Загрузочная катушка

Индуктор в линии передачи

Катушки Пупина в музее PTT в Белграде (Сербия)

Нагрузочная катушка или нагрузочная катушка — это индуктор , который вставляется в электронную схему для увеличения ее индуктивности . Этот термин возник в 19 веке для обозначения индукторов, используемых для предотвращения искажения сигнала в кабелях телеграфной передачи на большие расстояния. Этот термин также используется для обозначения индукторов в радиоантеннах или между антенной и ее питающей линией , чтобы сделать электрически короткую антенну резонансной на ее рабочей частоте.

Концепция нагрузочных катушек была открыта Оливером Хевисайдом при изучении проблемы низкой скорости передачи сигналов по первому трансатлантическому телеграфному кабелю в 1860-х годах. Он пришел к выводу, что необходима дополнительная индуктивность для предотвращения искажений амплитуды и временной задержки передаваемого сигнала. Математическое условие передачи без искажений известно как условие Хевисайда . Предыдущие телеграфные линии были сухопутными или короче и, следовательно, имели меньшую задержку, а потребность в дополнительной индуктивности была не такой большой. Особенно подвержены этой проблеме подводные кабели связи , но установки начала 20-го века, в которых использовались симметричные пары, часто непрерывно нагружались железной проволокой или лентой, а не дискретно нагрузочными катушками, что позволяло избежать проблемы с уплотнением.

Нагрузочные катушки исторически также известны как катушки Пупина в честь Михайло Пупина , особенно когда они используются для состояния Хевисайда, а процесс их введения иногда называют пупинизацией .

Приложения

Схема сбалансированной телефонной линии. Конденсаторы не являются дискретными компонентами, а представляют собой распределенную емкость между близко расположенными проводниками линии, это показано пунктирными линиями. Нагрузочные катушки предотвращают искажение звукового (голосового) сигнала емкостью линии. Обмотки нагрузочной катушки намотаны так, что магнитный поток, индуцируемый в сердечнике, имеет одинаковое направление для обеих обмоток.

Телефонные линии

(слева) Тороидальная нагрузочная катушка 0,175 Гн для междугородной телефонной линии AT&T из Нью-Йорка в Чикаго, 1922 год. Для каждой из 108 витых пар кабеля требовалась катушка. Катушки были помещены в заполненный маслом стальной резервуар (справа) на телефонном столбе. Кабель требовал загрузки катушек каждые 6000 футов (1,83 км).

Нагрузочные катушки обычно применяются для улучшения тональных амплитудно-частотных характеристик витых симметричных пар в телефонном кабеле. Поскольку витая пара представляет собой сбалансированный формат, для поддержания баланса в каждую ножку пары необходимо вставить половину нагрузочной катушки. Обычно обе эти обмотки формируются на одном сердечнике. Это увеличивает магнитосвязь , без чего количество витков катушки пришлось бы увеличивать. Несмотря на использование общих сердечников, такие нагрузочные катушки не содержат трансформаторов , так как не обеспечивают связи с другими цепями.

Нагрузочные катушки, включенные периодически последовательно с парой проводов, уменьшают затухание на высших голосовых частотах вплоть до частоты среза ФНЧ, образуемое индуктивностью катушек (плюс распределенная индуктивность проводов) и распределенной емкостью. между проводами. Выше частоты среза затухание быстро возрастает. Чем короче расстояние между катушками, тем выше частота среза. Эффект отсечки является артефактом использования сосредоточенных индукторов. При методах нагрузки, использующих непрерывную распределенную индуктивность, отсечка отсутствует.

Без нагрузочных катушек отклик линии определяется сопротивлением и емкостью линии, при этом затухание плавно увеличивается с частотой. При нагрузочных катушках с точно подходящей индуктивностью ни емкость, ни индуктивность не доминируют: отклик плоский, форма сигнала не искажается, а характеристическое сопротивление является резистивным вплоть до частоты среза. Одновременное формирование фильтра звуковой частоты также полезно, поскольку шум снижается.

