<Desc/Clms Page number 1>
BREVET D'IMPORTATION.
RESEAU DE LIGNES
La présente invention est relative, en géné- ral, aux réseaux, de lignes artifioielles, et en parti- culier à un type de réseau qui est spécialement destine a equilibrer aveo précision une ligne de transmission ayant de l'inductance. Les principes de l'invention peuvent être appliqués à des réseaux artificiels pour équi- librer à la fois des lignes chargées et des lignes non ohar- gées, étant donné que ces dernières ont généralement plus ou moins d'inductance inhérente,
Dans la disposition usuelle, pour faire f onction- ner en duplex une ligne de transmission, il est nécessaire de prévoir une ligne artificielle, dont les caractérsti- ques de résistance, de capacité, d'inductance et de dis- persions sont approximativement égales à celles de la ligne,
<Desc/Clms Page number 2>
ou ont un rapport fixe quelconque, aulx,3 que l'unité, rela- tmvement aux caractéristiques de la ligne. Si la line n'est pas chargée, son inductance aura une faible valeur et pourra être représentée, pour l'équilibre approximatif, par l'addi- tion d'une faible somme d'inductance dans la ligne artificiel- le.
On peut aussi avoir recours à des moyens spéciaux, tels que l'introduction de résistances en série avec les condensa- teurs shunt de la ligne artificielle pour équilibrer l'induc- tance de la ligne de transmission, comme décrit dans le bre- vet aux Etats-Unis ? 1.519.870. Fréquemment, l'équilibrage de l'inductance est complètement supprimé, lorsqu'un équili- bre approximatif peut âtre obtenu sans celui-ci, ou lorsqu'un équilibre d'ordre élevé n'est pas aboslument nécessaire.
Un câble sous-marin est un exemple d'un type de ligne de transmission qui exige une conjugaison d'ordre très élevé entre la ligne et la ligne artficielle. L'invention va dono être décrite en se référant spécialement aux câbles sous-marins, mais il est entendu qu'elle n'est pas limitée ces derniers, car elle est applicable dans tous les cas où un équilibre de très grande précision est nécessaire ou désiré,
L'invention a principalement pour but loi de prévoir un réseau d'équilibrage pour un conducteur de signalisation ayant de l'inductance, qui simule- ra les caractéristiques du conducteur avec un degré de pré- oision plus élevé qu'il n'a été possible de le faire dans les lignes artificielles déjà connues,
de façon que le fonc- tionnement en duplex de ces conducteurs puisse être plus fa- oilement réalisé;
2 d'assurer un équilibre précis, ou simula- tion, du conducteur de signalisation sur une large gamme de 'fréquences de signalisation, et, en particulier, d'étendre la gamme de fréquences pour laquelle existe un équilibre pré- cis, afin de comprendre dans oette gamme des fréquences plus
<Desc/Clms Page number 3>
élevées pour lesquelles il y a eu jusqu'ici une différence appréciable de l'impédance de la ligne artificielle par rap- port à un conducteur de signalisation lisse;
3 de réduire le nombre de sections de libne ar- tificielle requises pour obtenir un équilibre précis en du- plex;
4 de simplifier la construction de sections de ligne artificielle chargée;
5 / de prévoir des moyens producteurs de partes pour équilibrer ou corriger les pertes de matière utilisée pour charger les conducteurs;
6 / de réaliser des économies dans les frais d'é- tablissemant de sections de lignes d'équilibrage duplex et dans l'espaça qu'elles occupent;
7 / de prévoir des moyens de réglage pour ces sections de ligne, moyens qui faciliteront l'équilibrage.
Ces résultats sont obtenus, ainsi qu'il apparai- tra dans la description qui suit, par l'emploi d'un nombre limité de sections de ligne en forme de T comprenant une in- ductanoe et une résistance en série, aveo une capacité en dérivation connectée à un point intermédiaire près du oentre de l'inductance, de façon qu'une induotanoe mutuelle existe entre les deux parties de l'enroulement, le point de oonnexion d' une borne ou des deux bornes de la capacité en dérivation aux impédanoes en série étant de préférence rendu réglable dans de certaines limites, et les valeurs des éléments individuels d' une section étant réglées pour satisfaire à une équation qui dera donnée diaprés.
