Bobina de carga

Coils Pupin en PTT Museum en Belgrado (Serbia)

Una bobina de carga o bobina de carga es un inductor que se inserta en un circuito electrónico para aumentar su inductancia. El término se originó en el siglo XIX para los inductores utilizados para evitar la distorsión de la señal en los cables de transmisión telegráfica de larga distancia. El término también se usa para inductores en antenas de radio, o entre la antena y su línea de alimentación, para hacer que una antena eléctricamente corta resuene en su frecuencia de operación.

Oliver Heaviside descubrió el concepto de bobinas de carga al estudiar el problema de la baja velocidad de señalización del primer cable telegráfico transatlántico en la década de 1860. Concluyó que se requería inductancia adicional para evitar la distorsión de amplitud y retardo de tiempo de la señal transmitida. La condición matemática para una transmisión sin distorsiones se conoce como condición de Heaviside. Las líneas telegráficas anteriores eran terrestres o más cortas y, por lo tanto, tenían menos demoras, y la necesidad de inductancia adicional no era tan grande. Los cables de comunicaciones submarinos están particularmente sujetos al problema, pero las instalaciones de principios del siglo XX que usaban pares balanceados a menudo se cargaban continuamente con alambre o cinta de hierro en lugar de bobinas de carga discretas, lo que evitaba el problema del sellado.

Las bobinas de carga también se conocen históricamente como bobinas Pupin en honor a Mihajlo Pupin, especialmente cuando se usan para la condición de Heaviside y el proceso de inserción a veces se denomina pupinización.

Aplicaciones

Esquema de una línea telefónica cargada equilibrada. Los condensadores no son componentes discretos, sino que representan la capacitancia distribuida entre los conductores de alambre cuidadosamente espaciados de la línea, esto es indicado por las líneas punteadas. Las bobinas de carga evitan que la señal de audio (voz) sea distorsionada por la capacitancia de la línea. Los bobinados de la bobina de carga son heridas de tal manera que el flujo magnético inducido en el núcleo está en la misma dirección para ambos bobinados.

Líneas telefónicas

(izquierda) Toroidal 0.175 H carril de carga para una línea telefónica de larga distancia AT plagaT de Nueva York a Chicago 1922. Cada uno de los 108 pares retorcidos en el cable requería una bobina. Las bobinas fueron encerradas en un tanque de acero lleno de aceite (derecho) en el poste telefónico. El cable requiere bobinas de carga cada 6000 pies (1,83 km).

Una aplicación común de las bobinas de carga es mejorar las características de respuesta de amplitud de frecuencia de voz de los pares balanceados trenzados en un cable telefónico. Dado que el par trenzado es un formato equilibrado, se debe insertar la mitad de la bobina de carga en cada ramal del par para mantener el equilibrio. Es común que estos dos devanados se formen en el mismo núcleo. Esto aumenta los enlaces de flujo, sin los cuales sería necesario aumentar el número de vueltas en la bobina. A pesar del uso de núcleos comunes, dichas bobinas de carga no incluyen transformadores, ya que no proporcionan acoplamiento a otros circuitos.

Las bobinas de carga insertadas periódicamente en serie con un par de cables reducen la atenuación en las frecuencias de voz más altas hasta la frecuencia de corte del filtro de paso bajo formado por la inductancia de las bobinas (más la inductancia distribuida de los cables) y la capacitancia distribuida entre los alambres. Por encima de la frecuencia de corte, la atenuación aumenta rápidamente. Cuanto menor sea la distancia entre las bobinas, mayor será la frecuencia de corte. El efecto de corte es un artefacto del uso de inductores agrupados. Con los métodos de carga que usan inductancia distribuida continua, no hay corte.

Sin bobinas de carga, la respuesta de la línea está dominada por la resistencia y la capacitancia de la línea con la atenuación aumentando suavemente con la frecuencia. Con bobinas de carga de exactamente la inductancia correcta, ni la capacitancia ni la inductancia dominan: la respuesta es plana, las formas de onda no están distorsionadas y la impedancia característica es resistiva hasta la frecuencia de corte. La formación coincidente de un filtro de frecuencia de audio también es beneficiosa porque se reduce el ruido.