DSL

При использовании нагрузочных катушек затухание сигнала в цепи остается низким для сигналов в полосе пропускания линии передачи, но быстро увеличивается для частот выше частоты среза звука. Если телефонная линия впоследствии повторно используется для поддержки приложений, требующих более высоких частот, например, в аналоговых или цифровых системах связи или цифровой абонентской линии (DSL), нагрузочные катушки необходимо удалить или заменить. Использование катушек с параллельными конденсаторами образует фильтр с топологией m-производного фильтра , а также пропускает полосу частот выше границы среза. Без удаления для абонентов, находящихся на большом расстоянии, например, более 4 миль (6,4 км) от центрального офиса, поддержка DSL невозможна.

Несущие системы

Американские телефонные кабели начала и середины 20-го века имели нагрузочные катушки с интервалом в милю (1,61 км), обычно в корпусах, вмещающих много катушек. Катушки пришлось снять, чтобы передавать более высокие частоты, но корпуса катушек предоставили удобные места для повторителей цифровых систем с Т-несущей , которые затем могли передавать сигнал со скоростью 1,5 Мбит / с на это расстояние. Из-за более узких улиц и более высокой стоимости меди европейские кабели имели более тонкие провода и меньшее расстояние между ними. Интервалы в километр позволяли европейским системам передавать 2 Мбит/с.

Радиоантенна

Типичная мобильная антенна с расположенной в центре нагрузочной катушкой.

Огромная антенная нагрузочная катушка, использованная на мощной длинноволновой радиотелеграфной станции в Нью-Джерси в 1912 году.

Другой тип нагрузочной катушки используется в радиоантеннах . Монопольные и дипольные радиоантенны предназначены для работы в качестве резонаторов радиоволн; мощность передатчика, подаваемая на антенну через линию передачи антенны , возбуждает стоячие волны напряжения и тока в антенном элементе. Чтобы иметь «естественный» резонанс, антенна должна иметь физическую длину, равную четверти длины волны используемых радиоволн (или кратную этой длине, причем обычно предпочтительны нечетные кратные). При резонансе антенна электрически действует как чистое сопротивление , поглощая всю мощность, подаваемую на нее от передатчика.

Во многих случаях по практическим соображениям необходимо делать антенну короче резонансной длины, это называется электрически короткой антенной. Антенна короче четверти длины волны создает ^{емкостное} реактивное сопротивление ^линии передачи ^. Некоторая часть приложенной мощности отражается обратно в линию передачи и возвращается ^{к передатчику .} Два тока одной и той же частоты, текущие в противоположных направлениях, вызывают ^{стоячие} волны в линии передачи ^, измеряемые как коэффициент стоячей волны (КСВ ⁾ , превышающий единицу. Повышенные токи тратят энергию, нагревая провод, и могут даже перегреть передатчик.

Чтобы сделать электрически короткую антенну резонансной, последовательно с антенной вставляют нагрузочную катушку. Катушка сконструирована так, чтобы иметь индуктивное реактивное сопротивление , равное и противоположное емкостному реактивному сопротивлению короткой антенны, поэтому комбинация реактивных сопротивлений компенсируется. При такой нагрузке антенна оказывает чистое сопротивление линии передачи, предотвращая отражение энергии. Нагрузочная катушка часто размещается у основания антенны, между ней и линией передачи ( базовая загрузка ), но для более эффективного излучения ее иногда вставляют рядом со средней точкой антенного элемента ( центральная загрузка ). ^{[ нужна цитата ]}

Нагрузочные катушки для мощных передатчиков могут иметь сложные требования к конструкции, особенно на низких частотах. Сопротивление излучения коротких антенн может быть очень низким, вплоть до нескольких Ом в диапазонах LF или VLF , где антенны обычно короткие и больше всего необходима индуктивная нагрузка. Поскольку сопротивление обмотки катушки сравнимо с сопротивлением излучения или превышает его, нагрузочные катушки для чрезвычайно электрически коротких антенн должны иметь чрезвычайно низкое сопротивление переменному току на рабочей частоте. Чтобы уменьшить потери на скин-эффект , катушку часто изготавливают из трубок или многослойного провода с однослойными обмотками с разнесенными витками для уменьшения сопротивления эффекту близости . Им часто приходится выдерживать высокое напряжение. Чтобы уменьшить потери мощности из-за диэлектрических потерь , катушку часто подвешивают в воздухе на тонких керамических полосках. Антенны с емкостной нагрузкой, используемые на низких частотах, имеют чрезвычайно узкую полосу пропускания, и поэтому при изменении частоты нагрузочную катушку необходимо регулировать, чтобы настроить антенну на резонанс с новой частотой передатчика. Часто используются вариометры .