Les pertes d'équilibrage sont introdui- tes par le réglage convenable de la grandeur et de la position d'une résistance en dérivation autour de la totalité ou d'une partie de l'enroulement, assurant une inductance mutuelle.
L'invention va être expliquée en détail en référen- oe au dessin annexé, dans lequel
La fig. 1 représente une section de ligne artifi- cielle comportant une série d'éléments simples ayant de l'in-
<Desc/Clms Page number 4>
duotanoe.
La fig. 2 est une vue schématique d'une section de ligne artificielle en forme de T terminée par une impé- dance, qui est, de préférence, une impédance équivalente ou une impédance de battement de la ligne, Cette figure 2 a pour but de faciliter l'explication des principes théoriques de l'invention,,
La fig* 3 représente une section de ligne à laquel- le sont appliqués les principes fondamentaux de la présente invention. les figs. 4 et 5 sont des sections montrant certaines autres caractéristiques de la ligne artificielle suivant l'invention.
La fig. 6 montre inapplication du type de ligne artificielle déerit ici à un type de câble charge,
Pour faciliter la compréhension de l'invention, il est bon de rappeler certaines caractéristiques du type et de la construction de lignes artificielles aéjà con- nues* Afin d'équilibrer avec precision une longue ligne de transmission, il sst d'usage courant de prévoir dans la ligne artificielle un grand nombre de sections, chaque section simulant une partie correspondante de la ligue réelle.
Pour obtenir un degré élevé ae précision, un très grand nombre de sections est nécessaire, ce qui nécessite l'établissement d'une ligne artificielle coû- teuse, complexe et encombrante* La présente invention a pour but de réduire le nombre ae sections nécessaire pour obtenir un bon équilibre, ce qui permet ainsi de réaliser des économies sensibles dans les frais d'etablissement et dans l'espace occupé, tout en. permettant une simplifica- tion du mode d'obtention et ue maintien d'un équilibre sa- tisfaisant,
Il a été découvert qu'une section de ligne arti- ficielle comprenant une inductance et une résistanoe en sa-
<Desc/Clms Page number 5>
rie,
avec une capacité en dérivation connectée à un point intermédiaire situé près du centre de l'inductance, de faon qu'une inductance mutuelle existe entre les deux parties de l'enroulement, peut équilibrer une longue section de ligne ayant une inductance approximativement uniforme, aveo un degré de précision qui ne peut autrement être atteint, que par l'emploi d'un nombre beaucoup plus grand de sections de ligne artificielle chargée du type que l'on trouve communé- ment dans la pratique.
La théorie donnée à l'appui de Inaction d'une section de ligne artificielle possédant des inductances séparées en série, comportant une inductance mutuelle entre ces dernières, et ayant une impédance shunt située entre les inductances mutuellement en relation, a été développée et est esquissée dans ce qui suit. En développant cette théorie, on considérera d'abord l'équation représentant l'impédanoe d'une longue ligne de transmission. On comparera avec oette première équation, l'équation pour l'impédance d'une ligne artificielle onargée infiniment longue, composée de sections n'ayant pas d'inductance mutuelle (fig. 1).
On verra qu'il y a une différence appréciable dans les impédances de ces deux lignes, et que cette différence croit rapidement aux fréquences élevées. la grandeur de cette différence est ex- primée par un second terme dans l'équation puur l'impédance de la ligne artificielle, et sera désignée ci-après sous le nom de " facteur de correction". Ensuite, on pose l'équation pour une ligne artificielle, dont les sections ont une in- duotanae mutuelle entre les éléments en série. Un type est montré fig. 3. Il apparaitra que dans l'expression finale pour l'impédance de cetteligne artificielle, le facteur de correction est indépendant de l'inductance.
Par conséquent, par l'emploi de la ligne @rtificielle ayant une inductance mutuelle, la facteur de correction est considérablement ré- duit en importance.
Ainsi qu'il est connu, l'impédance d'une longue
<Desc/Clms Page number 6>
ligne de transmission ( la dispersion étant ignorée) est donné par l'expression :
EMI6.1
L'impédance d'un nombre infini de sections de li- gne artificielle chargée en forme de T (fig. 1), sans induo- tance mutuelle,peut être exprimée par l'équation !
