EQUIPAMENTOS DE TRANSMISSÕES DA 1ªGM – A TELEGRAFIA PELO SOLO (TPS)

 

A TPS foi, a par do “Fullerphone” , uma inovação tecnológica introduzida nas comunicações da 1ª GM. No entanto, enquanto o “Fullerphone” teve um sucesso assinalável, sendo utilizado ainda durante a 2ª GM, a TPS foi rapidamente abandonada, substituída pela rádio.

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Fig 1 – Ligação por TPS

 

A TPS é uma forma de telegrafia sem fios que utiliza o solo como meio de transmissão  dos sinais (fig 1). Toda a literatura da época explica esta transmissão por condução elétrica no solo e é essa a explicação que tentarei desenvolver neste artigo. No entanto fico na dúvida se essa transmissão não seria, total ou parcialmente, baseada na propagação de ondas electromagnéticas pelo solo ou pelo ar junto ao solo. Essa dúvida baseia-se essencialmente:

  • Na convicção de que as correntes eléctricas geradas pelo emissor, à distância a que se encontrava o recetor (2-3 Km), eram residuais e dificilmente detectáveis.
  •  Na constatação de que um sistema moderno, semelhante, utilizado em espeleologia – o sistema  NICOLA –  se baseia na propagação pelo solo de ondas electromagnéticas, embora com uma frequência completamente diferente: o sistema da 1ª GM funcionava a 500 Hz e o NICOLA funciona a 87 KHz.

Esta dúvida só poderia ser desfeita com estudos técnicos que, creio, nunca foram feitos e não o serão porque o sistema entrou em desuso.

A explicação técnica dos equipamentos e seu funcionamento (incluindo as figuras)  baseia-se no  manual do Exército Americano “Power Buzzer Amplifier, Army War College, Washington, 1918” e no documento sobre TPS existente no Arquivo Histórico Militar (Cx 1/35/202/3).

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Fig 2   – Equipa de TPS com um “Power Buzzer Amplifier” modelo francês

 

Princípio de funcionamento

O princípio de funcionamento é o mesmo de um telégrafo acústico. O emissor é constituído por um vibrador de frequência  audível, comandado por uma chave de morse que gera os sinais a transmitir, e o recetor é um auscultador, onde esses sinais são recebidos. A diferença é que no telégrafo acústico, que utiliza fios condutores, a corrente gerada no emissor chega quase integralmente ao recetor, permitindo a audição no auscultador, enquanto na TPS a corrente que chega ao recetor é fraquíssima exigindo a sua amplificação. Esta foi seguramente uma das razões porque a TPS aparece  só depois da TPF e mesmo da TSF, após o aparecimento das válvulas eletrónicas que permitem a amplificação dos sinais.

 

Forma de transmissão

Se espetarmos 2 estacas condutoras no solo, a uma certa distância uma da outra, e aplicarmos nessas estacas um sinal elétrico, a corrente gerada por esse sinal entre as estacas espalhar-se-á no solo segundo linhas de condução conforme fig 3. Essas linhas não são descontínuas, como a figura esquemática pode sugerir, antes ocupam todo o volume de solo entre as duas estacas. O valor da corrente elétrica que passa em cada linha, num solo homogéneo, será inversamente proporcional ao comprimento dessa linha. Assim, teremos um máximo de corrente na linha reta que une os dois pontos das estacas, à superfície, diminuindo à medida que as linhas se afastam dessa.

Se, por outro lado, conseguirmos espetar duas estacas em pontos diferentes de uma dessas linhas imaginárias de condução (caso dos pontos  b e d na fig 3), obter-se-á , nessas estacas, um sinal  que é tanto maior quanto maior for a extensão da linha curto-circuitada por essas estacas.

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Fig 3 -Linhas de corrente numa emissão TPS

Algum cuidado tem de haver na posição relativa dos pares de estacas emissora e recetora. É fácil de ver que se as 2 estacas  recetoras  estiverem uma em cada linha de condução, poderão estar em pontos equipotenciais do sinal o que significa não receber qualquer sinal

Como para transmitir a uma certa distância as linhas de corrente úteis são as mais afastadas facilmente se percebe que o sinal recolhido entre duas estacas, na estação recetora, é muito fraco,  precisando, para ser ouvido, de ser amplificado.

 

Equipamentos utilizados

Os equipamentos utilizados foram o “Power Buzzer”, como  emissor,  o “Amplifier”, como recetor, e o “Power Buzze Amplifier”, que não é mais que a associação dos dois anteriores, que podia funcionar como emissor ou recetor, mas nunca em simultâneo. Os vários modelos construídos diferiam muito pouco entre si.

O “Power Buzzer”  (Fig  4) é basicamente um vibrador, relativamente potente, que gerava uma sinal audível, com uma frequência de cerca de 500 Hz. Era alimentado por uma bateria de 10 Volts, podendo ser de 20V para aumentar o alcance. Tinha associado um transformador que elevava a tensão dos sinais de saída para cerca de 200 V.

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Fig 4 – Esquema do “Power Buzzer” (Emissor)

O “Amplifier” (fig  5 ) é, como diz o nome, um amplificador eletrónico de válvulas (2 ou 3) para elevar o nível do sinal captado nas estacas recetoras de forma a poder ser ouvido nos auscultadores.

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Fig 5 – Esquema do “Amplifier” (Recetor)

 

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Fig  6   – “Power Buzzer Amplifier” usado pelo exército do Canadá, com os acessórios essenciais: estacas de terra e seus cabos de ligação

 

 

Emprego operacional

A utilização deste sistema de comunicações chegou a ser vital em situações críticas da guerra de trincheiras. Na linha da frente, quando a artilharia inimiga “derretia” todas as linhas aéreas ou assentes no solo, destruía as antenas de TSF e impedia qualquer movimento de mensageiros, o único meio de comunicações que sobrevivia era a TPS com os equipamentos e as estacas de terra protegidos pelas trincheiras.

Era de fácil e rápida instalação mas pouco seguro por ser facilmente intercetado pelo inimigo.

Era muitas vezes utilizado de forma unidirecional, com o emissor na linha da frente e o recetor atrás, mas podia ser também  bidirecional, obviamente sem possibilidade de comunicação simultânea nos dois sentidos, na forma denominada comunicação “simplex”. Para as diferentes utilizações existiam configurações diferentes de equipamentos: o emissor (“Power Buzzer”), o recetor (“ Amplifier”) ou os dois acoplados (“Power Buzzer Amplifier”).

O alcance do sistema dependia:

  •  Do tipo de terreno, especialmente da sua condutibilidade;
  • Do comprimento das bases (denomina-se “base” a distância entre as duas estacas, tanto do lado emissor como do recetor);
  • Da posição relativa das bases emissora e recetora;
  • Da eficácia das tomadas de terra nos extremos das bases;
  • Da interferência, no ponto recetor de outras emissões.

Podia contar-se com um alcance médio de 2 Km que, em condições favoráveis, podia chegar aos 4 Km.

 

Utilização no CEP

Os equipamentos de TPS, embora destinados às ligações dos batalhões em 1ª linha, estavam atribuídos à Secção de Telegrafia Sem Fios, à semelhança dos equipamentos rádio, o que permitia um planeamento centralizado da sua utilização.

Nas relações de material devolvido a Portugal, no fim do conflito, não encontrei nenhuma referência a este equipamento. Admito que tenha sido, na sua totalidade, entregue ao Exército Inglês, a quem pertencia.

Houve um planeamento inicial de utilização da TPS que está graficado na figura já apresentada no “post” “A TSF no CEP” de 14 de Janeiro de 2016 do MajGen  Edorindo Ferreira e que se reproduz novamente na fig 5  . Esse planeamento previa a instalação de postos simples de Power Buzzer (emissor) nos batalhões da linha da frente e postos de Amplificador (recetor) na 2ª linha. Este sistema permitiria a comunicação unidirecional da frente para trás com o inconveniente e não poder confirmar a receção. No entanto não foi esse o sistema instalado, talvez porque se concluiu da sua  ineficiência.

Fig 5

Fig 5 – Planeamento inicial da instalação da TPS no CEP

 

Soares Branco, no seu relatório, refere as dificuldades que sentiu na instalação do sistema de TPS, comuns ao sistema TSF:

O facto de nunca ter sido possível conseguir que o Exército Bri­tânico fornecesse camion para carregamento de acumuladores, nem box-car para transporte de pessoal, prejudicou sempre notavelmente a regu­laridade deste serviço que somente durante o último período da estada na linha da 1ª. Divisão incorporada no XI Corpo, funcionou regularmente.

   A instalação dos diferentes postos em obediência ao prescrito no plano de defesa só se fez muito tarde.

   Foi na 1ª quinzena de março que o sistema ficou concluído, mas apesar disso muitos abrigos eram ainda de fraquíssima resistência.”

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   “Todos os abrigos dos postos duplos e dos power buzzers eram de muito fraca proteção.

   O sistema, embora somente satisfatório para os sectores de Fauquissar, Chapigny e Neuve Chapelle, carecia de ser devidamente experimentado no seu funcionamento pelos diferentes comandos.”

O sistema  consistia em  4 postos duplos (Power Buzzer e Amplificador) situados  junto de: PC de 4ª Brig em Laventie,  PC da 6ª Brig em Huit Maisons,  Batalhão de Winchester (BI2) e Batalhão de Landsdown (BI17); e  6 postos simples de Power Buzzer junto de: Bat de Temple Bar (BI20), Bat de Curzon Post (BI1), Companhias do Bat de Winchester (2)   e  Companhias do Bat  de Curzon Post  (2).

Estavam bem definidos quais os postos que comunicavam entre si, tanto entre os postos duplos como dos simples para os duplos.

Nas suas “conclusões e ensinamentos”, Soares Branco sugere que deve ser montada, em sobreposição à TPF, uma rede TSF/TPS, utilizando a TPS à frente desde as companhias, passando pelos batalhões até ao comando das brigadas e utilizando os “Trench sets” (rádios) dos comandos das brigadas até às divisões e corpo:

   “A TSF e a TPS estabelecidas em bons abrigos são de indispensável emprego para duplicar todas as principais linhas telefónicas devendo os power buzzer e amplificadores ser empregados desde a 1ª linha até aos comandos de Brigada. Os postos de TSF nestes últimos comandos ou centros importantes de comunicações situados a mais de 2 500 metros da linha da frente conjugados com postos duplos de amplificador e power buzzer da frente, deverão completar o sistema até às estações adstritas aos comandos das Divisões e Corpos.”

