Джордж Эшли Кэмпбелл - George Ashley Campbell - Wikipedia

О других людях по имени Джордж Кэмпбелл см. Джордж Кэмпбелл (значения).
Джордж Эшли Кэмпбелл
Джордж Эшли Кэмпбелл.jpg
Родившийся(1870-11-27)27 ноября 1870 г.
Гастингс, Миннесота
Умер10 ноября 1954 г.(1954-11-10) (83 года)
НациональностьАмериканец
Альма-матерГарвардский университет
Массачусетский технологический институт
НаградыПочетная медаль IEEE (1936)
Медаль IEEE Эдисона (1940)
Медаль Эллиота Крессона (1940)
Научная карьера
ПоляЭлектротехника

Джордж Эшли Кэмпбелл (27 ноября 1870 - 10 ноября 1954) был американским инженером. Он был пионером в разработке и применении количественных математических методов к проблемам междугородной телеграфии и телефонии. Его самый важный вклад был в теорию и реализацию использования загрузочные катушки и первый волновые фильтры разработан для того, что впоследствии стало известно как метод изображения. Оба этих направления работы привели к важным экономическим преимуществам для Американский телефон и телеграф Компания (AT&T).

Образование

Кэмпбелл получил образование в Институт Макколлома в Нью-Гэмпшире, а затем в Массачусетский технологический институт, которую окончил в 1891 году.[1] Затем он получил степень магистра Гарвардский университет в 1893 г. Он был удостоен стипендии, которая позволила ему проработать три года в аспирантуре; один год изучения высшей математики в Феликс Кляйн в Гёттинген, один год изучал электричество и механику в Людвиг Больцманн в Вене и один год обучения Анри Пуанкаре в Париже. Кэмпбелл получил докторскую степень в Гарварде в 1901 году, его диссертация была посвящена его теме. загрузочная катушка исследования в AT&T.[2]

Работы по загрузке катушек

В 1897 году Кэмпбелл перешел на работу в AT&T в Бостоне. Он разработал метод передачи аналоговой телефонной связи на гораздо большие расстояния, чем это было возможно ранее, благодаря введению загрузочные катушки в линию через тщательно рассчитанные интервалы, чтобы увеличить индуктивность. Инженер Михаил Иванович Пупин также запатентовал аналогичную систему, и AT&T заплатила Пупину очень большую сумму за его патенты, чтобы разработка продолжалась без судебных тяжб. Фактически, ни один из них не был первым, кто предложил идею загрузки катушек, и это заслуга Оливер Хевисайд в статье 1887 года.[3] Однако Хевисайд никогда не запатентовал эту идею; действительно, он не извлекал коммерческой выгоды из своей блестящей работы.[4] Несмотря на довольно загадочные юридические аргументы, связанные с этим, несомненно, что Кэмпбелл был первым, кто фактически построил телефонную цепь с использованием катушек нагрузки.[5]

Кэмпбелл знал о работе Хевисайда по открытию Состояние Хевисайда,[6] в котором сформулирована спецификация для передачи сигналов без искажений, но, по-видимому, он не знал о предложении Хевисайда об использовании нагрузочных катушек, чтобы заставить линию соответствовать ей. Кэмпбелл изначально подходил к проблеме с совершенно другой стороны. Компания AT&T поручила Кэмпбеллу изучить возможность улучшения качества линии с помощью биметаллического кабеля железо-медь, изобретенного Джон С. Стоун,[7] еще один инженер AT&T. Этот кабель Стоуна также увеличивал индуктивность линии и мог соответствовать условию Хевисайда. Однако Кэмпбелл изо всех сил пытался организовать практическую демонстрацию по реальному телефонному маршруту с выделенным ему бюджетом. Учитывая, что его имитаторы искусственных линий использовали сосредоточенный компоненты, а не распределен Он задавался вопросом, не сможет ли он вставить индуктивность с сосредоточенными компонентами вместо того, чтобы использовать распределенную линию Стоуна. Когда его расчеты показали, что люки на телефонных маршрутах расположены достаточно близко друг к другу, чтобы можно было вставить загрузочные катушки без затрат на рытье маршрута или прокладку новых кабелей, он изменил этот новый план.[8] Самая первая демонстрация нагрузочных катушек на телефонном кабеле была на 46-мильном участке так называемого Питтсбургского кабеля (испытание на самом деле было в Бостоне, кабель ранее использовался для испытаний в Питтсбурге) 6 сентября 1899 г. сам Кэмпбелл и его помощник.[9] Первый телефонный кабель с использованием загруженных линий, введенный в эксплуатацию, был между Ямайскими равнинами и Западным Ньютоном в Бостоне 18 мая 1900 года.[10]

