Pupin kela

Pupinin kela on kela  , jota käytetään kaapeliviestintälinjoissa lisäämään puhelinliikenteen kantamaa. Nimetty Columbian yliopiston professorin Mikhail Pupinin mukaan, joka sai sille ensimmäisen patentin.

Historia

Puhelinviestinnän kehityksen kynnyksellä syntyi ongelma viestinnän mahdottomuudesta pitkiä matkoja johtuen kaapelilinjan sähkösignaalin vääristymisestä johtimien hajautetun induktanssin ja hajautetun kapasitanssin vuoksi johtimien välillä. johtimia. Lennätinsignaali kulki linjan läpi ilman ongelmia, koska sillä oli suhteellisen alhainen taajuusspektri. Puhelinsignaalin taajuusspektri oli paljon laajempi, minkä seurauksena keskustelukumppanit eivät useiden kymmenien kilometrien jälkeen pystyneet erottamaan toistensa puhetta spektrin korkeataajuisten komponenttien merkittävän vaimenemisen (vaimennuksen) vuoksi [1 ] .

Helpoin tapa vähentää puhelinsignaalin suurtaajuisten komponenttien linjan vaimennusta oli lisätä keinotekoisesti linjan induktanssia. Columbian yliopiston professori Mikhail Pupin ehdotti induktorien sisällyttämistä sarjaan linjaan, hän pystyi laskemaan, kuinka monta tällaista kelaa tarvittaisiin ja mitkä välit niiden välillä tulisi olla Lagrangen analyyttisen mekaniikan perusteella . Vuonna 1894 tutkiessaan aaltojen etenemistä värähtelevässä nauhassa hän totesi, että aallot haihtuivat hitaammin, jos painot ripustettiin nauhaan säännöllisin väliajoin, ja sovelsi tätä löytöä puhelinlinjaan [2] [3] . Joulukuussa 1899 hän jätti hakemuksen, ja kesäkuussa 1900 sai patentin [4] .

Heavisiden tutkimus

Paljon aikaisemmin, vuonna 1887, Oliver Heaviside [* 1] teki samanlaisen ehdotuksen matemaattisilla perusteilla . Hän omisti myös idean (1893 [6] ) kuparilangan lisäkelasta, jonka induktanssi on suurempi kuin tietyn kaapelilinjan segmentin [1] . Heaviside osoitti, että on mahdollista minimoida kaapeliviestintälinjan vaimennuksen kasvu taajuudella, jos linjan parametrit yksikköpituutta kohti liittyvät suhteeseen [7] :

missä

 - aktiivinen sähkövastus ;  - kapasiteetti;  - induktanssi;  - sähkönjohtavuus .

Heaviside ei tuonut ehdotustaan ​​käytännön sovelluksiin uskoen, että brittiläinen postitoimisto, jossa William G. Preece oli tekninen asiantuntija, hylkäsi sen absurdina , "halventaa teoreetikoita eikä antanut tilaa matemaatikoiden ideoille". Preece oli Heavisiden vastustaja riita-asioissa - Preecen yhtälö kaapelin maksimipituuden laskemiseksi puhelinviestintään ilman vääristymiä (artikkelissaan 1887, johon Heaviside vastasi kolme kuukautta myöhemmin perusteluineen) liittyvät impedanssiin ja resistiivisyyteen ja kapasitanssiin, täyspitkä , mielivaltaiset ketjumateriaalien parametrit ja sen kokoonpano. Käytännössä Preecen yhtälö ei kuitenkaan ottanut huomioon kaikkia signaalin etenemisen piirteitä - yhtälö "kielsi" esimerkiksi yhden hyvin toimivan Boston-Chicago -puhelinlinjan. Preecen ilmeisen hylkäämisen aiheutti Heavisiden ajatus mahdollisuudesta poistaa signaalin vääristymiä linjassa ei vähentämällä, vaan päinvastoin lisäämällä sen induktanssia [1] .

Suunnitellut AT&T

John S. Stone , joka työskenteli American Bell Telephone Companyssa (vuodesta 1899 - AT & T ) , yritti soveltaa Heavisiden ideoita todellisiin viestintälinjoihin . Stonen ideana oli käyttää bimetallista rauta-kuparikaapelia, jonka hän patentoi vuonna 1896 [8] . Tällainen kaapeli lisäsi johdon induktanssia rautapitoisuuden vuoksi ja voisi tietyllä rakenteella täyttää Heaviside-ehdon. Stone kuitenkin jätti yrityksen vuonna 1899 ymmärtämättä ideaansa [5] .

AT&T:n insinööri George Campbell määrättiin jatkamaan Stonen kaapelitutkimusta mutta hän hylkäsi pian tällaisen kaapelin lisäkelojen hyväksi. Se oli itsenäinen keksintö - Campbell oli tietoinen Heavisiden teoreettisesta työstä, mutta ei ollut tietoinen Heavisiden ehdotuksesta käyttää lisäkeloja. Hän esitteli tällaisia ​​keloja 46 mailin pituisella kaapelilinjalla syyskuussa 1899 ja haki patenttia hieman myöhässä [5] .