ADSL

Con las bobinas de carga, la atenuación de la señal de un circuito permanece baja para las señales dentro de la banda de paso de la línea de transmisión, pero aumenta rápidamente para las frecuencias por encima de la frecuencia de corte de audio. Si la línea telefónica se reutiliza posteriormente para soportar aplicaciones que requieren frecuencias más altas, como en sistemas portadores analógicos o digitales o línea de suscriptor digital (DSL), se deben quitar o reemplazar las bobinas de carga. El uso de bobinas con condensadores paralelos forma un filtro con la topología de un filtro derivado de m y también se pasa una banda de frecuencias por encima del corte. Sin eliminación, para suscriptores a una distancia extendida, por ejemplo, a más de 4 millas (6,4 km) de la oficina central, no se admite DSL.

Sistemas de transporte

Los cables telefónicos estadounidenses de principios y mediados del siglo XX tenían bobinas de carga a intervalos de una milla (1,61 km), por lo general en cajas de bobinas que contenían muchas. Las bobinas tuvieron que ser removidas para pasar frecuencias más altas, pero las cajas de las bobinas proporcionaban lugares convenientes para los repetidores de los sistemas digitales de portadora T, que luego podían transmitir una señal de 1,5 Mbit/s a esa distancia. Debido a las calles más estrechas y al mayor costo del cobre, los cables europeos tenían hilos más delgados y utilizaban espacios más reducidos. Los intervalos de un kilómetro permitían a los sistemas europeos transportar 2 Mbit/s.

Antena de radio

Una antena móvil típica con una bobina de carga central

Una enorme bobina de carga de antena utilizada en una poderosa estación de radiotelegrafo de onda larga en Nueva Jersey en 1912.

Otro tipo de bobina de carga se utiliza en antenas de radio. Las antenas de radio monopolo y dipolo están diseñadas para actuar como resonadores de ondas de radio; la potencia del transmisor, aplicada a la antena a través de la línea de transmisión de la antena, excita ondas estacionarias de voltaje y corriente en el elemento de la antena. Para ser "naturalmente" resonante, la antena debe tener una longitud física de un cuarto de la longitud de onda de las ondas de radio utilizadas (o un múltiplo de esa longitud, siendo preferibles los múltiplos impares). En resonancia, la antena actúa eléctricamente como una resistencia pura, absorbiendo toda la potencia que se le aplica desde el transmisor.

En muchos casos, por razones prácticas, es necesario hacer la antena más corta que la longitud resonante, esto se denomina antena eléctricamente corta. Una antena más corta que un cuarto de longitud de onda presenta una reactancia capacitiva a la línea de transmisión. Parte de la potencia aplicada se refleja de nuevo en la línea de transmisión y viaja de regreso hacia el transmisor. Las dos corrientes a la misma frecuencia que corren en direcciones opuestas provocan ondas estacionarias en la línea de transmisión, medidas como una relación de onda estacionaria (SWR) mayor que uno. Las corrientes elevadas desperdician energía al calentar el cable e incluso pueden sobrecalentar el transmisor.

Para hacer resonante una antena eléctricamente corta, se inserta una bobina de carga en serie con la antena. La bobina está construida para tener una reactancia inductiva igual y opuesta a la reactancia capacitiva de la antena corta, por lo que la combinación de reactancias se cancela. Cuando está tan cargada, la antena presenta una resistencia pura a la línea de transmisión, evitando que la energía se refleje. La bobina de carga a menudo se coloca en la base de la antena, entre esta y la línea de transmisión (carga base), pero para una radiación más eficiente, a veces se inserta cerca del punto medio del elemento de la antena (< i>carga central).