Юридическая битва

AT&T вела судебную тяжбу с Pupin по его иску. Pupin был первым, кто запатентовал, но Кэмпбелл уже провел практические демонстрации еще до того, как Pupin даже подал свой патент (декабрь 1899 г.).[11] Задержка Кэмпбелла с подачей заявки связана с медленными внутренними махинациями AT&T.[12] Утверждение Пупина в своей автобиографии[13] что он ранее думал об этой идее во время восхождения на гору в 1894 году[14][15] широко сомневается[16][17][18] и нет никаких свидетельств этому ни документально, ни в последующей деятельности Пупина и его учеников. Однако AT&T по глупости удалила из предложенной Кэмпбеллом заявки на патент все таблицы и графики с подробным описанием точного значения индуктивности, которое потребовалось бы до подачи патента.[19] Поскольку патент Pupin содержал (менее точную) формулу, AT&T была открыта для требований о неполном раскрытии. Опасаясь, что существует риск того, что битва закончится объявлением изобретения непатентоспособным (из-за предыдущей работы Хевисайда), они решили купить опцион на патент Pupin за годовую плату, чтобы AT&T контролировала оба патента. К январю 1901 года Пупину выплатили 200000 долларов (что эквивалентно 5 050 000 долларов в 2019 году), а к 1917 году, когда монополия AT&T прекратилась и платежи прекратились, он получил в общей сложности 455 000 долларов (что эквивалентно 9 410 000 долларов в 2019 году).[20]

Это изобретение имело огромную ценность для AT&T. Теперь телефонные кабели можно было использовать на удвоенном расстоянии, которое ранее было возможно, или, в качестве альтернативы, на том же расстоянии можно было использовать кабель половинного качества (и стоимости). При рассмотрении вопроса о том, разрешить ли Кэмпбеллу продолжить демонстрацию, их инженеры подсчитали, что они сэкономят 700000 долларов (что эквивалентно 18 700000 долларов в 2019 году) на новых затратах на установку только в Нью-Йорке и Нью-Джерси.[21] Было подсчитано, что AT&T сэкономила 100 миллионов долларов (2,67 миллиарда в 2019 году) в первой четверти 20 века.[22][23] Хевисайд, который все это начал, ушел ни с чем. Ему предложили символическую оплату, но он отказался принять, желая получить кредит за свою работу, а не деньги. Он иронично заметил, что, если бы его предыдущая публикация была допущена, это «помешало бы ... потоку долларов в правильном направлении ...».[24]

Работа над фильтрами

Одним из важных результатов работы по нагружению катушек было то, что нагружение приводило к отключению при определенном частота в ответе строки, значение которого можно предсказать, зная строку емкость и катушка индуктивность и расстояние между катушками. У ненагруженной непрерывной линии такого поведения нет, затухание просто постоянно увеличивалась с частотой. Это поведение и сосредоточенный элемент сети, используемые для создания искусственных линий в тестовых целях, предложили Кэмпбеллу возможность топология для фильтра с аналогичными характеристиками.[25]

Эта работа по фильтрации была начата в 1910 году. лестничная сеть индукторов и конденсаторов в соответствующих конфигурациях, которые он произвел НЧ, высокая частота и полоса пропускания фильтры. Эти фильтры могут быть разработаны для пропускания частот в любом указанном диапазоне и отклонения частот в других диапазонах. Этот класс фильтров позже получил название постоянный k-фильтр к Отто Зобель работает в AT&T в Нью-Йорке.[26]

Резкость перехода от полоса пропускания к полоса задерживания, а глубина отбраковки в полосе задерживания определялась количеством секций в лестнице. Если для фильтра требовались более жесткие спецификации, все, что требовалось, - это добавить больше катушек индуктивности и конденсаторов в лестницу в точно такой же конфигурации схемы, что и для менее строгих требований.[27]

Цель фильтрации телефонного канала с такой точностью заключалась в том, что AT&T пыталась использовать одни и те же провода для множества телефонных разговоров одновременно, используя технику мультиплексирование с частотным разделением (FDM), и по соображениям конфиденциальности, а также для ясности понимания было важно, чтобы не было перекрестные помехи между каналами. Также требовались фильтры для разделения различных разговоров на дальнем конце кабеля. Изначально полоса пропускания 200 Гц до 2,5 кГц использовалась для голоса основная полоса, но вскоре Международный союз электросвязи (ITU) установил мировой стандарт от 300 Гц до 3,4 кГц с интервалом 4 кГц между каналами.[28]

