyg-till-land kommunikationssystem baserat på elektrostatisk induktion.

Den mest framgångsrika skaparen av ett elektromagnetiskt induktionstelegrafsystem var William Preece , chefsingenjör för Post Office Telegraphs vid General Post Office (GPO) i Storbritannien . Preece märkte först effekten 1884 när telegrafledningar i Grays Inn Road av misstag bar meddelanden som skickades på nedgrävda kablar. Tester i Newcastle lyckades skicka en kvarts mil med parallella rektanglar av tråd. I tester över Bristol Channel 1892 kunde Preece telegrafera över luckor på cirka 5 kilometer (3,1 miles). Men hans induktionssystem krävde stora längder av antennledningar , många kilometer långa, både vid sändnings- och mottagningsänden. Längden på de sändande och mottagande ledningarna behövde vara ungefär samma längd som bredden på vattnet eller marken som skulle spännas över. Till exempel, för att Preeces station skulle sträcka sig över Engelska kanalen från Dover, England , till Frankrikes kust skulle det krävas sändning och mottagning av kablar på cirka 30 miles (48 kilometer) längs de två kusterna. Dessa fakta gjorde systemet opraktiskt på fartyg, båtar och vanliga öar, som är mycket mindre än Storbritannien eller Grönland . De relativt korta avstånden som ett praktiskt Preece-system kunde spänna innebar också att det hade få fördelar jämfört med telegrafkablar under vatten .

Radiotelegrafi

Brittiska postkontors ingenjörer inspekterar Marconis sändare (mitten) och mottagaren (nederst)Flat Holm , maj 1897
Typisk kommersiell radiotelegrafimottagare från 1900-talets första decennium. Morsekodens "prickar" och "streck" spelades in med bläck på papperstejp av en sifoninspelare (vänster) .
Exempel på transatlantiskt radiotelegrafmeddelande inspelat på pappersband vid RCA:s mottagningscenter i New York 1920. Översättningen av morsekoden ges under bandet.

Under flera år, med start 1894, arbetade den italienska uppfinnaren Guglielmo Marconi med att anpassa det nyupptäckta fenomenet radiovågor till kommunikation, förvandla det som i huvudsak var ett laboratorieexperiment fram till den punkten till ett användbart kommunikationssystem, och byggde det första radiotelegrafisystemet med hjälp av dem. Preece och GPO i Storbritannien stödde först och gav ekonomiskt stöd till Marconis experiment som utfördes på Salisbury Plain från 1896. Preece hade blivit övertygad om idén genom sina experiment med trådlös induktion. Dock drogs stödet tillbaka när Marconi bildade Wireless Telegraph & Signal Company . GPO-jurister fastställde att systemet var en telegraf i den mening som avses i telegraflagen och faller således under postverkets monopol. Detta verkade inte hålla tillbaka Marconi. Efter att Marconi skickade trådlösa telegrafiska signaler över Atlanten 1901 började systemet användas för regelbunden kommunikation inklusive fartyg-till-land och fartyg-till-fartyg-kommunikation.

Med denna utveckling kom trådlös telegrafi att betyda radiotelegrafi , morsekod som sänds av radiovågor. De första radiosändarna , primitiva gnistgapssändare som användes fram till första världskriget, kunde inte sända röst ( ljudsignaler) . Istället skulle operatören skicka textmeddelandet på en telegrafnyckel , som slog på och av sändaren, och producerade korta ("prick") och långa ("streck") pulser av radiovågor, vars grupper bestod av bokstäver och andra symboler av morsekoden. Vid mottagaren kunde signalerna höras som musikaliska "pip" i hörlurarna av den mottagande operatören, som skulle översätta koden tillbaka till text. År 1910 kallades kommunikation genom vad som hade kallats "hertziska vågor" allmänt som " radio ", och termen trådlös telegrafi har till stor del ersatts av den mer moderna termen "radiotelegrafi".

Kontinuerlig våg (CW)

De primitiva gnistgap-sändarna som användes fram till 1920 sändes med en moduleringsmetod som kallas dämpad våg . Så länge som telegraftangenten var nedtryckt, skulle sändaren producera en sträng av transienta pulser av radiovågor som upprepades med en ljudhastighet, vanligtvis mellan 50 och flera tusen hertz . I en mottagares hörlurar lät detta som en musikalisk ton, rasp eller surr. Således lät morsekodens "prickar" och "streck" som pip. Dämpad våg hade en stor frekvensbandbredd , vilket betyder att radiosignalen inte var en enda frekvens utan upptog ett brett band av frekvenser. Dämpade vågsändare hade en begränsad räckvidd och störde sändningarna från andra sändare på intilliggande frekvenser.

Efter 1905 uppfanns nya typer av radiotelegrafsändare som sände kod med hjälp av en ny moduleringsmetod: kontinuerlig våg (CW) (betecknad av International Telecommunication Union som emissionstyp A1A). Så länge telegraftangenten var nedtryckt producerade sändaren en kontinuerlig sinusformad våg med konstant amplitud. Eftersom all radiovågsenergi var koncentrerad till en enda frekvens kunde CW-sändare sända vidare med en given effekt och orsakade dessutom praktiskt taget inga störningar på sändningar på intilliggande frekvenser. De första sändarna som kunde producera kontinuerliga vågor var bågomvandlaren (Poulsen arc) sändaren, uppfann av den danske ingenjören Valdemar Poulsen 1903, och Alexanderson-generatorn , uppfann 1906-1912 av Reginald Fessenden och Ernst Alexanderson . Dessa ersatte långsamt gnistsändarna i högeffektradiotelegrafistationer.

