Otto Julius Zobel
(20 de octubre de 1887 - enero de 1970) fue un ingeniero de diseño estadounidense que trabajó para la American Telephone & Telegraph Company (AT&T) durante la primera mitad del siglo XX. Los trabajos de Zobel en el diseño de filtros fueron revolucionarios y dieron lugar, en relación con la obra de John R. Carson, a importantes avances comerciales de AT&T en el ámbito de la multiplexación por división de frecuencia (FDM) en las transmisiones de los teléfonos.Bray, p. 62.
Aunque gran parte de los trabajos de Zobel han sido superados por otros diseños de filtros más modernos, siguen siendo la base de la teoría del filtro, y sus papeles todavía son referidos en la actualidad. Zobel inventó el filtro de tipo-mWhite, G, "The Past" , BT Technology Journal, Vol 18, No 1, pp. 107–132, January 2000 . y el filtro de resistencia constante,Zobel, O J, Distortion Compensator, , filed 26 June 1924, issued 12 Feb 1929. que sigue en uso.
Zobel y Carson ayudaron a establecer la naturaleza del ruido en los circuitos eléctricos, para concluir que, en contra de la creencia general,Schwartz, p. 9. no es ni siquiera teóricamente posible filtrar totalmente el ruido y que este será siempre un factor limitante en lo que es posible transmitir. Así, se prevé la obra posterior de Claude Shannon, quien mostró cómo la tasa de información teórica de un canal estaba relacionada con el ruido del canal.
Biografía Otto Julius Zobel nació el 20 de octubre de 1887 en Ripon, Wisconsin.Poggendorff, J C, Poggendorffs biographisch-literarisches handwörterbuch für mathematik, astronomie, physik mit geophysik, chemie, kristallographie und verwandte wissensgebiete, p.2969, Verlag Chemie, g.m.b.h. 1940 Estudió en el Ripon College, donde recibió su licenciatura en 1909 con una tesis"Student theses", Ripon College. sobre el tratamiento teórico y experimental de los condensadores eléctricos. Más tarde recibió un premio Distinguished Alumnus de Ripon."Distinguished Alumni Award Recipients", Ripon College. Después pasó a la Universidad de Wisconsin y se graduó con una maestría en física en 1910. Zobel obtuvo una estancia en la Universidad de Wisconsin como instructor de física desde 1910 hasta 1915, y obtuvo su doctorado en 1914. Su tesis trató el tema de la «conducción térmica y la radiación». En 1913, fue coautor de un libro sobre la geofísica de la termodinámica.Leonard et al., passim Desde 1915 hasta 1916 fue profesor de física en la Universidad de Minnesota.American Telephone and Telegraph Company, The Bell System Technical Journal, p. 686, 1922 Después de trasladarse a Maplewood, Nueva Jersey, se unió a AT&T en 1916, donde trabajó en técnicas de transmisión. En 1926, todavía con la empresa, se mudó a Nueva York; y en 1934 se trasladó a Bell Telephone Laboratories (Bell Labs), el organismo de investigación creado en conjunto por AT&T y Western Electric unos años antes.Seising, R, The Fuzzification of Systems, 2007, Springer Berlín / Heidelberg ISBN 3-540-71794-3
La última patente de su prolífica listaZobel, O J, Impedance Transformer, , filed 30 Sept 1952, issued 16 Oct 1956.Zobel, O J, Microwave Filter, , filed 20 April 1950, issued 23 Dec 1952. ocurrió en los Laboratorios Bell, en la década de 1950, momento en el cual residía en Morristown, Nueva Jersey,Récord of addresses given in patents donde moriría, en enero de 1970.Social Security Death Index database query through WorldVitalRecords.com
Conducción térmica thumb|Analizadores de armónicos, creados por Lord Kelvin, destinados a ser utilizados para la predicción de las mareas. Ingersoll y Zobel encontrado este diseño de uso limitado para el análisis de Fourier, debido al número muy reducido de medidas de frecuencias. Zobel no continuó sus primeros trabajos en la conducción del calor durante su carrera posterior. Hay, sin embargo, algunas conexiones interesantes. Lord Kelvin en sus primeras obras en la línea de transmisiónThomson, William, "On the Theory of the Electric Telegraph", Proceedings of the Royal Society of London, Vol 7, pp. 382–399. derivó las propiedades de la línea eléctrica por analogía con la conducción del calor.Hunt, B J, The Maxwellians, p. 63, Cornell University Press, 2005 ISBN 0-8014-8234-8. Esto se basa en la ley de Fourier y la ecuación de conducción de Fourier. Ingersoll y Zobel describieron el trabajo de Kelvin y de Fourier en su libroLeonard et al., pp. 9–14. y el enfoque de Kelvin a la representación de funciones de transmisión, por consiguiente, habría sido muy familiar para Zobel. Por lo tanto, no sorprende que en el documento de Zobel en el filtro de onda eléctricaZobel, pp. 3–4. hay una representación muy similar a la que se encuentra para la función de transmisión de los filtros.