EMI6.2
EMI6.3
dans laquelle R, 1 et C représentent la résiGÙ1 l'in- ductanoe et la capacité, :reBpeO&1.V{'HÜeY.l.G, d'une tondeur uni- taire de la ligne réelle que l'on désire équilibrer: w = 2 irf t = , et 7 est le nombre de longueurs u.üi- taires de ligne qui est équilibré par caaquo sec"Gion de li- gne artificielle.
Il a été supposé que le rapport fixe an-tre
EMI6.4
Ilimpédaiice de la ligne et celle de la ligne artificielle est l'unité, ainsi qu'il est d'usage courant,
Le premier terme de l'équation (2) est l'expression exacte peur l'impédance de la ligne chargée lisse, tandis
EMI6.5
que le second terme exprime le degré de la di:L::Lér611Oe entre l'impédance de la ligne artificielle et celle de la ligne lisse,, On remarquera que cette diii'érence croi-G aux tréquen- oes plus élevées. toutefois, dans la lign0 artificielle sui- vant l'invention, ce facteur de correction est sensiblement réduit en importance.
La présente ligne artificielle est représentée,
EMI6.6
sous une forme générale, dans la ;9,ib, 2, dans laquelle . dé- signe chaoune des deux impédances analogues en série. M dési- gne ltimpédanoe mutuelle entre ces dernières, et h désigne l'impédance en dérivation, Le réseau est terminé par una im- -pëdanoe de battement x.
Si une tension E est appliquée au réseau, un courant Il passera dans le premier élément en sé- rie, un courant 12 dans le second élément en série,et un
EMI6.7
courant "1 Iz dans l.élément shunt, Par les lois de lurohoft
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
E = ali + I2 + Il-,2) b et (a + x ) 12 + M Il = (Il - 12) B
12/11 = -M - b/a+b+x (3) L'impédance du réseau est
EMI7.2
Z E¯¯= a + b + (M -b) 12 (4) Il II En combinant (3) et (4) Z = (a+b+-b+x-(X-b)2 a + b + x
Etant donné que le réseau se termine par une impédance équivalante
EMI7.3
x = Z = Ça 4. b) (a+b+x) - (.b 2 a+b+z Solution pour x :
EMI7.4
Cette équantion est une expression générale pour l'im- pédance de battement d'une ligne artificielle à sections en T qui a une impédance mutuelle entre les éléments en série,
On examinera maintenant le cas spécial du type de ligne artificielle qui est représenté fige 3. les symboles ont ici le même sens que dans la fig.
l, et les termes géné- raux de l'équation (5) peuvent être exprimés comme suite à la condition que des deux moitiés de l'enroulement soient étroitement accouplées, ainsi qu'elles le seraient si elles étaient enroulées sur le même noyau
EMI7.5
a = lÈ, R + Dm iL) 9 b re z1 M = w 3L T
4 j C 1 4 l'impédance de ce réseau sera
EMI7.6
En comparant cette expression finale pour l'impédance de battement de la ligne artificielle de la fig. 3, aveo les équations (1) et (2), on voit que le terme de correction est
EMI7.7
indépendant de l'inductance.
Dans 1a4$ratiqae, on constate.
<Desc/Clms Page number 8>
que pour une longueur donnée de section 1, la ligue artifi- oielle contenant une inductance mutuelle représentée par l'é- quation (6) assure un équilibre beaucoup plus précis que la ligne sans inductance mutuelle comme représente par l'équa- tion (2). Inversement, une précision donnee d'équilibre peut être obtenue en employant des sections de labeurs beaucoup plus grandes. c'est à dire une valeur plus grande de le avec la ligne ayant une inductance mutuelle.
L'avantage de la ligne ayant une inductance mutuel- le est particulièrement important pour l'équilibrage d'un con- duoteur chargée en équilibrant une ligne non chargée ayant une Self-inductance relativement plus faible, l'avantage de la ligne artificielle ayantune inductance mutuelle est moins marqué, mais est toujours précieux,
On peut démonter qu'une précision encore plus gran- de dans l'équilibre peut être obtenue en écartant légèrement ahaque condensateur du centre de 1'enroulement.
Ainsi, si chaque condensateur est placé en avant du centre de l'enrou- lement d'une quantité n , exprimée comme une fraction du nombre total de spires de 1'enroulement, l'impédance d'une série de ces unités est égale à :
EMI8.1
Cette expression a été développée par les mêmes méthodes que celles utilisées en développant l'équation (6).
