جورج آشلي كامبل

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

كان جورج آشلي كامبل (27 نوفمبر 1870 - 10 نوفمبر 1954) مهندسًا أمريكيًا. يُعدّ رائدًا في تطوير وتطبيق الأساليب الرياضية الكمية لحلّ مشكلات التلغراف والهاتف لمسافات طويلة. تمثّلت أهم إسهاماته في نظرية وتطبيق استخدام ملفات التحميل ، بالإضافة إلى تصميم أولى مرشحات الموجات التي صُمّمت لما عُرف لاحقًا باسم طريقة الصورة . وقد أسفر هذان المجالان من العمل عن مزايا اقتصادية هامة لشركة الهاتف والتلغراف الأمريكية (AT&T).

تعليم

تلقى كامبل تعليمه في معهد ماكولوم في نيو هامبشاير، ثم في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT )، حيث تخرج عام 1891. [ 2 ] ثم حصل على درجة الماجستير من جامعة هارفارد عام 1893. وحصل على منحة دراسية مكّنته من قضاء ثلاث سنوات في الدراسات العليا؛ سنة واحدة لدراسة الرياضيات المتقدمة تحت إشراف فيليكس كلاين في غوتينغن ، وسنة واحدة لدراسة الكهرباء والميكانيكا تحت إشراف لودفيغ بولتزمان في فيينا، وسنة واحدة للدراسة تحت إشراف هنري بوانكاريه في باريس. حصل كامبل على درجة الدكتوراه من جامعة هارفارد عام 1901، وكانت أطروحته حول موضوع بحثه في ملفات التحميل في شركة AT&T . [ 3 ]

العمل على تحميل الملفات

في عام ١٨٩٧، انضم كامبل إلى شركة AT&T في بوسطن. وطوّر طريقةً لنقل الاتصالات الهاتفية التناظرية لمسافاتٍ أطول بكثير مما كان ممكنًا سابقًا، وذلك بإدخال ملفات تحميل في الخط على فتراتٍ محسوبة بدقة لزيادة الحث . كما حصل المهندس مايكل آي. بوبين على براءة اختراع لنظامٍ مشابه، ودفعت AT&T لبوبين مبلغًا كبيرًا مقابل براءات اختراعه، لضمان استمرار التطوير دون نزاعٍ قانوني. في الواقع، لم يكن أيٌّ منهما أول من اقترح فكرة ملفات التحميل، بل يعود الفضل في ذلك إلى أوليفر هيفسايد في مقالٍ نُشر عام ١٨٨٧. [ ٤ ] مع ذلك، لم يحصل هيفسايد على براءة اختراع للفكرة؛ بل لم يستفد تجاريًا من أيٍّ من أعماله الرائعة. [ ٥ ] على الرغم من الجدل القانوني المعقد الذي أحاط بهذا الأمر، فإنه لا شك في أن كامبل كان أول من أنشأ دائرة هاتفية باستخدام ملفات التحميل. [ ٦ ]

كان كامبل على دراية بعمل هيفسايد في اكتشاف شرط هيفسايد [ 7 ] ، الذي يحدد مواصفات نقل الإشارات دون تشويه، ولكنه على ما يبدو لم يكن على علم باقتراح هيفسايد استخدام ملفات التحميل لإجبار الخط على استيفاء هذا الشرط. بدأ كامبل بمعالجة المشكلة من منظور مختلف تمامًا. كلفته شركة AT&T بدراسة إمكانية تحسين جودة الخط باستخدام كابل ثنائي المعدن من الحديد والنحاس، من اختراع جون س. ستون [ 8 ] ، وهو مهندس آخر في AT&T. من شأن هذا الكابل أن يزيد من حث الخط، وكان لديه القدرة على استيفاء شرط هيفسايد. مع ذلك، واجه كامبل صعوبة في إعداد تجربة عملية على خط هاتف حقيقي بالميزانية المخصصة له. بعد أن لاحظ أن محاكيات الخطوط الاصطناعية التي يستخدمها تعتمد على مكونات مجمعة بدلًا من الكميات الموزعة الموجودة في الخط الحقيقي، تساءل عما إذا كان بإمكانه إدخال الحث باستخدام مكونات مجمعة بدلًا من استخدام خط ستون الموزع. عندما أظهرت حساباته أن فتحات التفتيش على خطوط الهاتف متقاربة بما يكفي لإدخال ملفات التحميل دون الحاجة إلى حفر المسار أو مدّ كابلات جديدة، اعتمد هذه الخطة الجديدة. [ 9 ] أُجري أول عرض توضيحي لملفات التحميل على كابل هاتف على مسافة 46 ميلاً من كابل بيتسبرغ (أُجري الاختبار فعلياً في بوسطن، وكان الكابل قد استُخدم سابقاً للاختبار في بيتسبرغ) في 6 سبتمبر 1899، وقام به كامبل نفسه ومساعده. [ 10 ] وُضع أول كابل هاتف يستخدم خطوطاً محملة في الخدمة العامة بين جامايكا بلين وويست نيوتن، خارج بوسطن مباشرةً، في 18 مايو 1900. [ 11 ]

