موضوع مقاله: پیچه بارگذاری | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # پیچه بارگذاری | مقدمه: این اصطلاح در قرن نوزدهم برای سلف‌هایی که برای جلوگیری از اعوجاج سیگنال در کابل‌های انتقال تلگراف راه-دور استفاده می‌شد، ابداع شد. | ## بخش 1: پیچه بارگذاری | این اصطلاح همچنین برای سلف‌ها در آنتن‌های رادیویی یا بین آنتن و خط تغذیه آن برای ایجاد یک آنتن کوتاه الکتریکی در فرکانس کاری خود استفاده می‌شود. مفهوم بارگذاری پیچه‌ها توسط الیور هویساید در مطالعه مشکل سرعت سیگنال‌دهی کُند اولین کابل تلگراف فرا-اقیانوس‌اطلس در دهه ۱۸۶۰ کشف شد. او نتیجه گرفت که اندوکتانس اضافی برای جلوگیری از اعوجاج دامنه و تأخیر زمانی سیگنال ارسالی مورد نیاز است. خطوط تلگراف قبلی زمینی یا کوتاهتر بودند و از این رو تأخیر کمتری داشتند و نیاز به اندوکتانس اضافی چندان زیادی نبود. خازن‌ها اجزای مجزا نیستند اما ظرفیت‌خازنی توزیع شده بین رساناهای سیمی خط را نشان می‌دهند که با خطوط نقطه چین نشان داده می‌شود. پیچه‌های بارگذاری از مخدوش شدن سیگنال صوتی (صدا) توسط ظرفیت‌خازنی خط جلوگیری می‌کنند. سیم‌پیچ‌های پیچه بارگذاری به گونه ای پیچیده می‌شوند که شار مغناطیسی القا شده در هسته برای هر دو سیم‌پیچ در یک جهت باشد. خطوط تلفن یکی از کاربردهای رایج پیچه‌های بارگذاری، بهبود مشخصه‌های پاسخ دامنه فرکانس صدا در زوج به‌هم‌تابیده در کابل تلفن است. از آنجایی که زوج به‌هم‌تابیده یک شکل‌بندی متعادل است، نیمی از پیچه بارگذاری باید در هر پایه از زوج سیم قرار داده شود تا تعادل حفظ شود. این باعث افزایش به‌هم‌پیوستگی شار می‌شود که بدون آن تعداد دُورهای پیچه باید افزایش یابد. علیرغم استفاده از هسته‌های معمولی، چنین سیم پیچ‌های بارگذاری شامل ترانسفورماتور نمی‌شوند، زیرا آنها تزویج به مدارهای دیگر را فراهم نمی‌کنند. دی‌اس‌ال با پیچه‌ها بارگذاری، تضعیف سیگنال مدار برای سیگنال‌های درون باندگذر خط انتقال کم می‌ماند، اما برای فرکانس‌های بالاتر از فرکانس قطع صوت به سرعت افزایش می‌یابد. اگر خط تلفن متعاقباً برای پشتیبانی از کاربردهایی که به فرکانس‌های بالاتر نیاز دارند، مانند سیستم‌های حامل آنالوگ یا دیجیتال یا خط اشتراک دیجیتال (DSL) مجدداً استفاده شود، پیچه‌های بارگذاری باید حذف یا جایگزین شوند. با استفاده از پیچه‌هایی با خازن‌های موازی، فیلتری با پیکربندی یک فیلتر مشتق-ام تشکیل می‌شود و یک باند فرکانس بالای نقطه قطع نیز عبور داده می‌شود. بدون حذف، برای مشترکان در مسافت طولانی، به عنوان مثال، بیش از ۴ مایل (۶٫۴ کیلومتر) از دفتر مرکزی، DSL قابل پشتیبانی نیست. آنتن‌های رادیویی تک‌قطبی و دوقطبی برای کار به عنوان تشدیدگر امواج رادیویی طراحی شده‌اند. توان فرستنده که از طریق خط انتقال آنتن به آنتن وارد می‌شود، امواج ایستاده ولتاژ و جریان در عنصر آنتن را تحریک می‌کند. برای تشدید «طبیعی» آنتن، باید طول فیزیکی یک چهارم طول موج امواج رادیویی مورد استفاده (یا مضربی از آن طول، با مضرب‌های فرد معمولاً ترجیح داده شود) داشته باشد. در تشدید، آنتن به صورت الکتریکی به‌صورت یک مقاومت خالص عمل می‌کند و تمام توان اعمال شده به آن را از فرستنده جذب می‌کند. | ## بخش 2: پیچه بارگذاری | انتقال توان حجیم برای کاهش تلفات به دلیل ظرفیت‌خازنی بالا در