Développement par le théorème binôme
EMI8.2
Cette expression est une approximation approchée de l'équa- tion (7), si 1 est assez petit.
Dans l'équation (8), le terme (d) est négligeable, si% est petit. Le terme (a) peut alors annuler partiellement ou presque complètement le terme (o), notamment lorsque la ligne est ohargée, dans lequel L w est grand.
R
<Desc/Clms Page number 9>
Dans un cas, on a trouvé qu'une valeur appropriée pour était d'environ .002. Dans ces conditions, l'équation (8) devient égale à l'impédance de la ligne lisse ou uniforme, à un degré d'approximation éleve.
On a trouvé que les avantages d'une ligne compor- tant des inductances mutuelles ne sont pas grandement dimi- nués si la connexion de chaque condensateur individuel à l'en- roulement s'écarte quelque peu de la position idéale le long de l'enroulement, à la condition que cet écart ne soit pas plus important qu'environ un sixième du nombre total de spi- res de l'enroulement. On peut tirer avantage de ce fait en effectuant le réglage final de l'équilibreDans ce but, 1' enroulement peut être pourvu d'un certain nombre de prises près du centre, et le réglage final peut être effectué en déplaçant le condensateur d'une prise à une autre suivant que cela est nécessaire.
On sait qu'un câble chargé a toujours plus ou moins de perte dans la charge de l'inductance, la majeure partie de la perte étant due aux courants de Foucault. Ces pertes peuvent être compensées dans une ligne artificielle en munis- sant chaque bobine de la ligne artificielle d'un enroulement secondaire, et en fermant l'enroulement secondaire par une ré- sistanoe appropriée.
Toutefois, on a trouvé que les pertes par courants de Fouoault peuvent être équilibrées avec une précision suffisante simplement en reliant une résistance ap- propriée en parallèle avec une partie ou la totalité de chaque bobines mais ceci à la condition que la bobine ait une faible résistance ohmique comparé à sa réaotanoe (c'est- à-dire, 2 # f L 1), ainsi que cela est généralement le oas dorme dans la pratique, Etant/ que la valeur de la résistance r est plusieurs fois celle de la réaotance de la bobine, la présence de la résistance r ne modifie pas considérablement la théorie d'utilisation d'une bobine aveo inductance mutuel- le, comme représenté par l'équation (6).
@
Dans la réalisation pratique de l'invention, il
<Desc/Clms Page number 10>
est plus avantageux de placer les éléments formant ré- sistance, pour corriger la résistance ohmique du câble, sur un côté des condenstaturs, avec les éléments d'in- ductance placés sur le coté opposé des condonsateurs, comme représenté fig. 5.
L'élément corracteur pour la résistance due aux courants de Foucault, serait alors en parallèle aveo une partie ou la totalité de l'induc- tance,
Il est également judicieux de diviser le con- densateur en deux parties, dont une partie C11 représen- te la majeure partie de la capacité* C21 a une capacité beaucoup plus faible, de préférence entre 1/20 et 1/5 de 0 Il* En opérant ainsi, C11 peut être déplacé pendant las phases préliminaires du réglage. C21 peut âtre main- tenu fixa, et C21 peut âtre déplacé ( C11 étant main- tenu fixe) pendant lesréglages définitifs de l'équili- bre lorsqu'un degré élevé de précision doit être obtenu C21 peut être oonsidéré comme étant un condensateur a vernier.
En se reportant maintenant à la fig. 6, on a représenté l'application d'une ligne d'équilibrage de ce genre à un câble transatlantique, du type représenté dans le brevet aux Etats-Unis N 1.807.473. Dans ce système, la ligne artificielle est composée de deux par- ties.
1 et 2, la partie 1 servant à équilibrer la partie non chargée 3 du câble, tandis que la partie 2 équilibre la partie chargée 4 du câble, Le poste terminus (un seul est représenté) est désigné dans son ensemble par le chiffre de référence 5* Il est entendu qu'il y a un autre poste terminus de préférence analogue, à l'autre extrémité du câble, qui peut également comprendre une partie non chargée en série avec le câble chargée les deux parties étant équilibrées pour le fonctionnement
<Desc/Clms Page number 11>
en duplex par leurs seotions respectives de ligne artifi- cielle établies suivant les prinoipes décrits ici.