Las soluciones a la ecuación de Fourier pueden ser proporcionadas por las series de Fourier.Leonard et al., pp. 25–26. Con la tecnología moderna tal cálculo es trivialmente fácil, pero Ingersoll y Zobel recomienda el uso de los analizadores de armónicos, que son la contrapartida mecánica de analizadores de espectro de hoy. A estas máquinas se suman oscilaciones mecánicas de varias frecuencias, las fases y amplitudes mediante la combinación de ellos a través de un conjunto de poleas o manantiales, uno para cada oscilador. En el proceso inverso también es posible conducir el vehículo con la función y la medición de los componentes de Fourier en términos de producción.Ingersoll and Zobel, pp. 62–64.
Antecedentes de investigación de AT&T Después de la obra de John R. Carson en 1915Carson, J R, Electric Circuit Theory and Operational Calculus, 1926, McGraw-Hill, New York. se puso de manifiesto que las transmisiones multiplexadas telefónicas podría mejorarse en gran medida por el uso de la banda lateral única portadora suprimida de transmisión (SSB). En comparación con la de modulación de amplitud de base (AM)] SSB tiene la ventaja de tener la mitad del ancho de banda y una fracción de la potencia (en la banda lateral no se puede tener más del 1/6 de la potencia total y por lo general sería mucho menos). Los AM analizados en el dominio de la frecuencia se compone de un soporte y dos bandas laterales. La frecuencia de transmisión en AM representa a la mayoría de las potencias transmitidas, pero no contiene información alguna. Las dos bandas laterales contienen información idéntica por lo que solo una es necesaria, al menos desde un punto de vista de transmisión de información. Hasta este punto había sido filtrado por simples circuitos sintonizados. Sin embargo, SSB requiere una respuesta plana en la banda lateral de interés y el rechazo máximo de la banda lateral de otros con una transición muy fuerte entre los dos. Como la idea era poner otra señal (completamente diferente) en la ranura dejado vacante por la banda lateral no deseada, era importante que todos los rastros fueran retirados para evitar interferencias. En la misma distorsión en un tiempo mínimo (es decir, respuesta plana) es obviamente deseable que la banda lateral se conserve. Esta exigencia llevó a un gran esfuerzo de investigación en el diseño de filtros de ondas eléctricas.Bray, pp. 61,63. Filtros de ondas eléctricas El término «filtro de ondas eléctricas» fue muy utilizado en todo momento por Zobel significando un filtro diseñado para aprobar o rechazar las ondas de frecuencias determinadas a través de la banda. Aparece en numerosos artículos publicados en el siglo 20. A veces se utiliza para distinguir estos diseños más avanzados de los circuitos sintonizados simples que los precedieron. En el uso moderno el término, más sencillo filtro podrá ser utilizado y no es ambigua en el campo de la electrónica.