Массовая передача энергии

Для снижения потерь из-за высокой емкости на магистральных линиях электропередачи на большие расстояния в схему можно ввести индуктивность с помощью гибкой системы передачи переменного тока (FACTS), статического компенсатора реактивной мощности или статического синхронного последовательного компенсатора . Последовательную компенсацию можно рассматривать как индуктор, подключенный к цепи последовательно, если он обеспечивает индуктивность цепи.

Уравнение Кэмпбелла

Уравнение Кэмпбелла — это соотношение, предложенное Джорджем Эшли Кэмпбеллом для прогнозирования постоянной распространения нагруженной линии. Это указано как; ^[1]

${\displaystyle \cosh \left(\gamma 'd\right)=\cosh(\gamma d)+{\frac {Z}{2Z_{0}}}\sinh(\gamma d)}$

где,

${\displaystyle \gamma \!\,}$- постоянная распространения ненагруженной линии

${\displaystyle \gamma '\!\,}$- константа распространения загруженной линии

${\displaystyle d\!\,}$— интервал между витками на нагруженной линии

${\displaystyle Z\!\,}$- импеданс нагрузочной катушки и

${\displaystyle Z_{0}\!\,}$– характеристическое сопротивление ненагруженной линии.

Более удобное для инженеров практическое правило заключается в том, что приблизительное требование к расположению нагрузочных катушек составляет десять катушек на длину волны максимальной передаваемой частоты. ^[2] Этого приближения можно достичь, рассматривая загруженную линию как фильтр с постоянным k и применяя к ней теорию фильтров изображений . Из базовой теории фильтров изображений угловая частота среза и характеристическое сопротивление фильтра нижних частот с постоянной k определяются выражением;

${\displaystyle \omega _{c}={\frac {1}{\sqrt {L_{\frac {1}{2}}C_{\frac {1}{2}}}}}}$  и,  ${\displaystyle Z_{0}={\sqrt {\frac {L_{\frac {1}{2}}}{C_{\frac {1}{2}}}}}}$

где и – значения элементов полусекции. ${\textstyle L_{\frac {1}{2}}}$ ${\displaystyle C_{\frac {1}{2}}}$

Из этих основных уравнений можно найти необходимую индуктивность нагрузочной катушки и расстояние между катушками;

${\displaystyle L={\frac {Z_{0}}{\omega _{c}}}}$  и,  ${\displaystyle d={\frac {2}{\omega _{c}Z_{0}C}}}$

где C — емкость на единицу длины линии.

Выразив это через количество катушек на длину волны отсечки, получим;

${\displaystyle {\frac {\lambda _{c}}{d}}=\pi vZ_{0}C}$

где v — скорость распространения рассматриваемого кабеля.

С того времени ${\textstyle v={1 \over Z_{0}C}}$

${\displaystyle {\frac {\lambda _{c}}{d}}=\pi }$.

Кэмпбелл пришел к этому выражению по аналогии с механической линией, периодически нагруженной гирями, описанной Чарльзом Годфри в 1898 году, который получил аналогичный результат. Механически нагруженные линии такого типа впервые изучал Жозеф-Луи Лагранж (1736–1813). ^[3]

Явление среза, при котором частоты выше частоты среза не передаются, является нежелательным побочным эффектом загрузки катушек (хотя оно оказалось весьма полезным при разработке фильтров ). Отсечки можно избежать при использовании непрерывной нагрузки, поскольку она возникает из-за сосредоточенной природы нагрузочных катушек. ^[4]

История

Оливер Хевисайд

Оливер Хевисайд

Происхождение нагрузочной катушки можно найти в работах Оливера Хевисайда по теории линий передачи . Хевисайд (1881) представлял линию как сеть бесконечно малых элементов цепи. Применив свое операционное исчисление к анализу этой сети, он обнаружил (1887 г.) то, что стало известно как условие Хевисайда . ^{[5] [6]} Это условие, которое должно быть выполнено, чтобы линия передачи была свободна от искажений . Условие Хевисайда состоит в том, что последовательный импеданс Z должен быть пропорционален проводимости шунта Y на всех частотах. С точки зрения коэффициентов первичной линии условие таково:

${\displaystyle {\frac {R}{G}}={\frac {L}{C}}}$

где:

${\displaystyle R}$последовательное сопротивление линии на единицу длины

${\displaystyle L}$- последовательная самоиндукция линии на единицу длины.