L'appareil de transmission est représenté d'une manière conventionnelle en 6, comme oomprenant des moyens pour relier les pôles positifs et négatif de la source locale alternativement à la ligne et à la terre 7 suivant les impulsions de signalisation à transmettre,
L'appareil récepteur, indiqué dans son ensem- ble en 8, est oombiné avec l'appareil transmetteur 6 par deux bras oomprenant des condensateurs 9,9.
Ainsi qu'on le comprendra, les condensateurs 9,9 constituent deux bras d'un pont de Wheatstone, dont le cable et la ligne arti- fioielle forment les troisième et quatrième bras, certains des éléments de la ligne artificielle, ou tous, étant nor- malement réglables afin de régler la condition d'équili- bre du pont de Wheatstone et d'établir et de maintenir ainsi la combinaison des lignes de transmission et de réoeption.
Il est évident que la ligne artificielle doit être agencée de façon que l'état d'équilibre, ou condi- tion de combinaison, puisse être établi simplement et avec un nombre de réglages aussi faible que possible, tout en assurant encore une précision d'équilibre d'ordre élevé.
Dans le système représenté fige 6 un degré élevé de pré- cision est obtenu par deux expédients, premièrement en modifiant le câble chargé par l'introduction d'une partie non chargée à l'extrémité voisine du rivage, de façon que la partie chargée se trouve à une distance considérable du rivage, et, deuxièmement en équilibrant chaque partie du câble par sa propre ligne artificielle, et en établissant les lignas artificielles suivant les principes de la présente invention.
Ainsi, la partie 1 de la ligne artificielle qui équilibre la section non chargée de cable est composée de plusieurs sections sui-
<Desc/Clms Page number 12>
vant la fig. 5, dans laquelle les résistances dhunt r1 sont manquantes, ou, considérée à un autre point ds vue, dans laquelle la valeur de la résistance rl est infinie, tandis que la partis 2 qui équilibra le câble charge est composée d'un nombre limite de sections suivant la fig. 5, dans laquelle la -valeur de la présistance rl . est finie et réglée pour compensez lss pertes par courant de Fouoault dans la matière utilisée poux charger le conducteur.
Les résistances, les inductances, et les capa- cités sont réglables indépendamment, afin de faciliter l'opération d'équilibrage du câbla. Four plus de préci- sion dans l'équilibrage, chaque capacité shunt est sus- ceptible de recevoir deux réglages, un réglage grossier par lequel la partie la plus grande C11 est réglable dans une petite région près du centre de 1'inductance et un réglage plus précis ou par vernier par lequel la petite partie restante C21 de l'ensemble de la capa- cité shunt est réglable séparément pour effectuer un équilibre définitif,
Il est entendu que l'application des métho- des et moyens décrits ici n'est pas limitée au type particulier de câble mentionné, mais que ces méthodes et moyens peuvent être utilisés avec n'importe quel genre de conducteur de signalisation,
<Desc / Clms Page number 1>
IMPORT PATENT.
NETWORK OF LINES
The present invention relates, in general, to networks of artificial lines, and in particular to a type of network which is especially intended to accurately balance a transmission line having inductance. The principles of the invention can be applied to artificial networks to balance both loaded lines and unloaded lines, since the latter generally have more or less inherent inductance.
In the usual arrangement, to operate a transmission line in duplex, it is necessary to provide an artificial line, the resistance, capacitance, inductance and dispersion characteristics of which are approximately equal to those of the line,
<Desc / Clms Page number 2>
or have any fixed ratio, other than unity, relative to the characteristics of the line. If the line is not loaded, its inductance will have a low value and can be represented, for approximate equilibrium, by the addition of a small sum of inductance in the artificial line.
We can also have recourse to special means, such as the introduction of resistors in series with the shunt capacitors of the artificial line to balance the inductance of the transmission line, as described in the patent to. United States ? 1,519,870. Frequently, inductance balancing is completely removed, when an approximate balance can be achieved without it, or when a high order balance is not absolutely necessary.
