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火花放電送信機は、電気火花によって電波を発生させる、現在では使われなくなったタイプの無線送信機です。[ 1 ] [ 2 ]火花放電送信機は最初のタイプの無線送信機であり、無線電信または「火花」時代、つまり1887年から第一次世界大戦終結までの最初の30年間で主に使われたタイプでした。 [ 3 ] [ 4 ]ドイツの物理学者ハインリヒ・ヘルツは1887年に最初の実験的な火花放電送信機を製作し、それによって電波の存在を証明し、その特性を研究しました。
火花放電式送信機の根本的な限界は、減衰波と呼ばれる一連の短い過渡的な電波パルスを生成することです。そのため、現代のAMやFMラジオ放送で音声（音）を伝送するために使用される連続波を生成することができません。したがって、火花放電式送信機は音声を送信できず、代わりに無線電信によって情報を送信していました。オペレーターは電信キーで送信機のオン/オフを切り替え、電波パルスを生成してモールス信号でテキストメッセージを綴っていました。
無線電信通信用の実用的な火花放電式送信機と受信機は、 1896 年頃にグリエルモ・マルコーニによって開発されました。火花放電式送信機の最初の用途の 1 つは、船上で陸上と通信し、船が沈没した場合に遭難信号を送信することでした。これらは、1912 年のRMSタイタニック号の惨事などの海難救助において重要な役割を果たしました。第一次世界大戦後、真空管送信機 が開発されました。これは、より安価で、より広い範囲を伝送でき、干渉が少なく、音声も伝送できる連続波を生成するため、1920 年までに火花放電式送信機は時代遅れになりました。火花放電式送信機によって生成される無線信号は電気的に「ノイズが多い」です。帯域幅が広いため、他の無線送信を妨害する可能性のある無線周波数干渉(RFI) が発生します。この種の無線放射は、1934 年以来国際法で禁止されています。[ 5 ] [ 6 ]
電磁波は、電荷が加速されるときに放射されます。[ 7 ] [ 8 ]無線周波数の電磁波である電波は、導体を流れる電子が突然速度を変えて加速することによって生じる、時間的に変化する電流によって生成されます。 [ 8 ] [ 9 ]
2本の導体間の火花ギャップを介して放電される帯電した静電容量は、電波を発生させることができる最初の装置として知られています。[ 10 ]： p.3火花自体は電波を発生させるのではなく、接続された回路の導体に共振する高周波振動電流を励起する高速スイッチとして機能します。導体はこの振動電流のエネルギーを電波として放射します。
回路導体の固有のインダクタンスにより、十分に低い抵抗（火花など）を介したコンデンサの放電は振動的になります。電荷は短時間、火花ギャップを高速で往復し、両側の導体を交互に正負に充電し、振動が消えるまで続きます。[ 11 ] [ 12 ]
実用的なスパークギャップトランスミッターは、以下の部品で構成されています。[ 11 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
送信機は、コンデンサが変圧器によって高電圧に充電され、スパークギャップ間の火花によってコイルを通して放電されるという高速な繰り返しサイクルで動作します。[ 11 ] [ 16 ]瞬間的な火花は共振回路をベルのように「鳴らし」、アンテナによって電磁波として放射される短い振動電流を生成します。[ 11 ]送信機はこのサイクルを高速で繰り返すため、火花は連続しているように見え、無線信号はラジオ受信機で甲高い音やブザー音のように聞こえます。
このサイクルは非常に速く、1ミリ秒未満で完了します。各スパークによって、このサイクルは振動する正弦波からなる無線信号を生成します。この正弦波は急速に高振幅まで増加し、指数関数的にゼロまで減少します。これは減衰波と呼ばれます。[ 11 ]周波数発振周波数、すなわち放射される電波の周波数は、容量によって決定される共振回路の共振周波数に等しい。コンデンサとインダクタンスコイルの:
送信機はこのサイクルを高速で繰り返すため、出力は減衰波の繰り返し列になります。これは一定の周波数で振幅変調された無線信号に相当するため、無線電信時代に使用されていた水晶検波器やフレミング管などの整流AM検波器によって無線受信機で復調できます。繰り返し周波数（スパークレート）は可聴域で、通常は毎秒50～1000スパークなので、受信機のイヤホンでは信号は一定のトーン、キーンという音、またはブザー音のように聞こえます。[ 13 ]
この信号で情報を送信するには、オペレーターは変圧器の一次回路にある電信キーと呼ばれるスイッチを素早くオンオフすることで送信機を操作し、減衰波の短い（ドット）列と長い（ダッシュ）列を連続的に生成してモールス符号でメッセージを綴ります。キーが押されている間は、スパークギャップが繰り返し点火し、一連の電波パルスが生成されるため、受信機ではキーを押すとブザー音が聞こえます。モールス符号のメッセージ全体は、間隔を空けて連続するブザー音のように聞こえます。低出力送信機では、キーは電源変圧器の一次回路を直接遮断しますが、高出力送信機では、キーは高耐久性のリレーを操作して一次回路を遮断します。
コンデンサを充電する回路は、スパークギャップ自体とともに、送信機のスパークレート、つまり1秒あたりに発生するスパークとそれに伴う減衰波パルスの数を決定し、これが受信機で聞こえる信号のトーンを決定します。スパークレートは、送信機の周波数（各減衰波における1秒あたりの正弦波振動の数）と混同してはなりません。送信機はスパークごとに1つの電波パルスを生成するため、送信機の出力電力はスパークレートに比例し、したがって高いレートが好まれました。スパーク送信機は一般的に、次の3種類の電力回路のいずれかを使用しました。[ 11 ] [ 13 ] [ 17 ]： p.359–362
誘導コイル（ルムコルフコイル）は、通常500ワット以下の低出力送信機（多くは電池駆動）で使用されていました。誘導コイルは直流で駆動される変圧器の一種で、コイル上の振動アームスイッチ接点（インターラプタと呼ばれる）が一次巻線に電流を供給する回路を繰り返し遮断し、コイルに高電圧パルスを発生させます。コイルへの一次電流がオンになると、一次巻線は鉄心に磁場を生成し、バネ状のインターラプタアームを接点から引き離してスイッチを開き、一次電流を遮断します。その後、磁場が崩壊して二次巻線に高電圧パルスが発生し、インターラプタアームがバネで戻って接点を再び閉じ、このサイクルが繰り返されます。高電圧パルスが発生するたびにコンデンサが充電され、スパークギャップが放電してパルスごとに1回のスパークが発生します。インターラプタのスパークレートは20～100Hzと低く 、受信機では低いブザー音のように聞こえました。強力な誘導コイル送信機では、振動式遮断器の代わりに水銀タービン式遮断器が用いられた。これにより、数千ヘルツまでの周波数で電流を遮断することができ、最適な音色が得られるように周波数を調整することができた。
