Bobina Pupin

 Bobina lui Pupin este un inductor folosit pe liniile de comunicație prin cablu pentru a crește raza de comunicare telefonică. Numit după Mikhail Pupin , profesor la Universitatea Columbia, care a primit primul brevet pentru acesta.

Istorie

În zorii dezvoltării comunicațiilor telefonice, a apărut problema imposibilității comunicării pe distanțe mari din cauza distorsiunii semnalului electric în linia de cablu din cauza prezenței unei inductanțe distribuite în conductori și a unei capacități distribuite între conductoare. Semnalul telegrafic a trecut prin linie fără probleme, deoarece avea un spectru de frecvență relativ scăzut. Spectrul de frecvență al semnalului telefonic a fost mult mai larg, drept urmare, după câteva zeci de kilometri, interlocutorii nu și-au putut distinge discursul unul altuia din cauza atenuării (atenuării) semnificative a componentelor de înaltă frecvență ale spectrului [1]. ] .

Cel mai simplu mod de a reduce atenuarea liniei pentru componentele de înaltă frecvență ale semnalului telefonic a fost creșterea artificială a inductanței liniei. Profesorul de la Universitatea Columbia, Mikhail Pupin , a sugerat să includă inductori în serie într-o linie, el a fost capabil să calculeze de câte astfel de bobine ar fi necesare și ce intervale ar trebui să fie între ele, pe baza mecanicii analitice a lui Lagrange . În 1894, în timp ce studia propagarea undelor într-o coardă care vibra, el a observat că undele se disipau mai lent dacă greutățile erau suspendate de coardă la intervale regulate și a aplicat această descoperire unei linii telefonice [2] [3] . În decembrie 1899, a depus o cerere, iar în iunie 1900 a primit un brevet [4] .

Cercetarea lui Heaviside

Mult mai devreme, în 1887, Oliver Heaviside [* 1] a făcut o propunere similară cu justificare matematică . El a deținut și ideea (1893 [6] ) a unei bobine suplimentare de sârmă de cupru cu o inductanță mai mare decât cea a unui segment dat al liniei de cablu [1] . Heaviside a arătat că este posibil să se minimizeze creșterea atenuării unei linii de comunicație prin cablu cu o frecvență în creștere dacă parametrii de linie pe unitatea de lungime sunt legați prin relația [7] :

Unde

- rezistenta electrica  activa ;  - capacitate;  - inductanta;  - conductivitate electrica .

Heaviside nu și-a adus propunerea la aplicare practică, crezând că va fi respinsă ca absurdă de către Oficiul General de Poștă britanic, unde William G. Preece era expertul tehnic , „disprețuind teoreticienilor și necedând loc ideilor matematicienilor”. Preece a fost adversarul lui Heaviside în dispută - ecuația lui Preece pentru calcularea lungimii maxime a unui cablu pentru comunicarea telefonică fără distorsiuni (în articolul său din 1887, la care Heaviside a răspuns trei luni mai târziu cu justificarea sa) legată de impedanță și rezistivitate și capacitate, lungime întreagă , parametrii arbitrari ai materialelor lanțului și configurația acestuia. Cu toate acestea, în practică, ecuația lui Preece nu a luat în considerare toate caracteristicile de propagare a semnalului - de exemplu, ecuația a „interzis” o linie telefonică Boston-Chicago care funcționează bine. Respingerea evidentă a lui Preece a fost cauzată de ideea lui Heaviside despre posibilitatea de a elimina distorsiunea semnalului în linie nu prin reducerea, ci, dimpotrivă, prin creșterea inductanței acestuia [1] .

Proiectat de AT&T

John S. Stone , care a lucrat la American Bell Telephone Company (din 1899 - AT&T ) , a încercat să aplice ideile lui Heaviside pe liniile de comunicare reale . Ideea lui Stone a fost să folosească un cablu bimetalic fier-cupru brevetat de el în 1896 [8] . Un astfel de cablu a crescut inductanța liniei datorită conținutului de fier și, cu un anumit design, ar putea îndeplini condiția Heaviside. Cu toate acestea, Stone a părăsit compania în 1899 fără să-și dea seama de ideea sa [5] .

Inginerul AT&T George Campbell a fost desemnat să continue cercetările lui Stone pe cablu dar el a abandonat curând un astfel de cablu în favoarea bobinelor suplimentare. A fost o invenție independentă - Campbell era conștient de munca teoretică a lui Heaviside, dar nu era conștient de sugestia lui Heaviside de a folosi bobine suplimentare. El a demonstrat astfel de bobine pe o linie de cablu de 46 de mile în septembrie 1899 și, oarecum întârziat, a cerut un brevet [5] .

