100 år med symmetri, superheterodynprincip og spansk syge
more_vert
close
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.
værd at vide

100 år med symmetri, superheterodynprincip og spansk syge

Googles doodle bragt 23. marts 2015 i anledning af Emmy Noethers 133-års fødselsdag. Illustration: Google

Skal man tro Knut Hamsun, gælder det, at om hundrede år er alting glemt.

Det kan være der noget rigtigt i, men alting er nu lige godt nok et stærkt udtryk. Noget husker vi – eller bør huske – selv efter hundrede år.

Det er også tilfældet med 1918, som jo var et markant år i verdenshistorien med afslutningen af Første Verdenskrig, som resulterede i et helt nyt europæisk landkort.

Også inden for det teknisk-naturvidenskabelige felt er der ting fra 1918, som ikke er eller burde være glemt. Jeg har valgt at fremhæve tre, som er Værd at Vide og erindre.

Vi begynder med den tyske matematiker Emmy Noethers artikel Invariante Variationsprobleme.

Emmy Noether. Illustration: arkivfoto

Det var i denne artikel, at Emmy Noethers viste, at fysikkens bevarelseslove for energi og bevægelsesmængde følger direkte af invarianser eller symmetrier.

Energibevarelse følger direkte af, at samme eksperiment udført i dag og i morgen – eller på ethvert andet tidspunkt – giver samme resultat.

Bevarelse af bevægelsesmængde følger direkte af, at samme eksperiment udført i Danmark og i USA – eller på ethvert andet sted i universet – giver samme resultat.

Det er et sjældent smukt samspil mellem fundamental matematik og den virkelige verden.

Godt nok har jeg tidligere omtalt en spekulativ teori om, at energien kan tænkes at sive ud af universet, men det gør godt nok videnskab meget svær og næsten ubegribelig, hvis det skulle være tilfældet.

Læs også: Siver energien langsomt ud af universet?

Bevarelse af impulsmoment følger af, at der ikke er nogen foretrukne retninger i universet. Det er især inden for partikelfysikken og Standardmodellen, at Noethers symmetribegreber er relevante i dag, og det er årsagen til, at hun huskes og anerkendes for sine bedrifter.

Vil du læse mere herom, har Else Høyrup skrevet en fin artikel, Emmy Noether og fysikkens bevarelseslove, i fysiktidsskriftet Kvant. Den beskriver både indholdet i Emmy Noethers artikel, som først for alvor blev anerkendt som revolutionerende for fysikkens grundlag efter hendes død i 1935, og de svære forhold, der var, når man var kvinde og matematiker, selv når man som Emmy Noether havde anerkendelse og støtte fra både Albert Einstein og tidens absolut førende matematiker, David Hilbert.

Tak Armstrong for superheterodynprincippet

Som alle elektroingeniører ved udnytter alle moderne radiomodtagere superheterodyn-princippet.

Det blev opfundet i 1918 af den amerikanske ingeniør Edwin Armstrong og udnytter kort fortalt frekvensblanding til at omdanne et signal ved en forholdsvis høj frekvens til et signal med en lavere frekvens (et mellemfrekvenssignal), som lettere kan forstærkes og dermed udsendes gennem en højttaler.

Illustration: arkivfoto

Edwin Armstrong præsenterede sin opfindelse ved et møde i The Institute og Radio Engineers i New York i 1919. Hans foredrag blev senere udgivet af selskabets tidsskrift. Uden dette princip ville radiokommunikation i praksis være næsten uanvendeligt.

Nye opfindelser opstår ofte, når tiden er moden til det. Heller ikke i dette tilfælde var Edwin Armstrong alene om at have sådanne tanker på denne tid. Det samme havde den franske radioingeniør Lucien Lévy, som faktisk endte med at opnå patentrettighederne til superheterondynprincippet – selv i USA.

Historien om striden mellem Armstrong og Lévy, og hvorfor Armstrong nok alligevel er den rette opfinder at hædre, er godt beskrevet af Alan Douglas. Og da Edwin Armstrong også bidrog med andre væsentlige elementer til at udvikle radiokommunikation, er hans indsats værd at huske.

Får vi nogensinde en pandemi som i 1918?

I de senere år har vi set mange farlige udbrud af sygdomme, som med stor hast breder sig over hele verden. Heldigvis er vi blevet forskånet for de helt store pandemier. Men før vi overlader det til lægevidenskaben og sundhedsmyndighederne at holde verdensomspændende sygdomme under kontrol, er det værd at huske, hvor galt det kan gå.

Illustration: National Museum of Health and Medicine

Det så man i 1918 med Den Spanske Syge, som måske var den mest omfattende pandemi, verden nogensinde har set. Influenzaen rasede over hele kloden og ramte skønsmæssigt en tredjedel af Jordens befolkning eller en halv milliard mennesker og resulterede i mellem 50 og 100 millioner døde, bl.a. mange unge og ellers raske mennesker.

Vil man læse mere om historiske pandemier og farerne ved kommende pandemier, og hvordan man forestiller sig at begrænse og bekæmpe dem, har det amerikanske nationalmuseum Smithsonian Institution et magasin og website, der giver en god oversigt.

