Edwin Howard Armstrong – ojciec radia FM

Edwin Howard Armstrong (ur. 18.12.1890 – zm. 1.02.1954) to wybitny amerykański inżynier i wynalazca, którego prace zrewolucjonizowały świat radiokomunikacji. Posiadacz licznych patentów, Armstrong jest szczególnie ceniony za rozwój modulacji częstotliwościowej (FM), która zasadniczo zmieniła jakość i niezawodność transmisji radiowych. Jego innowacje nie tylko udoskonaliły radio, ale też wpłynęły na rozwój całej branży komunikacyjnej, pozostawiając trwały ślad w historii technologii.

Ogólny życiorys Edwina Howarda Armstronga

Edwin Howard Armstrong urodził się w dzielnicy Chelsea w Nowym Jorku jako najstarsze z trojga dzieci Johna i Emily (z domu Smith) Armstrong. Jego ojciec, pracując od młodości w amerykańskim oddziale Oxford University Press, doszedł do pozycji wiceprezesa. Rodzice poznali się w North Presbyterian Church, a po przeprowadzce kościoła, rodzina Armstrongów podążyła za nim, osiedlając się na Upper West Side. Dom rodzinny, z widokiem na rzekę Hudson, stał się dla Edwina miejscem pierwszych eksperymentów naukowych.

Walka z chorobą i samotność

W wieku ośmiu lat, Armstrong zmagał się z poważną chorobą neurologiczną – gorączką reumatyczną, co skutkowało długotrwałą izolacją i nauką w domu. Ten okres życia wpłynął na jego późniejszą skłonność do samotności oraz pasję do eksperymentów naukowych, prowadzonych w zaciszu rodzinnego strychu.

Edukacja i pierwsze kroki w naukowym świecie

Armstrong rozpoczął swoją akademicką przygodę na Uniwersytecie Columbia w 1909 roku, gdzie z zapałem poświęcił się nauce pod okiem wybitnych profesorów. Jego nietuzinkowe podejście do nauki i eksperymentowania szybko wyróżniło go na tle innych studentów.

Służba w czasie I Wojny Światowej

Podczas I Wojny Światowej, Armstrong służył w Korpusie Sygnałowym, osiągając stopień kapitana, a później majora. To doświadczenie tylko pogłębiło jego zainteresowanie technologiami komunikacyjnymi.

Niezależny badacz i wynalazca

Po ukończeniu studiów, Armstrong nigdy nie związał się na stałe z korporacją, zamiast tego założył niezależne laboratorium badawczo-rozwojowe przy Uniwersytecie Columbia. Jego niezależna pozycja pozwoliła mu na pełną kontrolę nad własnymi patentami i stworzenie radia fm.

Profesor Columbia i ostatnie Lata

W 1934 roku, po śmierci Johna H. Morecrofta, Armstrong objął stanowisko profesora inżynierii elektrycznej na Uniwersytecie Columbia, które zajmował do końca życia. Jego kariera naukowa została jednak przyćmiona długotrwałymi procesami sądowymi i problemami finansowymi, które doprowadziły do tragicznego końca – samobójstwa w 1954 roku.

Życie prywatne i dziedzictwo

Armstrong był żonaty z Esther Marion MacInnis, z którą połączył swoją pasję do wysokości, wręczając jej jako prezent ślubny pierwsze przenośne radio. Był również zapalonym tenisistą i miłośnikiem samochodów marki Hispano-Suiza. Po jego śmierci, Marion Armstrong kontynuowała walkę o prawa patentowe, które ostatecznie ustanowiły Armstronga jako wynalazcę radia FM. Jego wynalazki i wkład w rozwój radia pozostają żywe do dziś, stanowiąc fundament współczesnej technologii komunikacyjnej.

Najważniejsze osiągnięcia Edwina Howarda Armstronga –  nie tylko FM

Poza modulacją fal FM, Armstrong zasłynął między innymi rozwojem samych odbiorników radiowych. Choć podwaliny pod samo radio podłożył zupełnie ktoś inny to rozwiązania Armstronga sprawiły, że radioodbiorniki stały się powszechnie stosowane aż po dziś dzień. 

1. Superreakcyjny odbiornik radiowy (1912): To pierwsze znaczące osiągnięcie Armstronga, które polegało na znacznym zwiększeniu zasięgu i czułości odbiorników radiowych poprzez wykorzystanie sprzężenia zwrotnego. Zjawisko to było kluczowe dla rozwoju radiokomunikacji.
2. Superheterodynowy odbiornik radiowy (1918): Kolejny przełom Armstronga, który umożliwił skuteczniejsze i bardziej stabilne odbieranie sygnałów radiowych. Superheterodyna stała się standardem w projektowaniu odbiorników radiowych i jest używana po dziś dzień. Warto wspomnieć, że Armstrong rozwinął ją dzięki pracom twórcy fal AM, czyli Reginaldowi Fessendenowi.
3. Radio FM (modulacja częstotliwości, 1933): Może najbardziej znane osiągnięcie Armstronga, to wynalezienie modulacji częstotliwościowej, znanej jako fale FM. Technologia ta zapewniała znacznie lepszą jakość dźwięku i odporność na zakłócenia niż wcześniejsze systemy AM (modulacji amplitudy).
4. Patenty i spory sądowe: Armstrong był również znany ze swojej obrony patentów. Jego prace często wyprzedzały swoją epokę, a on sam angażował się w liczne spory sądowe, aby chronić swoje prawa intelektualne.