交流で駆動される高出力送信機では、変圧器によって入力電圧が要求される高電圧まで昇圧されます。変圧器からの正弦波電圧はコンデンサに直接印加されるため、コンデンサの電圧は高い正電圧からゼロ、高い負電圧へと変化します。スパークギャップは、コンデンサが完全に充電されたとき、交流正弦波のピーク付近の最大電圧でのみスパークが発生するように調整されます。交流正弦波は1サイクルあたり2つのピークを持つため、理想的には各サイクルで2回のスパークが発生し、スパーク率は交流電源の周波数の2倍に等しくなります[ 15 ]（多くの場合、各半サイクルのピークで複数のスパークが発生します）。したがって、50Hzまたは60Hzの主電源で駆動される送信機のスパーク率は 100Hzまたは120Hzになります 。しかし、音声周波数が高いほど干渉を効果的に除去できるため、多くの送信機では変圧器はモーター・オルタネータセットによって駆動され、シャフトがオルタネータを回転させる電動モーターによって、通常500Hzの高周波交流が生成され、結果として1000Hzのスパークレートが得られました。[ 15 ]
信号伝送速度は、当然ながら火花が消えるまでの時間によって制限されます。上記のように、交流電流のゼロ点において導電性プラズマが火花を消すほど十分に冷却されない場合、蓄積されたエネルギーが散逸するまで「持続火花」が維持され、実用的な動作は毎秒約60信号までしかできません。アークを遮断するための積極的な対策（火花に空気を吹き込むか、火花ギャップを長くするなど）を講じると、はるかに短い「消弧火花」が得られます。単純な消弧火花システムでも、火花が消弧するまでの時間内にコンデンサ回路が数回振動します。火花回路が遮断されると、伝送周波数はアンテナ共振回路のみによって決定されるため、チューニングが簡単になります。
回転式スパークギャップを備えた送信機（下図）では、コンデンサは上記のように高電圧トランスから交流で充電され、電気モーターで回転するホイールの周囲に間隔を置いて配置された電極からなるスパークギャップによって放電され、電極が固定電極を通過する際に火花が発生します。[ 11 ] [ 15 ]スパークレートは、1秒あたりの回転数とホイール上のスパーク電極の数の積に等しくなります。スパークレートは数千ヘルツまで生成でき、モーターの速度を変更することでレートを調整できます。ホイールの回転は通常、交流正弦波に同期され、可動電極が正弦波のピークで固定電極を通過するようにすることで、コンデンサが完全に充電されたときにスパークが発生し、受信機で音楽的なトーンが生成されます。このように正しく調整すると、外部冷却や消弧のための空気の流れが不要になり、充電回路（コンデンサと並列）からスパークを介して直接電力が失われることもなくなります。
無線送信機の発明は、二つの研究分野の融合によってもたらされた。
1つは、電線を使わずに電信信号を送信するシステムを考案しようとする発明家たちの努力でした。多くの発明家による実験では、電気的擾乱が短距離であれば空中を伝わることが示されていました。しかし、これらのシステムのほとんどは電波ではなく静電誘導または電磁誘導によって動作しており、実用には距離が短すぎました。[ 18 ] 1866年、マローン・ルーミスは、 14マイル離れた山頂の凧で吊るされた2本の600フィートのワイヤーの間で、大気を通して電気信号を送信したと主張しました。[ 18 ]トーマス・エジソンは1875年にラジオの発見に近づきました。彼は高電圧火花回路の実験で「エーテル電流」と呼んだ電波を発生させ、検出しましたが、時間の不足のため、この問題を追求しませんでした。[ 17 ] : p.259–261デイビッド・エドワード・ヒューズも1879年に炭素マイクロホン検出器で受信した電波伝送に偶然遭遇したが、彼が観察したものは誘導であると確信していた。[ 17 ] : p.259–261これらの人物はどちらも、自分たちの観察の重要性を理解しておらず、ヘルツより前に研究成果を発表しなかったため、通常はラジオの発見者として認められていない。
もう一つは、1864 年にスコットランドの物理学者ジェームズ・クラーク・マクスウェルが提唱した電磁気学の理論（現在ではマクスウェル方程式と呼ばれている）を確認するための物理学者による研究である。マクスウェルの理論は、振動する電場と磁場の組み合わせが「電磁波」として空間を伝わることを予測した。マクスウェルは、光は短波長の電磁波で構成されていると提唱したが、誰もこれを確認したり、他の波長の電磁波を生成または検出する方法を知らなかった。1883 年までに、加速された電荷が電磁波を生成できるという理論が立てられ、ジョージ・フィッツジェラルドはループアンテナの出力電力を計算した。[ 19 ]フィッツジェラルドは 1883 年に発表した短いメモで、コンデンサを急速に放電することで電磁波を実際に生成できると示唆した。これは火花送信機で使用されている方法である。[ 20 ] [ 21 ]しかし、これが他の発明家に影響を与えたという兆候はない。
火花送信機の歴史を以下の異なるタイプに分類するのは、多くの無線教科書で使用されている主題の構成に従っている。[ 22 ]
ドイツの物理学者ハインリヒ・ヘルツは、 1887年に、1864年にジェームズ・クラーク・マクスウェルが予言した電磁波の存在を実証する歴史的な実験の中で、最初の実験用火花ギャップ送信機を製作しました。マクスウェルはこの実験で電波を発見しました。[ 23 ] [ 24 ]： p.3-4 [ 25 ] [ 17 ]： p.19、260、331-332 。電波は1910年頃まで「ヘルツ波」と呼ばれていました。ヘルツは、導体の端に火花ギャップがある一対の平らな螺旋インダクタである「ライス螺旋」の実験から、火花励起回路を試作するインスピレーションを得ました。一方の螺旋を通して放電されたライデン瓶コンデンサは、もう一方の螺旋のギャップで火花を発生させます。
回路図を参照してください。ヘルツの送信機は、長さの異なる一対の直線状の金属棒で構成されたダイポールアンテナで、内側の端の間には火花ギャップ（S）があり、外側の端には容量（C）用の金属球または金属板が取り付けられていました。 [ 23 ] [ 17 ]： p.19、260、331–332 [ 25 ]アンテナの両側は、5～30 kVの高電圧パルスを生成する一般的な実験用電源である誘導コイル（ルムコルフコイル）（T）に接続されていました。アンテナは波を放射するだけでなく、振動電流を生成する調和発振器（共振器）としても機能しました。誘導コイル（T）からの高電圧パルスがアンテナの両側に印加されました。各パルスはアンテナの容量に電荷を蓄積し、火花ギャップ間の火花によってすぐに放電されました。火花によって、アンテナの両側に短い振動定常電流波が発生した。アンテナは、そのエネルギーを瞬間的な電波パルス、すなわち減衰波として放射した。波の周波数はアンテナの共振周波数に等しく、共振周波数はアンテナの長さによって決まる。アンテナは半波長ダイポールとして機能し、アンテナ長の約2倍の長さの波を放射した（例えば、長さ1メートルのダイポールは150MHzの電波を発生させる）。ヘルツは、共振受信アンテナとして機能するワイヤーループ内のマイクロメートル（M）の火花ギャップで発生する微小な火花を観測することで、これらの波を検出した。オリバー・ロッジも同時期に火花発振器の実験を行っており、ヘルツよりも先に電波の発見に近づいていたが、彼の研究対象は自由空間ではなく、ワイヤー上の波であった。[ 26 ] [ 17 ]： p.226