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   “Entre os diferentes aparelhos de TSF e TPS em uso dever-se-ia estabelecer nos postos de comando de Brigada Trench Sets e postos duplos de power buzzer e amplificador, nas centrais avançadas de Brigada postos duplos de amplificador e power buzzer, nos Batalhões e algumas companhias power buzzers.”

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Equipamentos de Transmissões da 1ª GM – O FULLERPHONE – Modo de funcionamento

Conforme foi referido no 1º post sobre o fullerphone (ver aqui), este surgiu da necessidade de ter comunicações seguras na linha da frente.

No início das hostilidades, logo que as posições de ambos os contendores se começavam a fixar, eram lançados circuitos metálicos de comunicação, uns paralelos à linha da frente, para ligação de unidades vizinhas, outros perpendiculares a essa linha, para ligação aos escalões superiores, à artilharia e às reservas. Estes circuitos tinham, essencialmente, as seguintes formas de lançamento:

– Dentro das trincheiras, ao longo destas, com os fios assentes no fundo ou, preferencialmente, apoiados na sua parede lateral.

– Sobre o terreno, sem protecção, ou, quando muito, dentro de pequenas valetas.

– Aéreos, assentes em suportes e isoladores improvisados, seguros em postes de madeira, cujo aspecto lhe valeu o popular nome de “comic  airlines”.

– Enterrados, utilizando cabos próprios. Solução trabalhosa e cara tentada mais tarde.

Estes circuitos eram utilizados para comunicação telefónica e telegráfica, transportando sinais de corrente alternada: no caso do telefone as frequências da voz, no caso da telegrafia uma frequência fixa modulada pelos sinais de morse (traço e ponto).

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Fig 1 – Aspecto das comic airlines

Os comandos rapidamente se aperceberam que o inimigo obtinha informações rápidas e precisas da actividade amiga sem necessidade de utilizar informações fornecidas por prisioneiros ou espiões. Concluiu-se que essas informações provinham da escuta das comunicações, aproveitando essencialmente o fenómeno de indução que permite que num fio condutor, nas proximidades de outro que conduz uma corrente alternada, seja induzida uma corrente da mesma natureza. Uma outra forma, mais simples, de intercepção, aproveitava o facto de muitas comunicações, sobretudo telegráficas, utilizarem apenas um fio, fazendo o retorno pela terra. Com equipamentos sensíveis era possível interceptar o retorno, enterrando dois pólos metálicos a uma certa distância um do outro ao longo da linha fictícia de retorno.

A solução era pois utilizar telégrafos de corrente contínua. O telégrafo de Morse estava disponível e era de corrente contínua mas os equipamentos existentes não estavam adaptados às difíceis condições da frente além de exigirem linhas com qualidade que as existentes não tinham.

Deveu-se ao engenho do capitão Fuller a solução simples e prática do problema, com a invenção do fullerphone. Trata-se de um equipamento que põe na linha impulsos de corrente contínua mas que, internamente, funciona como um telégrafo acústico.

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Fig 2 – Esquema eléctrico do fullerphone

O esquema simplificado está representado na fig 2. O equipamento é constituído por um vibrador (Buzzer), por um filtro passa-baixo constituído pelas bobinas H1e H2 e pelos condensadores C1, C2 e C3, pelo transmissor (chave de morse) T e pelo auscultador A.

O “buzzer” (vibrador) é constituído por um electroíman, com a sua armadura, que em repouso tem a posição fixa no contacto 1, por acção de uma mola. Quando se liga a bateria B o electroíman é atravessado por uma corrente que faz com que a armadura seja atraída, cortando a corrente e voltando a armadura à posição de repouso, ligando novamente a corrente e, assim, sucessivamente. Este ligar/desligar do contacto 1 possibilita o funcionamento  contínuo do vibrador com uma frequência que depende exclusivamente das suas características mecânicas, nomeadamente das dimensões e massa da armadura e da constante elástica da mola. Essa frequência variava entre os 400 e os 550 Hz, sendo regulável.

Para emitir, o operador manipula a chave T ao ritmo dos sinais de morse. Com T premido fecha-se um circuito entre o pólo positivo da bateria, contacto 4 da chave, linha L2, receptor, linha L1, auscultador A, contacto 2 da armadura e pólo negativo da bateria. Este circuito é interrompido, no contacto 2, ao ritmo da vibração do buzzer, o que permite ouvir no auscultador o sinal emitido. Esse sinal, ao passar pelo filtro H1, H2, C1, C2 e C3, é convertido num impulso de corrente contínua com a mesma duração, que é transmitido à linha.

Na recepção é o impulso de corrente contínua que chega aos terminais L1 e L2 da linha, passando sem alteração pelo filtro passa-baixo. Esse impulso é “recortado” no contacto 2 do vibrador, peloque no auscultador A é ouvido um impulso correspondente de corrente alterna.

Desta forma simples, temos um equipamento telegráfico que internamente é acústico, o que simplifica a recepção, e na linha é de corrente contínua, o que dificulta a interceção.

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Fig. 3 – Forma dos sinais no fullerphone

Na fig 3 estão representadas as formas da corrente no circuito do auscultador (corrente alterna de frequência audível) e na linha (corrente contínua), correspondentes aos sinais de morse traço e ponto, tanto em emissão como em recepção. De notar que a corrente na linha tem uma forma rectangular imperfeita, com os cantos arredondados, o que traz a vantagem adicional de tornar a audição dos sinais mais suave, evitando os “clicks” característicos da onda rectangular perfeita.

O equipamento pode funcionar em linha simples, com retorno por terra, ou em linha dupla. Permitia ligações até cerca de 30 quilómetros de distância, nas linhas de campanha então utilizadas. É claro que o alcance dependia da qualidade da linha, sendo muito maior em linha dupla do que em linha simples. De qualquer modo, para a mesma qualidade da linha, o alcance do fullerphone era muito maior que o de qualquer outro telégrafo existente na época.

Os sinais eram muito mais claros do que os dos telégrafos acústicos existentes porque, nestes, o início e o fim do sinal correspondia ao começo e final da vibração da armadura do “buzzer” com o respectivo ruído associado. Por esta razão a velocidade potencial de transmissão era maior no fullerphone que nos telégrafos acústicos.

O fullerphone não podia ser inteceptado por indução ou por fuga pela terra, mesmo nos casos de linha simples. A única forma de o interceptar era pela ligação direta à linha de um equipamento igual.

Houve notícias de intercepção, por parte dos alemães, com equipamento sofisticado (que incluía amplificadores de válvulas), mas apenas a distâncias inferiores a 60 metros do fullerphone escutado.

Como foi referido no 1º post, o fullerphone sobreviveu até à 2ª Guerra Mundial, onde ainda foi muito utilizado. O princípio de funcionamento manteve-se mas os vários modelos que foram aparecendo incorporaram a evolução técnica com a introdução de electrónica para substituir o “buzzer” electromecânico e amplificar os sinais recebidos aumentando a sensibilidade.

Equipamentos de transmissões da 1ª GM – O “Fullerphone”

O “fullerphone” e o “power buzzer”, que permitia a telegrafia pelo solo (TPS), foram as duas novidades tecnológicas nas comunicações da 1ª GM. Todavia, enquanto o “power buzzer” rapidamente caiu em desuso, ultrapassado pela TSF, o “fullerphone” foi um sucesso, sendo sucessivamente melhorado, de tal forma que na 2ª GM ainda foi muito utilizado.

Confesso que antes de me debruçar sobre o material de transmissões usado pelo CEP, na 1ª GM, ouvia falar do “fullerphone” convencido que se tratava de um telefone. Na verdade, trata-se de um telégrafo cujos sinais são recebidos pelo operador sob a forma de sons, daí o sufixo “phone” no seu nome. A confusão aumenta ainda um pouco porque, como a corrente que o “fullerphone” mete na linha é contínua, é possível acoplar-lhe um telefone fazendo passar, nessa linha, em simultâneo, sem interferência, uma conversa telefónica e uma ligação telegráfica. Quase todos os modelos de “fullerphone” incorporavam um telefone, aproveitando esta característica. Para essa funcionalidade tinham um micro auscultador, igual ao dos telefones, que permitia a conversação telefónica e, para  os sinais telegráficos, tinham um auscultador, simples ou duplo, para os receber e uma chave de morse para os transmitir.

O telégrafo de Morse tinha sido inventado em meados do sec XIX, entrando de imediato ao serviço das comunicações militares e, por isso, era um meio disponível no início da 1ª GM. O telefone estava também disponível mas havia poucos equipamentos adaptados às duras condições das trincheiras. Os telefones existentes eram, essencialmente, de dois tipos, conforme o circuito de chamada: de magneto e de “buzzer” ou acústicos. Estes possuíam um vibrador (“buzzer”) para gerar um sinal alterno, de baixa frequência, que fazia actuar a campainha do telefone chamado ou fazia cair um alvo da central telefónica. Na frente, estes telefones eram muitas vezes utilizados para transmitir grafia, usando exclusivamente o seu circuito de chamada comandado ao ritmo dos sinais de morse.

As forças aliadas rapidamente se aperceberam que as comunicações estavam a ser escutadas pelo inimigo, provavelmente aproveitando o fenómeno de indução característico das correntes alternas. Foi esta constatação que levantou a necessidade de desenvolvimento de um equipamento telegráfico portátil, robusto, de corrente contínua, que pudesse ser utilizado na frente da batalha.

Deve-se ao engenho do Capitão ( mais tarde Major General) Algernon Clement Fuller a invenção do equipamento que satisfazia tais condições, com uma tecnologia completamente nova, que tentarei descrever em próximo artigo.

Na verdade, o equipamento desenvolvido pelo Cap Fuller revelou-se um sucesso. Era relativamente simples, com poucas componentes, o que permitia construí-lo numa caixa pequena e robusta. Era de fácil operação, com uma chave de morse para emitir e um auscultador para receber. Era extremamente sensível: 0,5 microampere na linha era suficiente para ouvir o sinal e 2 microamperes eram suficientes para uma escuta confortável ( isto em comparação com os 50 – 500 miliamperes necessários no telégrafo de Morse). Esta última característica permitia a utilização de linhas mais longas, de linhas de pior qualidade e, às vezes mesmo, permitia a comunicação com linhas cortadas, aproveitando a condutibilidade do solo entre as pontas da linha cortada.