${\displaystyle G}$— шунтирующая проводимость линейного изолятора на единицу длины.

${\displaystyle C}$- шунтирующая емкость между линейными проводниками на единицу длины.

Хевисайд знал, что это условие не соблюдалось в практических телеграфных кабелях, использовавшихся в его время. В общем, настоящий кабель имел бы,

${\displaystyle {\frac {R}{G}}\gg {\frac {L}{C}}}$

Это происходит главным образом из-за низкой величины утечки через изолятор кабеля, которая еще более выражена в современных кабелях, которые имеют лучшие изоляторы, чем во времена Хевисайда. Поэтому, чтобы удовлетворить этому условию, можно попытаться увеличить G или L или уменьшить R или C. Уменьшение R требует проводников большего размера. Медь уже использовалась в телеграфных кабелях, и это самый лучший проводник, если не считать серебра. Уменьшение R означает использование большего количества меди и более дорогого кабеля. Уменьшение C также будет означать более крупный кабель (хотя и не обязательно больше меди). Увеличение G крайне нежелательно; хотя это уменьшит искажения, это в то же время увеличит потери сигнала. Хевисайд рассматривал, но отверг эту возможность, что оставило ему стратегию увеличения L как способа уменьшения искажений. ^[7]

Хевисайд сразу же (1887 г.) предложил несколько методов увеличения индуктивности, включая большее расстояние между проводниками и загрузку изолятора железной пылью. Наконец, Хевисайд сделал предложение (1893 г.) использовать дискретные индукторы через определенные промежутки вдоль линии. ^[8] Однако ему так и не удалось убедить британскую Генеральную прокуратуру принять эту идею. Бриттен объясняет это тем, что Хевисайд не предоставил инженерные подробности о размере и расстоянии между катушками для конкретных параметров кабеля. Эксцентричный характер Хевисайда и его отстранение от истеблишмента, возможно, также сыграли свою роль в его игнорировании. ^[9]

Джон Стоун

Джон С. Стоун работал в Американской телефонной и телеграфной компании (AT&T) и был первым, кто попытался применить идеи Хевисайда к реальным телекоммуникациям. Идея Стоуна (1896 г.) заключалась в использовании запатентованного им биметаллического железо-медного кабеля. ^[10] Этот кабель Стоуна увеличил индуктивность линии из-за содержания железа и потенциально мог соответствовать условию Хевисайда. Однако Стоун покинул компанию в 1899 году, и идея так и не была реализована. ^[11] Трос Стоуна был примером непрерывной нагрузки, принципа, который в конечном итоге был реализован на практике в других формах, см., например, трос Крарупа далее в этой статье.

Джордж Кэмпбелл

Джордж Кэмпбелл был еще одним инженером AT&T, работавшим на их предприятии в Бостоне. Кэмпбеллу было поручено продолжить расследование биметаллического троса Стоуна, но вскоре он отказался от него в пользу нагрузочной катушки. Это было независимое открытие: Кэмпбелл знал о работе Хевисайда по обнаружению условия Хевисайда, но не знал о предложении Хевисайда использовать нагрузочные катушки, чтобы линия могла соответствовать ему. Мотивом смены направления стал ограниченный бюджет Кэмпбелла.

Кэмпбелл изо всех сил пытался организовать практическую демонстрацию по реальному телефонному маршруту с выделенным ему бюджетом. Приняв во внимание, что в его симуляторах искусственных линий использовались сосредоточенные компоненты, а не распределенные величины, обнаруженные в реальной линии, он задался вопросом, нельзя ли вставить индуктивность с сосредоточенными компонентами вместо использования распределенной линии Стоуна. Когда его расчеты показали, что люки на телефонных трассах расположены достаточно близко друг к другу, чтобы можно было вставить нагрузочные катушки без затрат на раскапывание трассы или прокладку новых кабелей, он перешел на этот новый план. ^[12] Самая первая демонстрация нагрузочных катушек на телефонном кабеле состоялась на 46-мильной длине так называемого Питтсбургского кабеля (испытание фактически проходило в Бостоне, кабель ранее использовался для испытаний в Питтсбурге) 6 сентября. 1899 г. осуществлен самим Кэмпбеллом и его помощником. ^[13] Первый телефонный кабель с загруженными линиями, введенный в эксплуатацию, был проложен между Ямайка-Плейн и Вест-Ньютоном в Бостоне 18 мая 1900 года. ^[14]

