A Pupin tekercs egy induktor , amelyet kábeles kommunikációs vonalakon használnak a telefonkommunikáció hatótávolságának növelésére. Nevét Mikhail Pupinról , a Columbia Egyetem professzoráról kapta, aki megkapta az első szabadalmat.
A telefonkommunikáció fejlődésének hajnalán felmerült az a probléma, hogy a nagy távolságok közötti kommunikáció lehetetlenné válik a kábelvonal elektromos jelének torzulása miatt a vezetőkben elosztott induktivitás és a megosztott kapacitás között. karmesterek. A távírójel probléma nélkül haladt át a vonalon, mivel viszonylag alacsony frekvenciájú volt. A telefonjel frekvenciaspektruma jóval szélesebb volt, aminek következtében több tíz kilométer megtétele után a beszélgetőpartnerek a spektrum nagyfrekvenciás összetevőinek jelentős csillapítása (csillapítása) miatt nem tudták kivenni egymás beszédét [1 ] .
A telefonjel nagyfrekvenciás összetevőinél a vonalcsillapítás csökkentésének legegyszerűbb módja a vonali induktivitás mesterséges növelése volt. A Columbia Egyetem professzora , Mikhail Pupin azt javasolta, hogy az induktorokat sorba foglalják egy sorba, és Lagrange analitikai mechanikája alapján ki tudta számítani, hány ilyen tekercsre lesz szükség, és milyen intervallumok legyenek közöttük . 1894-ben, miközben a hullámok rezgő húrban való terjedését tanulmányozta, megállapította, hogy a hullámok lassabban oszlanak szét, ha rendszeres időközönként súlyokat függesztenek fel a húrra, és ezt a felfedezést egy telefonvonalra alkalmazta [2] [3] . 1899 decemberében kérelmet nyújtott be, majd 1900 júniusában szabadalmat kapott [4] .
Sokkal korábban, 1887-ben Oliver Heaviside [* 1] tett hasonló javaslatot matematikai indoklással . Ő volt az ötlet (1893 [6] ) egy további rézhuzal tekercsről is, amelynek induktivitása nagyobb, mint a kábelvonal adott szakaszának [1] . Heaviside kimutatta, hogy a növekvő frekvenciájú kábeles kommunikációs vonal csillapításának növekedése minimálisra csökkenthető, ha az egységnyi hosszonkénti vonalparamétereket a [7] összefüggés kapcsolja össze :
ahol
- aktív elektromos ellenállás ; - kapacitás; - induktivitás; - elektromos vezetőképesség .Heaviside nem vitte gyakorlati alkalmazásra javaslatát, mert úgy gondolta, hogy a brit General Post Office, ahol William G. Preece volt a műszaki szakértő, mint abszurdumot elutasítja , "becsmérli az elméletalkotókat, és nem enged teret a matematikusok elképzeléseinek". Preece volt Heaviside ellenfele a vitában – Preece egyenlete a telefonkommunikációs kábel maximális hosszának kiszámítására torzítás nélkül (1887-es cikkében, amelyre Heaviside három hónappal később válaszolt indoklásával) kapcsolatos impedanciával és ellenállással és kapacitással, teljes hosszban , láncanyagok tetszőleges paraméterei és konfigurációja. A gyakorlatban azonban a Preece-féle egyenlet nem vette figyelembe a jelterjedés minden jellemzőjét – például az egyenlet „megtiltotta” egy jól működő Boston-Chicago telefonvonalat. Preece nyilvánvaló elutasítását Heaviside azon ötlete okozta, hogy a vonalban a jeltorzulást nem az induktivitás csökkentésével, hanem éppen ellenkezőleg, növelésével lehet kiküszöbölni [1] .
John S. Stone , aki az American Bell Telephone Company-nál dolgozott (1899 óta – AT&T ) , megpróbálta Heaviside ötleteit valódi kommunikációs vonalakra alkalmazni . Stone ötlete az volt, hogy az általa 1896-ban szabadalmaztatott bimetál vas-réz kábelt használjon [8] . Egy ilyen kábel a vastartalom miatt megnövelte a vezeték induktivitását, és egy bizonyos kialakítással megfelelhetett a Heaviside feltételnek. Stone azonban 1899-ben elhagyta a céget anélkül, hogy megvalósította volna az elképzelését [5] .
George Campbell AT&T mérnököt bízták meg a Stone kábelkutatásának folytatásával de hamarosan felhagyott egy ilyen kábellel, és további tekercseket választott. Ez egy független találmány volt – Campbell ismerte Heaviside elméleti munkáját, de nem volt tisztában Heaviside további tekercsek használatára vonatkozó javaslatával. Ilyen tekercseket mutatott be egy 46 mérföldes kábelvonalon 1899 szeptemberében, és kissé megkésve szabadalmi kérelmet nyújtott be [5] .
Az AT&T kénytelen volt jogi csatába bocsátkozni Pupinnal a követelése miatt – Pupin volt az első, aki szabadalmaztatta a módszert, de Campbell már végzett gyakorlati bemutatókat. Fennállt azonban annak a veszélye, hogy Heaviside korábbi munkája miatt a peres eljárást végül nem szabadalmaztatják, ezért az AT&T úgy döntött, hogy éves díj ellenében opciót vásárol Pupin szabadalmára, és fizetett neki a következő közel két évtizedig [5] . Heaviside érdemei nem kaptak kellő elismerést [1] .
Az induktorok kábeles kommunikációs vonalon történő bevezetésének folyamatát pupinizációnak nevezzük . Az eredmény javult a telefonjelátvitel (normál frekvenciaspektrum 0,3-3,4 kHz), de magasabb frekvenciákon a jelátvitel lényegesen rosszabb. A Pupin tekercsek használata később elfogadhatatlan volt, amikor a kábelvonalakon elkezdték bevezetni a nagyfrekvenciás technológiákat ( xDSL , ISDN ), mivel a pupinizálás megsérti a csavart érpár homogenitását, és aluláteresztő szűrővé alakítja, erősen növekvő csillapítással. az áteresztősávon túl.
A pupinizálást különösen széles körben alkalmazták az Egyesült Államok helyi telefonhálózatain (3-5-szörösére nőtt a kommunikációs hatótáv [7] ) az előfizetői vonalak viszonylag nagy átlagos hossza miatt. Az oroszországi helyi telefonhálózatokon meglehetősen ritkán használták. Például az MGTS hálózatban a kábelek körülbelül 5%-a volt terhelve, azonban még ezzel egy időben is jelentős volt a valószínűsége annak, hogy ezekkel a tekercsekkel találkozni kell a vonalon az xDSL technológiák bevezetése során.
A Pupin tekercsek észlelésére a kommunikációs vonalakban kábelreflektométereket használnak tekercsek kereső és számláló funkciójával.