Джордж Эшли Кэмпбелл

Джордж Эшли Кэмпбелл
Джордж Эшли Кэмпбелл
Рожденный	27 ноября 1870 г. ; Гастингс, Миннесота
Умер	10 ноября 1954 г. (83 года)
Национальность	Американский
Альма-матер	Гарвардский университет ; С
Награды	Почетная медаль IEEE (1936 г.) ; Медаль IEEE Эдисона (1940 г.) ; Медаль Эллиота Крессона (1940)
	Научная карьера
Поля	Электротехника

Джордж Эшли Кэмпбелл (27 ноября 1870 — 10 ноября 1954) — американский инженер. Он был пионером в разработке и применении количественных математических методов к проблемам междугородной телеграфии и телефонии. Его наиболее важный вклад был в теорию и реализацию использования нагрузочных катушек и первых волновых фильтров, разработанных для того, что впоследствии стало известно как метод изображения . Оба этих направления работы привели к важным экономическим преимуществам для Американской телефонной и телеграфной компании (AT&T).

Образование [ править ]

Кэмпбелл получил образование в Институте Макколлома в Нью-Гэмпшире, а затем в Массачусетском технологическом институте , который окончил в 1891 году. ^[1] Затем в 1893 году он получил степень магистра в Гарвардском университете. Ему была присуждена стипендия, которая позволила ему провести три года на аспирантуре; один год изучения высшей математики у Феликса Кляйна в Геттингене , один год изучения электричества и механики у Людвига Больцмана в Вене и один год обучения у Анри Пуанкаре в Париже. Кэмпбелл получил докторскую степень в Гарварде в 1901 году, защитив диссертацию на тему исследований нагрузочных катушек в AT&T . ^[2]

Работы по загрузке катушек [ править ]

В 1897 году Кэмпбелл пошел работать в AT&T в Бостоне. Он разработал метод передачи аналоговой телефонной связи на гораздо большие расстояния, чем это было возможно ранее, путем введения нагрузочных катушек в линию через тщательно рассчитанные промежутки времени для увеличения индуктивности . Инженер Майкл И. Пупин также запатентовал аналогичную систему, и AT&T заплатила Пупину очень большую сумму за его патенты, чтобы разработка продолжалась без судебных разбирательств. Фактически, ни один из этих людей не был первым, кто предложил идею загрузки катушек, заслуга в этом принадлежит Оливеру Хевисайду в статье 1887 года. ^[3] Хевисайд, однако, так и не запатентовал эту идею; действительно, он не воспользовался коммерческой выгодой ни одной из своих блестящих работ. ^[4] Несмотря на довольно загадочные юридические аргументы вокруг этого, несомненно, что Кэмпбелл был первым, кто действительно сконструировал телефонную цепь с использованием нагрузочных катушек. ^[5]

Кэмпбелл знал о работе Хевисайда по открытию состояния Хевисайда . ^[6] в котором сформулирована спецификация для передачи сигналов без искажений, но, по-видимому, он не знал о предложении Хевисайда использовать нагрузочные катушки, чтобы заставить линию соответствовать ей. Кэмпбелл первоначально подошёл к проблеме с совершенно иной точки зрения. AT&T поручила Кэмпбеллу изучить возможность улучшения качества линии с помощью биметаллического кабеля железо-медь, изобретенного Джоном С. Стоуном . ^[7] еще один инженер AT&T. Этот кабель Стоуна аналогичным образом увеличивал индуктивность линии и потенциально соответствовал условию Хевисайда. Однако Кэмпбеллу было трудно организовать практическую демонстрацию по реальному телефонному маршруту с выделенным ему бюджетом. Приняв во внимание, что в его симуляторах искусственных линий использовались сосредоточенные компоненты, а не распределенные величины, обнаруженные в реальной линии, он задался вопросом, нельзя ли вставить индуктивность с сосредоточенными компонентами вместо использования распределенной линии Стоуна. Когда его расчеты показали, что люки на телефонных трассах расположены достаточно близко друг к другу, чтобы можно было вставить нагрузочные катушки без затрат на раскапывание трассы или прокладку новых кабелей, он перешел на этот новый план. ^[8] Самая первая демонстрация нагрузочных катушек на телефонном кабеле состоялась на 46-мильной длине так называемого Питтсбургского кабеля (испытание фактически проходило в Бостоне, кабель ранее использовался для испытаний в Питтсбурге) 6 сентября 1899 года. осуществил сам Кэмпбелл и его помощник. ^[9] Первый телефонный кабель с загруженными линиями, введенный в эксплуатацию, был проложен между Ямайка-Плейн и Вест-Ньютоном недалеко от Бостона 18 мая 1900 года. ^[10]