Работа Кэмпбелла над нагрузочными катушками обеспечила теоретическую основу для его последующих работ над фильтрами, которые оказались столь важными для частотного мультиплексирования . Явление среза нагрузочных катушек, нежелательный побочный эффект, можно использовать для получения желаемой частотной характеристики фильтра. ^{[15] [16]}

Майкл Пупин

Конструкция нагрузочной катушки Пупина

Михаэль Пупин , изобретатель и сербский иммигрант в США, также сыграл свою роль в истории с загрузкой катушек. Пупин подал патент, конкурирующий с патентом Кэмпбелла. ^[17] Этот патент Пупина датирован 1899 годом. Существует более ранний патент ^[18] (1894, подан в декабре 1893 года), который иногда упоминается как патент Пупина на нагрузочную катушку, но на самом деле это нечто иное. Путаницу понять легко: сам Пупин утверждает, что впервые идея нагружать катушки пришла ему в голову во время восхождения на гору в 1894 году, ^[19] хотя в то время от него ничего не было опубликовано. ^[20]

Патент Пупина 1894 года «загружает» линию конденсаторами, а не индукторами, схема, которая подвергалась критике как теоретически ошибочная ^[21] и никогда не применялась на практике. Еще больше путаницы добавляет тот факт, что один из вариантов схемы конденсаторов, предложенный Пупином, действительно имеет катушки. Однако они не предназначены для какой-либо компенсации линии. Они предназначены просто для восстановления непрерывности постоянного тока в линии, чтобы ее можно было протестировать с помощью стандартного оборудования. Пупин утверждает, что индуктивность должна быть настолько большой, чтобы блокировать все сигналы переменного тока частотой выше 50 Гц. ^[22] Следовательно, только конденсатор добавляет какое-либо значительное сопротивление линии, и «катушки не окажут какого-либо существенного влияния на ранее отмеченные результаты». ^[23]

Юридическая битва

Хевисайд так и не запатентовал свою идею; действительно, он не воспользовался коммерческой выгодой ни одной из своих работ. ^[24] Несмотря на юридические споры вокруг этого изобретения, несомненно, что Кэмпбелл был первым, кто фактически сконструировал телефонную цепь с использованием нагрузочных катушек. ^[25] Также не может быть никаких сомнений в том, что Хевисайд был первым, кто опубликовал, и многие будут оспаривать приоритет Пупина. ^[26]

AT&T вела судебную тяжбу с Пупином по поводу его иска. Пупин первым запатентовал, но Кэмпбелл уже провел практические демонстрации еще до того, как Пупин подал заявку на патент (декабрь 1899 г.). ^[27] Задержка Кэмпбелла с подачей иска произошла из-за медленных внутренних махинаций AT&T. ^[28]

Однако AT&T по глупости удалила из предложенной Кэмпбеллом заявки на патент все таблицы и графики, подробно описывающие точное значение индуктивности, которое потребуется перед подачей патента. ^[29] Поскольку патент Пупина содержал (менее точную) формулу, AT&T была открыта для претензий о неполном раскрытии информации. Опасаясь, что существует риск того, что битва закончится тем, что изобретение будет объявлено непатентованным из-за предыдущей публикации Хевисайда, они решили отказаться от вызова и купить опцион на патент Пупина за годовую плату, чтобы AT&T контролировала оба патента. К январю 1901 года Пупину заплатили 200 000 долларов (13 миллионов долларов в 2011 году ^[30] ), а к 1917 году, когда монополия AT&T закончилась и выплаты прекратились, он получил в общей сложности 455 000 долларов (25 миллионов долларов в 2011 году ^[30] ). ^[31]