AT&T a fost forțată să intre într-o luptă juridică cu Pupin pentru afirmația sa - Pupin a fost primul care a brevetat metoda, dar Campbell făcuse deja demonstrații practice. Cu toate acestea, a existat riscul ca litigiul să ajungă să fie declarat nebrevetabil din cauza lucrării anterioare a lui Heaviside, așa că AT&T a decis să cumpere o opțiune pe brevetul lui Pupin pentru o taxă anuală și l-a plătit pentru aproape două decenii care urmează [5] . Meritele lui Heaviside nu au primit aprecierea cuvenită [1] .

Aplicație

Procesul de introducere a inductoarelor pe o linie de comunicație prin cablu se numește pupinizare . Rezultatul este transmisia îmbunătățită a semnalului telefonic (spectru de frecvență standard 0,3-3,4 kHz), dar la frecvențe mai mari transmisia semnalului este semnificativ mai proastă. Utilizarea bobinelor Pupin a fost ulterior inacceptabilă, când tehnologiile de înaltă frecvență ( xDSL , ISDN ) au început să fie introduse pe liniile de cablu, deoarece pupinizarea încalcă omogenitatea perechii răsucite, transformând-o într -un filtru trece-jos cu o atenuare în creștere bruscă . dincolo de banda de trecere.

Pupinizarea a fost utilizată în special pe rețelele locale de telefonie din Statele Unite (raza de comunicație a crescut de 3-5 ori [7] ) datorită lungimii medii relativ mari a liniilor de abonat. Pe rețelele telefonice locale din Rusia, a fost folosit destul de rar. De exemplu, rețeaua MGTS avea aproximativ 5% din cablurile încărcate, cu toate acestea, chiar și în același timp, a existat o probabilitate semnificativă ca aceste bobine să fie întâlnite pe linie în timpul implementării tehnologiilor xDSL.

Pentru detectarea bobinelor Pupin în liniile de comunicație se folosesc reflectometre cu cablu cu funcția de căutare și numărare a bobinelor.

Note

Comentarii
  1. ↑ Mihail Pupin în memoriile sale, împreună cu Heaviside, îl menționează pe fizicianul matematician francez Aimé Vashi , care a studiat și teoria matematică a transmisiei telefonice și a ajuns la concluzia că inductanța de linie ar trebui mărită. În același timp, Pupin notează că „Vashi a fost în fața lui Heaviside cu aproximativ doi ani” și că pentru el concluziile acestor oameni de știință nu au fost o descoperire importantă, deoarece cu aproximativ douăzeci de ani înainte ca „lucrarea lui Thomson și Kirchhoff a făcut această observație . evident” [2] . Rămâne întrebarea dacă Pupin știa despre munca lui Heaviside și Vashi în momentul în care a avut ideea unor inductori suplimentari. Din memorii rezultă că ideea a apărut în timpul cățărării muntelui în 1894 [2] , deși nu a fost publicat nimic de la el la acea vreme [5] .
Surse
  1. ↑ 1 2 3 4 Nahin Paul J. Oliver Heaviside Arhivat 21 august 2012 la Wayback Machine . vivovoco.astronet.ru.
  2. ↑ 1 2 3 Pupin, Michael. De la imigrant la inventator . - New York, Londra: Charles Scribner's Sons, 1949. - S. 330-336. Arhivat pe 15 februarie 2022 la Wayback Machine
  3. ↑ Michael Pupin - ETHW . ethw.org . Consultat la 13 februarie 2022. Arhivat din original pe 13 februarie 2022.
  4. ↑ Pupin, M.I., Art of Reducing Attenuation of Electrical Waves and Apparatus Prin urmare , brevet american 0 652 230, depus la 14 decembrie 1899, emis la 19 iunie 1900.
  5. ↑ 1 2 3 4 Brittain, James E., „The Introduction of the Loading Coil: George A. Campbell and Michael I. Pupin”, Technology and Culture , vol. 11, nr. 1 (ianuarie 1970), pp. 36-57, The Johns Hopkins University Press, în numele Societății pentru Istoria Tehnologiei.
  6. ↑ The Electrician , 1887 și reprodus (după Brittain) în Heaviside, O, Electromagnetic Theory , p.112
  7. ↑ 1 2 Pupinizare // Marea Enciclopedie Sovietică  : [în 30 de volume]  / cap. ed. A. M. Prohorov . - Ed. a 3-a. - M .  : Enciclopedia Sovietică, 1969-1978.
  8. ↑ Stone, MS, Electric Circuit , brevet american 0 578 275, depus la 10 septembrie 1896, emis la 2 martie 1897.

Literatură

Link -uri