битва Юридическая

AT&T вела судебную тяжбу с Пупином по поводу его иска. Пупин был первым, кто запатентовал, но Кэмпбелл уже провел практические демонстрации еще до того, как Пупин подал заявку на патент (декабрь 1899 г.). ^[11] Задержка Кэмпбелла с подачей заявки связана с медленными внутренними махинациями AT&T. ^[12] Заявление Пупина в его автобиографии ^[13] что он ранее подумал об этой идее во время восхождения на гору в 1894 году. ^[14]^[15] широко подвергается сомнению ^[16]^[17]^[18] и никаких подтверждений этому ни документальных, ни в последующей деятельности Пупина и его учеников нет. Однако AT&T по глупости удалила из предложенной Кэмпбеллом заявки на патент все таблицы и графики, подробно описывающие точное значение индуктивности, которое потребуется перед подачей патента. ^[19] Поскольку патент Пупина содержал (менее точную) формулу, AT&T была открыта для претензий о неполном раскрытии информации. Опасаясь, что существует риск того, что битва закончится тем, что изобретение будет объявлено непатентованным (из-за предыдущей работы Хевисайда), они решили купить опцион на патент Пупина за годовую плату, чтобы AT&T контролировала оба патента. К январю 1901 года Пупину заплатили 200 000 долларов (что эквивалентно 5 850 000 долларов в 2023 году), а к 1917 году, когда монополия AT&T закончилась и выплаты прекратились, он получил в общей сложности 455 000 долларов (что эквивалентно 11 040 000 долларов в 2023 году). ^[20]

Это изобретение имело огромную ценность для AT&T. Телефонные кабели теперь можно было использовать на удвоенном расстоянии, которое было возможно раньше, или, альтернативно, на том же расстоянии можно было использовать кабель вдвое худшего качества (и стоимости). Рассматривая вопрос о том, разрешить ли Кэмпбеллу продолжить демонстрацию, их инженеры подсчитали, что им удастся сэкономить 700 000 долларов (что эквивалентно 21 700 000 долларов в 2023 году) на затратах на новую установку только в Нью-Йорке и Нью-Джерси. ^[21] Подсчитано, что AT&T сэкономила 100 миллионов долларов (3,1 миллиарда в 2023 году) в первой четверти 20-го века. ^[22]^[23] Хевисайд, который все это начал, ушел ни с чем. Ему предложили символическую плату, но он не согласился, желая получить признание за свою работу, а не деньги. Он иронично заметил, что, если бы его предыдущая публикация была принята, это «помешало бы... потоку долларов в правильном направлении...». ^[24]

Работа над фильтрами [ править ]

Одним из важных результатов работ по нагружению катушек было то, что нагрузка вызывала отсечку на определенной частоте в отклике линии, значение которой можно было предсказать, зная емкость линии и индуктивность катушки , а также расстояние между катушками. Ненагруженная непрерывная линия такого поведения не имеет, затухание просто постоянно увеличивается с частотой. Такое поведение, а также сети сосредоточенных элементов , используемые для создания искусственных линий в целях тестирования, подсказали Кэмпбеллу возможную топологию фильтра с аналогичными характеристиками. ^[25]

Эта работа по фильтрации была начата в 1910 году. Используя лестничную сеть из катушек индуктивности и конденсаторов соответствующих конфигураций, он изготовил фильтры нижних , верхних и полосовых частот . Эти фильтры могут быть предназначены для пропускания частот в любом заданном диапазоне и отклонения частот в других диапазонах. Этот класс фильтров позже был назван фильтром постоянной k Отто Зобелем, работавшим в AT&T в Нью-Йорке. ^[26]

Резкость перехода из полосы пропускания в полосу заграждения и глубина режекции в полосе заграждения определялись количеством секций в лестнице. Если для фильтра требовались более строгие спецификации, все, что было необходимо, — это добавить в схему больше катушек индуктивности и конденсаторов точно в той же конфигурации схемы, что и для менее строгих спецификаций. ^[27]