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Foto de Fuller retirada do programa da BBC “The One Show” de 25/03/2015

Durante a 1ª GM foram utilizados vários tipos de “fullerphone”. O Ten Cor Soares Branco refere os seguintes modelos ao serviço do CEP[i]: PO, I, S, W, D3, F e Nº237

Existe uma publicação da “Arma de Engenharia – Serviço de Transmissões” com a descrição e funcionamento dos “fullerphones” existentes no Exército Português. Retirei dessa publicação a descrição dos vários modelos:

– PO (refere-se normalmente ao PO mark 235, existindo também o PO mark 237)

Foi construído pelo “Post Office”, daí a designação.   Está encerrado numa caixa de madeira, dividida em 2 compartimentos, ambos munidos de tampa com charneira. O compartimento superior contém a chave de morse ou transmissor e restantes botões de comando, bornes de ligação à linha e o vibrador. O compartimento inferior, bipartido, contém, num dos lados, os restantes componentes do circuito eléctrico e, no outro, as pilhas. A caixa tem as dimensões de 25x25x23 cm e pesa 7 kg.

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Exemplar do Fullerphone  PO 235 existente no museu das transmissões

– I

Posui um potenciómetro ajustável para anular o efeito das correntes parasitas, melhorando a recepção. As dimensões são: 25,5x27x18,5 cm, e o seu peso 6,9 Kg;

– S

Está encerrado numa caixa de madeira, possuindo uma correia para o transporte a tiracolo. As suas dimensões são: 27,5×13,5×20,3 cm, e o seu peso 4,6 Kg;

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Fullerphone Trench S (fonte: Imperial War Museum)

– W

Semelhante ao modelo S. As suas dimensões são: 25×13,5×20,5 cm e o peso 3,7Kg;

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Fullerphone Trench W (Modelo existente no Museu das Transmissões)

– D3 (ou D. mark III)

É constituído por uma caixa de ebonite encerrado numa bolsa de couro, tendo a pilha noutra bolsa de couro, cosida à primeira. A caixa de ebonite tem dois compartimentos, um mais alto que o outro, com o fundo metálico, para ligação directa à terra. Sobre a tampa do compartimento mais baixo e mais largo, estão montados a chave de morse, outros comutadores e os bornes . As suas dimensões são: 17x25x24 cm, e o seu peso 4 Kg;

 

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Fullerphone Trench D (fonte: Imperial War Museum)

 

– F

È semelhante ao D. mark III, mas encerrado numa caixa de madeira;

– Nº 237

Deve tratar-se do modelo PO mark 237 . Penso que seja semelhante ao PO mark 235. Não encontrei dados a ele referentes.

 

Os modelos D, F, S e W são designados “de trincheira”, enquanto os modelos PO eram considerados de gabinete.

 

No final da guerra foi construído o “fullerphone Mark III” ( não confundir com o “D. mark III”, anterior) que foi o modelo de maior longevidade. Foi utilizado até cerca de 1937, ano do aparecimento do “Mark IV”, utilizado durante a 2ª GM. Posteriormente apareceram ainda os modelos “Mark V” e “Mark VI”.

[i] A Batalha de “La Lys” e as transmissões, Revista de Artilharia .

Equipamentos de Transmissões da 1ª Guerra Mundial – Introdução

No âmbito do centenário da 1ª Guerra Mundial (1ªGM), o Grupo de História das Transmissões decidiu estudar a organização e o emprego das transmissões no Corpo Expedicionário Português (CEP) que combateu em França, integrado no Exército Inglês. Fiquei responsável pela área da logística e material. É neste âmbito que me proponho dar a conhecer os principais equipamentos de transmissões utilizados pelo CEP, dentro das limitações das fontes disponíveis para consulta.

Quase todo o material de transmissões, assim como a generalidade do material de guerra, foi fornecido pelo Exército Inglês, sendo, portanto, igual ao utilizado por este e não diferindo muito do material usado pelos restantes exércitos, incluindo o alemão.

A missão das transmissões foi sempre a mesma, ao longo da história: transportar a informação. A forma como essa missão é cumprida é que, naturalmente, se foi modificando conforme a evolução da técnica. Na época da 1ª GM, as tecnologias disponíveis e utilizadas foram:

– Telegrafia por fios (telégrafo) ou telegrafia eléctrica

Tinha sido o principal meio de telecomunicações durante a 2ª metade do sec XIX, baseado, essencialmente, no código e no telégrafo inventados por Samuel Morse, mas continuava a ter um papel importante, nessa época.

– Telefonia por fios (telefone)

Por altura da 1ª GM era rei o telefone, inventado por Bell. Não admira, por isso, que viesse a ser este o principal meio de comunicações utilizado em campanha. O próprio tipo de guerra de trincheiras favorecia a utilização de linhas telefónicas, o que seria mais difícil numa guerra de movimento.

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Reparando as linhas telefónicas nas trincheiras

 

– Telegrafia sem fios, (TSF), (telégrafo por rádio)

Estava a dar os primeiros passos, impulsionada sobretudo pelos trabalhos de Marconi. Os primeiros equipamentos eram ainda de faísca, vindo a aparecer, já no fim da guerra, os primeiros equipamentos de onda contínua. A flexibilidade e a mobilidade que este tipo de comunicações permite é uma mais valia para a guerra de movimento, mas traz consigo uma grande vulnerabilidade: a fácil escuta das comunicações pelo inimigo

– Telegrafia óptica

Teve o seu apogeu na primeira metade do sec XIX, com a invenção dos telégrafos ópticos de Chappe (França), Murray (Inglaterra), Ciera (Portugal), entre outros, baseados em códigos próprios. Foi maioritariamente substituída pela telegrafia eléctrica mas, com o aparecimento do código Morse foi de alguma forma reanimada com novos equipamentos: heliógrafos e lanternas de sinais, que transmitiam o código Morse. Na 1ª GM, funcionou como um importante meio de comunicações de reserva, sobretudo quando as linhas telefónicas e telegráficas eram cortadas pelos bombardeamentos .

-Telegrafia pelo solo (TPS)

Apareceu, em termos práticos, durante a 1ª GM e pode-se dizer que desapareceu com ela. Foi rapidamente ultrapassada e substituída pela TSF, que teve uma evolução fulgurante. Além dos curtos alcances, tinha ainda o problema da escuta inimiga. Foi experimentada pelo Exército Inglês a partir de 1915 mas a sua utilização prática dá-se um pouco mais tarde (início de 1917) com a introdução do equipamento de recepção a válvulas, inventado pelos engenheiros do Exército Francês[1].

– Pombos Correio

A utilização de pombos correio como meio de transporte de informação, na guerra, remonta à antiguidade e estendeu-se até aos nossos dias. Neste Blog há vários posts relacionados com tal utilização. Destaco a série de 3 posts intitulados O Pombo Correio (1), (2) e (3).

Os pombos correio foram introduzidos no Exército Inglês em 11 de Setembro de 1914 quando 15 pombos foram oferecidos , pelo Exército Francês, para servirem de meio de comunicação ao Serviço de Informações. Rapidamente os ingleses se aperceberam da sua utilidade,de tal forma que em 1918 o número de pombos ascendia já a 20.000, ocupando um total de 380 especialistas e dando assim origem a um novo ramo do “Signal Service”[2].

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Soldados ingleses treinando pombos correio (Fonte: http://www.thesun.co.uk)

 

-Estafetas

A utilização de estafetas para transportar mensagens, como correio, vem dos primórdios das campanhas militares. É um meio lento mas relativamente seguro, utilizado para informação pouco urgente ou quando todos os outros falham.

– Outros

Bandeiras de sinais, pistolas de sinais e telas de sinalização.

    Baseado, essencialmente, nas relações apresentadas pelo então Ten Cor Soares Branco no artigo da Revista de Artilharia “A Batalha de La Lys e as transmissões”, passo a listar os principais equipamentos de transmissões utilizados pelo CEP:

– Telegrafia por fios:

– Fulerfones de 6 tipos diferentes,

– Telégrafos de corrente simples,

– Telégrafos de corrente dupla.

– Telefonia por fios:

– Indicadores (centrais telefónicas) de vários tipos e com capacidade variando entre as 4 e as 30 linhas,

– Telefones de campanha, de mesa e de parede, magnéticos e acústicos,

– Telefones de guarda-fios,

– Equipamento para construção de linhas.

-Telegrafia óptica:

– Lanternas para sinais,

– Lanternas Lucas,

– Heliógrafos.

– Telegrafia sem fios (TSF):

O ten Cor Soares Branco não refere nenhum equipamento de TSF. Os que eventualmente foram utilizados deviam estar sob o controlo directo do Exército Inglês. Esta suspeita baseia-se numa nota do Chefe do Serviço Telegráfico do CEP, de 11/7/1917 a queixar-se ao oficial inglês responsável pelas comunicações do XI Corpo pelo facto de terem sido retirados da área da 1ª Div os meios de TSF, ao que este responde que, devido a uma reorganização dos meios de TSF, estes tiveram de ser retirados da área da 1ª div (Port) para a área da 49ª Div.

– Telegrafia pelo solo:

O equipamento utilizado foi o “Power Buzzer” de que não há nenhuma indicação nas listagens do Ten Cor Soares Branco. Admito que a sua gestão tenha sido semelhante à do equipamento de TSF

– Pombos Correio:

Na área do CEP, em 1917/18, havia um pombal fixo, em Lacouture, e um pombal móvel (O Nº48), guarnecidos por pessoal inglês, coadjuvado por pessoal português.

-Estafetas:

No CEP foram utilizados, essencialmente, estafetas em bicicleta ou em motocicleta. Como havia um Grupo de Companhias de Ciclistas, destinado ao combate, os estafetas utilizados era pessoal dessa unidade que estava adida ao serviço telegráfico do corpo.

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Militares do Grupo de Companhias de Ciclistas

 

[1] The Signal Service in the European War of 1914 to 1918 (France) – R.E. Priestley , MC, BA – W&J MACKAY & CO LIMITED – 1921

[2] IDEM

Os primeiros detectores de TSF

 

Nos primórdios da TSF foi a recepção, mais especificamente a detecção, a área que mais ocupou os cientistas responsáveis pela evolução da rádio, como vimos nos “posts” publicados sob o título “Pioneiros da TSF”.

A tecnologia da emissão não sofreu grandes alterações desde Hertz a Marconi; utilizou sempre o emissor de faísca baseado na bobina de indução, apenas com uma melhoria significativa, introduzida por Braun e Marconi: a sintonia da frequência emitida.