Это изобретение имело огромную ценность для AT&T. Телефонные кабели теперь можно было использовать на расстоянии, вдвое превышающем возможное ранее, или, альтернативно, на том же расстоянии можно было использовать кабель вдвое худшего качества (и стоимости). Обдумывая, разрешить ли Кэмпбеллу продолжить демонстрацию, их инженеры подсчитали, что им удастся сэкономить 700 000 долларов на затратах на установку новых устройств только в Нью-Йорке и Нью-Джерси. ^[32] Подсчитано, что AT&T сэкономила 100 миллионов долларов в первой четверти 20-го века. ^{[33] [34]} Хевисайд, который все это начал, ушел ни с чем. Ему предложили символическую оплату, но он отказался принять его, желая получить признание за свою работу. Он иронично заметил, что, если бы его предыдущая публикация была принята, это «помешало бы... движению долларов в правильном направлении...». ^[35]

Подводные кабели

Искажения представляют собой особую проблему для подводных кабелей связи , отчасти потому, что их большая длина приводит к увеличению искажений, а также потому, что они более подвержены искажениям, чем открытые провода на опорах, из-за характеристик изоляционного материала. Различные длины волн сигнала распространяются в материале с разными скоростями, вызывая дисперсию . Именно эта проблема на первом трансатлантическом телеграфном кабеле побудила Хевисайда изучить проблему и найти решение. ^[36] Нагрузочные катушки решают проблему дисперсии, и первое их использование на подводном кабеле было в 1906 году Сименсом и Гальске при прокладке кабеля через Боденское озеро . ^[37]

Использование нагрузочных катушек с тяжелыми подводными кабелями связано с рядом трудностей. Выпуклость нагрузочных катушек не могла беспрепятственно пройти через кабелеукладчики кабельных судов и судну приходилось замедлять ход во время укладки нагрузочного катушки. ^[38] Разрывы в местах установки катушек вызвали напряжения в кабеле во время прокладки. Без особой осторожности кабель может сломаться, и его будет трудно отремонтировать. Еще одна проблема заключалась в том, что материаловедение того времени испытывало трудности с герметизацией соединения между катушкой и кабелем от проникновения морской воды. Когда это произошло, кабель был испорчен. ^[39] Для решения этих проблем была разработана непрерывная загрузка, преимуществом которой также является отсутствие частоты среза. ^[40]

Краруп кабель

Датский инженер Карл Эмиль Краруп изобрел форму кабеля с непрерывной нагрузкой, которая решила проблемы дискретных нагрузочных катушек. Кабель Крарупа имеет железные проволоки, непрерывно намотанные вокруг центрального медного проводника, причем соседние витки соприкасаются друг с другом. Этот кабель был первым телекоммуникационным кабелем, в котором использовалась непрерывная нагрузка. ^[41] В 1902 году Краруп написал свою статью на эту тему и стал свидетелем прокладки первого кабеля между Хельсингёром (Дания) и Хельсингборгом (Швеция). ^[42]

Пермаллойный кабель

Конструкция кабеля из пермаллоя

Несмотря на то, что кабель Крарупа добавлял индуктивность линии, этого было недостаточно для выполнения условий Хевисайда. AT&T искала лучший материал с более высокой магнитной проницаемостью . В 1914 году Густав Эльмен открыл пермаллой — магнитный отожженный сплав никеля и железа. В ц. В 1915 году Оливер Э. Бакли , Х.Д. Арнольд и Элмен, все из Bell Labs , значительно улучшили скорость передачи данных, предложив метод построения подводного кабеля связи с использованием пермаллоевой ленты, обернутой вокруг медных проводников. ^[43]

Кабель был испытан в ходе испытаний на Бермудских островах в 1923 году. Первый пермаллоевый кабель, введенный в эксплуатацию, соединил Нью-Йорк и Орту (Азорские острова) в сентябре 1924 года. ^[43] Пермаллоевый кабель позволил увеличить скорость передачи сигналов по подводным телеграфным кабелям до 400 слов. /мин в то время, когда 40 слов/мин считалось хорошим. ^[44] Первое трансатлантическое кабельное сообщение достигало всего двух слов в минуту. ^[45]

Му-металлический кабель

Му-металлическая конструкция кабеля

Мю-металл имеет магнитные свойства, аналогичные пермаллою, но добавление меди в сплав увеличивает пластичность и позволяет вытягивать металл в проволоку. Кабель из мю-металла легче изготовить, чем кабель из пермаллоя, мю-металл наматывается вокруг медного проводника с сердечником почти так же, как железная проволока в кабеле Krarup. Еще одним преимуществом мю-металлического троса является то, что его конструкция допускает переменный профиль нагрузки, при этом нагрузка сужается к концам.

