Pupin Coil

Pupins spole er en induktor  , der bruges på kabelkommunikationslinjer for at øge rækkevidden af ​​telefonkommunikation. Opkaldt efter Mikhail Pupin , professor ved Columbia University, som modtog det første patent for det.

Historie

Ved begyndelsen af ​​udviklingen af ​​telefonkommunikation opstod problemet med umuligheden af ​​kommunikation over lange afstande på grund af forvrængning af det elektriske signal i kabellinjen på grund af tilstedeværelsen af ​​en distribueret induktans i lederne og en fordelt kapacitans mellem konduktører. Telegrafsignalet passerede uden problemer gennem ledningen, da det havde et relativt lavt frekvensspektrum. Frekvensspektret af telefonsignalet var meget bredere, hvilket resulterede i, at samtalepartnerne efter adskillige snesevis af kilometer ikke kunne se hinandens tale på grund af betydelig dæmpning (dæmpning) af højfrekvente komponenter i spektret [1 ] .

Den nemmeste måde at reducere linjedæmpningen for telefonsignalets højfrekvente komponenter på var kunstigt at øge linjeinduktansen. Columbia University professor Mikhail Pupin foreslog at inkludere induktorer i serier i en linje, han var i stand til at beregne, hvor mange sådanne spoler ville være nødvendige, og hvilke intervaller der skulle være mellem dem, baseret på Lagranges analytiske mekanik . I 1894, mens han studerede udbredelsen af ​​bølger i en vibrerende streng, bemærkede han, at bølger spredte sig langsommere, hvis vægte blev suspenderet fra strengen med jævne mellemrum, og anvendte denne opdagelse på en telefonlinje [2] [3] . I december 1899 indgav han en ansøgning, og i juni 1900 modtog han et patent [4] .

Heavisides forskning

Meget tidligere, i 1887, fremsatte Oliver Heaviside [* 1] et lignende forslag med matematisk begrundelse . Han ejede også ideen (1893 [6] ) om en ekstra spole af kobbertråd med en induktans større end den for et givet segment af kabellinjen [1] . Heaviside viste, at det er muligt at minimere stigningen i dæmpning af en kabelkommunikationslinje med stigende frekvens, hvis linjeparametrene pr. længdeenhed er relateret af relationen [7] :

hvor

 - aktiv elektrisk modstand ;  - kapacitet;  - induktans;  - elektrisk ledningsevne .

Heaviside bragte ikke sit forslag til praktisk anvendelse, idet han mente, at det ville blive afvist som absurd af det britiske postkontor, hvor William G. Preece var den tekniske ekspert , "nedsættende for teoretikere og ikke vige for matematikernes ideer." Preece var Heavisides modstander i striden - Preeces ligning for beregning af den maksimale længde af et kabel til telefonkommunikation uden forvrængning (i hans artikel i 1887, som Heaviside svarede på tre måneder senere med sin begrundelse) relaterede impedans og resistivitet og kapacitans, fuld længde , vilkårlige parametre for kædematerialer og dens konfiguration. Men i praksis tog Preeces ligning ikke alle funktionerne i signaludbredelsen i betragtning – for eksempel "forbød" ligningen én velfungerende Boston-Chicago telefonlinje. Preeces åbenlyse afvisning var forårsaget af Heavisides idé om muligheden for at eliminere signalforvrængning i linjen ikke ved at reducere, men tværtimod ved at øge dens induktans [1] .

Designet af AT&T

John S. Stone , som arbejdede hos American Bell Telephone Company (siden 1899 - AT & T ) , forsøgte at anvende Heavisides ideer til rigtige kommunikationslinjer . Stones idé var at bruge et bimetallisk jern-kobberkabel, patenteret af ham i 1896 [8] . Et sådant kabel øgede ledningens induktans på grund af jernindholdet og kunne med et vist design opfylde Heaviside-betingelserne. Stone forlod dog virksomheden i 1899 uden at være klar over sin idé [5] .

AT&T-ingeniøren George Campbell fik til opgave at fortsætte Stones kabelforskning men han opgav snart et sådant kabel til fordel for yderligere spoler. Det var en uafhængig opfindelse - Campbell var klar over Heavisides teoretiske arbejde, men var ikke klar over Heavisides forslag om at bruge yderligere spoler. Han demonstrerede sådanne spoler på en 46-mils kabellinje i september 1899 og ansøgte, noget forsinket, om et patent [5] .