    A espira de Hertz

O primeiro receptor rudimentar foi utilizado por Hertz na descoberta das ondas electromagnéticas. Era constituído apenas por uma antena de forma circular, interrompida em determinado ponto por um intervalo de ar. Na presença de radiação electromagnética dava-se uma descarga visível, do tipo faísca,  no intervalo de ar. Não tinha qualquer utilidade prática para além da demonstração da existência dessas ondas. Era muito pouco sensível, só funcionando na proximidade do emissor, e era de difícil utilização pois, no caso de sinais mais fracos, o intervalo de ar não podia ter mais que alguns microns, obrigando à visualização da descarga  com auxílio de um microscópio.

Antena de recepção usada por Hertz. (Equipamento da frente. Atrás está a antena de emissão)

Antena de recepção usada por Hertz  (Equipamento da frente. Atrás está a antena de emissão)

   O coesor de Branly

O primeiro detector usado em transmissões TSF foi o coesor, desenvolvido por Branly. Consistia num tubo de vidro cheio de limalha de metal com dois contactos nas extremidades. Se a limalha estivesse solta apresentava uma grande resistência eléctrica entre os contactos. Quando passava uma corrente de radiofrequência de determinada intensidade pelo coesor, a limalha ligava-se (tornava-se coesa) formando um circuito de baixa resistência. Este comportamento tornou possível a detecção das ondas electromagnéticas mas era ainda inútil para a transmissão de informação pelas mesmas pois o seu estado mantinha-se inalterado quando terminava o sinal.

Esquema de coesor (esquerda) e figura de coesor real (direita)

Esquema de coesor (esquerda) e figura de coesor real (direita

É necessário referir que só é possível transmitir informação se o sinal for sujeito a um qualquer tipo de modulação. Na época, o que se pretendia era transmitir o alfabeto Morse constituído por traços e pontos, o que era possível com a modulação básica ON/OFF (presença/ausência de sinal) com o estado ON com 2 valores: um intervalo maior para os traços e um intervalo menor para os pontos.

Foi o inglês Lodge que.introduziu um dispositivo tipo martelo que, dando uma pancada seca no coesor, fazia este regressar ao estado inicial com a limalha desligada. Só assim foi possível conseguir que o coesor reflectisse a presença/ausência de sinal, permitindo receber os traços e pontos do código Morse.

O martelo batia no coesor a intervalos menores que a duração da transmissão do ponto do código Morse. Assim os traços e pontos correspondiam a várias ligações da limalha, ao ritmo do bater do martelo, enquanto a ausência de sinal correspondia a uma desligação contínua.

O receptor era essencialmente constituído por uma antena receptora, o coesor e um equipamento de sinalização, onde os sinais do alfabeto Morse eram traduzidos em sinais perceptíveis pelos sentidos humanos da audição ou da visão.

O equipamento de sinalização era, no caso dos sinais sonoros, uma campainha ou um receptor telefónico (à época já inventado) e, no caso dos sinais visuais, um receptor de Morse igual ao utilizado no telégrafo por fios. Este equipamento era actuado pela corrente de uma bateria local modulada pelo estado do coesor o que significa uma corrente sob a forma de impulsos ao ritmo do bater do martelo quando havia sinal de radiofrequência ou ausência total de corrente quando não havia sinal. Esta forma peculiar da corrente facilitava a actuação de uma campainha, era traduzida no receptor telefónico por um som com a frequência dos impulsos e era traduzida no receptor de Morse por linhas impressas a tracejado.

Receptor de Popov com coesor. Notar o aproveitamento do martelo para , em simultâneo, fazer a descoesão e fazer soar uma campaínha.

Esquema do receptor de Popov com coesor.

Esquema de um receptor de coesor com telefone. Aqui a descoesão é feita "chocalhando" o coesor através do relé e da mola mostrados.

Esquema de um receptor de coesor com telefone. Aqui a descoesão é feita “chocalhando” o coesor através do relé e da mola mostrados.

Receptor de coesor com telégrafo de Morse impressor.

Esquema de receptor de coesor com telégrafo de Morse impressor.

As figuras apresentam os receptores com os vários tipos de equipamento de sinalização. De notar o esquema engenhoso, inventado por Popov, que utilizava um único martelo para desligar a limalha e para tocar uma campainha.

Apesar de mais sensível que a espira de Hertz o coesor exigia ainda muita energia para actuar pelo que só foi utilizado para ligações a curta e média distância. Foi o detector usado por Marconi nas suas primeiras experiências mas as ligações através do Canal da Mancha e a primeira ligação transatlântica já foram conseguidas com outro tipo de detector.

Os Pioneiros da TSF – Guglielmo Marconi

foto_marconi_finalTermino esta série de apontamentos, dedicada aos pioneiros da TSF, com a figura incontornável de Marconi. Ele é considerado, pelo senso comum, como o inventor da rádio. Já vimos que muitos outros contribuíram para isso mas esse senso comum tem uma boa base de sustentação no facto de ter sido Marconi o grande responsável pela aplicação prática e útil das descobertas feitas por ele e por outros.

Nasceu a 25 de Abril de 1874, numa família nobre, em Bolonha, Itália, e faleceu a 20 de Julho de 1937, em Roma.

Recebeu o prémio Nobel da Física, partilhado com Karl Braun, em 1909, em reconhecimento da sua contribuição para o desenvolvimento da telegrafia sem fios.

Ao contrário da maioria dos pioneiros da TSF, referidos nesta rubrica, Marconi não era um cientista académico, não tendo, por isso, tentado obter grandes explicações para os fenómenos com que lidou. No entanto, era um excelente  técnico, um engenhoso inventor e um empreendedor de sucesso. Obteve 40 patentes para as suas invenções e, apesar das várias polémicas, de que fui dando conta, sobre a utilização de invenções desenvolvidas por outros, uma grande quantidade de invenções e melhorias, que foram decisivas para a evolução da TSF, são de sua autoria. Destas destaca-se o “detector magnético”, que possibilitou as primeiras comunicações transatlânticas e que é de uma complexidade técnica assinalável, de tal modo que só foi possível perceber completamente o seu funcionamento  24 anos após o início da sua utilização.

A sua faceta de empreendedor está patente nas muitas empresas que criou. A primeira, que nasceu em 1897 com o nome de “Wireless & Signal Company” e que em 1900 passou a designar-se “Marconi Wireless Telegraph Company”, rapidamente se expandiu a quase todo o mundo, sendo a precursora das actuais redes globais de telecomunicações. Essa empresa dedicou-se também ao fabrico de equipamentos de rádio para uso próprio e para outras companhias e serviços. O nome  Marconi soará familiar aos antigos militares de Transmissões, dada a vasta gama de equipamentos, com essa marca, que o Exército Português utilizou nas transmissões de campanha, e, sobretudo, nas transmissões permanentes.

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E/R Marconi H 4000, fabricado pela Marconi do Canadá para utilização civil, foi utilizado na Guerra de África para ligações HF de média distância.

Muitos se lembrarão ainda da Companhia Portuguesa Rádio Marconi, fundada em 18 de Julho de 1925 tendo como accionistas a “Marconi Wireless Telegraph Company”, com 49% do capital, e o Governo Português, com 51% , que possibilitou a ligação de Portugal com as suas ilhas e colónias, com o resto de mundo e com a sua frota marítima.

Desde o início, Marconi orientou os seus esforços para a ligação navio-terra. Compreende-se tal esforço porque, até ao aparecimento da TSF, não existia qualquer meio que permitisse essa ligação para além do horizonte visual, o que deixava os navios, em alto mar, isolados do resto do mundo. Já as ligações terrestres, na altura, estavam asseguradas pelo telégrafo eléctrico que estava no seu apogeu.

Foi com base na estrutura instalada pelas empresas de Marconi que, na madrugada de 15 de Abril de 1912, a estação de Newfoundland captou os fracos sinais de SOS enviados do navio Titanic, enquanto se afundava, e retransmitiu a triste notícia ao mundo, permitindo o envio de socorro que salvou alguns dos náufragos.

A formação técnico-científica de Marconi é descrita pelo próprio na sua conferência do prémio Nobel, onde afirma: “…Eu nunca estudei física ou electrotecnia de forma sistemática, embora enquanto jovem tenha estado profundamente interessado nestes assuntos  … e estava, penso poder dizê-lo, razoavelmente bem informado das publicações daquele tempo que tratavam assuntos científicos incluindo os trabalhos de Hertz, Branly e Righi.”[1]

Em 1895 começou, em sua casa, a fazer as primeiras experiências de TSF, utilizando equipamentos rudimentares: o oscilador de Hertz, baseado na bobina de Ruhmkorff, como emissor, e o coesor de Branly, como receptor, conseguindo transmitir sinais até 800 metros de distância. Em Agosto desse ano começou a utilizar antenas de comprimento cada vez maior descobrindo que as distâncias alcançadas estavam directamente ligadas ao comprimento das antenas de emissão e recepção, conclusão que passou a designar-se “lei de Marconi”.

Com o objectivo de dar continuidade às suas experiências, mudou-se para Inglaterra, onde, em Setembro de 1896, conseguiu comunicar a cerca de 3 Km, atingindo em Maio de 1897, aproximadamente 15 Km.

Conseguiu a primeira transmissão sobre o canal da mancha em Março de 1899, ligando o farol de South Fareland, perto de Dover, em Inglaterra, à povoação de Winereux, a sul de Calais, em França, numa distância de cerca de 45 Km.

Em 1900 começou a utilizar os circuitos sintonizados, já utilizados por Karl Braun, patenteando um sistema constituído por emissor e receptor que, no Reino Unido, recebeu a patente nº 7777  e, por isso, ficou conhecido como “four sevens”. Tentou patentear o mesmo sistema nos Estados Unidos mas devido à disputa com sistema semelhante de Tesla, só conseguiu ver aprovada tal patente em 1904 com o nº US763772.

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Esquemas do emissor (fig 1) e do receptor (fig2) da patente inglesa 7777

Por volta de 1900 foi amadurecendo a ideia de ligar os dois lados do Atlântico, na distância de cerca de 4.000 Km. Para isso tinha de contrariar a ideia, existente na época, que as radiações hertzianas só se propagavam em linha recta, por analogia com a luz, e, por isso, a curvatura da terra impediria a comunicação a tais distâncias. Acreditou na ideia de um seu colaborador próximo, o Prof J. A. Fleming, que defendia que, para lá da propagação directa, as ondas de rádio se propagavam também ao longo da crosta terrestre, o que hoje designamos onda de solo. Acabou por ter uma ajuda preciosa do que nem o Prof Fleming suspeitava: a existência da ionosfera.