Мю-металл был изобретен в 1923 году компанией Telegraph Construction and Maintenance Company в Лондоне, ^[46] которая производила кабель первоначально для Western Union Telegraph Co. Western Union конкурировала с AT&T и Western Electric Company , которые использовали пермаллой. Патент на пермаллой принадлежал компании Western Electric, что не позволяло Western Union использовать его. ^[47]

Загрузка патча

Непрерывная загрузка кабелей обходится дорого и поэтому производится только в случае крайней необходимости. Сосредоточенная загрузка катушками дешевле, но имеет недостатки, заключающиеся в сложных уплотнениях и определенной частоте среза. Компромиссной схемой является патч-загрузка , при которой кабель непрерывно нагружается повторяющимися участками. Промежуточные секции остаются незагруженными. ^[48]

Текущая практика

Нагруженный кабель больше не является полезной технологией для подводных кабелей связи: сначала его заменил коаксиальный кабель с использованием линейных повторителей с электрическим питанием , а затем оптоволоконный кабель . Производство нагруженного кабеля сократилось в 1930-е годы, а после Второй мировой войны его вытеснили другие технологии . ^[49] Нагрузочные катушки до сих пор можно найти на некоторых стационарных телефонных линиях, но в новых установках используются более современные технологии.

Смотрите также

• Электрическое удлинение
• Антенный тюнер
• Фильтр постоянного k
• Разгруженный фантом

Рекомендации

1. Бриттен, с. 43
2. Бриттен, с. 42
3. Мейсон, с. 409
4. Бакши и Бакши, с. 1,56
5. Хевисайд, О., «Электромагнитная индукция и ее распространение», The Electrician , 3 июня 1887 г.
6. Хевисайд, О., Электротехническая документация , том. 1, стр. 139–140, Бостон, 1925.
7. Бриттен, стр. 39-40.
8. Электрик , 1887 г. и воспроизведено (по Бриттену) в Хевисайде, О, Электромагнитная теория , стр. 112
9. Бриттен, с. 40
10. Стоун, MS, Электрическая цепь , патент США 0 578 275, подан 10 сентября 1896 г., выдан 2 марта 1897 г.
11. Бриттен, стр. 40-41.
12. Бриттен, стр. 42-45.
13. Бриттен, стр. 43-44.
14. Бриттен с. 45
15. Кэмпбелл, Джорджия, «Физическая теория электрического волнового фильтра», Bell System Tech J , ноябрь 1922 г., том. 1, нет. 2, стр. 1-32.
16. Бриттен, с. 56
17. Пупин, М., Искусство уменьшения затухания электрических волн и устройство для этого , патент США 0 652 230, поданный 14 декабря 1899 г., выданный 19 июня 1900 г.
18. Пупин, М., Устройство для телеграфной телефонной передачи , патент США 0 519 346, подан 14 декабря 1893 г., выдан 8 мая 1894 г.
19. Пупин, Мичиган, От иммигранта к изобретателю , стр. 330-331, Charles Schribner & Sons, 1924.
20. Бриттен, с. 46
21. Бриттен, с. 46, цитируя современную критику в журнале Electrical Review и эксперименты GPO, показывающие , что схема не работает.
22. Пупин, 1894, с. 5 строк 75-83
23. Пупин, 1894, с. 5 строк 123-125
24. Брей, с. 53
25. Бриттен с. 56
26. Бриттен, стр. 36, 48–50.
    Беренд Сирлу, в письме, цитируемом Бриттеном, стр. 37.
    Сирл Беренду, 1931, в письме, цитируемом Бриттеном, стр. 37,
    Нахин, стр. 276.
27. Пупин, М.И., Искусство уменьшения затухания электрических волн и соответствующее оборудование , патент США № 0 652 230, поданный 14 декабря 1899 г., выданный 19 июня 1900 г.
28. Бриттен, с. 44
29. Бриттен с. 44-45
30. Сэмюэл Х. Уильямсон, «Семь способов расчета относительной стоимости суммы в долларах США с 1774 года по настоящее время» (современный уровень жизни), MeasuringWorth , апрель 2013 г.
31. Бриттен, стр. 54, 55 (сноска), 57.
32. Бриттен, с. 45
33. Бриттен, с. 36
34. Шоу, Т. и Фондиллер, В., «Разработки и применение нагрузки для телефонных цепей», Труды Американского института инженеров-электриков , том. 45, стр. 291–292, 1926.
35. Бриттен цитирует письмо Хевисайда Беренду, 1918 год.
36. Гриффитс, с. 237
37. Ньюэлл, с. 478
38. Ньюэлл, с. 479
39. Британика, 1911 г.
40. Ньюэлл, с. 479
41. Краг, с. 129
42. Хюрдерман, стр. 321-322.
43. Хуурдеман, стр.314
44. Хуурдеман, с. 308
45. Мэй, стр. 947, 950.
46. Смит, В.С., Гарнетт, Х.Дж., Новые и улучшенные магнитные сплавы и их применение в производстве телеграфных и телефонных кабелей , Патент GB224972, подан 25 августа 1923 г., выдан 25 ноября 1925 г. Запатентован в США как US1582353 и US1552769.
47. Зеленый
48. Бакши и Бакши, с. 1,55
49. Зеленый