ヘルツと、ジャガディッシュ・チャンドラ・ボース、レイリー卿、ジョージ・フィッツジェラルド、フレデリック・トルートン、アウグスト・リギ、オリバー・ロッジなど、これらの「ヘルツ発振器」を構築した第一世代の物理学者たちは、主に科学現象としての電波に興味を持っており、通信技術としての可能性を予見することはほとんどできなかった。[ 27]：p.54、98 [24 ]：p.5-9、22 [ 17 ]：p.260、263-265 [ 28 ]マクスウェルの理論の影響により、彼らの思考は電波と光波の 類似性によって支配されており、電波を目に見えない光の一形態と考えていた。[ 24 ]： p.5-9、22 [ 17 ] ： p.260、263-265光との類推から、電波は直進するだけだと想定したため、電波伝送は手旗信号などの既存の光信号方式と同様に視界の限界によって制限され、したがって長距離通信には適さないと考えた。[ 26 ] [ 29 ] [ 30 ] 1894年になっても、オリバー・ロッジはヘルツ波が伝送できる最大距離は半マイルだと推測した。[ 24 ]： p.5-9、22
電波と光波の類似性を調べるために、これらの研究者は、パラフィンワックス、硫黄、ピッチ、ワイヤー回折格子で作られたプリズムやレンズなどの準光学部品を使用して、電波で古典的な光学実験を再現できる短波長高周波波の生成に集中しました。[ 17 ]： p.476-484彼らの短いアンテナは、VHF、UHF、またはマイクロ波帯の電波を生成しました。ヘルツはさまざまな実験で、50～450MHzの周波数の波を生成しました。これは、今日のテレビ放送送信機で使用されている周波数とほぼ同じです。ヘルツはそれらを使用して、電波の定在波、屈折、回折、偏光、干渉を実証する歴史的な実験を行いました。 [ 31 ] [ 17 ]： p.19、260、331-332彼はまた、電波の速度を測定し、電波が光と同じ速度で伝わることを示しました。これらの実験により、光波と電波はどちらもマクスウェルの電磁波の一種であり、周波数のみが異なることが明らかになった。1894年頃、アウグスト・リギとジャガディッシュ・チャンドラ・ボースは、小さな金属球を共振器アンテナとして使用し、それぞれ12GHzと60GHzのマイクロ波を発生させた。 [ 32 ] [ 17 ]： p.291-308
ヘルツ発振器によって生成される高周波は、地平線を超えて伝わることはできなかった。双極子共振器は静電容量が低く、電荷をあまり蓄積できなかったため、出力が制限された。[ 24 ]： p.5-9、22したがって、これらの装置は長距離伝送には適しておらず、使用された原始的な受信機による受信範囲は通常約100ヤード（100メートル）に制限されていた。[ 24 ]： p.5-9、22
ラジオが有用な目的に応用されることが、これほど著名な科学者たちの目に留まらなかったとは、到底考えられない。
—グリエルモ・マルコーニ[ 33 ]
イタリアのラジオのパイオニアであるグリエルモ・マルコーニは、電波が長距離通信に利用できると信じた最初の人物の一人であり、主に他人の発明を組み合わせたり改良したりすることで、最初の実用的な無線電信送信機と受信機を独力で開発しました。[ 28 ] [ 34 ] [ 24 ]：第1章と第2章。1894年から1901年にかけて、イタリアにある家族の領地で21歳から、ヘルツの火花発振器と受信機の送信範囲を広げるための一連の実験を行いました。[ 33 ]
マルコーニは、1895 年まで 0.5 マイルを超えて通信することができなかったが、送信機と受信機のヘルツダイポールアンテナの片側を大地に接続し、もう片側を地面から高く吊り下げた長いワイヤーアンテナに置き換えることで、送信範囲を大幅に拡大できることを発見した。 [ 24 ] : p.20-21 [ 28 ] [ 36 ] : 195–218 [ 37 ]これらのアンテナは、1/4 波長モノポールアンテナとして機能した。[ 38 ]アンテナの長さによって、生成される波の波長、ひいてはその周波数が決まる。より長く、周波数の低い波は、距離による減衰が少ない。[ 38 ]マルコーニは、おそらく2 MHz付近のMFバンドで、より低い周波数の波を放射するより長いアンテナを試したところ、 [ 37 ]より遠くまで送信できることがわかった。[ 33 ]もう一つの利点は、これらの垂直アンテナが、ヘルツの水平アンテナが生成する水平偏波ではなく、垂直偏波を放射することだった。 [ 39 ]これらのより長い垂直偏波は、地球の輪郭に沿って伝搬する地表波として伝搬するため、地平線の彼方まで到達することができた。特定の条件下では、上層大気中の荷電粒子（イオン）の層で反射することによって地平線の彼方まで到達することもできた。これは後に電離層反射波伝搬と呼ばれるようになった。[ 30 ] マルコーニは当時、これらのことを何も理解していなかった。彼は単に、垂直アンテナを高く吊るせば吊るすほど、遠くまで送信できることを経験的に発見しただけだった。
イタリア政府の関心を得られなかったマルコーニは、1896年にイギリスに移り、そこで英国郵政省のウィリアム・プリースが彼の実験に資金を提供した。[ 38 ] [ 37 ] [ 33 ]マルコーニは1896年6月2日に無線システムの特許を申請した。 [ 35 ]これはしばしば最初の無線特許と考えられている。[17]：p.352-353、355-358 [40 ] 1897年5月には14 km (8.7マイル) を送信し、[ 38 ] 1899年3月27日にはイギリス海峡を越えて46 km (28マイル) を送信し、[ 33 ] 1899年秋には範囲を136 km (85マイル) に拡張し、[ 24 ]： p.60-61 1901年1月までに315 km (196マイル)に達した。こうした、ますます長距離にわたる無線モールス信号通信の実証実験は、ラジオ、あるいは当時「無線電信」と呼ばれていたものが、単なる科学的な好奇心の対象ではなく、商業的に有用な通信技術であることを世界に確信させた。
1897年、マルコーニは無線システムを製造する会社を設立し、それがマルコーニ無線電信会社となった。[ 38 ] [ 33 ]無線通信は1900年頃から商業的に利用され始めた。1901年の最初の大きな契約は、ロイズ・オブ・ロンドンの保険会社とのもので、同社の船舶に無線局を装備することだった。マルコーニの会社は、スパーク無線時代を通じて船舶無線を支配した。マルコーニに触発され、1890年代後半には他の研究者も競合するスパーク無線通信システムの開発を始めた。ロシアのアレクサンダー・ポポフ、フランスのウジェーヌ・デュクレテ、アメリカのレジナルド・フェッセンデンとリー・デ・フォレスト[ 1 ]、そしてドイツのカール・フェルディナント・ブラウン、アドルフ・スラビー、ゲオルク・フォン・アルコは、1903年にマルコーニの最大のライバルであるテレフンケン社を設立した。[ 41 ] [ 42 ]