É muito interessante ver como Marconi tenta explicar, na sua conferência do prémio Nobel, as grandes diferenças de propagação entre o dia e a noite atribuindo as dificuldades diurnas à luz do sol, que amorteceria as radiações! Contudo, revela um espírito científico aberto quando, sobre o assunto,  diz: “Não penso que este efeito esteja satisfatoriamente investigado ou explicado.”[2]

Para a ligação transatlântica mandou construir em Poldhu, na costa da Cornualha, um centro emissor alimentado por 25 KW e em Cape Cod, perto de Nova Iorque, uma estação semelhante. Como, na sequencia de uma tempestade, os mastros desta foram derrubados, decidiu fazer  a experiência com uma estação receptora em Newfoundland, nos finais de Novembro de 1901.

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Fotografia da estação de Poldhu com a antena que possibilitou a primeira comunicação rádio transatlântica.

“Os testes começaram no início de Dezembro de 1901 e no dia 12 desse mês os sinais transmitidos de Inglaterra eram clara e distintamente recebidos na estação temporária de St John’s em Newfoundland”.[3]

Estava dado início a um império de comunicações rádio, a nível mundial, que durou até à generalização das comunicações por satélite.


[1] Conferência do Prémio Nobel: ”www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1909/marconi-lecture.pdf”

[2] ibidem

[3] ibidem

Os Pioneiros da TSF – Karl Braun

Os cientistas e técnicos que contribuíram para a aventura da TSF foram muitos. Nesta série de apontamentos a minha intenção era realçar os maiores contributos para o arranque desta tecnologia desde a sua descoberta até ao estabelecimento dos primeiros serviços regulares, num período temporal que vai desde 1865 (teorização das ondas electro-magnécicas por Maxwell) até cerca de 1907 (estabelecimento da 1ª ligação regular transatlântica). Referi os nomes que considerei mais importantes nesta evolução, embora muitos  outros tenham dado também o seu contributo, como é o caso do inglês Oliver Lodge e do espanhol Julio Cervera Baviera.

Parece-me chegada a hora de encerrar esta rubrica fazendo referência aos dois homens que acabaram por receber, em conjunto, o prémio Nobel da Física, em 1909, pela sua contribuição para o desenvolvimento da TSF: Karl Ferdinand Braun e Guglielmo Marconi.

Como vimos anteriormente, sobretudo no artigo dedicado a Tesla, a atribuição deste prémio levantou alguma controvérsia facilmente compreensível se atendermos às importantes contribuições que tantos cientistas, alguns referidos nesta rubrica, deram para a evolução da rádio.

Compreende-se que o Comité Nobel tenha premiado estes dois homens numa altura em que a TSF “explodia” em realizações, capacidade e perspectivas de futuro, tendo ambos contribuído, na prática, para isso.

Karl Ferdinand Braun

foto_braunNasceu a 6 de Junho de 1850, em Fulda, na Alemanha. Embora tenha feito toda a sua vida na Alemanha, acabou por falecer em Nova Iorque,  a 20 de Abril de 1918, onde havia sido chamado para testemunhar numa disputa de patentes e onde acabou por ficar devido à eclosão da I Guerra Mundial.

Estudou nas universidades de Marburg e Berlim, onde obteve o doutoramento com uma tese sobre “oscilações em cordas elásticas”.

Recebeu, conjuntamente com Marconi, o 9º prémio Nobel da Física, em 1909, “em reconhecimento das suas contribuições para  o desenvolvimento da Telegrafia Sem Fios”.

Inventou o Tubo de Raios Catódicos (CRT na sigla inglesa), também denominado “tubo de Braun”,  que esteve na base dos ecrãs de radar e dos receptores de televisão desde o seu aparecimento, em 1934, até aos nossos dias, em que está a ser substituído pelas tecnologias de ecrãs planos de cristais líquidos (LCD) e de plasma.

Tubo Braun

Tubo de Raios Catódicos inventado por Braun (Foto: Deutsches Museum, Munich)

Em 1897 utilizou o Tubo de Raios Catódicos na construção do osciloscópio, também por si inventado, que constituiu uma preciosa ajuda nas suas investigações sobre as ondas electromagnéticas.  Na sua conferência do Prémio Nobel afirmou: – “Devo lembrar um acessório que foi de grande utilidade para mim e outros experimentadores. Falo do tubo de raios catódicos que descrevi em 1897. Ele forneceu uma figura visual das formas de onda da corrente e tensão até 100Kc/s, e foi o meio pelo qual puderam ser feitas investigações do período, forma de onda, intensidade, amortecimento e relações de fase”.

oscilogramas

Imagens no osciloscópio apresentadas pelo próprio Braun na sua Conferência do Nobel

Em 1874, quando estudava a condutividade de electrólitos e cristais, descobriu que num contacto entre um fio metálico fino e um cristal de galena (sulfureto de chumbo) a corrente eléctrica fluía muito mais facilmente num sentido que no outro. Estava descoberto o díodo rectificador. Fez uma apresentação da sua descoberta em Leipzig, a 4 de Novembro de 1876, mas não lhe anteviu nenhuma utilidade. Foi Jagadiz Chandra Bose que acabou por apresentar, em 1901, uma patente que lhe foi concedida em 1904  que incluía, entre outros, este dispositivo como receptor de rádio (patente US 755840).

No campo da TSF Braun destaca-se pela introdução de duas técnicas que vieram revolucionar a sua evolução:

– Introdução de circuitos ressonantes acoplados à antena.

– Agregados de antenas com fase ajustada (phased array antennas).

O interesse de Braun na área da TSF começou em 1898 quando lhe foi pedido para estudar e melhorar um sistema de telegrafia sem fios pela água, que havia sido inventado por três técnicos sem base científica. Isto levou-o a interessar-se pelos esforços que outros, dos quais sobressaía Marconi, estavam a fazer nesta área. Soube que Marconi, desde 1895, tinha feito experiências na transmissão de ondas electromagnéticas com base num emissor rudimentar de faísca com a bobina ligada directamente à antena, tentando alcances cada vez maiores exclusivamente à custa de aumentar a tensão no emissor, mas sem grandes resultados pois grandes aumentos de tensão conduziam a pequenos ganhos de alcance.

Sabendo da grande redução de perdas de energia que se observa num circuito ressonante, lembrou-se de adoptar tal circuito, constituído por uma bobina e um condensador, no circuito originador da faísca, e acoplá-lo à antena através de um transformador.

Com esta inovação obtiveram-se 3 efeitos altamente benéficos para o incremento da energia radiada:

– menos perdas no circuito originador da faísca;

– redução do espectro de frequências geradas para quase uma frequência única: a de ressonância do circuito.

– possibilidade de ajustar o acoplamento da antena (adaptação de impedância), permitindo que esta recebesse e radiasse uma maior quantidade de energia, jogando com a relação do transformador.

Após o êxito da aplicação do circuito ressonante no emissor, Braun utilizou-o também no receptor, obtendo grande ganho de eficiência.

a - Emissor inicial de Marconi (Fonte: rlandell.tripod.com/histradio.html) b - Emissor de Braun (Fonte: Karl Braun - Nobel Lecture)

a – Emissor inicial de Marconi (Fonte: rlandell.tripod.com/histradio.html)
b – Emissor de Braun (Fonte: Karl Braun – Nobel Lecture)

A introdução desta inovação permitiu, para além do aumento de alcance, ultrapassar a limitação que o sistema anterior tinha: numa dada zona só era possível utilizar um único canal pois o emissor comportava-se como um autentico gerador e ruído branco, emitindo em quase todo o espectro de frequências e interferindo em qualquer outro sistema que estivesse no seu raio de alcance. Com a nova técnica era possível estabelecer uma infinidade de canais, separados pela frequência, sem interferências mútuas.

Em 24 de Setembro de 1900, utilizando o equipamento inventado por Braun, foi possível enviar um telegrama de Helgoland para Cuxhaven, numa distância de 62 Km muito superior aos cerca de 15Km conseguidos, até então, para ligações fiáveis.

A sua segunda grande inovação na área da TSF está também associada à necessidade de reduzir a energia consumida pelo emissor. Dedicou-se ao estudo das antenas concluindo que a sua directividade era um elemento essencial na obtenção de ganhos de eficiência e alcance.

Foi o primeiro a utilizar um agregado constituído por três antenas situadas nos vértices de um triângulo equilátero ABC (figura abaixo), sendo a altura CD um quarto de comprimento de onda, em que as antenas situadas em A e B emitiam na mesma fase e a antena situada em C emitia um quarto de ciclo adiantada, obtendo assim uma radiação predominantemente no sentido CD. A demonstração desta invenção  foi realizada nas proximidades de Estrasburgo na primavera de 1905.

Disposição das antenas no "array"( Fonte: Karl Braun - Nobel Lecture)

Disposição das antenas no “array” e indicação do sentido da radiação ( Fonte: Karl Braun – Nobel Lecture)

Montagem do "array" de tres antenas (fonte: Karl Braun - Nobel Lecture)

Montagem do “array” de tres antenas (fonte: Karl Braun – Nobel Lecture)

Braun, juntamente com outros sócios, fundou duas empresas: uma dedicada a aparelhagem  de medida e de laboratório, a “Hartman & Braun”, e outra dedicada à exploração da TSF, a “Telebraun”. Esta última, depois de várias junções e alterações, deu origem à célebre “Telefunken”.