An undersea cable is an example of a type of transmission line that requires very high order conjugation between the line and the artificial line. The invention will therefore be described with special reference to submarine cables, but it is understood that it is not limited to the latter, since it is applicable in all cases where a very high precision balance is required or longed for,
The main object of the invention is to provide a balancing network for a signaling conductor having inductance, which will simulate the characteristics of the conductor with a higher degree of preoccupation than it has been. possible to do it in the already known artificial lines,
so that the duplex operation of these conductors can be more easily achieved;
2 to ensure a precise balance, or simulation, of the signaling conductor over a wide range of signaling frequencies, and, in particular, to extend the range of frequencies for which a precise balance exists, in order to to understand in this range of frequencies more
<Desc / Clms Page number 3>
high for which there has so far been an appreciable difference in the impedance of the artificial line compared to a smooth signal conductor;
3 to reduce the number of sections of artificial libne required to obtain a precise balance in duplex;
4 to simplify the construction of sections of loaded artificial line;
5 / to provide means for producing parts to balance or correct the losses of material used to load the conductors;
6 / to achieve savings in the costs of establishing sections of duplex balancing lines and in the space they occupy;
7 / to provide adjustment means for these line sections, means which will facilitate balancing.
These results are obtained, as will appear in the description which follows, by the use of a limited number of T-shaped line sections comprising an inductance and a resistor in series, with a capacitance in line. shunt connected to an intermediate point near the oenter of the inductor, so that a mutual inductance exists between the two parts of the winding, the point of oonnection of one terminal or both terminals of the shunt capacitor to the impedanoes in series being preferably made adjustable within certain limits, and the values of the individual elements of a section being adjusted to satisfy an equation which will then be given in various ways.
Balancing losses are introduced by proper adjustment of the magnitude and position of a shunt resistor around all or part of the winding, ensuring mutual inductance.
The invention will be explained in detail with reference to the accompanying drawing, in which
Fig. 1 represents a section of an artificial line comprising a series of simple elements having
<Desc / Clms Page number 4>
duotanoe.
Fig. 2 is a schematic view of a section of an artificial T-shaped line terminated in an impedance, which is preferably an equivalent impedance or a beat impedance of the line. This figure 2 is intended to facilitate the 'explanation of the theoretical principles of the invention ,,
Fig * 3 shows a section of line to which the basic principles of the present invention are applied. figs. 4 and 5 are sections showing certain other characteristics of the artificial line according to the invention.
Fig. 6 shows that the artificial line type does not apply here to a load cable type,
To facilitate understanding of the invention, it is useful to recall certain characteristics of the type and construction of artificial lines already known * In order to accurately balance a long transmission line, it is common practice to provide in the artificial line a large number of sections, each section simulating a corresponding part of the real league.
To obtain a high degree of precision, a very large number of sections is necessary, which necessitates the establishment of an expensive, complex and cumbersome artificial line. The object of the present invention is to reduce the number of sections necessary for obtain a good balance, which thus allows to realize significant savings in the expenses of establishment and in the occupied space, while. allowing a simplification of the method of obtaining and maintaining a satisfactory balance,
It has been discovered that a section of an artificial line comprising an inductor and a resistor in its
<Desc / Clms Page number 5>
laughs,
with a shunt capacitance connected to an intermediate point located near the center of the inductor, so that a mutual inductance exists between the two parts of the winding, can balance a long section of line having an approximately uniform inductance, with a degree of precision which can otherwise only be achieved by employing a much larger number of loaded artificial line sections of the type commonly found in practice.
The theory given in support of Inaction of an artificial line section having separate inductors in series, having mutual inductance between them, and having shunt impedance between mutually related inductors, has been developed and is sketched out in the following. In developing this theory, we will first consider the equation representing the impedanoe of a long transmission line. We will compare with this first equation, the equation for the impedance of an infinitely long artificial widened line, composed of sections having no mutual inductance (fig. 1).
We will see that there is an appreciable difference in the impedances of these two lines, and that this difference increases rapidly at high frequencies. the magnitude of this difference is expressed by a second term in the equation for the impedance of the artificial line, and will be referred to hereinafter as the "correction factor". Then, we set the equation for an artificial line, the sections of which have a mutual induction between the elements in series. One type is shown in fig. 3. It will appear that in the final expression for the impedance of this artificial line, the correction factor is independent of the inductance.
Therefore, by using the artificial line having mutual inductance, the correction factor is greatly reduced in magnitude.
As is known, the impedance of a long
<Desc / Clms Page number 6>
transmission line (dispersion being ignored) is given by the expression:
EMI6.1
The impedance of an infinite number of T-shaped charged artificial line sections (fig. 1), without mutual inductance, can be expressed by equation!