خاضت شركة AT&T معركة قانونية مع بوبين بشأن ادعائه. كان بوبين أول من حصل على براءة اختراع، لكن كامبل كان قد أجرى بالفعل عروضًا عملية قبل أن يتقدم بوبين بطلب براءة اختراعه (ديسمبر 1899)، [ 12 ] ويعود تأخير كامبل في تقديم الطلب إلى بطء الإجراءات الداخلية لشركة AT&T. [ 13 ] إن ادعاء بوبين في سيرته الذاتية [ 14 ] بأنه فكر في الفكرة أثناء تسلقه جبلًا عام 1894 [ 15 ] [ 16 ] محل شك واسع النطاق [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] ، ولا يوجد دليل على ذلك، سواء في الوثائق أو في الأنشطة اللاحقة لبوبين وطلابه. ومع ذلك، قامت AT&T، عن غير قصد، بحذف جميع الجداول والرسوم البيانية التي توضح القيمة الدقيقة للحث المطلوبة قبل تقديم طلب براءة الاختراع من طلب كامبل المقترح. [ 20 ] نظرًا لاحتواء براءة اختراع بوبين على صيغة (أقل دقة)، كانت شركة AT&T عرضةً لدعاوى عدم الإفصاح الكامل. وخوفًا من أن ينتهي النزاع بإعلان عدم إمكانية تسجيل براءة اختراع للاختراع (بسبب أعمال هيفسايد السابقة)، قررت الشركة شراء خيار على براءة اختراع بوبين مقابل رسوم سنوية، بحيث تسيطر AT&T على كلتا البراءتين. وبحلول يناير 1901، كان بوبين قد تقاضى 200,000 دولار ( ما يعادل 6,000,000 دولار في عام 2024 )، وبحلول عام 1917، عندما انتهى احتكار AT&T وتوقفت المدفوعات، كان قد تلقى ما مجموعه 455,000 دولار ( ما يعادل 11,330,000 دولار في عام 2024 ). [ 21 ]

كان للاختراع قيمة هائلة لشركة AT&T. فقد أصبح بالإمكان استخدام كابلات الهاتف لمسافة ضعف المسافة السابقة، أو بدلاً من ذلك، استخدام كابل بنصف الجودة (والتكلفة) السابقة لنفس المسافة. عند دراسة السماح لكامبل بالمضي قدمًا في التجربة، قدّر مهندسو الشركة أنهم سيوفرون 700 ألف دولار ( ما يعادل 22.2 مليون دولار في عام 2024 ) من تكاليف التركيب الجديدة في نيويورك ونيوجيرسي فقط. [ 22 ] وتشير التقديرات إلى أن AT&T وفرت 100 مليون دولار ( 3.18 مليار دولار في عام 2024 ) في الربع الأول من القرن العشرين. [ 23 ] [ 24 ] أما هيفسايد، صاحب الفكرة، فلم يحصل على شيء. عُرض عليه مبلغ رمزي لكنه رفضه، مفضلاً التقدير على عمله بدلاً من المال. وقد علّق ساخرًا بأنه لو تم قبول منشوره السابق، لكان ذلك "سيعيق تدفق الأموال في الاتجاه الصحيح...". [ 25 ]