La carga de bobinas para transmisores potentes puede tener requisitos de diseño desafiantes, especialmente a bajas frecuencias. La resistencia a la radiación de las antenas cortas puede ser muy baja, tan baja como unos pocos ohmios en las bandas LF o VLF, donde las antenas suelen ser cortas y la carga inductiva es más necesaria. Debido a que la resistencia en el devanado de la bobina es comparable o supera la resistencia a la radiación, las bobinas de carga para antenas extremadamente cortas desde el punto de vista eléctrico deben tener una resistencia de CA extremadamente baja a la frecuencia de funcionamiento. Para reducir las pérdidas por efecto pelicular, la bobina suele estar hecha de tubería o alambre Litz, con devanados de una sola capa, con espiras separadas para reducir la resistencia al efecto de proximidad. A menudo deben manejar altos voltajes. Para reducir la potencia perdida en las pérdidas dieléctricas, la bobina a menudo se suspende en el aire sobre delgadas tiras de cerámica. Las antenas con carga capacitiva que se utilizan a bajas frecuencias tienen anchos de banda extremadamente estrechos y, por lo tanto, si se cambia la frecuencia, la bobina de carga debe ser ajustable para sintonizar la antena en resonancia con la nueva frecuencia del transmisor. A menudo se utilizan variómetros.

Transmisión de energía a granel

Para reducir las pérdidas debidas a la alta capacitancia en las líneas de transmisión de energía a granel de larga distancia, se puede introducir inductancia en el circuito con un sistema de transmisión de CA flexible (FACTS), un compensador VAR estático o un compensador en serie síncrono estático. La compensación en serie se puede considerar como un inductor conectado al circuito en serie si está suministrando inductancia al circuito.

Ecuación de Campbell

La ecuación de Campbell es una relación debida a George Ashley Campbell para predecir la constante de propagación de una línea cargada. Se declara como;

${displaystyle cosh left(gamma 'dright)=cosh(gamma d)+{frac {Z}{2Z_{0}}sinh(gamma d)}}$

dónde,

${displaystyle gamma !,}$ es la constante de propagación de la línea descargada

${displaystyle gamma '!$ es la constante de propagación de la línea cargada

${displaystyle d!$ es el intervalo entre bobinas en la línea cargada

${displaystyle Z!$ es la impedancia de una bobina de carga y

${displaystyle Z_{0}!$ es la impedancia característica de la línea descargada.

Una regla general más amigable para los ingenieros es que el requisito aproximado para espaciar las bobinas de carga es de diez bobinas por longitud de onda de la frecuencia máxima que se transmite. Se puede llegar a esta aproximación tratando la línea cargada como un filtro k constante y aplicándole la teoría del filtro de imagen. A partir de la teoría básica del filtro de imagen, la frecuencia de corte angular y la impedancia característica de un filtro k constante de paso bajo están dadas por;

${displaystyle omega ¿Qué? {1}{sqrt {L_{frac} {1}{2}C_{frac} {1}{2}}}}} {}}} {}}}}}}} {}}} {}}}}}}} {}}}}}} {}}} {}}}}}}}} {}}} {}}} {}}}}}}}}}}}}} {}}}} {}}}}}}}} {}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}$ y, ${displaystyle ¿Qué? {1}{2}} {C_{frac} {f}} {f}} {f}} {f} {f}} {f}}} {f}}}}} {f}} {f}}} {f}}}} {f}}} {f}}} {f}}}}} {f}}}}}}} {f}}}}}} {f}}}} {f}}}} {f}}}}}}} {f}}}}} {f}}}}} {f}}}}} {f}}}}}}}}} {f}}} {f} {f} {f}} {f}}}} {f}}}} {f} {f}}}}} {f}}}} {f}}}} {f} {f}}}}}}}} {f}}}}}}}}} {1}{2}}}}} {}}} {}}}}}}} {}}} {}}}}}}} {}}}}}} {}}} {}}}}}}}} {}}} {}}} {}}}}}}}}}}}}} {}}}} {}}}}}}}} {}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}$

Donde ${textstyle L_{frac {1}{2}}}$ y ${displaystyle C_{frac {1}{2}}}$ son los valores de elementos de media sección.