EMI6.2
EMI6.3
in which R, 1 and C represent the resiGÙ1 the induction and the capacitance,: reBpeO & 1.V {'HÜeY.lG, of a unit shear of the real line that we want to balance: w = 2 irf t =, and 7 is the number of u.üitar lengths of line which is balanced by caaquo sec "Gion of artificial line.
It was assumed that the fixed ratio an-tre
EMI6.4
The timing of the line and that of the artificial line is unity, as is in common use,
The first term in equation (2) is the exact expression for the impedance of the smooth loaded line, while
EMI6.5
that the second term expresses the degree of the di: L :: Lér611Oe between the impedance of the artificial line and that of the smooth line ,, It will be noted that this difference increases at higher trequences. however, in the artificial line according to the invention this correction factor is significantly reduced in importance.
This artificial line is shown,
EMI6.6
in general form, in; 9, ib, 2, in which. denotes each of the two analog impedances in series. M denotes the mutual impedance between them, and h denotes the shunt impedance. The network is terminated by an impedance of beat x.
If a voltage E is applied to the network, a current Il will flow through the first element in series, a current 12 in the second element in series, and a
EMI6.7
current "1 Iz in the shunt element, By lurohoft laws
<Desc / Clms Page number 7>
EMI7.1
E = ali + I2 + Il-, 2) b and (a + x) 12 + M Il = (Il - 12) B
12/11 = -M - b / a + b + x (3) The network impedance is
EMI7.2
Z E¯¯ = a + b + (M -b) 12 (4) Il II By combining (3) and (4) Z = (a + b + -b + x- (X-b) 2 a + b + x
Since the network ends with an equivalent impedance
EMI7.3
x = Z = It 4.b) (a + b + x) - (.b 2 a + b + z Solution for x:
EMI7.4
This equantion is a general expression for the beat impedance of an artificial T-section line which has mutual impedance between the elements in series,
We will now examine the special case of the type of artificial line which is represented in fig. 3. the symbols have the same meaning here as in fig.
l, and the general terms of equation (5) can be expressed as a sequence provided that the two halves of the coil are tightly mated, as they would be if they were coiled on the same core
EMI7.5
a = lÈ, R + Dm iL) 9 b re z1 M = w 3L T
4 j C 1 4 the impedance of this network will be
EMI7.6
Comparing this final expression for the beat impedance of the artificial line in fig. 3, with equations (1) and (2), we see that the correction term is
EMI7.7
independent of inductance.
In 1a4 $ ratiqae, we see.
<Desc / Clms Page number 8>
that for a given length of section 1, the artificial league containing a mutual inductance represented by equation (6) ensures a much more precise equilibrium than the line without mutual inductance as represented by equation (2 ). Conversely, a given equilibrium precision can be achieved by employing much larger labor sections. ie a greater value of the with the line having mutual inductance.
The advantage of the line having a mutual inductance is particularly important for balancing a charged conductor by balancing an unloaded line having a relatively lower Self-inductance, the advantage of the artificial line having an inductance mutual is less marked, but is still valuable,
It can be demonstrated that even greater precision in equilibrium can be obtained by slightly moving each capacitor away from the center of the winding.
Thus, if each capacitor is placed in front of the center of the winding by a quantity n, expressed as a fraction of the total number of turns of the winding, the impedance of a series of these units is equal to :
EMI8.1
This expression was developed by the same methods as those used in developing equation (6).
Development by the binomial theorem
EMI8.2
This expression is a close approximation of equation (7), if 1 is small enough.
In equation (8), term (d) is negligible, if% is small. The term (a) can then partially or almost completely cancel the term (o), especially when the row is loaded, in which L w is large.
R
<Desc / Clms Page number 9>
In one case, it was found that a suitable value for was about .002. Under these conditions, equation (8) becomes equal to the impedance of the smooth or uniform line, at a high degree of approximation.
It has been found that the advantages of a line having mutual inductances are not greatly diminished if the connection of each individual capacitor to the coil deviates somewhat from the ideal position along the line. winding, provided that this deviation is not greater than about one-sixth of the total number of turns of the winding. This fact can be taken advantage of by making the final balance adjustment. For this purpose, the winding can be provided with a number of taps near the center, and the final adjustment can be made by moving the capacitor by one. taken to another following as necessary.