العمل على الفلاتر

من أهم نتائج العمل على ملفات التحميل أن التحميل تسبب في انقطاع عند تردد محدد في استجابة الخط، ويمكن التنبؤ بقيمته بمعرفة سعة الخط وحث الملف والمسافة بين الملفات. أما الخط المستمر غير المحمل فلا يُظهر هذا السلوك، إذ يزداد التوهين باطراد مع التردد. وقد أوحى هذا السلوك، بالإضافة إلى استخدام شبكات العناصر المجمعة لإنشاء خطوط اصطناعية لأغراض الاختبار، لكامبل بتصميم محتمل لمرشح ذي خصائص مماثلة. [ 26 ]

بدأ هذا العمل على الترشيح عام ١٩١٠. وباستخدام شبكة سلمية من المحاثات والمكثفات بتكوينات مناسبة، أنتج مرشحات تمرير منخفض ، ومرشحات تمرير عالي ، ومرشحات تمرير نطاقي . ويمكن تصميم هذه المرشحات لتمرير الترددات في أي نطاق محدد ورفض الترددات في نطاقات أخرى. وقد أطلق أوتو زوبل، الذي كان يعمل لدى شركة AT&T في نيويورك، على هذا النوع من المرشحات اسم مرشح k الثابت . [ ٢٧ ]

تحددت حدة الانتقال من نطاق التمرير إلى نطاق الإيقاف ، وعمق الرفض في نطاق الإيقاف، بعدد أقسام السلم. إذا تطلب الأمر مواصفات أكثر دقة للمرشح، فكل ما يلزم هو إضافة المزيد من المحاثات والمكثفات إلى السلم بنفس تكوين الدائرة تمامًا كما هو الحال في المواصفات الأقل صرامة. [ 28 ]

كان الهدف من ترشيح قناة الهاتف بدقة متناهية هو محاولة شركة AT&T استخدام نفس الأسلاك لإجراء العديد من المكالمات الهاتفية في وقت واحد باستخدام تقنية تعدد الإرسال بتقسيم التردد (FDM)، وكان من المهم، لأسباب تتعلق بالخصوصية ووضوح الصوت، عدم وجود تداخل بين القنوات. كما كانت هناك حاجة إلى مرشحات لفصل المحادثات المختلفة في الطرف الآخر من الكابل. في البداية، استُخدم نطاق تمرير من 200 هرتز إلى 2.5 كيلوهرتز لنطاق التردد الأساسي للصوت ، ولكن سرعان ما وضع الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) المعيار العالمي من 300 هرتز إلى 3.4 كيلوهرتز مع تباعد 4 كيلوهرتز بين القنوات. [ 29 ]    

كانت تصاميم المرشحات هذه، التي قام زوبل بتطويرها لاحقًا، ذات قيمة اقتصادية كبيرة لشركة AT&T. فقد أتاحت إمكانية إرسال عدة محادثات عبر نفس الأسلاك توفيرًا كبيرًا في تكاليف تركيب الكابلات. وظل نظام التضمين المستخدم ( نقل أحادي النطاق الجانبي مع كبت الموجة الحاملة ) ومعيار الاتحاد الدولي للاتصالات هما الطريقة الأساسية لتوزيع خدمات الهاتف حتى بدأت التقنيات الرقمية تحل محلها بدءًا من ثمانينيات القرن العشرين. [ 30 ]