1897 年以前の原始的な送信機には共振回路(LC 回路、タンク回路、同調回路とも呼ばれる) がなく、スパーク ギャップはアンテナにあり、これが共振器として機能して電波の周波数を決定していました。[ 33 ] [ 43 ] [ 17 ] : p.352-353、355–358 [ 44 ]これらは「非同調型」または「プレーン アンテナ」送信機と呼ばれていました。[ 17 ] : p.352-353、355–358 [ 45 ]
これらの送信機の平均出力は低かった。これは、アンテナの静電容量が低いため、アンテナが減衰振動子（現代の用語では、 Q値が非常に低い）であったためである。[ 10 ]： p.4–7、32–33スパークが発生するたびに、アンテナに蓄積されたエネルギーは電波として急速に放射され、振動はすぐにゼロに減衰した。[ 46 ]無線信号は、1秒間に数十回、多くても数百回繰り返される短い電波パルスで構成され、比較的長い無出力の間隔で区切られていた。[ 17 ]： p.352-353、355–358放射される電力は、スパークが発生する前にアンテナに蓄積できる電荷量に依存し、これはアンテナの静電容量に比例していた。接地に対する静電容量を増やすために、アンテナは複数の平行線で構成され、多くの場合、容量性のトップロードを備えており、「スパーク」時代の特徴である「ハープ」、「ケージ」、「アンブレラ」、「逆L」、「T 」アンテナが作られました。 [ 47 ]アンテナに蓄積されるエネルギーを増やす唯一の他の方法は、非常に高い電圧まで充電することでした。[ 48 ] [ 17 ]： p.352-353、355-358しかし、使用できる電圧は、コロナ放電によってアンテナから電荷が漏れ出し、特に湿った天候では、また、より長いスパークで熱としてエネルギーが失われるため、 約100 kVに制限されていました。
大きな減衰のより重大な欠点は、無線送信が電気的に「ノイズが多い」こと、つまり帯域幅が非常に広いことでした。[ 11 ] [ 24 ] : p.90-93 [ 33 ] [ 36 ] : 72-75これらの送信機は、単一の周波数の波ではなく、連続した周波数帯域を生成しました。[ 36 ] : 72-75 [ 24 ] : p.90-93これらは基本的に無線スペクトルの大部分にわたってエネルギーを放射する無線ノイズ源であり、他の送信機が聞こえることを不可能にしました。[ 13 ]複数の送信機が同じエリアで動作しようとすると、それらの広い信号は周波数で重なり合い、互いに干渉しました。 [ 33 ] [ 44 ]使用された無線受信機にも共振回路がなかったため、アンテナの広い共振以外に、ある信号を他の信号から選択する方法がなく、近くのすべての送信機の送信に反応しました。[ 44 ]この干渉問題の一例として、1901 年 8 月にマルコーニ、リー・デ・フォレスト、GW ピカードが調整されていない火花送信機を使って船からニューヨークヨットレースを新聞社に報告しようとした際に起きた、公の場での恥ずべき大失敗がある。[ 49 ] [ 50 ] [ 51 ]モールス信号の送信が干渉し、陸上の記者は混乱した信号から何の情報も受け取ることができなかった。
複数の送信機が動作するためには、受信機が受信する送信機の信号を選択し、他の信号を拒否できるように、 「選択信号」 [ 53 ] [ 54 ]のシステムを考案する必要があることが明らかになった。1892 年、ウィリアム クルックスは、送信機と受信機の帯域幅を狭めるために共振(当時はシントニーと呼ばれていた)を使用することを提案したラジオに関する影響力のある講演[ 55 ] [ 56 ]を行った。[ 17 ] : p.352-353、355-358送信機で共振回路(同調回路またはタンク回路とも呼ばれる) を使用すると、放射信号の帯域幅が狭くなり、中心周波数の周りの周波数範囲が狭くなるため、異なる周波数で送信するように「同調」された送信機の信号が重ならなくなる。独自の共振回路を持つ受信機は、ある楽器を別の楽器と共振させるのと同様に、共振周波数を目的の送信機の周波数に「同調」することで、特定の送信機を受信することができた。[ 53 ]これは、現代のすべてのラジオで使用されているシステムである。
1897年から1900年の間に、無線研究者たちは「同調」または「同調」システムの利点を認識し、送信機と受信機にコンデンサ（ライデン瓶）とインダクタ（コイル）を追加して共振回路（同調回路、またはタンク回路）を作った。[ 36 ]： p. 125-136、254-255、259 長年電気共振を研究していたオリバー・ロッジは、[ 36 ] : p.108-109 [ 44 ] 1897 年 5 月に最初の「シントニック」送信機と受信機の特許を取得しました[52] [57] [26] [36] : p.130-143 [24 ] : p.90-93ロッジは、アンテナの容量と共振して同調回路を作るために、ダイポールアンテナの両側にインダクタ（コイル）を追加しました。 [ 44 ] [ 36 ] : p. 125-136、254-255、259ロッジの複雑な回路は実用化されることは少なかったものの、彼の「シントニック」特許は、互いに共振するように調整された共振回路を含む無線送信機と受信機を初めて提案した特許であったため重要であった。[ 44 ] [ 36 ] ： p.125-136、254-255、259 1911年に特許が更新された際、マルコーニ社は自社のシントニックシステムを侵害訴訟から守るために、この特許を購入せざるを得なかった。[ 36 ]： p.125-136、254-255、259
共振回路は音叉に似た働きをし、振動する電気エネルギーを蓄積し、回路のQ 係数を増加させて振動の減衰を少なくした。 [ 36 ] : p.125-136、254-255、259もう 1 つの利点は、送信機の周波数がアンテナの長さではなく共振回路によって決定されるため、コイルの調整可能なタップによって簡単に変更できることだった。アンテナは負荷コイルを使用して同調回路と共振させた。各火花のエネルギー、したがって出力電力は、アンテナの容量ではなく共振回路のコンデンサのサイズによって制限されるようになった。[ 17 ] : p.352-353、355-358電力を増やすために、非常に大きなコンデンサバンクが使用された。実際の送信機で共振回路がとった形式は、次のセクションで説明する誘導結合回路だった。