It is known that a charged cable always has more or less loss in the inductance load, the major part of the loss being due to eddy currents. These losses can be compensated for in an artificial line by providing each coil of the artificial line with a secondary winding, and by closing the secondary winding with an appropriate resistance.
However, it has been found that Fouoault current losses can be balanced with sufficient precision simply by connecting an appropriate resistance in parallel with some or all of each coil, but this on condition that the coil has a low resistance. ohmic compared to its reaotanoe (i.e., 2 # f L 1), as is generally the oas sleep in practice, Since the value of resistance r is several times that of the reaotance of coil, the presence of resistor r does not significantly modify the theory of using a coil with mutual inductance, as represented by equation (6).
@
In the practical realization of the invention, it
<Desc / Clms Page number 10>
It is more advantageous to place the resistance elements, to correct the ohmic resistance of the cable, on one side of the condenstaturs, with the inductance elements placed on the opposite side of the condons, as shown in fig. 5.
The corrective element for the resistance due to the eddy currents, would then be in parallel with part or all of the inductance,
It is also a good idea to divide the capacitor into two parts, one part of which C11 represents the major part of the capacity * C21 has a much lower capacity, preferably between 1/20 and 1/5 of 0 Il * By operating in this way, C11 can be moved during the preliminary adjustment phases. C21 can be kept fixed, and C21 can be moved (C11 being kept fixed) during final balance adjustments when a high degree of precision is to be obtained C21 can be considered as a vernier capacitor .
Referring now to fig. 6, there is shown the application of a balancing line of this kind to a transatlantic cable, of the type shown in United States Patent No. 1,807,473. In this system, the artificial line is made up of two parts.
1 and 2, part 1 serving to balance the unloaded part 3 of the cable, while part 2 balances the loaded part 4 of the cable, The terminal station (only one is shown) is designated as a whole by the reference number 5 * It is understood that there is another terminal station, preferably similar, at the other end of the cable, which may also include an unloaded part in series with the loaded cable, the two parts being balanced for operation.
<Desc / Clms Page number 11>
in duplex by their respective seotions of artificial line established according to the principles described here.
The transmission device is shown in a conventional manner at 6, as including means for connecting the positive and negative poles of the local source alternately to the line and to the earth 7 according to the signaling pulses to be transmitted,
The receiving apparatus, indicated in its assembly at 8, is combined with the transmitting apparatus 6 by two arms comprising capacitors 9,9.
As will be understood, the capacitors 9,9 constitute two arms of a Wheatstone bridge, of which the cable and the artificial line form the third and fourth arms, some of the elements of the artificial line, or all, being normally adjustable in order to adjust the equilibrium condition of the Wheatstone bridge and thereby establish and maintain the combination of transmission and reception lines.
It is obvious that the artificial line must be arranged in such a way that the state of equilibrium, or the condition of combination, can be established simply and with as few adjustments as possible, while still ensuring precision of control. high order equilibrium.
In the system shown in freeze 6 a high degree of precision is obtained by two expedients, firstly by modifying the loaded cable by the introduction of an unloaded part at the end near the shore, so that the loaded part is located at a considerable distance from the shore, and secondly by balancing each part of the cable by its own artificial line, and by establishing the artificial lines according to the principles of the present invention.
Thus, part 1 of the artificial line which balances the unloaded section of cable is composed of several sections following
<Desc / Clms Page number 12>
before fig. 5, in which the hunt resistors r1 are missing, or, considered from another point of view, in which the value of the resistor r1 is infinite, while the part 2 which will balance the load cable is composed of a limited number of sections according to fig. 5, in which the -value of the presence rl. is finished and set to compensate for the losses by Fouoault current in the material used to charge the conductor.
Resistors, inductors, and capacitors are independently adjustable, to facilitate the cable balancing operation. For more precision in balancing, each shunt capacitor is capable of receiving two settings, a coarse setting whereby the larger part C11 is adjustable in a small region near the center of the inductor and a setting more precise or by vernier by which the small remaining part C21 of the whole of the shunt capacity can be adjusted separately to achieve a final balance,
It is understood that the application of the methods and means described here is not limited to the particular type of cable mentioned, but that these methods and means can be used with any kind of signaling conductor,