AT&T joutui käymään oikeudellista taistelua Pupinin kanssa hänen vaatimuksestaan ​​- Pupin patentoi menetelmän ensimmäisenä, mutta Campbell oli jo tehnyt käytännön esittelyjä. Oli kuitenkin olemassa vaara, että riita julistettaisiin patentoimattomaksi Heavisiden aiemman työn takia, joten AT&T päätti ostaa Pupinin patenttioption vuosimaksua vastaan ​​ja maksoi hänelle lähes kahden vuosikymmenen ajan [5] . Heavisiden ansioita ei arvostettu asianmukaisesti [1] .

Sovellus

Prosessia, jossa induktorit viedään kaapeliviestintälinjaan, kutsutaan pupinisoimiseksi . Tuloksena on parantunut puhelinsignaalin siirto (vakiotaajuusspektri 0,3-3,4 kHz), mutta korkeammilla taajuuksilla signaalin siirto on huomattavasti huonompi. Pupin-kelojen käyttöä ei voitu hyväksyä myöhemmin, kun korkeataajuisia teknologioita ( xDSL , ISDN ) alettiin ottaa käyttöön kaapelilinjoilla, koska pupinisaatio rikkoo kierretyn parin homogeenisuutta ja muuttaa sen alipäästösuodattimeksi , jonka vaimennus on jyrkästi kasvava . päästökaistan ulkopuolella.

Pupinointia käytettiin erityisen laajalti paikallisissa puhelinverkoissa Yhdysvalloissa (viestintäalue kasvoi 3-5-kertaiseksi [7] ) johtuen tilaajalinjojen suhteellisen suuresta keskimääräisestä pituudesta. Venäjän paikallisissa puhelinverkoissa sitä käytettiin melko harvoin. Esimerkiksi MGTS- verkossa oli noin 5 % kuormitettuja kaapeleita, mutta jopa samaan aikaan oli huomattava todennäköisyys, että näitä keloja kohdataan linjalla xDSL-tekniikoiden käyttöönoton aikana.

Pupin-kelojen havaitsemiseen viestintälinjoissa käytetään kaapelireflektoreita , joissa on kelojen etsintä- ja laskentatoiminto.

Muistiinpanot

Kommentit
  1. ↑ Mikhail Pupin mainitsee muistelmissaan yhdessä Heavisiden kanssa ranskalaisen matemaattisen fyysikon Aimé Vashin , joka myös tutki puhelimen lähetyksen matemaattista teoriaa ja tuli siihen tulokseen, että linjainduktanssia pitäisi lisätä. Samalla Pupin huomauttaa, että "Vashi oli Heavisidea edellä noin kahdella vuodella" ja että hänelle näiden tiedemiesten päätelmät eivät olleet tärkeä löytö, koska noin kaksikymmentä vuotta ennen sitä " Thomsonin ja Kirchhoffin työ teki tämän havainnon ilmeinen” [2] . Kysymys jää, tiesikö Pupin Heavisiden ja Vashin työstä silloin, kun hänellä oli ajatus lisäkelasta. Muistelmista seuraa, että idea syntyi kiipeämällä vuorelle vuonna 1894 [2] , vaikka häneltä ei tuolloin julkaistu mitään [5] .
Lähteet
  1. ↑ 1 2 3 4 Nahin Paul J. Oliver Heaviside Arkistoitu 21. elokuuta 2012 Wayback Machinessa . vivovoco.astronet.ru.
  2. ↑ 1 2 3 Pupin, Michael. Maahanmuuttajasta keksijäksi . - New York, Lontoo: Charles Scribnerin pojat, 1949. - S. 330-336. Arkistoitu 15. helmikuuta 2022 Wayback Machinessa
  3. ↑ Michael Pupin - ETHW . ethw.org . Haettu 13. helmikuuta 2022. Arkistoitu alkuperäisestä 13. helmikuuta 2022.
  4. ↑ Pupin, M.I., Art of Reducing Attenuation of Electrical Waves and Apparatus Siksi US-patentti 0 652 230, jätetty 14. joulukuuta 1899, myönnetty 19. kesäkuuta 1900.
  5. ↑ 1 2 3 4 Brittain, James E., "The Introduction of the Loading Coil: George A. Campbell ja Michael I. Pupin", Technology and Culture , voi. 11, ei. 1 (tammikuu 1970), s. 36-57, The Johns Hopkins University Press Society for the History of Technologyn puolesta.
  6. ↑ The Electrician , 1887 ja jäljennetty (Brittainin mukaan) julkaisussa Heaviside, O, Electromagnetic Theory , s. 112
  7. ↑ 1 2 Pupinization // Suuri Neuvostoliiton Encyclopedia  : [30 nidettä]  / ch. toim. A. M. Prokhorov . - 3. painos - M .  : Neuvostoliiton tietosanakirja, 1969-1978.
  8. ↑ Stone, MS, Electric Circuit , US-patentti 0 578 275, jätetty 10. syyskuuta 1896, myönnetty 2. maaliskuuta 1897.

Kirjallisuus

Linkit