المنشورات

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ كامبل، جورج آشلي ، في موسوعة الشخصيات البارزة في أمريكا (طبعة 1926)؛ ص 407
  2. ↑ "كامبل، جورج آشلي"، في فريتز إي. فروهليش، ألين كينت، موسوعة فروهليش/كينت للاتصالات السلكية واللاسلكية ، المجلد 2 ( مطبعة سي آر سي ، 1991)، ص 242
  3. ↑ بريتين، ص 41 (حاشية)
  4. ↑ مجلة الكهربائي ، 1887، وأعيد نشرها (وفقًا لبريتين) في كتاب هيفسايد، أو.، النظرية الكهرومغناطيسية ، ص 112
  5. ↑ براي، ص 53
  6. ↑ بريتين ص 56
  7. ↑ Heaviside, O., Electrical Papers , vol. 1, pp. 139–140, Boston, 1925.
  8. ↑ ستون، م.س، الدائرة الكهربائية ، براءة اختراع أمريكية رقم 0578275، تم تقديمها في 10 سبتمبر 1896، وتم إصدارها في 2 مارس 1897.
  9. ↑ بريتين، الصفحات 42-45
  10. ↑ بريتين، الصفحات 43-44
  11. ↑ بريتين، ص 45
  12. ↑ بوبين، مايكل آي، فن تقليل توهين الموجات الكهربائية والأجهزة لذلك ، براءة اختراع أمريكية رقم 0652230، تم تقديمها في 14 ديسمبر 1899، وتم إصدارها في 19 يونيو 1900.
  13. ↑ بريتين، ص 44
  14. ↑ بوبين، مايكل آي، من مهاجر إلى مخترع ، الصفحات 330-331، تشارلز شريبنر وأولاده، 1924
  15. ↑ يمتلك بوبين براءة اختراع من عام 1894، والتي يُستشهد بها أحيانًا خطأً على أنها براءة اختراعه لملف التحميل، لكنها تتعلق بمكثفات موصولة على التوالي بدلًا من المحاثات، كما أنها غير موزعة على طول الخط. وهذا من شأنه أن يُحدث تأثيرًا معاكسًا تمامًا لملفات التحميل، كما أشار محرر مجلة " العالم الكهربائي" ، المجلد 24، صفحة 97، 1894.
  16. ↑ بوبين، مايكل الأول، براءة اختراع أمريكية رقم 0519347، محول للأنظمة التلغرافية أو الهاتفية أو غيرها من الأنظمة الكهربائية ، صدرت في 8 مايو 1894.
  17. ↑ بريتين، الصفحات 36، 48-50
  18. ↑ بريتين، ص 37، نقلاً عن رسالة من بيرند إلى سيرل
  19. ↑ بريتين، ص 37، نقلاً عن رسالة من سيرل إلى بيرند، 1931
  20. ↑ بريتين، الصفحات 44-45
  21. ↑ بريتين، الصفحات 54-55 (حاشية)، الصفحة 57
  22. ↑ بريتين، ص 45
  23. ↑ بريتين، ص 36
  24. ^ شو و فونديلر، ص 291 – 292
  25. ↑ بريتين يقتبس رسالة هيفسايد إلى بيريند، 1918.
  26. ↑ بريتين، ص 56
  27. ↑ براي، ص 62
  28. ↑ براي، ص 62
  29. ↑ براي، ص 62
  30. ↑ براي، الصفحات 62-64

مراجع

  • براي، جون ، الابتكار وثورة الاتصالات ، معهد المهندسين الكهربائيين، 2002، رقم ISBN 0852962185.
  • بريتين، جيمس إي، "تقديم ملف التحميل: جورج أ. كامبل ومايكل آي. بوبين "، التكنولوجيا والثقافة ، المجلد 11، العدد 1 (يناير 1970)، الصفحات  36-57، مطبعة جامعة جونز هوبكنز نيابة عن جمعية تاريخ التكنولوجيا.
  • هيفسايد، أوليفر ، أوراق كهربائية ، مكتبة الجمعية الرياضية الأمريكية، 1970 (إعادة طبع من عام 1892).
  • شو، توماس؛ فونديلر، ويليام، "تطوير وتطبيق التحميل لدوائر الهاتف" ، معاملات المعهد الأمريكي للمهندسين الكهربائيين ، المجلد 45، الصفحات  268-294، 1926.
  • أعمال جورج آشلي كامبل أو أعمال عنه في أرشيف الإنترنت
  • "جورج كامبل" . شبكة التاريخ العالمي التابعة لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات. 9 أغسطس 2017.