Bobina de Pupin

 La bobina de Pupin es un inductor que se utiliza en las líneas de comunicación por cable para aumentar el alcance de la comunicación telefónica. Nombrado en honor a Mikhail Pupin , profesor de la Universidad de Columbia, quien recibió la primera patente para él.

Historia

En los albores del desarrollo de las comunicaciones telefónicas surgió el problema de la imposibilidad de comunicación a largas distancias debido a la distorsión de la señal eléctrica en la línea de cable por la presencia de una inductancia distribuida en los conductores y una capacitancia distribuida entre los conductores La señal del telégrafo pasaba por la línea sin problemas, ya que tenía un espectro de frecuencia relativamente bajo. El espectro de frecuencia de la señal telefónica era mucho más amplio, como resultado de lo cual, después de varias decenas de kilómetros, los interlocutores no podían distinguirse debido a la atenuación significativa (atenuación) de los componentes de alta frecuencia del espectro [1 ] .

La forma más sencilla de reducir la atenuación de la línea para los componentes de alta frecuencia de la señal telefónica era aumentar artificialmente la inductancia de la línea. El profesor de la Universidad de Columbia, Mikhail Pupin , sugirió incluir inductores en serie en una línea, pudo calcular cuántas bobinas de este tipo se necesitarían y qué intervalos deberían haber entre ellas, según la mecánica analítica de Lagrange . En 1894, mientras estudiaba la propagación de ondas en una cuerda vibrante, notó que las ondas se disipaban más lentamente si se suspendían pesos de la cuerda a intervalos regulares, y aplicó este descubrimiento a una línea telefónica [2] [3] . En diciembre de 1899 presentó una solicitud y en junio de 1900 recibió una patente [4] .

La investigación de Heaviside

Mucho antes, en 1887, Oliver Heaviside [* 1] hizo una propuesta similar con justificación matemática . También poseyó la idea (1893 [6] ) de una bobina adicional de alambre de cobre con una inductancia mayor que la de un segmento dado de la línea de cable [1] . Heaviside demostró que es posible minimizar el aumento de la atenuación de una línea de comunicación por cable con el aumento de la frecuencia si los parámetros de la línea por unidad de longitud están relacionados por la relación [7] :

dónde

- resistencia eléctrica  activa ;  - capacidad;  - inductancia;  - conductividad eléctrica .

Heaviside no llevó su propuesta a la aplicación práctica, creyendo que sería rechazada por absurda por la Oficina General de Correos británica, donde William G. Preece era el experto técnico , "despreciando a los teóricos y no dando paso a las ideas de los matemáticos". Preece fue el oponente de Heaviside en la disputa: la ecuación de Preece para calcular la longitud máxima de un cable para comunicación telefónica sin distorsión (en su artículo de 1887, al que Heaviside respondió tres meses después con su justificación) impedancia relacionada y resistividad y capacitancia, longitud completa , parámetros arbitrarios de los materiales de la cadena y su configuración. Sin embargo, en la práctica, la ecuación de Preece no tuvo en cuenta todas las características de la propagación de la señal; por ejemplo, la ecuación "prohibía" una línea telefónica Boston-Chicago que funcionara bien. El evidente rechazo de Preece fue provocado por la idea de Heaviside de la posibilidad de eliminar la distorsión de la señal en la línea no reduciendo, sino, por el contrario, aumentando su inductancia [1] .

Diseñado por AT&T

John S. Stone , que trabajaba en la American Bell Telephone Company (desde 1899 - AT&T ) , trató de aplicar las ideas de Heaviside a las líneas de comunicación reales . La idea de Stone era utilizar un cable bimetálico de hierro y cobre patentado por él en 1896 [8] . Dicho cable aumentaba la inductancia de la línea debido al contenido de hierro y, con cierto diseño, podía cumplir la condición de Heaviside. Sin embargo, Stone abandonó la empresa en 1899 sin concretar su idea [5] .

Se asignó al ingeniero de AT&T, George Campbell , para continuar con la investigación de cables de Stone pero pronto abandonó dicho cable en favor de bobinas adicionales. Fue una invención independiente: Campbell estaba al tanto del trabajo teórico de Heaviside, pero no estaba al tanto de la sugerencia de Heaviside de usar bobinas adicionales. Hizo una demostración de tales bobinas en una línea de cable de 46 millas en septiembre de 1899 y, algo tarde, solicitó una patente [5] .