これらの同調送信機の開発において、研究者たちは単一の共振回路で低減衰を実現することは不可能であることを発見した。共振回路は、エネルギーを散逸させる部品のない「閉回路」である場合にのみ、低減衰（高Q、狭帯域幅）を実現できる。[ 58 ] [ 24 ]： p.90-93 [ 36 ]： p.108-109しかし、そのような回路は電波を生成しない。電波を放射するアンテナを備えた共振回路（「開放」同調回路）はエネルギーを急速に失い、高減衰（低Q、広帯域幅）となる。狭帯域幅の持続振動を生成する回路と、高出力を放射する回路の間には根本的なトレードオフがあった。[ 11 ]
多くの研究者が見出した解決策は、送信機に2つの共振回路を使用し、それらのコイルを誘導結合（磁気結合）させて共振トランス（発振トランスと呼ばれる）を作るというものであった。 [ 11 ] [ 46 ] [ 17 ]： p.352-353、355-358これは「誘導結合」、「結合回路」[ 45 ]または「2回路」送信機と呼ばれた。[ 33 ] [ 48 ] [ 24 ] ： p.98-100回路図を参照。発振トランスの一次巻線（ L1）はコンデンサ（C1）とスパークギャップ（S）とともに「閉じた」共振回路を形成して発振を生成し、二次巻線（L2）はワイヤアンテナ（A ）と接地に接続され、アンテナの容量（ C2 ）とともに「開いた」共振回路を形成した。[ 17 ] : p.352-353、355–358両方の回路は同じ共振周波数に調整されていました。[ 17 ] : p.352-353、355–358誘導結合回路の利点は、「緩く結合された」変圧器がタンク回路の振動エネルギーを放射アンテナ回路に徐々に伝達し、長い「リンギング」波を生成することでした。[ 46 ] [ 11 ] 2つ目の利点は、大きな一次容量（C1）を使用でき、多くのエネルギーを蓄積できるため、出力電力が大幅に増加したことです。[ 46 ] [ 17 ] : p.352-353、355–358強力な大洋横断送信機には、部屋いっぱいに巨大なライデン瓶コンデンサバンクが設置されていることがよくありました（上の写真を参照）。ほとんどのシステムでは、受信機も2つの誘導結合回路を使用しており、アンテナは「開放型」共振回路として機能し、発振トランスを介して検出器を含む「閉鎖型」共振回路に結合されていた。「2回路」（誘導結合）の送信機と受信機を備えた無線システムは、「4回路」システムと呼ばれた。
無線用途で共振回路を最初に使用した人物は、1891年に共振変圧器を発明したニコラ・テスラである。 [ 59 ] 1893年3月のセントルイスでの講演[ 60 ]で、彼は無線電力伝送を目的とした無線システムを実演したが、それは後の無線通信システムの多くの要素を備えていた。[ 61 ] [ 62 ] [ 17 ]： p.352-353、355-358 [ 36 ]： p. 125-136、254-255、259 [ 63 ]接地された容量負荷の火花励起共振変圧器（テスラコイル）が、高所に設置されたワイヤーモノポールアンテナに取り付けられ、電波を送信した。この電波は、部屋の反対側に設置された同様のワイヤーアンテナによって受信された。受信機は、送信機の周波数に同調された2番目の接地された共振変圧器で構成されており、ガイッスラー管を点灯させた。[ 64 ] [ 63 ] [ 65 ]このシステムは、ロッジの「シントニック」特許の4か月後の1897年9月2日にテスラによって特許取得され、[ 66 ]事実上、誘導結合された無線送信機と受信機であり、マルコーニが1900年の特許（下記）で主張した「4回路」システムの最初の使用例であった。[ 67 ] [ 17 ] : p.352-353, 355–358 [ 63 ] [ 61 ]しかし、テスラは主に無線電力に興味があり、実用的な無線通信システムを開発することはなかった。[ 68 ] [ 69 ] [ 64 ] [ 17 ] : p.352-353, 355–358
テスラのシステムに加えて、誘導結合無線システムは、1898年2月にオリバー・ロッジ[ 70 ] [ 71 ] 、 1899年11月にカール・フェルディナント・ブラウン[ 24 ] ： p.98-100 [ 17 ] ： p.352-353、355-358 [ 43 ] [ 72 ] 、 1900年2月にジョン・ストーン・ストーンによって特許取得された[ 73 ] [ 71 ]。ブラウンは、減衰を低減するには、一次コイルと二次コイル間の「緩い結合」（相互インダクタンスの低減）が必要であるという重要な発見をした[ 74 ] [ 17 ]： p.352-353、355-358
マルコーニは当初、同調にはほとんど注意を払っていませんでしたが、1900 年までに、これらのシステムの特徴を取り入れた無線システムを開発しました。[ 74 ] [ 43 ] 2 回路送信機と 2 回路受信機を備え、4 つの回路すべてが同じ周波数に同調され、マルコーニは「ジガー」と呼んだ共振トランスを使用しました。[ 58 ] [ 33 ] [ 24 ] : p.98-100上記の先行特許にもかかわらず、マルコーニは 1900 年 4 月 26 日に取得した「4 回路」または「マスターチューニング」特許[ 75 ]で、誘導結合送信機と受信機の権利を主張しました。[ 17 ] : p.352-353、355-358 [ 71 ] [ 63 ]これは英国特許として認められましたが、米国特許庁は独創性に欠けるとして、彼の特許を 2 回拒否しました。その後、1904年の控訴審で、新しい特許委員は決定を覆し、特許を付与した。[ 76 ] [ 63 ]その理由は、マルコーニの特許にはアンテナ負荷コイル（上記の回路のJ）が含まれているため、4つの回路を同じ周波数に同調させる手段が提供されているのに対し、テスラとストーンの特許ではアンテナの長さを調整することで同調が行われていたという狭い根拠に基づいていた。[ 71 ] [ 63 ]この特許により、マルコーニはイギリスとアメリカで同期無線電信のほぼ独占権を得た。[ 77 ] [ 33 ]テスラはマルコーニの会社を特許侵害で訴えたが、訴訟を進めるための資金がなかった。1943年、米国最高裁判所は、ロッジ、テスラ、ストーンの先行特許を理由に、マルコーニの特許の誘導結合クレームを無効としたが、これは火花送信機が時代遅れになったずっと後のことだった。[ 71 ] [ 63 ]
誘導結合または「シントニック」スパーク送信機は、大陸間距離で通信できる最初のタイプであり、送信機間の干渉が許容レベルまで低減されるほど十分に狭い帯域幅を持つ最初のタイプでもありました。これは「スパーク」時代に使用される主要なタイプとなりました。[ 33 ]単純な誘導結合送信機の欠点は、一次コイルと二次コイルが非常に緩く結合されていない限り、2つの周波数で放射することでした。[17]：p.352-353、355-358 [79 ]これは、消弧スパーク送信機と回転ギャップ送信機（下記）によって解決されました。
マルコーニとブラウンは、ラジオにおける功績が認められ、1909年のノーベル物理学賞を共同受賞した。[ 17 ]： 352-353、355-358頁
