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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,
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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
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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-
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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-
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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
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ligne de transmission ( la dispersion étant ignorée) est donné par l'expression :
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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 !
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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
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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
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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,
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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
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courant "1 Iz dans l.élément shunt, Par les lois de lurohoft
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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
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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
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x = Z = Ça 4. b) (a+b+x) - (.b 2 a+b+z Solution pour x :
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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
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a = lÈ, R + Dm iL) 9 b re z1 M = w 3L T
4 j C 1 4 l'impédance de ce réseau sera
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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
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indépendant de l'inductance.
Dans 1a4$ratiqae, on constate.
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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 :
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Cette expression a été développée par les mêmes méthodes que celles utilisées en développant l'équation (6).
Développement par le théorème binôme
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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
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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
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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
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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-
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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,