Цель столь точной фильтрации телефонного канала заключалась в том, что AT&T пыталась использовать одни и те же провода для множества телефонных разговоров одновременно, используя технику мультиплексирования с частотным разделением каналов (FDM), и по соображениям конфиденциальности, а также разборчивости было важно, чтобы не было перекрестных помех между каналами . Фильтры также требовались для разделения различных разговоров на дальнем конце кабеля. полоса пропускания от 200 Гц голоса использовалась Первоначально для основной полосы до 2,5 кГц , но вскоре Международный союз электросвязи (ITU) установил мировой стандарт от 300 Гц до 3,4 кГц с интервалом между каналами 4 кГц. ^[28]

Эти конструкции фильтров, которые Зобель позже усовершенствовал, имели большую экономическую ценность для AT&T. Возможность отправлять несколько разговоров по одним и тем же проводам привела к очень существенной экономии затрат на прокладку кабеля. Используемая система модуляции ( однополосная передача с подавленной несущей ) и стандарт ITU оставались основным методом распределения телефонных услуг, пока с 1980-х годов их не начали вытеснять цифровые методы. ^[29]

Публикации [ править ]

Кэмпбелл, Джордж Эшли (1903) [1901-06-07]. «Глава XXX. О загруженных линиях телефонной связи» (PDF) . Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . Ряд 6. 5 (27). Тейлор и Фрэнсис : 313–330. дои : 10.1080/14786440309462928 . Архивировано (PDF) из оригинала 16 июля 2023 г. Проверено 16 июля 2023 г. (2+18 страниц)
Кэмпбелл, Джордж Эшли (апрель 1911 г.). «Цисоидальные колебания» (PDF) . Труды Американского института инженеров-электриков . ХХХ (1–6). Американский институт инженеров-электриков : 789–824 [Рис. 13 на стр. 810]. дои : 10.1109/PAIEE.1911.6659711 . S2CID 51647814 . Проверено 24 июня 2023 г. (37 страниц) (Примечание. Включает раннее графическое изображение чего-то похожего на диаграмму Смита за десятилетия до того, как Тосаку Мизухаси ( 水橋東作 ), Амиэль Рафаилович Вольперт [ ru ] ( Амиэ́ль Р. Во́льперт ) и Филипп Х. Смит опубликовали свои работы. )
Кэмпбелл, Джордж Эшли (ноябрь 1922 г.). «Физическая теория электрического волнового фильтра» . Технический журнал Bell System . Я (2). Нью-Йорк, США: Американская телефонная и телеграфная компания : 1–32 . Проверено 16 июля 2023 г.
Интегралы Фурье для практических приложений (1931)

См. также [ править ]

Люди [ править ]

Схемы [ править ]

Теория [ править ]

Условия мультиплексирования [ править ]

Условия фильтрации [ править ]

Примечания [ править ]

^ «Кэмпбелл, Джордж Эшли», в книге Фрица Э. Фрелиха, Аллена Кента, Энциклопедии телекоммуникаций Фрелиха/Кента , том. 2 ( CRC Press , 1991), с. 242
^ Бриттен, с. 41 (сноска)
^ Электрик , 1887 г. и воспроизведено (по Бриттену) в Хевисайде, О., Электромагнитная теория , стр. 112
^ Брей, с. 53
^ Бриттен с. 56
^ Хевисайд, О., Электротехническая документация , том. 1, стр. 139–140, Бостон, 1925.
^ Стоун, MS, Электрическая цепь , патент США 0578275, поданный 10 сентября 1896 г., выданный 2 марта 1897 г.
^ Бриттен, стр. 42–45.
^ Бриттен, стр. 43–44.
^ Бриттен, с. 45
^ Пупин, Майкл И., Искусство уменьшения затухания электрических волн и соответствующее оборудование , патент США 0652230, поданный 14 декабря 1899 г., выданный 19 июня 1900 г.
^ Бриттен, с. 44
^ Пупин, Майкл И., От иммигранта к изобретателю , стр. 330–331, Charles Schribner & Sons, 1924.
^ У Пупина действительно есть патент 1894 года, который иногда ошибочно цитируют как патент на его нагрузочную катушку, но он включает в себя последовательные конденсаторы, а не индукторы, и они не распределены по линии. Это имело бы прямо противоположный эффект нагрузке катушек, как отметил редактор журнала Electrical World , vol. 24, с. 97, 1894.
^ Пупин, Майкл И., патент США 0519347, Трансформатор для телеграфных, телефонных или других электрических систем , выдан 8 мая 1894 г.
^ Бриттен, стр. 36, 48–50.
^ Бриттен, с. 37, цитируя письмо Беренда Сирлу.
^ Бриттен, с. 37, цитирует письмо Сирла Беренду, 1931 г.
^ Бриттен, стр. 44–45.
^ Бриттен, стр. 54–55 (сноска), стр. 54–55 (сноска). 57
^ Бриттен, с. 45
^ Бриттен, с. 36
^ Шоу и Фондиллер, стр. 291–292
↑ Бриттен цитирует письмо Хевисайда Беренду, 1918 год.
^ Бриттен, с. 56
^ Брей, с. 62
^ Брей, с. 62
^ Брей, с. 62
^ Брей, стр. 62–64.