خطوط انتقال قدرت در مسافت‌های طولانی، می‌توان اندوکتانس را با یک سامانه انتقال AC انعطاف‌پذیر (FACTS)، یک جبران‌ساز ایستای VAR یا یک جبران‌ساز سری همزمان ایستا به مدار معرفی کرد. جبران‌سازی سری می‌تواند به عنوان یک سلف متصل به مدار به صورت سری در نظر گرفته شود اگر القاوری را به مدار برساند. معادله کمبل معادله کمبل رابطه ای است که جورج اشلی کمبل برای پیش‌بینی ثابت انتشار یک خط بارگذاری شده. 43 که دراینجا، ثابت انتشار خط بدون بار است ثابت انتشار خط بارگذاری شده است فاصله بین پیچه‌ها در خط بارگذاری شده است امپدانس یک پیچه بارگذاری است و امپدانس مشخصه خط بدون بار است. یک قانون سرانگشتی دوستدار مهندسی این است که نیاز تقریبی برای فاصله بین پیچه‌های بارگذاری ده پیچه در هر طول‌موج حداکثر فرکانس ارسالی است.Brittain, p. 42 این تقریب را می‌توان با در نظر گرفتن خط بارگذاری شده به عنوان یک فیلتر کا ثابت و اعمال نظریه فیلتر تصویر بر روی آن به دست آورد. از نظریه اصلی فیلتر تصویر، فرکانس قطع زاویه ای و امپدانس مشخصه یک فیلتر کا ثابت پایین‌گذر به‌دست می‌آید با استفاده از. از این معادلات اساسی، اندوکتانس پیچه بارگذاری و فاصله پیچه لازم را می‌توان یافت. بیان این جمله تعداد پیچه در حاصل طول‌موج قطع؛ که در آن v سرعت انتشار کابل مورد نظر است. کمپبل با قیاس با یک خط مکانیکی که به‌طور دوره ای با وزنه‌هایی که توسط چارلز گادفری در سال ۱۸۹۸ توصیف شده بود، به این عبارت رسید که نتیجه مشابهی به دست آورد. خطوط بارگذاری مکانیکی این نوع برای اولین بار توسط جوزف-لوئیس لاگرانژ (۱۷۳۶–۱۸۱۳) مورد مطالعه قرار گرفت.Mason, p. 409 پدیده قطع که در آن فرکانس‌های بالاتر از فرکانس قطع منتقل نمی‌شوند، یک عارضه جانبی نامطلوب بارگذاری کویل‌ها است (اگرچه در توسعه فیلترها بسیار مفید بود). شرط هویساید این است که امپدانس سری، Z، باید متناسب با ورودی شنت، Y، در همه فرکانس‌ها باشد. از نظر ضرایب خط اولیه شرط به صورت زیر است: که درآن: مقاومت سری خط در واحد طول است سلف سری خط در واحد طول است رسانایی نشتی شنت عایق خط در واحد طول است ظرفیت‌خازنی شنت بین رساناهای خط در واحد طول است هویساید می‌دانست که این شرط در کابل‌های تلگراف عملی که در زمان او استفاده می‌شد، وجود نداشت. به‌طور کلی، یک کابل واقعی، این عمدتاً به دلیل مقدار کم نشتی از طریق عایق کابل است که در کابل‌های نوین که عایق‌های بهتری نسبت به دوران هویساید دارند، حتی بارزتر است؛ بنابراین، برای برآورده شدن شرایط، گزینه‌ها تلاش برای افزایش G یا L یا کاهش R یا C است. مس قبلاً در کابل‌های تلگراف مورد استفاده قرار می‌گرفت و این بهترین رسانای موجود بدون استفاده از نقره است. 39-40 هویساید بلافاصله (۱۸۸۷) چندین روش برای افزایش اندوکتانس، از جمله فاصله بیشتر رساناها از یکدیگر و بارگذاری عایق با گرد و غبار آهن پیشنهاد کرد. 112 با این حال، او هرگز موفق نشد GPO بریتانیا را برای پذیرش این ایده متقاعد کند. بریتانیا این را به عدم ارائه جزئیات مهندسی در مورد اندازه و فاصله پیچه‌ها برای پارامترهای کابل خاص توسط هویساید نسبت می‌دهد. | ## بخش 3: پیچه بارگذاری | 40 کابل‌های زیردریایی اعوجاج یک مشکل خاص برای کابل‌های ارتباطی زیردریایی است، تا حدی به این دلیل که طول زیاد آنها باعث ایجاد