AT&T se vio obligado a entablar una batalla legal con Pupin por su reclamo: Pupin fue el primero en patentar el método, pero Campbell ya había realizado demostraciones prácticas. Sin embargo, existía el riesgo de que el litigio terminara siendo declarado no patentable debido al trabajo anterior de Heaviside, por lo que AT&T decidió comprar una opción sobre la patente de Pupin por una tarifa anual y le pagó durante las próximas dos décadas [5] . Los méritos de Heaviside no recibieron la debida apreciación [1] .

Aplicación

El proceso de introducción de inductores en una línea de comunicación por cable se denomina pupinización . El resultado es una mejor transmisión de la señal telefónica (espectro de frecuencia estándar de 0,3 a 3,4 kHz), pero a frecuencias más altas la transmisión de la señal es significativamente peor. El uso de bobinas Pupin fue posteriormente inaceptable, cuando las tecnologías de alta frecuencia ( xDSL , ISDN ) comenzaron a introducirse en las líneas de cable, ya que la pupinización viola la homogeneidad del par trenzado, convirtiéndolo en un filtro de paso bajo con una atenuación cada vez mayor. más allá de la banda de paso.

La pupinización se usó especialmente en las redes telefónicas locales de los Estados Unidos (el rango de comunicación aumentó de 3 a 5 veces [7] ) debido a la longitud promedio relativamente grande de las líneas de abonado. En las redes telefónicas locales en Rusia, se usó muy raramente. Por ejemplo, la red MGTS tenía alrededor del 5 % de los cables cargados; sin embargo, incluso al mismo tiempo, había una probabilidad significativa de que estas bobinas se encontraran en la línea durante la implementación de las tecnologías xDSL.

Para detectar bobinas de Pupin en líneas de comunicación, se utilizan reflectómetros de cable con función de búsqueda y recuento de bobinas.

Notas

Comentarios
  1. ↑ Mikhail Pupin en sus memorias, junto con Heaviside, menciona al físico matemático francés Aimé Vashi , quien también estudió la teoría matemática de la transmisión telefónica y llegó a la conclusión de que se debe aumentar la inductancia de la línea. Al mismo tiempo, Pupin señala que “Vashi se adelantó a Heaviside en unos dos años” y que para él las conclusiones de estos científicos no fueron un descubrimiento importante, ya que unos veinte años antes que “el trabajo de Thomson y Kirchhoff hizo esta observación obvio” [2] . Queda la pregunta de si Pupin conocía el trabajo de Heaviside y Vashi en el momento en que tuvo la idea de inductores adicionales. De las memorias se desprende que la idea surgió mientras escalaba la montaña en 1894 [2] , aunque nada de él fue publicado en ese momento [5] .
Fuentes
  1. ↑ 1 2 3 4 Nahin Paul J. Oliver Heaviside Archivado el 21 de agosto de 2012 en Wayback Machine . vivovoco.astronet.ru.
  2. ↑ 1 2 3 Pupin, Michael. De inmigrante a inventor . - Nueva York, Londres: Charles Scribner's Sons, 1949. - S. 330-336. Archivado el 15 de febrero de 2022 en Wayback Machine .
  3. ↑ Michael Pupin-ETHW . ethw.org . Consultado el 13 de febrero de 2022. Archivado desde el original el 13 de febrero de 2022.
  4. ↑ Pupin, M.I., Art of Reducing Attenuation of Electrical Waves and Apparatus Therefore , patente estadounidense 0 652 230, presentada el 14 de diciembre de 1899, emitida el 19 de junio de 1900.
  5. ↑ 1 2 3 4 Brittain, James E., "La introducción de la bobina de carga: George A. Campbell y Michael I. Pupin", Tecnología y cultura , vol. 11, núm. 1 (enero de 1970), págs. 36-57, The Johns Hopkins University Press en nombre de la Sociedad para la Historia de la Tecnología.
  6. ↑ The Electrician , 1887 y reproducido (según Brittain) en Heaviside, O, Electromagnetic Theory , p.112
  7. ↑ 1 2 Pupinización // Gran enciclopedia soviética  : [en 30 volúmenes]  / cap. edición A. M. Projorov . - 3ra ed. - M.  : Enciclopedia soviética, 1969-1978.
  8. ↑ Stone, MS, Electric Circuit , patente estadounidense 0 578 275, presentada el 10 de septiembre de 1896, emitida el 2 de marzo de 1897.

Literatura

Enlaces