Os Pioneiros da TSF – Alexander Stepanovich Popov

imagemPopovNasceu a 16 (4 no calendário da época) de Março de 1859 em Turinskiye Rudniki, actual Krasnoturyinsk, Junto aos Urais, e faleceu a 13 de Janeiro de 1906 ( 31 de Dezembro de 1905 no calendário da época), em S. Petersburgo.
Era filho de um sacerdote ortodoxo de aldeia que o encorajou a seguir também o sacerdócio. Ainda chegou a frequentar o seminário de Ekctarinburg, mas, quando descobriu o interesse pela ciência e pela matemática, abandonou-o e foi estudar física para a Universidade de S. Petersburgo. Durante o curso trabalhou, para conseguir sustentar os estudos, na “Electrotekinik Artel”, que operava as primeiras centrais de geração eléctrica da Russia. Graduou-se em 1882, tendo sido convidado para assistente de laboratório na sua faculdade.
Em 1883 passou a trabalhar para a marinha russa, em Kronstadt, como professor e investigador da escola de torpedos.
Em 1894 construiu o primeiro receptor de rádio e, a 7 de Maio de 1895, apresentou-o à Sociedade Russa de Física e Química.
Em 1896 efectuou uma transmissão rádio entre dois edifícios do campus universitário (diz-se que conseguiu transmitir o nome ”Heinrich Hertz”) e, em 1898, transmitiu sinais entre terra e um navio a 5 Km da costa .
Ao serviço da Marinha Russa coordenou a intalação de uma estação rádio na ilha de Gogland, no Golfo da Finlândia, e outra em Kotka, na costa finlandesa. Estas estações deram uma ajuda preciosa no desencalhamento do navio Apraksin no inverno de 1899/1900. Note-se que o equipamento de recepção dessas estações era igual ao exemplar existente no Regimento de Transmissões.
Em 1901 foi nomeado professor e, em 1905, director do Instituto Electrotécnico de S. Petersburgo, que actualmente tem o seu nome.
Em 1945, o governo soviético elevou Popov a herói nacional e declarou o dia 7 de Maio como “dia da rádio” com a categoria de feriado nacional, que ainda hoje se mantém.

Da descoberta ao fabrico do receptor de TSF
Foi, enquanto professor da Escola de Torpedos da Marinha Russa, em Kronstadt, que mais envolvido esteve na invenção de um aparelho receptor das ondas descobertas pelo seu contemporâneo Hertz. Esse equipamento, que começou a construir em 1894, era extremamente simples e rudimentar quando comparado com os receptores de hoje, mas foi, de facto, o primeiro equipamento receptor de rádio. Era constituído por um detector (o coesor), uma antena linear e uma campainha (figuras abaixo). Popov utilizou-o essencialmente como detector de relâmpagos, mas sempre afirmou que poderia servir como receptor de sinais transmitidos pelas ondas hertzianas.

Esquema do receptor de Popov com o coesor melhorado

A base do receptor era o coesor de limalha que tinha sido inventado por Branly em 1890, constituído por um tubo de vidro contendo limalha metálica solta, que oferecia grande resistência à passagem da corrente eléctrica, mas que, quando sob a acção de energia electro-magnética, se ligava (coeria) baixando a sua resistência eléctrica. Assim se conseguia detectar a presença das radiações. O problema era que, após o desaparecimento das radiações, a limalha continuava coesa, não permitindo detectar novo sinal. Lodge resolveu este problema adicionando ao tubo de vidro um martelo comandado por um relé, que, com uma frequência fixa, batia no tubo, provocando o desligamento da limalha. Com esta melhoria tornou-se possível receber sinais de morse. Popov melhorou este sistema fazendo com que o martelo actuasse não a um ritmo determinado, mas apenas no final de um impulso de energia electro-magnética, preparando assim o coesor para receber o próximo impulso. Posteriormente Popov melhorou o seu receptor utilizando um coesor auto- recuperável e auscultadores como se refere adiante.

Receptor de Popov

Receptor de Popov

Os equipamentos idealizados por Popov foram construídos e comercializados por Ducretet, que era um engenheiro francês construtor de equipamento científico, com a designação Ducretet-Popoff.
No Regimento de Transmissões existe um exemplar bem conservado de um receptor Ducretet-Popov, que provavelmente foi utilizado nas primeiras experiência s de TSF realizadas em Portugal e referidas no Post “Introdução da TSF” de 19de Outubro de 2012, da autoria do Mgen Pedroso de Lima, publicado neste Blog, do qual se mostra uma fotografia em baixo. De notar que o coesor utilizado neste receptor é diferente do utilizado no receptor original de Popov . Trata-se de um coesor constituído por agulhas de aço assentes em suportes de carvão. Faz parte da segunda geração de coesores, também denominados coesores auto-recuperáveis porque não precisavam de qualquer acção exterior para fazer a “descoesão” (voltar ao estado original). Na verdade, embora por uma questão de tradição se continuassem a chamar coesores, o seu princípio de funcionamento já não se baseava em qualquer coesão, antes eram já rectificadores rudimentares com um princípio de funcionamento semelhante aos díodos actuais.

Receptor Ducretet-Popoff existente no Regimento de Transmissões

Receptor Ducretet-Popoff existente no Regimento de Transmissões

Pormenor do coesor vendo-se as agulhas de aço. A saliência existente do lado direito continha um dissecador à base de carboneto de cálcio com a finalidade de eliminar qualquer humidade no coesor.

Pormenor do coesor vendo-se as agulhas de aço. A saliência existente do lado direito continha um dessecador à base de carboneto de cálcio com a finalidade de eliminar qualquer humidade no coesor.

Em artigo a que tive acesso na internet (jcverdier.museum.online.fr/nouvellepage25.html) diz-se que há , recenseados, apenas 5 destes aparelhos: Musée de Radio-France, 2 nos museus da Rússia e 2 em colecções particulares. O RTm pode orgulhar-se de ter um exemplar muito bem conservado de tão raro equipamento.

Os Pioneiros da TSF – Padre Roberto Landell de Moura

Nasceu a 21 de Janeiro de 1861 em Porto Alegre (Brasil), onde viria  a falecer em 30 de Junho de 1928.

Estudou teologia em Roma, tendo-se ordenado sacerdote em 1886. A par da sua preparação eclesiástica, estudou também física e electricidade.

Foi o primeiro a transmitir a voz humana utilizando as ondas hertzianas.

Durante toda a sua vida parece ter conseguido harmonizar a dupla condição de padre e cientista. Prova disso é o episódio em que, por deferência, fez uma demonstração das suas invenções ao seu bispo. Quando este ouviu a voz que saía do receptor disse que era a voz do diabo, sugerindo que a invenção tinha uma base de bruxaria. Esta ideia levou a que alguns grupos menos esclarecidos o atacassem, chegando mesmo a destruir o seu laboratório.

Devia ser um homem de personalidade forte pois nem os ataques o amedrontaram, prosseguindo as suas actividades científicas, nem estas o impediram de continuar a dedicar-se á sua tarefa pastoral, tendo servido em várias paróquias.

Em 1893, antes da primeira experiência de Marconi, o padre Landell de Moura fez uma demonstração de telefonia e telegrafia sem fios, com aparelhos de sua invenção, entre o alto da Av Paulista e o alto de Sant’Ana, em S. Paulo, numa distância aproximada de 8 quilómetros. Repetiu a experiência no dia 3 de Junho de 1900, presenciada pelo Consul Britânico em S. Paulo, Sr C. P. Lupton, pelas  autoridades brasileiras, por jornalistas e pelo povo.

Em 1901 conseguiu obter a patente brasileira nº 3279 para o seu aparelho. De seguida, convencido do valor das suas invenções, partiu para os Estados Unidos onde conseguiu as patentes que se indicam no quadro que a seguir se apresenta:

Nome Número da Patente Data do Pedido Data da Patente
Wireless Telephone 775.337 04 Outubro 1901 22 Novembro 1904
Wireless Telegraph 775.846 16 Janeiro 1902 22 Novembro 1904
Wave Transmitter 771.017 9 Fevereiro 1903 11 Outubro 1904

Não é por acaso que o “Wave Transmitter”, sendo o último a ser submetido foi o primeiro a ser patenteado. Trata-se de um sistema de rádio que não levantou grandes problemas aos avaliadores do “Patent Office”porque estava baseado em tecnologias já conhecidas: a bobine de Ruhmkorff, como base do emissor, e o telefone, como base do receptor.

A grande  invenção e novidade é um microfone a que Landell de Moura chama “interruptor fonético”, baseado numa membrana que vibra ao ritmo do som e que, nessas oscilações, faz e desfaz um contacto com uma haste metálica, gerando assim impulsos com uma frequência igual à do som que actua sobre a membrana. Como estes impulsos comandavam o funcionamento da bobina, as ondas hertzianas geradas incorporavam a (eram moduladas pela) frequência do som. Este foi, de facto, o primeiro sistema de transmissão de voz e outros sons utilizando as ondas descobertas por Hertz.

Imagem do “interruptor fonético” incluída na patente do “wave transmitter”

Bell tinha inventado o “fotofone”, em 1880, conseguindo transmitir voz, através da luz, a 213 metros de distância. Mas, apesar desta invenção, a utilização prática da luz para a transmissão de fonia só veio a ser possível com a descoberta do laser e dos sistemas de modulação digital na 2ª metade do Sec XX. Por isso pode considerar-se que o sistema de Landell de Moura foi o verdadeiro pioneiro da telefonia sem fios.

Já o “wireless telephone” e o “wireless telegraph” eram equipamentos complexos que incluíam, no mesmo equipamento, a transmissão por ondas hertzianas, pela luz e por ondas sonoras. O próprio inventor, talvez para ultrapassar as dúvidas dos oficiais do “Patent Office”, escreve na sua patente: “O aparelho assim pode não ser de grande valor comercial”. Ele tinha consciência das limitações de alcance das transmissões sonora e luminosa, além da complexidade técnica desta última, para a época.

Imagem do “wireless telephone” incluída na patente. De notar a existência de uma ventoínha para aumentar o alcance das ondas sonoras.

Concebeu ainda o que denominou “telefotorama” ou “Visão à distância” que era um sistema precursor da televisão.

Aqui fica uma justa homenagem a este ilustre brasileiro que, tal como muitos outros, com o seu esforço e engenho, muito contribuiu para o desenvolvimento da rádio sem disso ter tirado qualquer proveito pessoal.

Os Pioneiros da TSF – Jagadish Chandra Bose

Bose nasceu em 30 de Novembro de 1858 em Mymensingh, na altura território indiano, que, actualmente, pertence ao Bangladesh, e faleceu em 23 de Novembro de 1937.

Estudou em Calcutá, onde se formou. Com 22 anos mudou-se para Inglaterra onde continuou os  estudos, inicialmente, em medicina, na Universidade de Londres, e, posteriormente, em Ciências Naturais, em Cambridge.  Aqui foi aluno de Lord Rayleigh, que muito o influenciou.

Regressou à índia, onde foi, durante 30 anos, professor e investigador no “Presidency  College of Calcutta”. Em 1917 fundou o “Bose Reserch Institut”, em Calcutá, a primeira instituição de investigação científica da India. Depois de 1900 dedicou-se à área científica mais ligada à sua formação inicial: a fisiologia de animais e plantas. Nesta área fez estudos pioneiros sobre os efeitos da radiação electromagnética nos seres vivos.