Эти конструкции фильтров, которые Зобель позже усовершенствовал, имели большое экономическое значение для AT&T. Возможность передавать несколько разговоров по одним и тем же проводам привела к очень значительной экономии затрат на прокладку кабеля. Используемая система модуляции (однополосная передача с подавленной несущей ), а стандарт ITU оставался основным методом распределения телефонных услуг до тех пор, пока его не начали вытеснять цифровые технологии с 1980-х годов.[29]

Публикации

  • Загруженные линии при телефонной передаче (1903)
  • Цизоидальные колебания (1911)
  • Физическая теория электрического волнового фильтра (1922)[30]
  • Интегралы Фурье для практических приложений (1931)

Смотрите также

Примечания

  1. ^ «Кэмпбелл, Джордж Эшли», в Фрице Э. Фрёлихе, Аллене Кенте, Энциклопедия телекоммуникаций Фрёлиха / Кента, т. 2 (CRC Press, 1991), п. 242
  2. ^ Бриттен, стр. 41 (сноска)
  3. ^ Электрик, 1887 г. и воспроизведено (по Бриттену) в Heaviside, O., Электромагнитная теория, п. 112
  4. ^ Брей, стр. 53
  5. ^ Бриттен П. 56
  6. ^ Хевисайд, О., Электротехнические документы, т. 1. С. 139–140, Бостон, 1925.
  7. ^ Стоун, М.С., Электрическая цепь, Патент США 0 578 275, подана 10 сентября 1896 г., выдана 2 марта 1897 г.
  8. ^ Бриттен, стр. 42–45.
  9. ^ Бриттен, стр. 43–44.
  10. ^ Бриттен, стр. 45
  11. ^ Пупин М.И., Искусство уменьшения затухания электрических волн и устройств, следовательно, Патент США 0 652 230, подана 14 декабря 1899 г., выдана 19 июня 1900 г.
  12. ^ Бриттен, стр. 44
  13. ^ Пупин М.И., От иммигранта к изобретателю, стр. 330–331, Charles Schribner & Sons, 1924 г.
  14. ^ У Pupin действительно есть патент от 1894 года, который иногда ошибочно называют его патентом на загрузочную катушку, но он включает в себя последовательные конденсаторы, а не индукторы, и они не распределены по линии. Это будет иметь прямо противоположный эффект нагрузке катушек, как указывает редактор Электрический мир, т. 24, стр. 97, 1894.
  15. ^ Пупин М.И., патент США 0519 347, г. Трансформатор для телеграфных, телефонных или других электрических систем, выдан 8 мая 1894 г.
  16. ^ Бриттен, стр. 36, 48–50.
  17. ^ Бриттен, стр. 37, цитируя письмо Беренда Сирлу
  18. ^ Бриттен, стр. 37, цитируя письмо Серла Беренду, 1931 г.
  19. ^ Бриттен, стр. 44–45
  20. ^ Brittain, pp. 54–55 (сноска), p. 57
  21. ^ Бриттен, стр. 45
  22. ^ Бриттен, стр. 36
  23. ^ Shaw & Fondiller, стр. 291–292.
  24. ^ Бриттен цитирует письмо Хевисайда Беренду, 1918 год.
  25. ^ Бриттен, стр. 56
  26. ^ Брей, стр. 62
  27. ^ Брей, стр. 62
  28. ^ Брей, стр. 62
  29. ^ Брей, стр. 62–64.
  30. ^ Кэмпбелл, Г. А., "Физическая теория фильтра электрических волн", Bell System Tech J, Ноябрь 1922 г., т. 1, вып. 2. С. 1–32.

Рекомендации

  • Брей, Дж., Инновации и коммуникационная революция, Институт инженеров-электриков, 2002 г. ISBN  0852962185.
  • Бриттен, Джеймс Э., "Введение в загрузочную катушку: Джордж А. Кэмпбелл и Майкл И. Пупин", Технологии и культура, т. 11, вып. 1 (январь 1970 г.), стр. 36–57, издательство Университета Джона Хопкинса от имени Общества истории технологии.
  • Хевисайд, О., Электротехнические документы, Книжный магазин Американского математического общества, 1970 г. (перепечатка с 1892 г.).
  • Шоу, Т; Фондиллер, W, «Разработка и применение нагрузки для телефонных цепей», Труды Американского института инженеров-электриков, т. 45. С. 268–294, 1926.

внешняя ссылка