A partir de estas ecuaciones básicas, se puede encontrar la inductancia de bobina de carga y el espaciado de bobina necesarios;

${displaystyle L={frac {Z_{0}{omega - Sí.$ y, ${displaystyle d={frac}{omega ¿Qué?$

donde C es la capacitancia por unidad de longitud de la línea.

Al expresar esto en términos de número de bobinas por longitud de onda de corte, se obtiene;

${fnMicroc {fnMicrosoft {fnMicrosoft {fnMicrosoft {\fnMicrosoft {\fnMicrosoft {\\fnMicrosoft {\\fnMicrosoft {\\fnMicrosoft\\\\\fnMicrosoft\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\ ¿Qué? vZ_{0}C}$

donde v es la velocidad de propagación del cable en cuestión.

Desde ${textstyle v={1over Z_{0}C}$ entonces

${fnMicroc {fnMicrosoft {fnMicrosoft {fnMicrosoft {\fnMicrosoft {\fnMicrosoft {\\fnMicrosoft {\\fnMicrosoft {\\fnMicrosoft\\\\\fnMicrosoft\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\ ¿Qué? }$.

Campbell llegó a esta expresión por analogía con una línea mecánica cargada periódicamente con pesos descrita por Charles Godfrey en 1898 quien obtuvo un resultado similar. Las líneas cargadas mecánicas de este tipo fueron estudiadas por primera vez por Joseph-Louis Lagrange (1736–1813).

El fenómeno de corte por el cual las frecuencias por encima de la frecuencia de corte no se transmiten es un efecto secundario indeseable de las bobinas de carga (aunque resultó muy útil en el desarrollo de filtros). El corte se evita mediante el uso de carga continua ya que surge de la naturaleza agrupada de las bobinas de carga.

Historia

Oliver Heaviside

Oliver Heaviside

El origen de la bobina de carga se puede encontrar en el trabajo de Oliver Heaviside sobre la teoría de las líneas de transmisión. Heaviside (1881) representó la línea como una red de elementos de circuito infinitesimalmente pequeños. Al aplicar su cálculo operativo al análisis de esta red, descubrió (1887) lo que se conoce como la condición de Heaviside. Esta es la condición que debe cumplirse para que una línea de transmisión esté libre de distorsión. La condición de Heaviside es que la impedancia en serie, Z, debe ser proporcional a la admitancia en derivación, Y, en todas las frecuencias. En términos de los coeficientes de la línea primaria, la condición es:

${displaystyle {frac {f} {fnMicroc}}={fnMicroc} {L}{C}}$

donde:

${displaystyle R.$ es la resistencia de serie de la línea por longitud unidad

${displaystyle L.$ es la auto-inductancia serie de la línea por longitud unidad

${displaystyle G.$ es la conductividad de filtración de shunt del aislamiento de línea por longitud de unidad

${displaystyle C}$ es la capacitancia shunt entre los conductores de línea por longitud de unidad

Heaviside era consciente de que esta condición no se cumplía en los cables telegráficos prácticos que se usaban en su época. En general, un cable real tendría,

${displaystyle {frac {f}g}gg {fnK}} {f}}} {f}}} {f}}}}f} {f}}}} {fn}}}}}}}} {f}} {f}} {f}}f}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}f} {b}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {b}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}g} {f}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}$

Esto se debe principalmente al bajo valor de fuga a través del aislador del cable, que es aún más pronunciado en los cables modernos que tienen mejores aisladores que en la época de Heaviside. Para cumplir con la condición, las opciones son, por lo tanto, intentar aumentar G o L o disminuir R o C. Disminuir R requiere conductores más grandes. El cobre ya se usaba en cables telegráficos y este es el mejor conductor disponible sin usar plata. Disminuir R significa usar más cobre y un cable más caro. Disminuir C también significaría un cable más grande (aunque no necesariamente más cobre). El aumento de G es altamente indeseable; si bien reduciría la distorsión, al mismo tiempo aumentaría la pérdida de señal. Heaviside consideró, pero rechazó, esta posibilidad que lo dejó con la estrategia de aumentar L como forma de reducir la distorsión.