マルコーニは1900年に大西洋横断通信を試みることを決意した。これにより、大西洋の海上輸送を支配し、海底電信ケーブルと競争できると考えたからである。[ 24 ] : p.60-61 [ 17 ] : p.387-392これには電力の大幅な増強が必要であり、彼の会社にとっては危険な賭けだった。それまで、彼の小型誘導コイル送信機の入力電力は100～200ワットで、達成された最大距離は約150マイルだった。[ 24 ] : p.60-61 [ 80 ]最初の高出力送信機を製作するために、マルコーニは電力工学の専門家であるロンドン大学ユニバーシティ・カレッジのジョン・アンブローズ・フレミング教授を雇い、電力工学の原理を応用した。フレミングは、異なるレートで点火する2 つのカスケード接続されたスパークギャップ(S1、S2)と 3 つの共振回路を備えた複雑な誘導結合送信機(回路図参照)を設計し、内燃機関で回転する25 kW のオルタネータ(D)で駆動した。 [ 80 ] [ 24 ] : p.60-61 [ 81 ]最初のスパークギャップと共振回路(S1、C1、T2)は、コンデンサ(C2)を充電するための高電圧を生成し、それが出力を生成する2 番目のスパークギャップと共振回路(S2、C2、T3)に電力を供給した。 [ 81 ]スパークレートは低く、おそらく毎秒 2 ～ 3 回のスパークであった。[ 81 ]フレミングは、放射電力は約 10 ～ 12 kW と推定した。[ 80 ]
送信機はイギリスのコーンウォール州ポルドゥの海岸に秘密裏に建設された。[ 80 ] [ 24 ]： p.60-61マルコーニは時間に追われていた。ニコラ・テスラがニューヨーク州ロングアイランドで独自の大西洋横断無線電信送信機を建設し、一番乗りを目指していたからである。[ 24 ]： p.286-288（これはウォーデンクリフ・タワーで、マルコーニの成功後、資金を失い未完成のまま放棄された）。マルコーニの当初の円形400本のワイヤー送信アンテナは1901年9月17日の嵐で倒壊し、彼は急いで2本の160フィートのポール間のケーブルから扇形に吊り下げられた50本のワイヤーからなる仮設アンテナを建てた。[ 80 ] [ 81 ] [ 24 ] : p.286-288マルコーニは波長や周波数を測定しなかったため、使用された周波数は正確には不明だが、166～984 kHz の間であり、おそらく 500 kHz 付近であった。[ 17 ] : p.387-392彼はニューファンドランドのセントジョンズの海岸で、凧から吊り下げられた400フィートのワイヤーアンテナを備えた同調されていないコヒーラー受信機を使用して信号を受信した。[ 17 ] : p.387-392 [ 80 ] [ 24 ] : p.286-288マルコーニは、最初の大西洋横断無線通信が 1901 年 12 月 12 日に、コーンウォールのポルドゥからニューファンドランドのシグナル ヒルまで、2100マイル (3400 km)の距離で行われたと発表した。[ 17 ]： p.387-392 [ 24 ]： p.286-288
マルコーニの功績は世界的に宣伝され、無線が実用的な通信技術であることを最終的に証明した。科学界は当初、マルコーニの報告を疑った。マルコーニ以外のほぼすべての無線専門家は、電波は直進すると信じていたため、マルコーニを含め誰も、電波がイギリスとニューファンドランドの間にある地球の300マイルの高さの曲面をどのように伝わったのか理解できなかった。[ 30 ] 1902年、アーサー・ケネリーとオリバー・ヘヴィサイドは、電波が上層大気の電離原子の層で反射され、地平線の向こう側で地球に戻ってくるという理論をそれぞれ独立に提唱した。[ 30 ] 1924年、エドワード・V・アップルトンはこの層の存在を実証し、現在では「ケネリー・ヘヴィサイド層」または「E層」と呼ばれており、この功績により1947年のノーベル物理学賞を受賞した。
今日、知識のある情報源は、マルコーニが実際にこの送信を受信したかどうか疑問視している。[ 82 ] [ 81 ] [ 17 ]： p.387-392電離層の状態から、その距離で日中に信号が受信されることはなかったはずである。マルコーニは、送信するモールス符号が「S」（3つの点）であることを知っていた。[ 17 ]： p.387-392彼と彼の助手は、イヤホン内の大気中の無線雑音（「静電気」）を送信機のクリック音と間違えた可能性がある。[ 81 ] [ 17 ]： p.387-392マルコーニはその後も多くの大西洋横断送信を行い、彼の優先権を明確に確立したが、より強力な送信機が使用される1907年まで、信頼性の高い大西洋横断通信は実現しなかった。[ 81 ]
誘導結合型送信機は、2 つの共振回路の相互作用により、非同調型送信機よりも複雑な出力波形を示しました。磁気的に結合された 2 つの同調回路は結合発振器として機能し、うなりを生成しました(上のグラフを参照)。スパークが続く限り、発振する無線周波数エネルギーは、一次共振回路と二次共振回路の間で急速に往復しました。[ 84 ] [ 79 ] [ 85 ]エネルギーが一次回路に戻るたびに、スパークで熱として一部が失われました。[ 85 ] [ 79 ]さらに、結合が非常に緩くない限り、発振により送信機は 2 つの異なる周波数で送信することになりました。[ 79 ] [ 86 ]受信機の共振回路の狭い通過帯域はこれらの周波数の 1 つにしか同調できないため、他の周波数で放射される電力は無駄になりました。
コンデンサーからのエネルギーがすべてアンテナ回路に伝達された後、適切なタイミングで火花を消火（消弧）することで、一次回路への厄介なエネルギーの逆流を防ぐことができる。[ 83 ] [ 86 ]発明家たちは、空気噴射やエリフ・トムソンの磁気ブローアウトなど、さまざまな方法でこれを実現しようと試みた。[ 79 ] [ 86 ]
1906年、ドイツのエンジニア、エグベルト・フォン・レペル[ 87 ]とドイツの物理学者マックス・ウィーン[ 88 ]によって、直列ギャップまたは消弧ギャップと呼ばれる新しいタイプのスパークギャップが開発されました[ 89 ] [ 90 ] [ 91 ] [ 85 ]。消弧ギャップは、薄い絶縁スペーサーリングで隔てられた幅広の円筒形電極のスタックで構成され、約0.1～0.3 mm（0.004～0.01インチ）の狭いスパークギャップが直列に多数形成されます[ 90 ] [ 89 ]。電極の広い表面積により、電流が停止した後にギャップを冷却することで、ギャップ内のイオン化がすぐに終了しました。誘導結合トランスミッターでは、すべてのエネルギーが二次巻線に伝達された後、一次電流が一時的にゼロになったときに、狭いギャップが最初の節点（Q）でのスパークを消弧（「消弧」）しました（下のグラフを参照）。[ 83 ]火花がなければ一次回路に電流が流れないため、二次回路は一次回路から事実上切り離され、その後（次の火花が発生するまで）二次共振回路とアンテナは一次回路から完全に独立して振動することができた。これにより、2 つの周波数ではなく単一の周波数を中心とした出力電力が生成された。また、火花におけるエネルギー損失の大部分が除去され、減衰が非常に少なく、長い「リンギング」波が生成され、減衰はわずか 0.08 ～ 0.25 [ 92 ] (Q は 12 ～ 38) であり、結果として非常に「純粋」で狭帯域の無線信号が得られた。もう 1 つの利点は、急速な消弧により火花間の時間を短縮でき、約 1000 Hz の高い火花レートを使用できたことであり、受信機ではラジオの静電気ノイズをよりよく透過する音楽的なトーンが得られた。消弧ギャップ送信機は「歌う火花」システムと呼ばれた。[ 92 ] [ 89 ]
