바르베리 무선 방송국

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# 바르베리 무선 방송국

바르베리 무선 방송국(스웨덴어: Grimeton Radiostation)은 스웨덴 남부 할란드의 바르베리 근처에 위치한 초기 장파 대서양 횡단 무선 전신국으로, 1922년에서 1924년 사이에 건설되어 역사적 유적으로 보존되어 왔다.

1920년대부터 1940년대까지 모스 부호를 이용해 북미 및 기타 국가로 전보 트래픽을 전송하는 데 사용되었으며, 제2차 세계 대전 기간 동안에는 스웨덴과 전 세계를 연결하는 유일한 통신 수단이었다. 이는 알렉산데르손 교류 발전기라고 불리는 초기 전자식 이전의 무선 송신기 기술의 유일하게 남아 있는 사례이다. 2004년 유네스코 세계유산 목록에 추가되었으며, 선정 사유는 다음과 같다. "바르베리의 그리메톤 라디오 방송국은 1920년대 초의 기술적 성과를 대표할 뿐만 아니라 약 30년에 걸친 추가적인 발전을 기록하고 있는, 통신 센터 유형의 예외적으로 잘 보존된 사례이다."

이 라디오 방송국은 European Route of Industrial Heritage의 앵커 사이트이기도 하다. 송신기는 여전히 가동 가능한 상태이며, 매년 알렉산데르손 데이(Alexanderson Day)라고 불리는 날에 가동되어 짧은 모스 부호 시험 전송을 수행하며, 이는 유럽 전역에서 수신 가능하다.

1910년경부터 산업 국가들은 다른 국가들과 전신으로 통신하기 위해 강력한 대양 횡단 장파 무선 전신국 네트워크를 구축했다. 제1차 세계 대전 동안 장거리 무선 능력이 없는 국가는 적군이 해저 전신 케이블을 절단함으로써 전 세계로부터 고립될 수 있다는 사실이 인식되면서 무선은 전략적 기술이 되었다. 스웨덴의 지리적 위치로 인한 타국 해저 케이블망에 대한 의존도와 전쟁 중 이러한 필수 연결의 일시적 상실은, 1920년 스웨덴 의회가 대서양을 횡단하는 전보 트래픽을 전송하기 위해 왕립 전신국이 스웨덴에 "거대 무선 전신국"을 건설하기로 결정하는 동기가 되었다.

당시에는 거대 산업 기업들이 각각 소유한 여러 가지 고출력 무선 송신 기술이 사용되고 있었다. 베를린의 텔레풍켄, 런던의 마르코니사, 뉴욕의 RCA(Radio Corporation of America), 파리의 Société française radio-électrique에 입찰이 요청되었다. 선택된 송신기는 스웨덴계 미국인 에른스트 알렉산데르손이 발명하고 제너럴 일렉트릭이 제조하여 자회사인 RCA가 마케팅한 200kW 버전의 알렉산데르손 교류 발전기였다. 이것은 전동기에 의해 안테나에 적용되는 무선주파수 교류를 생성할 만큼 충분히 빠른 속도로 회전하는 거대한 기계식 AC 발전기(교류 발전기)로 구성되었다.

이는 이전의 불꽃 간극 송신기에서 사용되던 감쇄파보다 더 먼 거리에서 통신할 수 있는 연속파를 생성한 최초의 송신기 중 하나였다. 이 교류 발전기는 이미 대부분의 다른 대서양 횡단 무선국에서 사용되고 있어 잠재적인 호환성 문제를 줄일 수 있었기 때문에 선택되었다. 스웨덴인이 설계했다는 사실도 한몫했을 수 있다.

신중한 계산 끝에 방송국은 북미와 가장 가까운 스웨덴 남서해안의 그리메톤에 위치하게 되었으며, 이는 미국뿐만 아니라 노르웨이, 덴마크, 스코틀랜드로 향하는 북대서양 상의 양호한 전파의 전파 조건을 제공했다. 부지는 1922년 가을에 매입되었고, 그해 말에 건설이 시작되어 1924년에 완공되었다. 무선 트래픽을 중단하지 않고 유지 보수를 수행할 수 있도록 두 대의 200kW 알렉산데르손 교류 발전기가 설치되었다.