George A. Campbell y Zobel trabajaron en este problema de la extracción de una banda lateral a partir de una ola compuesta de amplitud modulada para su uso en canales telefónicos de multiplexación, el problema de conexión de la extracción (de-multiplexado) y la señal en el otro extremo de la transmisión.
Inicialmente la gama que se usaba para la banda base utilizada cambio de 200 Hz a 2500 Hz, pero más tarde la Unión Internacional de Telecomunicaciones estableció un estándar de 300 Hz a 3,4 kHz con un interlineado 4 kHz. Así, el filtrado estaba obligada a ir totalmente para detenerlo completamente en el espacio de 900 Hz. Esta norma de la telefonía se encuentra todavía en uso hoy en día y se mantuvo en uso generalizado hasta que comenzó a ser suplantada por las técnicas digitales de la década de 1980 en adelante.Bray, pp. 62, 64.
Campbell había utilizado con anterioridad la condición descubierta en la obra de Oliver Heaviside para la transmisión sin pérdidas para mejorar la respuesta de frecuencia de las líneas de transmisión que utiliza agrupados inductores de componentes (bobinas de carga). Cuando Campbell empezó a investigar el diseño eléctrico del filtro de onda en 1910, este trabajo, naturalmente, lo llevó a los filtros con topología en escalera de red mediante condensadores e inductores. Filtros de paso bajo, paso alto y de paso de banda fueron diseñados. Sharper dio el recorte y el mayor rechazo a dejar la banda a cualquier especificación de diseño arbitrario, que podría lograrse solo mediante el aumento de la longitud de la escalera. Los filtro de diseños utilizados por CampbellCampbell, G A, "Physical Theory of the Electric Wave-Filter", Bell System Tech J, November 1922, vol 1, no 2, pp. 1–32. fueron descritos por Zobel como filtros constante k aunque esto no fue un término usado por el propio Campbell.Bray, p. 53.
Innovaciones miniaturadeimagen|Dibujo original de Otto Zobel. Después de que Zobel llegó al Departamento de Ingeniería de AT&T usó sus habilidades matemáticas para seguir mejorando el diseño de filtros de ondas eléctricas. Carson y Zobel desarrollaron el método matemático para analizar el comportamiento de los filtros, ahora se conoce como el método de imagen por el que la impedancia y los parámetros de transmisión de cada sección se calculan como si formara parte de una cadena infinita de secciones idénticas.Chu, W, Chung-Kwei Chang, Transients of Resistance-Terminated Dissipative Low-Pass and High-Pass Electric Wave Filters, Proceedings of the IRE, vol 26, no 10, pp. 1266–1277, October 1938
Filtros Ola Zobel inventó el m-derivado (o tipo-m) en la sección de filtros en el año 1920, la característica distintiva de este diseño es un polo de atenuación cerca de la frecuencia de corte del filtro. El resultado de este diseño es una respuesta del filtro que cae muy rápidamente más allá de la frecuencia de corte. Para usar la expresión de un ingeniero pintorescas muy conocido que decía "se va como el lado de una casa". Una transición rápida entre el pase de banda y el elimina banda, por supuesto, uno de los requisitos principales para abarrotar tantos canales como sea posible en un teléfono de cable.Matthaei et al., p. 65.
Una desventaja de la sección tipo M fue que en las frecuencias más allá del polo de la atenuación, la respuesta del filtro comenzó a aumentar nuevamente, alcanzando un pico en algún lugar de la parada de la banda y luego volviendo a caer.Ghosh, Smarajit, Network Theory: Analysis and Synthesis, Prentice Hall of India, pp. 564–569. Zobel superó este problema en el diseño de filtros híbridos con una mezcla de constante k y secciones tipo-m. Esto dio a Zobel las ventajas de ambas: la rápida transición de la tipo-m y una buena elimina banda para quitar la banda de la constante k.Zobel, pp. 26–28.