マルコーニのライバルであるドイツの無線通信大手テレフンケン社は、特許権を取得し、自社の送信機に消弧ギャップを使用した。[ 91 ] [ 89 ] [ 85 ]
同様の消弧効果を持つ第 2 のタイプのスパーク ギャップ[ 15 ]は、1896 年にテスラによって発明され[ 93 ] [ 94 ] 、レジナルド フェッセンデンらによって無線送信機に適用された「回転ギャップ」です。[ 17 ] : p.359–362 [ 79 ]これは、モーターによって高速回転するディスク ローターの周囲に等間隔に配置された複数の電極で構成されており、固定電極を通過する際に火花が発生します。[ 11 ] [ 48 ]適切なモーター速度を使用することで、急速に分離する電極が、エネルギーが二次側に伝達された後に火花を消します。[ 15 ] [ 11 ] [ 17 ] : p.359–362 [ 79 ]回転するホイールは、高出力送信機で重要な、電極を低温に保つ効果もありました。
回転式火花送信機には 2 種類あった: [ 15 ] [ 17 ] : p.359–362 [ 11 ] [ 79 ] [ 81 ]
急増する火花送信機の「ノイズの多い」信号による干渉を減らすため、1912年の米国議会の「無線通信規制法」では、「送信機から放出される波列の振動ごとの対数減少は、2 分の 10 を超えてはならない」と規定された[ 48 ] [ 11 ] [ 95 ]（これはQ 係数15 以上に相当する）。この条件を満たすことができた火花送信機は、事実上、上記の消弧式と回転ギャップ式のみであり[ 48 ]、これらが火花時代の残りの期間、無線電信を支配した。
1912年、マルコーニは高出力局で回転放電器の改良版である「時限放電」システムを開発した。これは、おそらく放電によって生成できる連続波に最も近いものであった。 [ 96 ] [ 97 ] [ 17 ]： p.399彼は、直流ダイナモで充電されたコンデンサを備えた複数の同一の共振回路を並列に使用した。[ 98 ]これらは、同じシャフト上の複数の回転放電ホイールによって順次放電され、時間的に徐々にシフトした重なり合う減衰波を生成し、これらは発振変圧器で加算され、出力は減衰波の重ね合わせとなった。放電ホイールの速度は、放電間の時間が波周期の整数倍になるように制御された。したがって、連続する波列の振動は同位相であり、互いに強め合った。結果として、振幅が放電レートでリップルしながら変化する、本質的に連続した正弦波が得られた。このシステムは、マルコーニの海洋横断局が狭帯域VLF帯の他の送信機と干渉しないように、十分狭い帯域幅を与えるために必要だった。時限式火花送信機は、あらゆる火花送信機の中で最長の送信距離を達成したが、これらの巨大な送信機は火花技術の終焉を象徴するものだった。[ 17 ]： p.399
無線の最初の用途は、陸上との連絡を維持し、船が沈没した場合に遭難信号を送るために船で使用されました。[ 101 ]マルコーニ社は一連の沿岸局を建設し、1904年に最初のモールス信号遭難信号である文字CQDを確立しました。これは、1906年の第2回国際無線電信会議でSOSが合意されるまで使用されました。無線電信による最初の重要な海難救助は、1909年1月23日の豪華客船RMSリパブリック号の沈没で、1500人が救助されました。
火花送信機とそれを受信するクリスタル受信機は非常にシンプルだったので、アマチュア無線家によって広く製作されました。 [ 15 ] 20世紀の最初の数十年間、この刺激的な新しいハイテク趣味は、「無線アマチュア」のコミュニティを惹きつけ、その多くは十代の少年で、自作のセットを娯楽として遠方のアマチュア無線家と交信し、モールス信号で会話したり、メッセージを中継したりしました。[ 103 ] [ 104 ]低出力のアマチュア無線送信機（「スクイークボックス」）は、フォード モデルTなどの初期の自動車の「トレムブラー」点火コイルを使用して作られることが多かった。[ 103 ] 1912年以前の米国では、ラジオに対する政府の規制はなく、混沌とした「ワイルドウェスト」の雰囲気が蔓延し、各局は同じ周波数の他の局を気にせずに送信し、意図的に互いに干渉していました。[ 104 ] [ 105 ] [ 106 ]非同期広帯域スパーク送信機の増加により、電波に制御不能な混雑が生じ、商用および軍事無線局に干渉した。[ 106 ]
1912年4月15日のタイタニック号 沈没事故は、ラジオの役割に対する世間の認識を高めたが、多くの命が失われたことで、新設されたラジオ産業の組織化されていない状態が露呈し、[ 107 ]いくつかの不正を是正する規制が制定された。[ 104 ]タイタニック号の無線通信士がCQD遭難信号でカルパチア号 を呼び寄せ、705人の生存者を救助したが、救助活動は4時間遅れた。これは、わずか数マイル離れたところにあった最寄りの船、カリフォルニアン号の無線通信士が就寝していたため、タイタニック号の信号が聞こえなかったためである。これが1500人の死者の大半の原因とされた。既存の国際規則では、乗客50人以上の船はすべて無線機器を搭載することが義務付けられていたが、この事故の後、24時間体制で無線監視ができるように、船には十分な数の無線士を配置することが義務付けられた。タフト米大統領と国民は、災害当夜にアマチュア無線局が海軍の公式メッセージを妨害し、誤った情報を流すなど、放送が混乱しているという報告を聞いた。[ 107 ] [ 108 ] これを受けて議会は1912年ラジオ法を可決し、すべての無線送信機に免許が必要となり、古いノイズの多い非同調送信機を廃止するために送信機の最大減衰は0.2の減衰に制限され、アマチュア無線は主に1.5MHzを超える未使用周波数 と1キロワットの出力に制限された。[ 95 ] [ 106 ] [ 15 ]