이러한 먼 거리에서 주간 통신을 달성하기 위해 대양 횡단 방송국은 30kHz 미만의 초저주파(VLF) 대역 주파수 전송이 필요한 지구-이온층 도파관 메커니즘을 활용했다. 무선 송신기가 이러한 긴 파장을 효율적으로 방사하려면 극도로 큰 안테나가 필요했다. 그리메톤 방송국은 길이 1.9km(1.2마일)에 달하는 거대한 다중 튜닝 플랫탑 안테나를 갖추고 있었으며, 이는 127m(380피트) 높이의 강철 타워 6개에 지지되는 12개(나중에 8개로 감소)의 와이어로 구성되었고 송신기 건물에서 위로 뻗은 수직 급전선에 의해 한쪽 끝에서 급전되었다. 방송국은 1924년에 운영을 시작하여 호출 부호 SAQ를 사용하고 파장 약 18,000 미터 (16.7 kHz)로 무선 전신 트래픽을 전송했으며, 나중에 17,442 미터 (17.2 kHz)로 변경하여 뉴욕주 리버헤드에 있는 RCA 수신국으로 전송했다. 이는 즉시 미국으로 향하는 스웨덴 전보 트래픽의 95%를 담당하게 되었다.

알렉산데르손 교류 발전기 기술은 설치되는 시점에도 이미 구식이 되어가고 있었다. 1907년 리 드포리스트가 발명한 3극 진공관을 사용하는 진공관 전자 발진기 송신기가 1920년대 초에 대부분의 비전자식 송신기를 대체했다. 그러나 교류 발전기 송신기에 투입된 막대한 자본 투자로 인해 소유주들은 기술적으로 구식이 된 후에도 오랫동안 이 거대한 기계들을 계속 사용했다. 1930년대 중반까지 대부분의 대서양 횡단 통신은 단파로 전환되었으며, 1938년부터 본관 건물에 진공관 단파 송신기가 설치되어 인접한 들판에서 다이폴 및 마름모꼴 안테나를 사용하기 시작했다. 알렉산데르손 교류 발전기는 VLF 주파수가 바닷물 속으로 짧은 거리 침투할 수 있기 때문에 잠수함과의 통신을 위한 해군 송신기로서 두 번째 용도를 찾았다.

제2차 세계 대전(1939-1945) 기간 동안 방송국은 전성기를 누렸는데, 당시 이곳은 스칸디나비아가 외부 세계로 나가는 관문 중 하나였다. 전쟁 중인 국가들에 의해 해저 통신 케이블 연결이 다시 한번 신속하게 끊겼고, 무선 전신 전송은 외부 세계와의 연결 고리가 되었다. 이에 따라 여러 대의 새로운 송신기가 방송국에 추가되었다. 전쟁 중 사용자에 스웨덴 외무부와 다양한 대사관 및 공사관이 포함되었기 때문에, 라디오 방송국의 전송 내용은 영국의 Y 서비스와 같은 신호 정보 작전의 감청 대상이 되었다.

전쟁 후에는 추가 송신기가 설치되고 목적지 수도 증가하여, 1950년대에는 12대의 단파 송신기와 1대의 전자식 장파 송신기(원래의 알렉산데르손 시스템 포함)를 운영하며 유럽, 아시아, 아메리카의 약 20개국과 트래픽을 유지하며 정점에 도달했다. 그 시점에 전신 전송은 모스 부호에서 무선 텔레타이프로 전환되었으며 방송국은 무선 팩시밀리 및 무선 전화 서비스도 제공했다. 1950년대 초중반에는 타워를 안테나 지지대로 사용하여 실험적인 FM 및 TV 송신기 설치가 이루어졌다.

1960년대에 이르러 많은 송신기가 노후화되기 시작하여 순차적으로 퇴역하고 더 현대적인 장비로 교체되었다. 그러나 원래의 방송국 건물을 개조하는 대신 1966년에 새로운 송신기를 수용할 새 시설을 건설했는데, 이 덕분에 기존 장비를 보존할 수 있었다. 1960년대 중후반에도 여러 개의 새로운 안테나가 세워졌으나, 이러한 투자는 위성과 새로운 유형의 케이블을 선호하여 국제 통신에 고정 무선 회로를 사용하는 방식에서 벗어나게 되면서 원래 맥락에서는 상대적으로 수명이 짧았다. 대신 초점은 점차 장거리 해상 무선으로 옮겨갔다. 또한 330m 높이의 안테나 지지 타워를 갖춘 새 시설에는 현대적인 FM 및 TV 송신기가 설치되었다.

1960년대 중반과 1970년대 초반에 두 차례에 걸쳐 새 시설에 설치된 시스템은 8대의 30kW 텔레풍켄 SV2470 HF 송신기와 1대의 100kW 텔레풍켄 HF 송신기, 그리고 1대의 40kW 텔레풍켄 LF 송신기로 구성되었다. 모든 HF 송신기는 마름모꼴, 디스콘, 대수주기 안테나로 구성된 공용 안테나 파크를 공유했다. HF 시스템은 국제 점대점 전신 및 전화 회로를 위해 설계되었으나, 이미 70년대 중반부터 인기가 떨어지기 시작하여 마지막으로 남은 상하이, 도쿄, 부에노스아이레스 HF 회로는 70년대 후반과 80년대 초반에 폐쇄되었다.