Radiomottagarna som användes för dämpad våg kunde dock inte ta emot kontinuerliga vågor. Eftersom CW-signalen som producerades när knappen trycktes bara var en omodulerad bärvåg , gjorde den inget ljud i en mottagares hörlurar. För att ta emot en CW-signal behövde man hitta något sätt för att göra morsekodens bärvågspulser hörbara i en mottagare.

Detta problem löstes av Reginald Fessenden 1901. I hans "heterodyne"-mottagare blandas den inkommande radiotelegrafsignalen i mottagarens detektorkristall eller vakuumrör med en konstant sinusvåg som genereras av en elektronisk oscillator i mottagaren som kallas en taktfrekvensoscillator ( BFO). Oscillatorns frekvens är förskjuten från radiosändarens frekvens . I detektorn subtraherar de två frekvenserna, och en slagfrekvens ( heterodyne ) vid skillnaden mellan de två frekvenserna produceras: . Om BFO-frekvensen är tillräckligt nära radiostationens frekvens ligger beatfrekvensen i ljudfrekvensområdet och kan höras i mottagarens hörlurar. Under signalens "prickar" och "streck" produceras takttonen, medan det mellan dem inte finns någon bärvåg så ingen ton produceras. Således är morsekoden hörbar som musikaliska "pip" i hörlurarna.

BFO var sällsynt fram till uppfinningen 1913 av den första praktiska elektroniska oscillatorn, vakuumrörsåterkopplingsoscillatorn av Edwin Armstrong . Efter denna tid var BFO:er en standarddel av radiotelegrafimottagare. Varje gång radion ställdes in på en annan stationsfrekvens måste BFO-frekvensen också ändras, så BFO-oscillatorn måste vara inställbar. I senare superheterodynmottagare från 1930-talet och framåt blandades BFO-signalen med den konstanta mellanfrekvensen (IF) som producerades av superheterodyns detektor. Därför kan BFO vara en fast frekvens.

Kontinuerliga vakuumrörsändare ersatte de andra typerna av sändare med tillgången på kraftrör efter första världskriget eftersom de var billiga. CW blev standardmetoden för att sända radiotelegrafi på 20-talet, dämpade våggnistsändare förbjöds 1930 och CW fortsätter att användas idag. Än idag har de flesta kommunikationsmottagare som produceras för användning i kortvågskommunikationsstationer BFO:er.

Radiotelegrafi industri

Under första världskriget användes ballonger som ett snabbt sätt att höja trådantenner för militära fältradiotelegrafstationer. Ballonger på Tempelhofer Field , Tyskland, 1908.

International Radiotelegraph Union bildades inofficiellt vid den första internationella radiotelegrafkonventionen 1906, och slogs samman till International Telecommunication Union 1932. När USA gick in i första världskriget förbjöds privata radiotelegrafistationer, vilket satte stopp för flera pionjärers arbeta inom detta område. På 1920-talet fanns det ett världsomspännande nätverk av kommersiella och statliga radiotelegrafiska stationer, plus omfattande användning av radiotelegrafi av fartyg för både kommersiella ändamål och passagerarmeddelanden. Överföringen av ljud ( radiotelefoni ) började förskjuta radiotelegrafi på 1920-talet för många tillämpningar, vilket möjliggjorde radiosändningar . Trådlös telegrafi fortsatte att användas för privat person-till-person affärer, statlig och militär kommunikation, såsom telegram och diplomatisk kommunikation , och utvecklades till radioteletypnätverk . Den ultimata implementeringen av trådlös telegrafi var telex , med hjälp av radiosignaler, som utvecklades på 1930-talet och var under många år den enda pålitliga kommunikationsformen mellan många avlägsna länder. Den mest avancerade standarden, CCITT R.44 , automatiserade både routing och kodning av meddelanden genom kortvågssändningar .

Idag, på grund av modernare textöverföringsmetoder, har morsekodradiotelegrafi för kommersiellt bruk blivit föråldrad. Ombord har det dator- och satellitkopplade GMDSS -systemet till stor del ersatt Morse som kommunikationsmedel.

Reglering av radiotelegrafi

Continuous Wave (CW) radiotelegrafi regleras av International Telecommunication Union (ITU) som emissionstyp A1A.

US Federal Communications Commission utfärdar en livstids kommersiell radiotelegrafoperatörslicens. Detta kräver att man klarar ett enkelt skriftligt test om regler, en mer komplex skriftlig tentamen om teknik och demonstrerar morsemottagning med 20 ord per minut i klarspråk och 16 wpm-kodgrupper. (Kredit ges för amatörlicenser för extraklass som tjänats in under det gamla kravet på 20 wpm.)

Galleri

Se även

Referenser och anteckningar

Allmän
Citat

Vidare läsning

Listad efter datum [ senast till tidigast ]

externa länkar