Wynalazek heterodyny, będący kluczowym elementem w rozwoju radiotechniki, został zapoczątkowany przez Reginalda Fessendena w 1901 roku. Jednakże, to właśnie inżynier i wynalazca Edwin Armstrong, działając na początku XX wieku, doprowadził do udoskonalenia i szerokiego zastosowania tej technologii.

Heterodyna, przez Armstronga rozwinięta i udoskonalona w latach 20-tych, pozwalała na bardziej precyzyjne odbieranie sygnałów radiowych, co miało znaczący wpływ na rozwój radiokomunikacji. Armstrong, dzięki swojemu wkładowi i innowacjom, jest często wymieniany jako ojciec nowoczesnej technologii heterodyny.

Prace nad radiem FM

W połowie lat 20. XX wieku, Edwin Howard Armstrong rozpoczął badania nad eliminacją zakłóceń w komunikacji radiowej, będących zmorą dla transmisji amplitudowych (AM). Podejmowane próby redukcji statycznych zakłóceń nie przynosiły zadowalających efektów, aż do momentu, kiedy Armstrong zwrócił się w kierunku modulacji częstotliwościowej (FM).

Odkrycie zalet FM szerokopasmowego

Pracując w tajemnicy w laboratorium Uniwersytetu Columbia, Armstrong opracował koncepcję FM szerokopasmowego, odkrywając jego znaczące przewagi nad wcześniejszymi systemami wąskopasmowymi. System ten, poprzez znaczne zwiększenie dewiacji częstotliwości nośnej, oferował lepszą eliminację szumów.

Prezentacja dla RCA i pierwsze testy

W 1934 roku, Armstrong zaprezentował swoje odkrycia przedstawicielom RCA (Radio Corporation of America), którzy jednak nie zdecydowali się na inwestycje w nową technologię. Niezrażony, Armstrong przeprowadził szereg testów polowych z laboratorium na 85. piętrze Empire State Building, demonstrując zdolność FM do redukcji statycznych zakłóceń i wysokiej wierności transmisji.

Rozwój i promocja FM

Pomimo braku wsparcia RCA, Armstrong nie poddał się i zaczął samodzielnie finansować rozwój technologii FM, współpracując z mniejszymi podmiotami branży radiowej. Jego prace zaowocowały opublikowaniem w 1936 roku przełomowego artykułu, dokumentującego wyższość FM szerokopasmowego.

Pierwsza stacja radiowa FM

Armstrong zbudował wieżę transmisyjną w Alpine, New Jersey, i uruchomił demonstracyjną operację W2XMN, pierwszej stacji radiowej FM, która zaskoczyła FCC (Federal Communications Commission) swoim zasięgiem i jakością transmisji, przekraczającą oczekiwania co do transmisji na wysokich częstotliwościach.

Ustanowienie pasma FM przez FCC

Po przekonujących badaniach i prezentacjach, FCC zdecydowała o utworzeniu komercyjnego pasma FM w 1940 roku, przyznając FM czterdzieści kanałów o szerokości 200 kHz w paśmie od 42 do 50 MHz, co stanowiło znaczący krok w rozwoju nowej technologii.

Wyzwania i przeciwności

Rozwój FM został jednak zahamowany przez II wojnę światową i kontrowersyjną decyzję FCC o przesunięciu pasma FM do wyższych częstotliwości w 1945 roku, na co Armstrong sprzeciwił się, uznając to za nieuzasadnione i szkodliwe dla rozwoju FM.

Znaczenie FM dla radaru

W czasie II wojny światowej, Armstrong skierował swoje zainteresowania również na radar FM, mając nadzieję, że charakterystyka FM w walce z zakłóceniami i wąska szerokość pasma odbiornika zwiększą zasięg. Projekt ten, choć ostatecznie porzucony przez armię, przyczynił się do późniejszego sukcesu w eksperymentach z odbiciem sygnałów radarowych od Księżyca.

Dziedzictwo i wyzwania prawne

Armstrong odmówił oferty miliona dolarów od RCA za licencję na korzystanie z jego patentów FM, co doprowadziło do długotrwałych sporów prawnych i ostatecznie wpłynęło na jego finanse. Mimo to, jego prace nad radiem FM zrewolucjonizowały branżę radiową, pozostawiając trwałe dziedzictwo w technologii komunikacyjnej.

Źródła pomocne przy tworzeniu artykułu:

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Edwin_Howard_Armstrong, 12.02.2024 (ostatni dostęp)
2. https://hackaday.com/2020/07/17/modern-radio-receiver-architecture-from-regenerative-to-direct-conversion/, 12.02.2024 (ostatni dostęp)