Отличие телефонного кабеля от телеграфного

Информация по телеграфному кабелю передается путем подачи и снятия с него постоянного напряжения от источника питания с помощью ключа. На входе кабеля, при подаче напряжения, возникает импульс прямоугольной формы. Двигаясь по кабелю, импульс искажается, так как токопроводящая жила имеет сопротивление R, а кабель емкость C. Происходит заряд емкости C через сопротивление R, а потом разряд.

По телефонному кабелю передается ток звуковых частот, поэтому необходимо учитывать четыре параметра, которые называются первичные параметры:

•L – индуктивность токопроводящей жилы,

•C – емкость между жилами,

•R – активное сопротивление токопроводящей жилы,

•G – проводимость изоляции.

Увеличение дальности связи

Член Лондонского королевского общества автор пятитомной монографии «Электромагнитная теория» О. Хевисайд (1850–1925) создал свой знаменитый операторный метод расчета переходных процессов в электрических цепях, который до сих пор применяется в электротехнике. В 1893 г. опубликовал свои исследования распространения токов звуковых частот по кабельной линии и показал, что дальность связи будет максимальной при выполнении условия:

RC = LG

Для существующих в то время кабелей, это условие не выполнялось из-за большой емкости. Для уменьшения емкости необходимо было увеличить расстояние между жилами, что являлось неприемлемым из-за существенного возрастания габаритов кабеля. Хевисайд предложил искусственно увеличивать индуктивность путем включения в линию катушек. Современники встретили с недоверием предложение Хевисайда включать в линию катушки индуктивности, так как считали, что всякий дополнительный элемент, в данном случае катушка индуктивности, должен вызвать затухание сигнала

Практическую реализацию условия Хевисайда осуществил известный американский электротехник, серб по происхождению, профессор Михаил Пупин (1858–1945), получив свой патент в 1899 г.

•Успешной пупинизацией в 1902 г. линии Нью-Йорк Ньюарк длиной 16 км, выполненной кабелем 200х2х0,9 (двести парный пучок с диаметром одной жилы 0,9 мм). Благодаря пупинизации дальность связи стремительно ворастала. В 1903 г. она достигла 32 км, в 1904 г. – 70 км, а в 1906 г – 145 км. Во всех случаях прокладывались кабели парной скрутки с жилами диаметром 1,3-1,6 мм.

•Вскоре после изобретения Пупина датский инженер Карл Краруп разработал другой оригинальный способ искусственного увеличения индуктивности кабелей. Вместо того, чтобы через каждые 1,5–2 км включать в линию катушки индуктивности, он предложил обматывать токоведущие медные жилы тонкой лентой или проволокой из магнитного материала – стали.

Эффективность крурупизации в несколько раз меньше, чем пупинизации, но такие кабели оказались более удобными для подводной прокладки, так как имели одинаковый диаметр по всей длине.

Электрическая изоляция

•Наряду с увеличением индуктивности кабеля, шли работы по уменьшению емкости. Диэлектрическая проницаемость хлопчатобумажной пряжи, пропитанной парафином в 4 раза больше чем воздуха. В 1882 г. была предложена конструкция изоляции жил, частично состоящая и воздуха, благодаря чему электрическая емкость кабеля несколько уменьшилась.

Токопроводящая жила обматывалась по открытой спирали корделем – крученой волокнистой нитью, поверх которой накладывались также спирально несколько лент из влагонепроницаемой пропитанной каучуковым соком бумаги.

Трубчато-бумажная изоляция

Трубчато-бумажная изоляции накладывается путем обмотки токопроводящей жилы бумажными лентами. Бумага изготавливается из целлюлозы, которая, в свою очередь, получается путем варки щепы древесины хвойных пород в щелочном растворе. Целлюлоза является природным линейным полимером.

Волокна целлюлозы покрыты гладкой оболочкой и поэтому не могут связатся между собой. Механическим размолом оболочку повреждают, в результате образуется волокно с ветвистой структурой Это есть бумажная масса. При отливе бумажной массы на сетке бумагоделательной машины вода стекает, волокна связываются между и после отжима и сушки получается бумага.