그 후 송신기 설정은 주로 비상 백업 및 해상 HF 서비스, 지대공 무선 및 SSB 방송 시험에 사용되었다. 1980년대에 해상 무선 텔렉스 시스템인 MARITEX에 더 많은 용량이 필요해지면서, 디플렉서 및 트리플렉서 필터 네트워크를 사용하여 안테나를 공유하는 여러 대의 소형 HF 및 MF 송신기가 추가되었다. 1990년대의 짧은 기간 동안 실험적인 항공 HF 디지털 데이터링크(HFDL) 시스템이 이 방송국을 송신 사이트 중 하나로 사용했다.

MARITEX는 2000년에 퇴역하여 많은 수의 송신기와 안테나가 확보되었으며, 이는 해상 HF 디지털 통신을 위해 글로브 와이어리스(Globe Wireless) 시스템에 임대되었다.

2012년 글로브 와이어리스 운영이 중단되었을 때, HF 안테나 및 급전선 시스템은 칼스보리(Karlsborg) 송신 사이트의 퇴역 및 이전 이후 지대공 음성 HF 서비스를 위해 재용도화되었으며, 이들이 시설의 유일하게 남은 민간 상업 사용자라고 주장한다. 스웨덴 해사청도 현장에서 MF 전화 및 NAVTEX 송신기를 위한 송신기 및 안테나 공간을 임대한다. 이들의 NAVTEX 안테나는 특수 설계된 것으로, 127m 높이의 타워 하나를 518kHz에서 자기 공진하는 폴디드 모노폴 안테나로 사용한다.

새 건물에 있던 1980년대 이전의 모든 LF 및 HF 송신기는 퇴역하여 폐기되었다. 원래 시스템 중 교류 발전기 송신기 한 대는 방송국 건물의 공간 확보를 위해 1950년대에 점진적으로 해체 및 폐기되었다. 남은 교류 발전기는 현대적인 고체 상태 LF 송신기가 대체할 때까지 1990년대 초반까지 해군 전송용으로 계속 사용되었다.

그리메톤 라디오 방송국은 이제 1918-1924년 사이에 건설된, 모두 알렉산데르손 교류 발전기를 갖추었던 9개의 장파 방송국으로 구성된 대서양 횡단 네트워크 중 유일하게 남은 방송국이다. 2004년에 유네스코 세계유산 목록에 추가되었다. 그리메톤 송신기는 알렉산데르손 교류 발전기의 마지막 생존 사례이자 진공관 시대 이전의 유일하게 남은 라디오 방송국이며 여전히 작동 가능한 상태이다. 매년 7월 2일에서 가장 가까운 일요일인 알렉산데르손 데이에는 일반인에게 공개 행사를 열며, 이때 송신기를 가동하여 호출부호 SAQ를 사용해 17.2kHz에서 시험 메시지를 전송하며 이는 유럽 전역에서 수신할 수 있다.

그리메톤의 기계식 송신기는 17.2kHz 주파수, 즉 VLF 범위에서 전송하여 미국까지 도달할 수 있었다.

원칙적으로 발전기(A)가 이 목적으로 사용된다. 이것은 기어박스(증속비: 2.97)를 통해 모터(500HP, 711.3rpm)에 의해 회전하며, 이에 따라 17.2kHz 또는 17,200Hz의 연속적인 사인파 AC 전압(B)을 생성한다.

비교를 위해, 공공 전력망의 발전기는 국가에 따라 50 또는 60Hz의 교류 전압을 생성한다. 발전기로 이러한 고주파를 생성하려면 특수 설계된 고속 회전 발전기(분당 2115회전)가 필요하다.

그리메톤에서는 주로 모스 신호가 전송되었다. 생성된 교류 전압으로 정보를 보내기 위해, 전송할 텍스트는 모스 건(D)을 통해 모스 부호에 따라 짧고 긴 펄스의 시퀀스로 변환된다. 개폐 장치(C)는 이러한 펄스를 사용하여 안테나(F)로의 AC 전압 전송을 제어한다. 건을 누르면 AC 전압이 안테나로 전달되어 거기서 전송된다. 건을 누르지 않으면 개폐 장치에 의해 AC 전압이 억제되어 신호가 전송되지 않는다. 따라서 (E)에 표시된 바와 같이, 글자 A는 짧고 긴 파동 묶음으로 전송되어 수신기에서 감지될 수 있다.

생성된 AC 전압은 2000볼트의 전압과 200kW의 전력을 갖는다(비록 오늘날에는 보통 약 80kW로 제한된다). 이러한 강한 신호는 상당한 아크 방전을 일으킬 수 있기 때문에 단순한 스위치로는 켜고 끌 수 없다. 그리메톤에서는 이 목적으로 다른 방법이 사용되었다.