Ссылки [ править ]

Брей, Джон , Инновации и революция в области коммуникаций , Институт инженеров-электриков, 2002 г. ISBN 0852962185 .
Бриттен, Джеймс Э., «Представление загрузочной катушки: Джордж А. Кэмпбелл и Майкл И. Пупин », Technology and Culture , vol. 11, нет. 1 (январь 1970 г.), стр. 36–57, Издательство Университета Джонса Хопкинса от имени Общества истории технологий.
Хевисайд, Оливер , «Электрические статьи» , книжный магазин Американского математического общества, 1970 (переиздание 1892 года).
Шоу, Томас; Фондиллер, Уильям, «Разработка и применение нагрузки для телефонных цепей» , Труды Американского института инженеров-электриков , том. 45, стр. 268–294, 1926.

Внешние ссылки [ править ]

Работы Джорджа Эшли Кэмпбелла или о нем в Internet Archive
«Джордж Кэмпбелл» . Сеть глобальной истории IEEE . IEEE. 9 августа 2017 г.

[1] «Кэмпбелл, Джордж Эшли», в книге Фрица Э. Фрелиха, Аллена Кента, Энциклопедии телекоммуникаций Фрелиха/Кента , том. 2 ( CRC Press , 1991), с. 242

[2] Бриттен, с. 41 (сноска)

[3] Электрик , 1887 г. и воспроизведено (по Бриттену) в Хевисайде, О., Электромагнитная теория , стр. 112

[4] Брей, с. 53

[5] Бриттен с. 56

[6] Хевисайд, О., Электротехническая документация , том. 1, стр. 139–140, Бостон, 1925.

[7] Стоун, MS, Электрическая цепь , патент США 0578275, поданный 10 сентября 1896 г., выданный 2 марта 1897 г.

[8] Бриттен, стр. 42–45.

[9] Бриттен, стр. 43–44.

[10] Бриттен, с. 45

[11] Пупин, Майкл И., Искусство уменьшения затухания электрических волн и соответствующее оборудование , патент США 0652230, поданный 14 декабря 1899 г., выданный 19 июня 1900 г.

[12] Бриттен, с. 44

[13] Пупин, Майкл И., От иммигранта к изобретателю , стр. 330–331, Charles Schribner & Sons, 1924.

[14] У Пупина действительно есть патент 1894 года, который иногда ошибочно цитируют как патент на его нагрузочную катушку, но он включает в себя последовательные конденсаторы, а не индукторы, и они не распределены по линии. Это имело бы прямо противоположный эффект нагрузке катушек, как отметил редактор журнала Electrical World , vol. 24, с. 97, 1894.

[15] Пупин, Майкл И., патент США 0519347, Трансформатор для телеграфных, телефонных или других электрических систем , выдан 8 мая 1894 г.

[16] Бриттен, стр. 36, 48–50.

[17] Бриттен, с. 37, цитируя письмо Беренда Сирлу.

[18] Бриттен, с. 37, цитирует письмо Сирла Беренду, 1931 г.

[19] Бриттен, стр. 44–45.

[20] Бриттен, стр. 54–55 (сноска), стр. 54–55 (сноска). 57

[21] Бриттен, с. 45

[22] Бриттен, с. 36

[23] Шоу и Фондиллер, стр. 291–292

[24] Бриттен цитирует письмо Хевисайда Беренду, 1918 год.

[25] Бриттен, с. 56

[26] Брей, с. 62

[27] Брей, с. 62

[28] Брей, с. 62

[29] Брей, стр. 62–64.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

[28]

[29]

Базы данных авторитетного контроля
International	ISNI VIAF WorldCat
National	Germany United States Netherlands
Academics	zbMATH
Other	SNAC