اعوجاج بیشتری می‌شود، بلکه به این دلیل که به دلیل ویژگی‌های ماده عایق نسبت به سیم‌های باز روی تیرک‌ها مستعد اعوجاج هستند. طول‌موج‌های مختلف سیگنال با سرعت‌های متفاوتی در ماده حرکت می‌کند که باعث پاشش می‌شود. 237 پیچه‌های بارگذاری مشکل پاشش را حل می‌کند و اولین استفاده از آنها بر روی کابل زیردریایی در سال ۱۹۰۶ توسط زیمنس و هالسکه در کابلی در سراسر دریاچه کنستانس انجام شد.Newell, p. 478 در استفاده از پیچه‌های بارگیری با کابل‌های سنگین زیردریایی، تعدادی مشکل وجود دارد. برآمدگی پیچه‌های بارگذاری نمی‌توانست به راحتی از دستگاه کابل‌گذاری کشتی‌های کابل عبور کند و کشتی مجبور بود در حین گذاشتن پیچه بارگذاری سرعت خود را کاهش دهد.Newell, p. 479 ناپیوستگی در محل نصب پیچه‌ها باعث ایجاد تنش در کابل در هنگام پیاده‌سازی می‌شود. مشکل دیگر این بود که علم مواد آن زمان در آب‌بندی اتصال پیچه و کابل در برابر نفوذ آب دریا با مشکل مواجه بود. کابل کراپ دارای سیم‌های آهنی است که به‌طور پیوسته در اطراف رسانای مسی مرکزی با پیچه‌های مجاور در تماس با یکدیگر پیچیده شده است. در سال ۱۹۱۴، گوستاو المن پرمالوی، یک آلیاژ بازپخت‌شده مغناطیسی آهن و نیکل را کشف کرد. باکلی، اچ دی آرنولد و المن، همگی در آزمایشگاه‌های بل، سرعت انتقال را با پیشنهاد روشی برای ساخت کابل ارتباطی زیردریایی با استفاده از نوار پرمالوی که در اطراف رساناهای مسی پیچیده شده بود، بسیار بهبود بخشیدند.Huurdeman, p.314 این کابل در سال ۱۹۲۳ در یک آزمایش در برمودا آزمایش شد. اولین کابل پرمالوی که در خدمت قرار گرفت ، شهر نیویورک و هورتا (آزور) را در سپتامبر ۱۹۲۴ به هم متصل کرد.Huurdeman, p.314 کابل پرمالوی باعث می‌شود که سرعت سیگنال‌دهی در کابل‌های تلگراف زیردریایی به ۴۰۰ کلمه در دقیقه در زمانی که ۴۰ کلمه در دقیقه خوب در نظر گرفته می‌شد افزایش یابد.Huurdeman, p. ساخت کابل موفلزی نسبت به کابل پرمالوی آسان‌تر است، این فلز به همان روشی که سیم آهنی در کابل کراپ وجود دارد، در اطراف رسانای مسی هسته پیچیده می‌شود. مزیت دیگر کابل موفلزی این است که ساختار خود را به پروفیل بارگذاری متغیر می‌دهد که به موجب آن بارگذاری به سمت انتها مخروطی می‌شود. وسترن یونیون در رقابت با ای‌تی‌اندتی و شرکت وسترن الکتریک بود که از پرمالوی استفاده می‌کردند. حق اختراع پرمالوی توسط وسترن الکتریک بود که از استفاده وسترن یونیون از آن جلوگیری کرد.Green بارگذاری وصله‌ای بارگذاری پیوسته کابل‌ها گران است و از این رو فقط در صورت لزوم انجام می‌شود. بارگذاری فشرده با پیچه ارزان‌تر است اما دارای معایب آب‌بندی دشوار و فرکانس قطع معین است. یک طرح‌واره سازشی، بارگذاری وصله‌ای است که به موجب آن کابل به‌طور پیوسته در بخش‌های تکراری بارگذاری می‌شود. 1.55 روال جاری کابل بارگذاری شده دیگر فناوری مفیدی برای کابل‌های ارتباطی زیردریایی نیست، زیرا ابتدا توسط کابل هم‌محور با استفاده از تکرارکننده‌های الکتریکی و سپس با کابل فیبرنوری جایگزین شده است. | ## جمع‌بندی | تولید کابل‌های بارگذاری شده در دهه ۱۹۳۰ کاهش یافت و پس از جنگ جهانی دوم جایگزین فناوری‌های دیگر شد.Green امروزه هنوز هم می‌توان پیچه‌های بارگذاری را در برخی از خطوط تلفن ثابت یافت، اما تأسیسات جدید از فناوری نوین‌تری استفاده می‌کنند.