Heaviside inmediatamente (1887) propuso varios métodos para aumentar la inductancia, incluida la separación de los conductores y la carga del aislador con polvo de hierro. Finalmente, Heaviside hizo la propuesta (1893) de usar inductores discretos a intervalos a lo largo de la línea. Sin embargo, nunca logró persuadir a la GPO británica para que aceptara la idea. Brittain atribuye esto a que Heaviside no proporcionó detalles de ingeniería sobre el tamaño y el espaciado de las bobinas para parámetros de cable particulares. El carácter excéntrico de Heaviside y el diferenciarse del sistema también pueden haber influido en que lo ignoraran.

Juan Piedra

John S. Stone trabajó para American Telephone & Telegraph Company (AT&T) y fue el primero en intentar aplicar las ideas de Heaviside a las telecomunicaciones reales. La idea de Stone (1896) fue utilizar un cable bimetálico de hierro-cobre que había patentado. Este cable de Stone aumentaría la inductancia de la línea debido al contenido de hierro y tenía el potencial de cumplir la condición de Heaviside. Sin embargo, Stone dejó la empresa en 1899 y la idea nunca se implementó. El cable de Stone fue un ejemplo de carga continua, un principio que finalmente se puso en práctica en otras formas; consulte, por ejemplo, el cable de Krarup más adelante en este artículo.

George Campbell

George Campbell era otro ingeniero de AT&T que trabajaba en sus instalaciones de Boston. Campbell recibió la tarea de continuar con la investigación del cable bimetálico de Stone, pero pronto lo abandonó en favor de la bobina de carga. El suyo fue un descubrimiento independiente: Campbell estaba al tanto del trabajo de Heaviside en el descubrimiento de la condición de Heaviside, pero no estaba al tanto de la sugerencia de Heaviside de usar bobinas de carga para permitir que una línea lo encontrara. La motivación para el cambio de dirección fue el presupuesto limitado de Campbell.

Campbell estaba luchando para montar una demostración práctica sobre una ruta telefónica real con el presupuesto que se le había asignado. Después de considerar que sus simuladores de línea artificial usaban componentes agrupados en lugar de las cantidades distribuidas que se encuentran en una línea real, se preguntó si no podría insertar la inductancia con componentes agrupados en lugar de usar la línea distribuida de Stone. Cuando sus cálculos mostraron que las alcantarillas en las rutas telefónicas estaban lo suficientemente juntas como para poder insertar las bobinas de carga sin el gasto de tener que excavar la ruta o colocar nuevos cables, cambió a este nuevo plan. La primera demostración de carga de bobinas en un cable de teléfono fue en una longitud de 46 millas del llamado cable de Pittsburgh (la prueba fue en realidad en Boston, el cable se había utilizado anteriormente para la prueba en Pittsburgh) el 6 de septiembre de 1899 llevado a cabo por el propio Campbell y su asistente. El primer cable telefónico con líneas cargadas puesto en servicio público fue entre Jamaica Plain y West Newton en Boston el 18 de mayo de 1900.

El trabajo de Campbell sobre bobinas de carga proporcionó la base teórica para su trabajo posterior sobre filtros, que resultó ser tan importante para la multiplexación por división de frecuencia. El fenómeno de corte de las bobinas de carga, un efecto secundario indeseable, puede aprovecharse para producir una respuesta de frecuencia de filtro deseable.

Michael Pupin

Diseño de la bobina de carga de Pupin

Michael Pupin, inventor e inmigrante serbio en los EE. UU., también jugó un papel en la historia de la carga de bobinas. Pupin presentó una patente rival a la de Campbell. Esta patente de Pupin data de 1899. Hay una patente anterior (1894, presentada en diciembre de 1893) que a veces se cita como la patente de la bobina de carga de Pupin pero, de hecho, es algo diferente. La confusión es fácil de entender, el propio Pupin afirma que pensó por primera vez en la idea de cargar bobinas mientras escalaba una montaña en 1894, aunque no hay nada de él publicado en ese momento.