Foi eleito membro da “Royal Society” em 1920.

Contribuição para a evolução da TSF

Quando Bose regressou à Índia, milhares de homens da ciência, por todo o mundo, investigavam as recém-descobertas ondas electromagnéticas e procuravam aplicações práticas das mesmas. Bose não fugiu a esta “moda”. A leitura do livro de Oliver Lodge, “Heinrich Hertz and His Sucessors” teve influência nesta orientação. Em 1894 criou um pequeno laboratório, dentro do “Presidency College”, onde começou a desenvolver as suas investigações orientadas essencialmente para duas áreas:

– Estudo do comportamento da radiação electromagnética, envolvendo refracção, difracção, e polarização;

– Estudo de dispositivos e técnicas para detecção da mesma radiação.

No que se refere à primeira área, Bose trabalhou essencialmente com ondas milimétricas sendo um precursor das microondas. Como se pode verificar na figura abaixo apresentada, que mostra o dispositivo da sua demonstração perante a “Royal Institution”, em 1897, utilizou vários componentes de microondas, inventados por si, tais como: guia de ondas, antena de corneta e polarizador.

Bose demonstrando as suas descobertas na “Royal Institution”, em 1897



Esquema da montagem utilizada na demonstração

Em 1895 Bose fez uma demonstração pública da utilização das ondas de rádio, conseguindo fazer tocar uma campainha e detonar uma arma a uma distância de aproximadamente uma milha, facto que lhe permitiu entrar no restrito clube dos que primeiro demonstraram a utilidade prática de tais ondas.

Na segunda área, Bose, conhecedor das limitações que tinha o dispositivo de recepção então usado – o coesor de limalha –  dedicou-se a pesquisar  um dispositivo alternativo. Fez estudos com dispositivos de junção entre dois materiais diferentes, que foram precursores do detector de galena. Em 1899 Inventou o chamado coesor de junção imperfeito ou auto-coesor ou coesor de ferro-mercúrio-farro que consiste numa pequena quantidade de mercúrio contida numa cápsula de ferro com uma pequena quantidade de óleo a cobrir o mercúrio e, em contacto com o óleo, um outro eléctrodo de ferro. Quando se aplica uma radiofrequência entre o eléctrodo que constitui a cápsula e o outro eléctrodo de ferro, a resistência entre os eléctrodos diminui muito, permitindo a passagem de uma corrente contínua. Quando deixa de existir o sinal de radiofrequência a resistência de contacto volta a aumentar. Por isso, este coesor, ao contrário do de limalha, era auto-recuperável.

Ainda hoje não se conhecem bem quais os fenómenos físicos que permitem este funcionamento mas julga-se que estão ligados à polarização dos materiais nas junções o que configura tal dispositivo como o antecessor do díodo de junção que apareceu 40 anos depois.

Mais uma controvérsia envolvendo Marconi

À semelhança de Tesla, há também um contencioso de patentes entre Bose e Marconi, embora este nunca tenha sido objecto de disputa judicial.

Marconi, nas suas primeiras experiências de rádio, até 1900, utilizou como detector o coesor de limalha, inventado por Branly e aperfeiçoado por Lodge , mas, na primeira ligação transatlântica, em Dezembro de 1901, utilizou um detector mais sensível, o denominado coesor ferro-mercútrio-ferro ligado a um telefone, que alegou ter-lhe sido oferecido por L. Scolari, engenheiro da Marinha Italiana e seu amigo de infância, a que chamou “coesor da Marinha Italiana”.

É hoje consensual que tal dispositivo foi inventado por Bose que, em 27 de Abril de 1899, havia feito, na “Royal Society”, uma conferência intitulada “On a Self Recovering Coherer and Study of Cohering Action of Different Materials”, na qual terá feito a descrição de tal dispositivo.

Nem Marconi nem Scolari tiveram a hombridade de reconhecer a autoria da invenção de Bose.

Marconi obteve mesmo uma patente de um dispositivo praticamente igual (British Patent 18105 de 19 Setembro 1901).

Fontes:

(1)    The Work of Jagadish Chandra Bose, 100years of mm-wave Research, D. T. Emerson, National Radio Astronomy Observatory.

(2)    Jagadish Chandra Bose: The Real Inventor of Marconi´s Wireless Receiver, Varun Aggarwal, Div. of Electronics and Comm. Engg., NSIT, Delhi, India.

Os Pioneiros da TSF – David Edward Hughes

No post “Os Pioneiros da TSF – Introdução”, já tinha feito referência à descoberta de Hughes, por ser minha intenção não o incluir nesta lista dos pioneiros da TSF. No entanto, pensando melhor, achei que tal seria injusto e, por isso, aqui fica a homenagem a tão ilustre inventor.

David Edward Hughes

Hughes nasceu em Londres em 1831 mas emigrou apenas com sete anos, com a família, para os Estados Unidos. Regressou a Inglaterra em 1877, onde veio a falecer em 1900.

Era professor de música e executante de harpa, segundo a tradição da família. Não teria grande bagagem matemática, mas a sua intuição e curiosidade técnica levaram-no a invenções importantes, sobretudo no domínio das comunicações eléctricas.

Em 1855, ainda nos  EEUU, inventou um telégrafo impressor,  que permitia enviar mensagens, digitando em teclas, correspondentes às letras do alfabeto e outros símbolos gráficos, e receber mensagens escritas numa fita de papel. Tal invenção , que ficou conhecida como telégrafo de Hughes, foi de facto a invenção do teleimpressor ou telex, como ficou mais tarde conhecido.

Telégrafo de Hughes

Deu uma contribuição decisiva para a invenção do microfone de carvão.

Logo após o seu regresso a Inglaterra, em 1878, dedicou-se a tentar resolver o problema principal do telefone, que estava a dar os primeiros passos, e que era a fraca sensibilidade do microfone.

Os microfones usados nos primeiros telefones consistiam numa solução líquida que banhava um estilete metálico. Este estava ligado a uma membrana que ao vibrar, em função do som , fazia com que o estilete entrasse e saísse do líquido, fazendo com que a resistência de contacto entre o estilete e o líquido variasse ao mesmo ritmo.

Hughes experimentou substituir este sistema por um outro constituído por barras de carvão prensadas entre duas chapas do mesmo material, obtendo resultados muito melhores.

As suas experiências são paralelas às de Edison que acabou por descobrir e patentear o microfone de grânulos de carvão que foi usado nos telefones desde 1878 até à década de 1980

Foi enquanto trabalhava no aperfeiçoamento do microfone que Hughes observou que uma descarga eléctrica, sob a forma de faísca, provocava um ruído num telefone vizinho. Ele conhecia os trabalhos teóricos de Maxwell, publicados em 1865, que previam a existência das ondas electromagnéticas e admitiu que tais interferências fossem provocadas por essas ondas. Imaginou mesmo uma forma de transmitir sinais morse utilizando o que observara e tratou de demonstrar a sua descoberta a pessoas eminentes da época, entre elas  William Spottiswod (presidente da Royal Society), Prof Huxley e Sir George Gabriel Stokes, transmitindo sinais até 460 metros de distância e evidenciando a variação da força do sinal com a distância. Hughes  defendeu que os sinais transmitidos estavam baseados nas ondas electromagnéticas mas os seus pares consideravam que se tratava do fenómeno, já conhecido, de indução electromagnética. Como não os conseguiu convencer, recusou publicar qualquer trabalho sobre o assunto, vindo a fazer apenas menção dele numa carta de 1899.

Quando Hertz publicou os seus trabalhos, aceitou-os com humildade científica nunca questionando a atribuição da descoberta das ondas electromagnéticas a Hertz.

Se Hughes tivesse tido a ousadia de seguir em frente, mesmo contra a opinião dos seus pares, provavelmente hoje falaríamos das ondas “hughesianas” em vez de hertzianas.

Telégrafo de Hughes da CV do RTm

Telégrafo de Hughes da CV do RTm (pormenor)

Os Pioneiros da TSF – Nicola Tesla

Nicola Tesla

Tesla (fonte: crystalink.com)

Nasceu em 1856, na actual Croácia, filho de pais sérvios, e morreu em 1943, em Nova Iorque. Em 1884 foi para os Estados Unidos trabalhar com Edison.

Tesla foi um dos mais brilhantes cientistas dos finais do século XIX e primeira metade do século XX. Não descurando a teoria, foi um cientista eminentemente prático, podendo ser considerado o protótipo do “cientista-inventor”, como comprovam as suas quase 300 patentes. Alguém resumiu a sua contribuição para a evolução da humanidade no título: “O Homem que inventou o século XX”[1]. Para dar razão a este título basta referir que o actual sistema de geração e distribuição de energia eléctrica, em corrente alterna trifásica, utilizado em todo o mundo, tem por base descobertas e invenções suas.

Para além das suas invenções, sobretudo no campo da electricidade, mas não só, que revolucionaram a nossa vida, o seu nome está ligado a algumas ideias, que muitos consideram extravagantes ou de ficção científica,como é o caso da transmissão de grandes quantidades de energia à distância, sem suporte material, e o famoso “raio da morte”.

Algumas das suas ideias, muito avançadas para a época, e a forma algo teatral como fazia as suas apresentações, com “efeitos especiais”,utilizando as faíscas provocadas pela bobina que inventara, levaram a que alguns o considerassem  “cientista louco”.

Indubitavelmente, foi um dos pioneiros da TSF. Desenvolveu trabalhos no domínio das altas frequências, tendo inventado os circuitos sintonizados, dos quais é exemplo a “bobina de Tesla”  com um princípio de funcionamento semelhante ao da bobina de Ruhmkorff, mas trabalhando com os circuitos primário e secundário ressonantes a uma dada alta frequência. Este invento foi usado por Marconi nos emissores de maior potência, com os quais conseguiu a proeza de comunicar primeiro entre margens da Canal da Mancha e, posteriormente entre a Europa e a América.

Fez várias apresentações públicas, com início em 1893, onde previu as potencialidades de transmissão da informação que a TSF veio a revelar.

Tesla tinha preparado, no início de 1895, uma transmissão rádio entre Nova Iorque e West Point, numa distância de 50 milhas, mas um incêndio destruiu o seu laboratório, impedindo a experiência.

Em 1898, na inauguração do “Madison Square Garden”, fez uma demonstração pública de controlo remoto de um pequeno barco, no lago do jardim.