Обмотка бумажными лентами токопроводящих жил бумажными лентами применялась в течение трех десятилетий, других видов изоляции не было.

Пара и четверка

•В 1880 г. было предложено отказаться от однопроводной несимметричной цепи, где в качестве обратного провода использовалась земля, и перейти на симметричные цепи из двух жил. Это существенно снизило взаимное влияние, что проявлялось в прослушивании соседних разговоров из-за емкостных связей. Первая конструкция скрученной двухпроводной цепи была предложена 1881 г. Законодательное решение о переходе на двухпроводные телефонные цепи было принято на Втором международном конгрессе электриков в Париже в 1889 г.

•В 1886 г. С.Ф. Шелбурном (США) запатентовал скрутку жил в четверку, при этом цепь составлялась из жил расположенных по диагонали, емкость между ними была в =1,41 раз больше.

Свинцовая оболочка

•Наличие герметичной влагонепроницаемой оболочки позволило отказаться от пропитки изоляции. Первоначальная идея накладывать свинцовую оболочку на движущуюся заготовку с помощь пресса принадлежит швейцарскому инженеру Франсуа Борелю. Первый патент на вертикальный свинцовый пресс был выдан франко-швейцарской фирме в 1879 г. Но конструкция пресса оказалась непрактичной. На нем можно было опрессовывать относительно небольшую длину кабеля, на оболочку которого хватало одного слитка. В 1880 г. были предложены конструкции прессов, допускающие опрессование строительных длин кабелей с периодической остановкой для загрузки в контейнеры очередного слитка. Окончательно конструкция свинцового поршневого гидравлического кабельного пресса была внедрена 1885 г.

Защита свинцовой оболочки

•В 1885 г. В. Сименсом была изобретена кабельная броня из стальных лент. . В патенте говорилось: «Проложенный в земле освицованный кабель необходимо защитить от повреждения извне, например, от возможных сильных ударов острой лопатой, для чего предлагается обматывать кабель по спирали двумя стальными узкими лентами, при чем каждая накладывается с зазором (примерно 1/3 ширины ленты), перекрываемым

соседней лентой».

Промышленное производство кабелей

•1885-й год следует считать началом промышленного производства кабелей, имеющих все признаки современных кабеле: токопроводящую жилу, электрическую изоляцию, влагозащитную свинцовую оболочку и броню для защиты от механических повреждений.

•Применение воздушно бумажной изоляции позволило снизить емкость кабеля. Бумага изготавливалась из тропического растения – манильской конопли (пеньки) и джута. Она отличалась высокой плотностью, долговечностью, малой водопоглащаемостью и механической прочностью, что позволило накладывать манильскую бумагу механическим способом на лентообмоточных машинах.

•Первый освинцованный кабель с воздушно бумажной изоляцией был изготовлен в 1889 г. сдан в эксплуатацию в Нью-Йорке в 1890 г. С этого времени и до середины ХХ века воздушно- бумажная изоляция была единственным типом изоляции кабелей связи.

Радиосвязь через Атлантику

•Первое радиотелеграфное сообщение через Атлантику было осуществлено 12 декабря 1901 г. С помощью проволочной антенны, прикрепленной к воздушному змею, запущенному неподалеку от города Сент-Джонс на острове Ньюфаундленд, Гульельмо Маркони удалось принять радиотелеграфное сообщение, посланное из Польдю на полуострове Корнуэлл (Южная оконечность Англии). Сообщение состояло из одной буквы S (три точки в азбуке Морзе) было послано на частоте 200 кГц. Человеческая речь впервые была передана через океан усилиями военных радистов 23 октября 1915 г. из Арлингтона, штат Виргиния, и принята на Эйфелевой башне в Париже. В феврале 1927 г. вступила в действие первая гражданская радиотелефонная линия Лондон – Нью-Йорк. Передачи велись на частоте 800 кГц (длинные волны). Вскоре предпочтение было отдано более эффективной коротковолновой радиотелефонной связи. С 1928 года между Европой и Америкой существовала радиотелефонная связь по 16 каналам