La patente de Pupin de 1894 'carga' la línea con condensadores en lugar de inductores, un esquema que ha sido criticado por tener fallas teóricas y nunca se puso en práctica. Para aumentar la confusión, una variante del esquema de capacitor propuesto por Pupin sí tiene bobinas. Sin embargo, estos no están destinados a compensar la línea de ninguna manera. Están allí simplemente para restaurar la continuidad de CC en la línea para que pueda probarse con equipo estándar. Pupin afirma que la inductancia debe ser tan grande que bloquee todas las señales de CA por encima de 50 Hz. En consecuencia, solo el capacitor agrega una impedancia significativa a la línea y "las bobinas no ejercerán ninguna influencia material en los resultados antes mencionados".

Batalla legal

Heaviside nunca patentó su idea; de hecho, no aprovechó comercialmente ninguna de sus obras. A pesar de las disputas legales en torno a esta invención, es incuestionable que Campbell fue el primero en construir un circuito telefónico utilizando bobinas de carga. También puede haber pocas dudas de que Heaviside fue el primero en publicar y muchos cuestionarían la prioridad de Pupin.

AT&T libró una batalla legal con Pupin por su reclamación. Pupin fue el primero en patentar, pero Campbell ya había realizado demostraciones prácticas antes de que Pupin presentara su patente (diciembre de 1899). El retraso de Campbell en la presentación se debió a las lentas maquinaciones internas de AT&T.

Sin embargo, AT&T borró tontamente de la solicitud de patente propuesta por Campbell todas las tablas y gráficos que detallaban el valor exacto de la inductancia que se requeriría antes de presentar la patente. Dado que la patente de Pupin contenía una fórmula (menos precisa), AT&T estaba abierto a reclamos de divulgación incompleta. Temiendo que existiera el riesgo de que la batalla terminara con la declaración de la invención no patentable debido a la publicación anterior de Heaviside, decidieron desistir del desafío y comprar una opción sobre la patente de Pupin por una tarifa anual para que que AT&T controlaría ambas patentes. Para enero de 1901, a Pupin se le habían pagado $ 200,000 ($ 13 millones en 2011) y para 1917, cuando terminó el monopolio de AT&T y cesaron los pagos, había recibido un total de $ 455,000 ($ 25 millones en 2011).

Beneficio para AT&T

La invención fue de enorme valor para AT&T. Los cables telefónicos ahora podrían usarse para duplicar la distancia que antes era posible, o alternativamente, un cable de la mitad de la calidad anterior (y el costo) podría usarse para la misma distancia. Al considerar si permitir que Campbell continuara con la demostración, sus ingenieros calcularon que se ahorrarían $700,000 en costos de nueva instalación solo en Nueva York y Nueva Jersey. Se ha estimado que AT&T ahorró $100 millones en el primer cuarto del siglo XX. Heaviside, quien comenzó todo, se quedó sin nada. Le ofrecieron un pago simbólico pero no aceptó porque quería el crédito por su trabajo. Comentó irónicamente que si su publicación anterior hubiera sido admitida, 'interferiría... con el flujo de dólares en la dirección correcta...'.

Cables submarinos

La distorsión es un problema particular para los cables de comunicación submarinos, en parte porque su gran longitud permite que se acumule más distorsión, pero también porque son más susceptibles a la distorsión que los cables abiertos en los postes debido a las características del material aislante. Diferentes longitudes de onda de la señal viajan a diferentes velocidades en el material causando la dispersión. Fue este problema en el primer cable telegráfico transatlántico lo que motivó a Heaviside a estudiar el problema y encontrar la solución. Las bobinas de carga resuelven el problema de la dispersión, y el primer uso de ellas en un cable submarino fue en 1906 por Siemens y Halske en un cable a través del lago de Constanza.