Библиография

• Бакши, Вирджиния; Бакши А.В., Линии передачи и волноводы , Технические публикации, 2009 ISBN  8184316348 .
• Брей, Дж., Инновации и революция в области коммуникаций , Институт инженеров-электриков, 2002, ISBN 0852962185 . 
• Бриттен, Джеймс Э., «Представление нагрузочной катушки: Джордж А. Кэмпбелл и Майкл И. Пупин», Technology and Culture , vol. 11, нет. 1, стр. 36–57, Издательство Университета Джонса Хопкинса от имени Общества истории технологий, январь 1970 г.
• Годфри, Чарльз, «О разрывах, связанных с распространением волнового движения вдоль периодически нагруженной струны», Philosophical Magazine , сер. 5, том. 45, нет. 275, стр. 356–363, апрель 1898 г.
• Грин, Аллан, «150 лет промышленности и предпринимательства на пристани Эндерби», Конференция столетия Флеминга , Университетский колледж, июль 2004 г., взято из журнала «История атлантического кабеля и подводных коммуникаций», 16 января 2009 г.

• Гриффитс, Хью, «Оливер Хевисайд», гл. 6 в, Саркар, Тапан К ; Майу, Роберт Дж; Олинер, Артур А ; Салазар-Пальма, Магдалена; Сенгупта, Дипак Л., История беспроводной связи , Wiley, 2006 ISBN 0471783013 . 
• Хевисайд, О., Документы по электротехнике , Книжный магазин Американского математического общества, 1970 (переиздание 1892 года) OCLC  226973918.
• Хуурдеман, А.А., Всемирная история телекоммуникаций , Wiley-IEEE, 2003, ISBN 0471205052 . 
• Краг, Х., «Кабель Крарупа: изобретение и раннее развитие», Technology and Culture , vol. 35, нет. 1, стр. 129–157, Издательство Университета Джонса Хопкинса от имени Общества истории технологий, январь 1994 г.
• Мейсон, Уоррен П., «Электрические и механические аналогии», Технический журнал Bell System , том. 20, нет. 4, стр. 405–414, октябрь 1941 г.
• Мэй, Эрл Чапин, «Четыре миллиона на «пермаллое» — чтобы победить!», Popular Mechanics , vol. 44, нет. 6, стр. 947–952, декабрь 1925 г., ISSN  0032-4558.
• Нахин, Пол Дж., Оливер Хевисайд: жизнь, работа и времена электрического гения викторианской эпохи , JHU Press, 2002 ISBN 0801869099 . 
• Ньюэлл, Э.Л., «Нагрузочные катушки для океанских кабелей», Труды Американского института инженеров-электриков, Часть I: Связь и электроника , том. 76, вып. 4, стр. 478–482, сентябрь 1957 г.
•  Эта статья включает общедоступные материалы из Федерального стандарта 1037C. Управление общего обслуживания . Архивировано из оригинала 22 января 2022 года. (в поддержку MIL-STD-188 ).

Внешние ссылки

• Аллан Грин, «150 лет промышленности и предпринимательства на пристани Эндерби», История атлантического кабеля и подводных коммуникаций . Включает фотографии постоянно нагруженного кабеля.