역사적인 라디오에서 알려진 바와 같이, 안테나(I)와 인접한 코일 및 축전기는 공진 회로를 형성하며, 에너지가 최적으로 전송되도록 원하는 주파수에 맞춰 조정되어야 한다. 그리메톤에서는 모스 건을 누르지 않았을 때 개폐 장치(C)에서 이 발진 회로의 튜닝을 방해하여 전송을 억제한다. 이 방식을 통해 작은 전력(3kW DC)으로 200kW의 AC 전력을 제어하는 것이 가능하다.

안테나 공진 회로는 본질적으로 안테나(I), 변압기(D) 및 자기 증폭기(G)로 구성된다.

일반적인 발전기에서와 같이, 발전기(A)의 인접한 코일(B)에는 회전하는 자기장에 의해 교류 전압이 생성된다. 그리메톤에서 이 코일들은 고정자(전기 기계)에 장착되어 있으며, 회전자(전기)의 양쪽에 2x32개 섹터로 나뉘어 있다. 한 섹터의 개별 권선은 변압기(D)의 해당 1차 권선(C)에 연결된다. 1차 전압이 변압기의 2차 권선(E)으로 전달되면, 이 전압들이 중첩되어 강한 사인파 출력 신호를 형성하며 안테나로 출력되어 전송된다.

제어 권선(F)과 자기 증폭기(G)는 운영자의 모스 부호 건(H)에 의한 전송 프로세스 제어를 담당한다. 자기 증폭기는 모스 건과 DC 소스에 의해 AC 저항이 간접적으로 영향을 받는 코일과 축전기의 배열이다. 모스 건이 열려 있을 때, 간단히 말해 솔레노이드 증폭기는 제어 권선(F)을 단락시킨다. (F)의 단락은 송신 발진 회로를 방해하여, 결국 정상 안테나 전류의 9% 이하만 흐르게 된다 [2, 53페이지]. 따라서 위에서 설명한 상황(완전 전송 또는 전혀 전송 안 함)은 근사적으로만 달성될 수 있지만, 이는 실제 운용에서 충분하다.

필요한 전송 주파수를 달성하기 위해 알렉산데르손 교류 발전기 유형의 발전기는 빠르게 회전해야 할 뿐만 아니라 많은 자기극을 가진 특수 구조가 필요하다. 이 목적을 위해 자화 가능한 강철 회전자 디스크(A)의 가장자리에는 비자기 물질로 채워진 488개의 슬롯(B)이 마련되어 있다. 코일(D)을 통해 고정자에는 직류에 의한 연속적인 자기장(E)이 생성되며, 여기에 코일(C)도 위치한다. 회전하는 회전자 디스크로 인해 코일(C) 사이의 이 자기장은 강철 디스크에 의해 교대로 강화되고 비자기 슬롯에 의해 감쇠된다. 이 주기적으로 변화하는 자기장은 코일(C)에 사인파 전압을 유도한다.

위의 개략도는 축척에 맞지 않으며, 회전자와 고정자 프레임 사이의 공극은 폭이 1mm에 불과하다. 회전자는 지름 1.6m, 주변부 두께 약 7.5cm의 강철 디스크이다.

최대 도달 거리를 달성하기 위해, 이 시대의 다른 대양 횡단 무선 전신국들과 마찬가지로 17.2킬로헤르츠의 진동수로 초저주파(VLF) 대역에서 전송했으므로 파장은 약 17442미터이다. 안테나 길이가 약 2 km-long (1.2 mi)에 달함에도 불구하고 파장에 비하면 짧기 때문에 효율이 그리 높지는 않다.

안테나 시스템은 고압 송전선에 사용되는 것과 같은 마스트에 의해 지지되는 안테나 와이어로 구성된다. 6개의 안테나 마스트는 각각 상단에 46m의 크로스 암을 가지고 있으며 높이는 127m이다. 원래는 12개였으나 오늘날에는 8개의 안테나 도체를 지탱하고 있다.

그리메톤에서 사용되는 다중 튜닝 안테나는 E. F. W. 알렉산데르손이 제1차 세계 대전 이전에 발명한 것으로, 상단 커패시턴스와 고압 송전선 역할을 모두 수행하는 플랫탑 와이어로 연결된 다수의 수직 방사체 와이어를 사용한다.

각 수직 와이어는 지면에 설치된 튜닝 인덕턴스(또는 "코일")에서 끝나며, 이는 와이어의 용량성 리액턴스를 상쇄하고 와이어 전류 간의 적절한 위상 관계를 설정하는 역할을 한다.

지면 또는 카운터포이즈 시스템으로 흐르는 총 전류를 여러 연결 지점으로 나눔으로써, 모든 전류가 단일 수직 방사체로 공급되는 경우에 비해 등가 접지 손실 저항을 실질적으로 줄일 수 있다. 이는 안테나 효율을 약 10배 정도 증가시킨다.