最大の火花送信機は、100～300kWの入力電力を持つ強力な大洋横断無線電信局でした 。[ 109 ] [ 110 ] 1910年頃から、工業国はこれらの局のグローバルネットワークを構築し、他国と商業および外交電報のやり取りを行い、海外の植民地と通信しました。 [ 111 ] [ 112 ] [ 113 ]第一次世界大戦中、長距離無線電信局を持たない国は、敵が海底電信ケーブルを切断することで孤立する可能性があることが認識されたため、無線は戦略的な防衛技術となりました。[ 112 ] これらのネットワークのほとんどは、当時の2つの巨大な無線企業によって構築されました。1つは、大英帝国の領土を結ぶ帝国無線チェーンを構築した英国のマルコーニ社、もう1つは、大英帝国の外で支配的だったドイツのテレフンケン社です。[ 111 ]マルコーニの送信機は時限式スパーク回転放電器を使用し、テレフンケンの送信機は消弧ギャップ技術を使用した。モールス符号のテキストを高速で送信するために紙テープ機が使用された。最大約6,000マイル（9,700キロメートル）の通信距離を達成するために、大洋横断局は主に50kHzから15～20kHzまでの超低周波（VLF）帯域で送信した。これらの波長では、最大のアンテナでさえ電気的に短く、波長のほんの一部の高さであるため、放射抵抗が低く（多くの場合1オーム未満）、これらの送信機は十分な効率を達成するために、数マイルにも及ぶ巨大なワイヤーアンブレラアンテナとフラットトップアンテナと大きな容量性トップロードを必要とした。アンテナは、送信機と共振させるために、基部に高さ6～10フィートの大きなローディングコイルを必要とした。
減衰は可能な限り低減されていたものの、火花送信機は依然として減衰波を生成し、その広い帯域幅のために送信機間の干渉を引き起こした。[ 4 ] [ 36 ]： p.72-79また、火花は動作時に非常に大きな音を発し、腐食性のオゾンガスを発生させ、火花電極を侵食し、火災の危険性もあった。[ 15 ] 欠点にもかかわらず、ほとんどの無線専門家はマルコーニと同様に、火花の衝撃的な「鞭のような音」が長距離通信を可能にする電波を生成するために必要であると信じていた。[ 17 ]： p.374 [ 27 ]： p.78
当初から、物理学者たちは、別の種類の波形である連続正弦波（CW）が、無線伝送において減衰波よりも理論的に優れていることを知っていました。[ 114 ] [ 10 ] ： p.4–7、32–33連続波送信機は、エネルギーが基本的に単一の周波数に集中しているため、隣接周波数の他の送信機にほとんど干渉しないだけでなく、一定の出力電力でより遠くまで送信することができました。[ 36 ]： p.72-79また、音声信号で変調して音声を伝送することもできました。[ 36 ]： p.72-79問題は、連続波を生成する技術が知られていなかったことです。上記で説明した火花送信機の減衰を低減する取り組みは、その出力を連続波の理想に近づけようとする試みと見なすことができますが、火花送信機は真の連続波を生成することはできませんでした。[ 10 ]： p.4–7、32–33
1904年頃から、火花送信機と競合する新しい原理を用いた連続波送信機が開発されました。連続波は、短命に終わった2つの技術によって最初に生成されました。[ 36 ]： p.72-79
最大 1メガワットの出力を生成できるこれらの送信機は、高出力無線電信局で徐々に火花送信機に取って代わりました。しかし、ほとんどの連続波送信機は「割り込み」または「受信」と呼ばれる動作モードができなかったため、双方向通信局では火花送信機が依然として人気がありました。[ 115 ] 火花送信機では、モールス符号の間で電信キーが上がっているときに搬送波がオフになり、受信機がオンになるため、オペレーターは着信メッセージを聞くことができました。これにより、受信局または第 3 局が進行中の送信を中断または「割り込み」することができました。対照的に、これらの初期の CW 送信機は連続的に動作しなければなりませんでした。搬送波はモールス符号の記号、単語、または文の間でオフにされず、単にデチューンされるだけだったので、送信機がオンになっている間はローカル受信機は動作できませんでした。したがって、これらの局は送信機がオフになるまでメッセージを受信できませんでした。
これらの初期の技術はすべて、1912年にエドウィン・アームストロングとアレクサンダー・マイスナーによって発明された真空管フィードバック電子発振器に取って代わられました。これは、1906年にリー・デ・フォレストによって発明された三極真空管を使用しています。[ 1 ]真空管発振器は、連続波のはるかに安価な発生源であり、音を伝送するために容易に変調することができました。第一次世界大戦の終わりまでに最初の高出力送信管が開発されたため、1920年代には真空管送信機がアークコンバーター送信機やオルタネータ送信機、そして最後に残った古いノイズの多い火花送信機に取って代わりました。
1927年にワシントンDCで開催された国際無線電信会議では、スパーク無線を最終的に廃止するための政治的な戦いが繰り広げられた。[ 6 ]この時点でスパーク送信機は時代遅れになっており、放送ラジオの聴取者や航空当局は、騒音の大きい旧式の船舶用スパーク送信機が引き起こすラジオ受信の妨害について苦情を述べていた。しかし、海運業界は、古い船でまだ使用されているスパーク機器を交換するために必要な設備投資を理由に、減衰波の全面的な禁止に強く反対した。この会議では、1929年以降、新しい陸上スパーク送信機の免許が禁止された。[ 116 ]クラスBと呼ばれる減衰波無線放射は、船舶での緊急使用を除いて1934年以降禁止された。[ 5 ] [ 116 ]この抜け穴により、船主はスパーク送信機の交換を回避し、第二次世界大戦中も船舶の緊急バックアップ送信機として保管することができた。
火花放電式送信機の名残の一つとして、無線技士たちは、これらの装置が使われなくなってからも長い間、「スパークス」というあだ名で呼ばれていたことが挙げられる。今日でも、ドイツ語の動詞funken（文字通り「火花を出す」）は、「無線メッセージを送る」という意味でも使われている。
スパークギャップ発振器は、無線以外の用途にも使用され、無線分野では時代遅れになった後も長く使われ続けました。テスラコイルやウーダンコイルの形で、1940年代まで深部体温を温めるジアテルミーの医療分野で使用されました。 [ 117 ] [ 118 ] テスラコイルから発生する0.1～1MHzの周波数で数十万ボルトの高電圧発振が患者の体に直接印加されました。無線周波数帯域の電流は感電の生理的反応を引き起こさないため、治療は痛みを伴いませんでした。1926年、ウィリアム・T・ボビーは、メスにRF電流を印加すると医療手術で組織を切断および焼灼できることを発見し、スパーク発振器は1980年代まで電気外科用発生器または「ボビー」として使用されました。 [ 119 ]
1950年代、日本の玩具会社である松田屋は、ラジコンと呼ばれる安価なリモコン式おもちゃのトラック、ボート、ロボットのシリーズを製造しました。このシリーズでは、コントローラーに低出力のスパーク送信機を使用して、無線制御信号を安価に生成していました。[ 120 ] [ 121 ]信号は玩具内でコヒーラー受信機によって受信されました。
スパークギャップ発振器は、ガスタングステンアーク溶接で溶接アークを開始するために必要な高周波高電圧を生成するために今でも使用されています。[ 122 ]強力なスパークギャップパルス発生器は、 EMPをシミュレートするために今でも使用されています。
hertz。DEジョーンズによる英語訳
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