Er der andre ting, du mener, vi bør erindre om 1918, er debattråden hermed åbnet.

Jeg har hørt ordet, men ikke forbundet det med noget specielt selvom jeg er uddannet svagstrømsingeniør.
Der hvor det virkelig rykkede, var da man kunne blande ned til 0 umiddelbart, og overkomme alle problemerne med DC og filtrering. Kvadratur demodulering og efterfølgende digital signalbehandling gav et enormt boost.
Jeg ved ikke om Nokia var "first mover", men der skete ret meget dengang.
Før denne revolution var det almindeligt at have både en 70- og 13-MHz mellemfrekvens før den endelige demodulation.

  • 0
  • 0

Jeg ved ikke om Nokia var "first mover",

Ikke engang i nærheden.

First moves var (som sædvanlig) USAs militær.

Den mest bemærkelsesværdige anvendelse var de spionsatelitter hvor man konvertede hele HF båndet op og sendte det ned til jorden på en smal mikrobølge link, på den måde kunne de aflytte HF båndet på hele jorden fra kontorstole i Virginia

  • 2
  • 0

Vedrørende Den Spanske Syge, så mindes jeg i en af mine ange bøger om C vitamin, for nogle år siden, at læse om en læge i USA der kurerede nærmest alle sine patienter, hvis soldateer, med C vitamin, altså flere gram.

Et problem var at sygdommen jo kom under den første verdenskrig, og jo fik navnet, fordi Spanien lå udenfor krigen, og de krigende lande ko ikke ville fortælle om hvordan de havde problemer pga. sygdom.

Og jeg - vi - er jo vandt til at tage om 50 til 100 millioner døde af den, men for vist nu snart 2 år siden kom der vist en bog, der fortalte om en helt nu rapport der talte om vist kun 7 millioner døde af Den Spanske Syge.

  • 0
  • 0

Der hvor det virkelig rykkede, var da man kunne blande ned til 0 umiddelbart, og overkomme alle problemerne med DC og filtrering. Kvadratur demodulering og efterfølgende digital signalbehandling gav et enormt boost.

Hej Svend

Du mener nok zero-IF receiver også kaldet direct-conversion receiver (DCR) eller retmodtager. Nul-MF-modtagere er særligt interessante med softwaredefineret radio (SDR) hvor behandlingen af både "I" og "Q" signalet foregår på digital form. Man udfører både modulation og demodulation af OFDM-signaler via digital signalbehandling til og fra IQ-signaler. Man kan fint anvende en PC, mikroprocessor eller mikrocontroller citat: "...Den digitale signalbehandling kan fint foregå i en almindelig PC[14][15][16][17][18],...", DSP, FPGA-microchips - eller en blanding. Man designer systemet så IQ-ubalancen er så lille som muligt. OFDM-modulation består typisk af mere end hundreder af fx QAM-underkanaler.

OFDM benyttes vistnok af bl.a. GSM, GPRS, 3G, 4G, wi-fi, DVB, DAB, Digital Radio Mondiale (DRM)...

Fordelen ved at sprede digital information fra én enkelt ultrahurtig kanal (korte symboler) som er meget følsom over multipath-forvrængning og fasedrejning - til et OFDM-signal med flere hundreder underkanaler med lange symboler som er mere robuste overfor multipath-forvrængning og fasedrejning. Ulempen er mere digital signalbehandling.

I dag kan man købe ret billige radiomodtager-chips i dag, som laver det meste via digital signalbehandling - fx: RDA5807M, Et lille modul koster sølle 22kr ex. moms: arduinotech.dk: FM Radio Stereo Module RDA5807M RRD-102 V2.

Eksempel på software som kan køre på en PC og som kan (de)modulere OFDM-signaler: GNU Radio:
Citat: "...The GNU Radio software provides the framework and tools to build and run software radio or just general signal-processing applications. The GNU Radio applications themselves are generally known as "flowgraphs", which are a series of signal processing blocks connected together, thus describing a data flow. As with all software-defined radio systems, reconfigurability is a key feature. Instead of using different radios designed for specific but disparate purposes, a single, general-purpose, radio can be used as the radio front-end, and the signal-processing software (here, GNU Radio), handles the processing specific to the radio application..."

Relateret digital signalbehanding af nedblandede signaler:
* WSJT
* WSPR
* freedv.org

  • 0
  • 0

Du mener nok zero-IF receiver også kaldet direct-conversion receiver (DCR) eller retmodtager.


Ja, og i samme ombæring lavede man også direkte generering af det udsendte signal ved kvadraturmodulering af en bærefrekvens i GHz området. Eventuelle mangler i kvadraturen og amplituden blev korrigeret i SW.
Senderen blev faktisk justeret af modtageren (eller en lille modtager lavet i chippen) så kun en enkelt måling af udsendt effekt var nødvendig til en hel kalibrering. Disse RF chips udviklede sig meget hurtigere end vi gamle RF ingeniører havde forestillet os.
Jeg mindes at det var en enkelt ildsjæl der forårsagede gennembruddet hos Nokia. Desværre har jeg glemt hans navn.

  • 0
  • 0