AT&T blev tvunget til at gå ind i en juridisk kamp med Pupin om hans krav - Pupin var den første til at patentere metoden, men Campbell havde allerede lavet praktiske demonstrationer. Der var dog en risiko for, at retssagen ville ende med at blive erklæret upatenterbar på grund af Heavisides tidligere arbejde, så AT&T besluttede at købe en option på Pupins patent for et årligt gebyr og betalte ham i næsten to årtier fremover [5] . Heavisides fordele modtog ikke behørig påskønnelse [1] .

Ansøgning

Processen med at introducere induktorer på en kabelkommunikationslinje kaldes pupinisering . Resultatet er forbedret telefonsignaltransmission (standard frekvensspektrum 0,3-3,4 kHz), men ved højere frekvenser er signaltransmissionen væsentligt dårligere. Brugen af ​​Pupin-spoler var senere uacceptabel, da højfrekvente teknologier ( xDSL , ISDN ) begyndte at blive introduceret på kabellinjer, da pupinisering krænker homogeniteten af ​​det snoede par, hvilket gør det til et lavpasfilter med en kraftigt stigende dæmpning ud over pasbåndet.

Pupinisering blev især udbredt på lokale telefonnetværk i USA (kommunikationsrækkevidden steg med 3-5 gange [7] ) på grund af den relativt store gennemsnitlige længde af abonnentlinjer. På lokale telefonnetværk i Rusland blev det brugt ret sjældent. For eksempel havde MGTS -netværket omkring 5 % af belastede kabler, men selv på samme tid var der en betydelig sandsynlighed for, at disse spoler ville blive stødt på linjen under udrulningen af ​​xDSL-teknologier.

Til at detektere Pupin-spoler i kommunikationslinjer anvendes kabelreflektometre med funktionen at søge og tælle spoler.

Noter

Kommentarer
  1. ↑ Mikhail Pupin nævner i sine memoirer sammen med Heaviside den franske matematiske fysiker Aimé Vashi , som også studerede den matematiske teori om telefontransmission og kom til den konklusion, at linjeinduktansen skulle øges. Samtidig bemærker Pupin, at "Vashi var foran Heaviside med omkring to år", og at for ham var konklusionerne fra disse videnskabsmænd ikke en vigtig opdagelse, eftersom omkring tyve år før, at " Thomsons og Kirchhoffs arbejde gjorde denne observation indlysende” [2] . Spørgsmålet er stadig, om Pupin vidste om Heaviside og Vashis arbejde på det tidspunkt, hvor han havde ideen om yderligere induktorer. Af erindringerne følger det, at ideen opstod under bestigningen af ​​bjerget i 1894 [2] , selvom der ikke blev offentliggjort noget fra ham på det tidspunkt [5] .
Kilder
  1. ↑ 1 2 3 4 Nahin Paul J. Oliver Heaviside Arkiveret 21. august 2012 på Wayback Machine . vivovoco.astronet.ru.
  2. ↑ 1 2 3 Pupin, Michael. Fra immigrant til opfinder . - New York, London: Charles Scribners sønner, 1949. - S. 330-336. Arkiveret 15. februar 2022 på Wayback Machine
  3. ↑ Michael Pupin - ETHW . ethw.org . Hentet 13. februar 2022. Arkiveret fra originalen 13. februar 2022.
  4. ↑ Pupin, M.I., Art of Reducing Attenuation of Electrical Waves and Apparatus Derfor , US patent 0 652 230, indleveret 14. december 1899, udstedt 19. juni 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 (januar 1970), s. 36-57, Johns Hopkins University Press på vegne af Society for the History of Technology.
  6. ↑ The Electrician , 1887 og gengivet (ifølge Brittain) i Heaviside, O, Electromagnetic Theory , s.112
  7. ↑ 1 2 Pupinisering // Great Soviet Encyclopedia  : [i 30 bind]  / kap. udg. A. M. Prokhorov . - 3. udg. - M .  : Sovjetisk encyklopædi, 1969-1978.
  8. ↑ Stone, MS, Electric Circuit , US patent 0 578 275, indleveret 10. september 1896, udstedt 2. marts 1897.

Litteratur

Links