Катушка Пупина — катушка индуктивности, применяемая на медных кабелях и линиях связи для увеличения дальности голосовой связи.

История

На заре развития телефонной связи возникала проблема невозможности связи на большие расстояние из-за искажений электрического сигнала в линии из-за наличия у проводника индуктивности. Телеграфные низкочастотные коды проходили без проблем, а вот телефонный спектр искажался, в результате чего через несколько десятков миль собеседники не могли разобрать речь друг друга. Проблема, требовавшая скорейшего решения, состояла в следующем: как предохранить высокочастотный сигнал от искажения при его передаче по кабельной линии связи?

При самой высокой скорости передачи телеграфного сообщения азбукой Морзе сигналы не имеют важных составляющих в частотном диапазоне более 100 Гц. Для передачи же речи необходим диапазон в тысячи герц. Уильям Г. Прис, технический эксперт Главного почтового управления Великобритании, пренебрежительно относился к теоретикам и не давал ходу идеям математиков. Прис имел «твердые» представления о том, какими должны быть кабельные линии связи. Оливер Хевисайд, выдающийся физик викторианской эпохи, замкнутый человек, выступавший с резкой критикой своих оппонентов на страницах печатных изданий, опубликовал свои не менее «твердые», но совершенно противоположные представления, после чего они обменялись через печать язвительными замечаниями. Спор между ними все более разгорался и вскоре привлек к себе пристальное внимание.

Статья, опубликованная Присом в 1887 г., в которой он вывел уравнение для подсчета максимальной длины кабеля для телефонной связи без искажений, можно сказать, задержала развитие дальней связи в Великобритании почти на 20 лет. Его уравнение связывало полное и удельное сопротивление, ёмкость, полную длину, произвольные параметры материалов цепи и её конфигурацию. Хотя Прис постоянно манипулировал введенными им параметрами, ему так и не удалось добиться того, чтобы с помощью них учитывать всё: одна телефонная линия, соединившая Бостон и Чикаго, которую его уравнение определенно «запрещало», на самом деле работала очень хорошо.

Спустя три месяца Хевисайд выступил против теории Приса на страницах журнала Electrician, впервые указав там же, каким условиям должна отвечать кабельная линия связи, в которой потери энергии минимальны: отношение индуктивности к активному сопротивлению линии должно быть равно отношению её емкости к проводимости изоляции. И что характерно для Хевисайда, его математические расчеты чередовались с язвительными замечаниями в адрес Приса, которого он называл не иначе как «лжеученый». Но, вероятно, наибольшее негодование у Приса вызвала идея Хевисайда о возможности избавиться от искажений сигнала в кабельной линии не путем уменьшения, а наоборот, за счет увеличения её индуктивности.

Хевисайд придумал устройство, представляющее собой катушку из медного провода, чья индуктивность значительно превышает индуктивность данного отрезка кабельной линии, причем эта катушка лишь незначительно увеличивает сопротивление этого отрезка. Хевисайд высказал соображения своему брату Артуру, что Главное почтовое управление Великобритании могло бы изготовить и использовать такие «нагрузочные катушки», но оставил эту затею, узнав, что Прис обладал «правом вето» на все рацпредложения в Управлении. В данном случае он не преминул бы воспользоваться им.

Патент на такую катушку получил спустя примерно 10 лет сербский физик Михайло И. Пупин, профессор Колумбийского университета. Впервые она была изготовлена для практических применений Джорджем А. Кемпбеллом, сотрудником американской фирмы «Белл», в самом конце 19 столетия. Хевисайд при этом не получил ни признания, ни вознаграждения.

За катушкой закрепилось название «пупиновская катушка», процесс установки катушек на линии связи назван «пупинизацией», а кабель, на котором такие катушки установлены, называется «пупинизированным».

Принцип действия

Наиболее простым способом получения минимального затухания на линиях связи является искусственное увеличение индуктивности данных линий. М. Пупин для уменьшения затухания абонентской линии в диапазоне частот до 3 кГц предложил периодически включать в линию катушки с индуктивностью, примерно на два порядка превышающей индуктивность самой абонентской линии, и определил оптимальное расстояние между ними.

Расстояние между двумя соседними катушками получило название шага пупинизации. Результатом является улучшение прохождения сигнала в диапазоне телефонных частот (0,3-3,4 кГц), однако на более высоких частотах прохождение сигнала значительно ухудшается, поэтому на телефонных линиях, на которых используются высокочастотные технологии, такие, как DSL или ISDN, применение катушек Пупина недопустимо. Пупиновские катушки резко нарушают однородность медной пары, превращая её практически в идеальный фильтр нижних частот, затухание которого резко возрастает на высоких частотах.

Пупиновские катушки нашли особенно широкое применение на местных телефонных сетях США. На абонентских сетях России пупинизация применялась достаточно редко, например сеть МГТС имеет около 5 % пупинизированных кабелей. Поэтому всегда есть вероятность, что при развертывании технологий хDSL на линии встретятся эти катушки.

Для выявления пупиновских катушек в линиях связи применяют кабельные рефлектометры с функцией поиска и подсчета пупиновских катушек.

Ссылки

• Оливер Хевисайд
• Технология поиска пупиновских катушек
• Пупинизация в Большой Советской Энциклопедии

Литература

• Гроднев И.И., Верник С.М. — Линии связи. М.: 1988, стр. 174.