Em 1901 , com a ajuda do banqueiro J. P. Morgan, começou a construir o seu novo laboratório, denominado  Wardenclyffe, situado em  Long Island, que tinha associada uma grande torre metálica para apoio das suas experiências.

Laboratório Wardenclyffe (fonte: crystalink.com)

A disputa de patentes rádio entre Tesla e Marconi

Tesla obteve as patentes US 645576 de 20/03/1900 e US 649621 de 15/05/1900 que designou “Sistema de transmissão de energia eléctrica”, mas que não era mais que um sistema de rádio. Em 10 de Novembro de 1900 Marconi solicitou a sua primeira patente nos Estados Unidos que lhe foi recusada, alegando a utilização das ideias de Tesla, tal como aconteceu durante os três anos seguintes. Subitamente, em 28 de Junho de 1904, o “US Patent Office” contrariou as suas decisões anteriores e concedeu a Marconi a patente US 763772 de um sistema de transmissão rádio, usando circuitos sintonizados. Nessa altura parece ter sido o poderio económico  da sua companhia e o seu grande prestígio que influenciaram a decisão.

Em 1901, quando Marconi conseguiu transmitir sinais rádio entre as duas margens do Atlântico, os amigos de Tesla, preocupados com o protagonismo de Marconi em relação a Tesla, confrontaram-no com esse facto, tendo ele retorquido: “Marconi é um bom tipo. Deixem-no continuar. Ele está utilizando 17 das minhas patentes”[2]. Parece ter mudado de ideias uns anos depois, provavelmente despeitado com a atribuição do prémio Nobel a Marconi. Em 1915 interpôs uma acção judicial contra a “Marconi Telegraph Company of America” relativamente à propriedade da patente básica para transmissão de mensagens. Mas ,nessa altura, era demasiado tarde para Tesla. O poderio económico do oponente inviabilizou qualquer decisão a seu favor. Só em 1943, depois da morte de Tesla, o Supremo Tribunal dos Estados Unidos considerou a patente de Tesla válida em detrimento da de Marconi. Infelizmente, uma vez mais, foram razões económicas e monetárias, e não razões técnicas, que estiveram na origem deste desfecho.  Marconi  tinha exigido um pagamento aos Estados Unidos, pela utilização da sua patente durante a 1ª Grande Guerra, o que foi considerado uma afronta e teve como consequência esta retaliação.

[1] Robert Lomas

[2] Eric Rhoads, “Just Who Invented the Radio”

Os Pioneiros da TSF – Introdução

A descoberta das ondas electromagnéticas deu-se em 1886, como vimos em “post” anterior. É importante referir que já antes, em 1878, Hughes tinha observado que uma descarga em forma de faísca, provocava uma interferência audível num aparelho telefónico.  O caso foi discutido no meio científico, mas chegou-se à conclusão, errada como se veio a provar, que se tratava de um fenómeno de indução e não das ondas previstas por Maxwell.

Logo após a descoberta das ondas electromagnéticas, chamadas ondas hertzianas em honra do seu descobridor, se começaram a vislumbrar as grandes potencialidades que tal descoberta abria. Estávamos em pleno apogeu do telégrafo, que tinha sido a maior revolução nas comunicações à distância, até então, e começava a dar os primeiros passos o telefone. Cedo se percebeu que estávamos perante a hipótese de uma nova revolução. Se o telégrafo eléctrico tinha permitido que a informação chegasse sem a necessidade de ser fisicamente transportada (estafeta e mala posta) ou ultrapassasse as limitações do telégrafo óptico ( necessidade de visibilidade entre estações), estava ainda amarrado a uma limitação física: a linha de fio condutor que ligava as estações. As radiações electromagnéticas permitiam transportar a informação a todo o lado sem qualquer suporte material.

Por todo o mundo, muitos cientistas e técnicos começaram uma busca intensa de soluções que permitissem levar à prática as potencialidades imaginadas.  Uns, mais despojados, preocuparam-se, essencialmente, com o desenvolvimento científico, difundindo as suas descobertas sem olhar a interesses económicos;  outros, mais prevenidos, acautelaram as suas descobertas com patentes; outros ainda, com mais “olho para o negócio”, criaram empresas. Foi o caso de Marconi, a quem é comummente atribuída a descoberta da rádio. É inegável a sua contribuição para tal, mas não foi de forma alguma o único. Foi o mais conhecido porque criou uma empresa, para explorar o negócio da TSF, que se expandiu pelos quatro cantos do mundo e cuja valorização bolsista foi meteórica.

Para ilustrar a diferença de pontos de vista, atrás mencionados, vale a pena referir a posição de Hertz, que se preocupou exclusivamente em provar experimentalmente todas as propriedades que Maxwell tinha previsto para as radiações electromagnéticas,nomeadamente: velocidade de propagação, reflexão, refracção, polarização e interferência. Hertz publicou os seus estudos em 1888 e nunca se preocupou  com o aproveitamento prático das suas descobertas. Parece que nem o vislumbrava, o que é estranho num génio como ele. Segundo um seu biógrafo, quando lhe foi perguntado quais as aplicações práticas das suas descobertas, terá respondido: “Nenhumas, creio. Não penso que as ondas sem fios (wireless waves) que descobri venham a ter qualquer aplicação prática”[1]. Este alheamento parece ser confirmado na afirmação que Tesla faz no seu artigo “The True Wireless” publicado no “Electrical Experimenter” de Maio de 1919. Diz ele que procurando uma mais plausível explicação para a melhoria que conseguiu nos circuitos por si inventados (bobina de Tesla e outros) se dirigiu expressamente, a Bona, em 1892, para conferir com o Dr Hertz as suas observações. Após esse encontro confessa: “Ele pareceu-me desapontado a um tal grau que eu arrependi-me da viagem e parti infeliz”.

Em relação à primazia sobre a invenção da rádio, é bem conhecida a disputa judicial que ocorreu nos Estados Unidos entre Tesla e Marconi, que culminou, em 1943,por decisão do Supremo Tribunal de Justiça dos Estados Unidos, na retirada das patentes concedidas a Marconi em favor das de Tesla.

Em “posts” futuros procurarei realçar os principais contributos de cada um dos principais pioneiros da TSF (que inicialmente significava “Telegrafia Sem Fios” depois passou também a designar “Telefonia Sem Fios” e hoje significa toda actividade que usa as radiações electromagnéticas, desde as comunicações de dados, som e imagem, até ao controlo remoto, detecção remota, sensores, etc.), numa escolha de nomes sempre discutível.

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Desenho da patente US 645576 de Tesla
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Desenho da patente US 676332 de Marconi

[1] Eugene Katz, Heinrich Rudolf Hertz.

Descoberta das Radiações Electromagnéticas – Da Teoria à Verificação

As radiações electromagnéticas ou ondas hertzianas constituem uma das poucas realidades físicas que foram teoricamente previstas antes de se ter conhecimento da sua existência. É verdade que a luz, que é uma radiação electromagnética, é uma entidade física conhecida desde sempre. A sua relevância está bem patente na referência que a Bíblia lhe faz: “Deus disse “Faça-se a luz”. E a luz foi feita. Deus viu que a luz era boa e separou a luz das trevas” [1] .  No entanto não se conhecia a natureza da luz e a sua utilização, embora essencial, limitava-se aos fenómenos naturais a ela associados.

Foi o físico e matemático escocês James Clerk Maxwell, empenhado em perceber os fenómenos eléctrico e magnético e a sua relação, que, em 1864, no trabalho “A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field”, deduziu matematicamente, através das célebres equações que têm o seu nome, que um campo eléctrico variável produz um campo magnético variável e que, por outro lado, um campo magnético variável produz um campo eléctrico variável. Mostrou ainda que campos eléctricos e magnéticos variáveis, num meio não condutor, se propagam em forma de ondas e com a mesma velocidade da luz. É do seu trabalho, anteriormente referido, a seguinte afirmação: “Esta velocidade (da propagação das ondas electromagnéticas) está tão perto da da luz, que parece haver fortes razões para concluir que a própria luz (incluindo o calor radiante e outras radiações) é um distúrbio electromagnético na forma de ondas”.

Baseado nas previsões de Maxwell, o físico alemão Heinrich Rudolf Hertz intuiu que uma descarga eléctrica no ar, além de provocar uma faísca visível a olho nu, deveria gerar as tais ondas electromagnéticas,  uma vez que nessa descarga existem campos eléctricos e campos magnéticos variáveis. Hoje não seria preciso intuição científica para chegar a tal conclusão pois todos já observámos que um relâmpago ou uma motoreta a trabalhar provocam forte interferência em qualquer receptor rádio devido às faíscas que se originam, no caso do motor a gasolina da motoreta, nos terminais das velas de ignição. Todavia, no tempo de Hertz, não havia ainda qualquer tipo de receptor rádio.

 Para comprovar a existência das ondas electromagnéticas, em 1886, Hertz utilizou como gerador dessas ondas (emissor) um dispositivo constituído por uma bobina de indução, que havia sido aperfeiçoada por Ruhmkorff, com o seu secundário ligado a um dispositivo constituído por dois condutores rectilíneos terminados, nas extremidades  afastadas, por duas bolas metálicas grandes e, nas extremidades  próximas, por duas bolas metálicas pequenas separadas, no ar, por um intervalo de alguns milímetros. As bolas metálicas maiores funcionavam como placas de um condensador de pequena capacidade e, assim, o conjunto bobina e sua terminação funcionava como um circuito oscilante LC. Cada vez que era aplicado ao primário da bobina um impulso de corrente contínua, eram originadas, entre as bolas metálicas pequenas, descargas eléctricas  sob a forma de faíscas.

A maior dificuldade de Hertz foi conseguir um dispositivo onde fosse possível verificar a recepção das ondas. Note-se que, à época, não havia sido inventado qualquer dispositivo receptor de tais ondas, até porque elas eram desconhecidas. Hertz serviu-se de uma antena constituída por um fio condutor dobrado em forma de circunferência e com as pontas terminadas por duas pequenas esferas metálicas, a uma distância, uma da outra, de alguns décimos de milímetro. Colocando esta antena receptora a alguns metros de distância do equipamento produtor de faíscas, Hertz conseguiu verificar, com a ajuda de um microscópio, que de cada vez que havia produção de faíscas no emissor se gerava uma pequena faísca entre as bolas metálicas do receptor. Estava demonstrada a existência das ondas electromagnéticas.


[1] Genesis 1,3.