Hay una serie de dificultades al usar bobinas de carga con cables submarinos pesados. La protuberancia de las bobinas de carga no podía pasar fácilmente a través del aparato de tendido de cables de los barcos de cable y el barco tuvo que reducir la velocidad durante la colocación de una bobina de carga. Las discontinuidades donde se instalaron las bobinas provocaron tensiones en el cable durante el tendido. Sin mucho cuidado, el cable podría partirse y sería difícil de reparar. Otro problema era que la ciencia de los materiales de la época tenía dificultades para sellar la junta entre la bobina y el cable contra la entrada de agua de mar. Cuando esto ocurrió, el cable se arruinó. La carga continua se desarrolló para superar estos problemas, que también tiene la ventaja de no tener una frecuencia de corte.

Cable Krarup

Un ingeniero danés, Carl Emil Krarup, inventó una forma de cable de carga continua que resolvió los problemas de las bobinas de carga discreta. El cable Krarup tiene alambres de hierro enrollados continuamente alrededor del conductor de cobre central con vueltas adyacentes en contacto entre sí. Este cable fue el primer uso de carga continua en cualquier cable de telecomunicaciones. En 1902, Krarup escribió su artículo sobre este tema y vio la instalación del primer cable entre Helsingør (Dinamarca) y Helsingborg (Suecia).

Cable de aleación de aluminio

Construcción de cables permalloy

Aunque el cable Krarup agregó inductancia a la línea, esta fue insuficiente para cumplir con la condición de Heaviside. AT&T buscó un mejor material con mayor permeabilidad magnética. En 1914, Gustav Elmen descubrió la permalloy, una aleación recocida magnética de níquel y hierro. Cª. En 1915, Oliver E. Buckley, H. D. Arnold y Elmen, todos en Bell Labs, mejoraron considerablemente las velocidades de transmisión al sugerir un método para construir cables de comunicaciones submarinos utilizando cinta permalloy envuelta alrededor de los conductores de cobre.

El cable se probó en una prueba en las Bermudas en 1923. El primer cable de permalloy puesto en servicio conectó la ciudad de Nueva York y Horta (Azores) en septiembre de 1924. El cable de permalloy permitió aumentar la velocidad de señalización en cables telegráficos submarinos a 400 palabras /min en un momento en que 40 palabras/min se consideraba bueno. El primer cable transatlántico logró solo dos palabras/min.

Cable de mu-metal

Construcción de cables Mu-metal

Mu-metal tiene propiedades magnéticas similares a las de permalloy, pero la adición de cobre a la aleación aumenta la ductilidad y permite que el metal se convierta en alambre. El cable de mu-metal es más fácil de construir que el cable de permalloy, ya que el mu-metal se enrolla alrededor del conductor de cobre central de la misma manera que el alambre de hierro en el cable Krarup. Otra ventaja del cable mu-metal es que la construcción se presta a un perfil de carga variable en el que la carga se estrecha hacia los extremos.

Mu-metal fue inventado en 1923 por Telegraph Construction and Maintenance Company, Londres, que fabricó el cable, inicialmente, para Western Union Telegraph Co. Western Union competía con AT&T y Western Electric Company, que eran utilizando permalloy. La patente de permalloy estaba en manos de Western Electric, lo que impedía que Western Union la usara.

Carga de parches

La carga continua de cables es costosa y, por lo tanto, solo se realiza cuando es absolutamente necesario. La carga agrupada con bobinas es más barata pero tiene las desventajas de sellos difíciles y una frecuencia de corte definida. Un esquema de compromiso es la carga de parches en la que el cable se carga continuamente en secciones repetidas. Las secciones intermedias se dejan descargadas.

Práctica actual

El cable cargado ya no es una tecnología útil para los cables de comunicación submarinos, ya que primero fue reemplazado por el cable coaxial que utiliza repetidores en línea alimentados eléctricamente y luego por el cable de fibra óptica. La fabricación de cable cargado disminuyó en la década de 1930 y luego fue reemplazada por otras tecnologías después de la Segunda Guerra Mundial. Todavía se pueden encontrar bobinas de carga en algunas líneas telefónicas fijas en la actualidad, pero las nuevas instalaciones utilizan tecnología más moderna.