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'''Bespulte Leitungen''' sind [[Elektrische Leitung|Leitungen]], die im Bereich der [[Nachrichtentechnik]] eingesetzt wurden. Sie bestehen in der ursprünglichen Form aus zusätzlich in regelmäßigen Abständen in die Leitung eingefügten [[Spule (Elektrotechnik)|elektrischen Spulen]], auch genannt '''Pupin-Spulen''', um die [[Induktivität]] des Kabels künstlich zu erhöhen. Unter bestimmten Umständen ermöglicht diese zusätzliche Induktivität längere Kabelstrecken zur möglichst verzerrungsfreien Übertragung von [[Niederfrequenz|niederfrequenten]] Signalen, d. h. eine Höhenabsenkung. Gleichzeitig wird der kapazitive Aufladestrom längerer Leitungen beim Einschalten wesentlich verringert.

[[Datei:Loaded line schematic.svg|mini|hochkant=2|Symmetrisch bespulte Leitung]]

== Geschichte ==
[[Datei:Pupin coil.png|mini|Pupin-Spule<ref name="pupin1" />]]
[[Datei:Permalloy cable.svg|mini|„Krarup-Leitung“ mit einem hochpermeablen MU-Metallband]]
[[Datei:Pupin coils in PTT Museum in Belgrade 04.jpg|mini|Pupin-Spulen im [[Postmuseum Belgrad|PTT Museum in Belgrad]]]]

Die ersten Ideen und die Entwicklung zu bespulten Leitungen gehen auf [[Oliver Heaviside]] und die [[Telegrafie|transatlantischen Telegrafiekabel]] zwischen Europa und Nordamerika aus dem Jahr 1887 zurück.<ref name="Heaviside1" /><ref name="Heaviside2" /> Heaviside stellte fest, dass durch zusätzlich eingefügte Spulen in [[Seekabel]]n die [[Signalverzerrung]]en abnahmen. Die mathematische Beschreibung des Effektes ist als [[Heaviside-Bedingung]] bekannt, die beschreibt, unter welchen Umständen ein Signal über eine elektrische Leitung möglichst verzerrungsfrei übertragen werden kann. Manchmal werden bespulte Leitungen auch als ''Pupinleitungen'' bezeichnet, die auf den Physiker [[Mihajlo Idvorski Pupin|Mihajlo Pupin]] zurückgehen, der 1894 aufgrund der Vorarbeiten von Oliver Heaviside diese Technik zum Patent anmeldete, aber nicht der eigentliche Erfinder dieses Verfahrens ist.<ref name="pupin1" />

Bei Seekabeln wurde aufgrund der größeren Länge gegenüber an Land verlegten Telegrafenkabelstrecken die gesteigerte Reichweite zuerst bedeutend. Die regelmäßige Anordnung von diskreten Spulenkästchen entlang des Seekabels ist allerdings konstruktiv umständlich, weshalb in den Folgejahren die Induktivität des Kabels durch konstruktive Maßnahmen gesteigert wurde. Dabei wird der elektrische Leiter aus Kupfer in Form spezieller [[Permeabilität (Magnetismus)|permeabler]] Metallbänder aus [[Eisen]] umwickelt, die kontinuierlich in den Kabelmantel eingearbeitet sind. Erste Arbeiten dazu leistete um 1900 der dänische Telegrafeningenieur [[Carl Emil Krarup]], der das nach ihm benannte [[Krarupkabel]] entwickelte.

Verbesserungen ergaben sich in den Folgejahren durch den Ersatz der Eisenbänder durch höher permeable Legierungen aus [[Mu-Metall]] (Permalloy). 1923 wurden entsprechende Kabel in [[Bermuda]] von [[AT&T]] getestet, das erste regulär eingesetzte Seekabel mit Mu-Metall zur Bespulung wurde im Folgejahr zwischen [[New York City|New York]] und [[Horta (Portugal)|Horta]] auf den [[Azoren]] von AT&T in Betrieb genommen. Verbesserungen in den Metalllegierungen führten zu diversen Patenten wie 1923 von [[Western Union]], einem damaligen Konkurrenten von AT&T.<ref name="smith1" />

Anfang des 20. Jahrhunderts spielten bespulte Leitungen auch bei an Land verlegten Telegrafenleitungen und später in [[Telefon]]leitungen zwischen einzelnen [[Ortsvermittlungsstelle]]n eine Rolle. Im deutschen Telefonnetz wurden früher im Abstand (S) von 1700 m (1680–1720 m und Auslauffeld (S/2) 840–860 m) Spulen mit einer [[Induktivität]] von 80/50 [[Henry (Einheit)|mH]] eingesetzt. Sie wurden im Bereich der leitungsgebundenen Kommunikationstechnik zunächst durch [[Koaxialkabel]] und in Folge weitgehend durch [[Lichtwellenleiter]] ersetzt. Bespulte [[Teilnehmeranschluss]]leitungen sind durch die [[Bandbreite]]nlimitierung für die [[Digital Subscriber Line|DSL]]-Technik ungeeignet.

Das Prinzip findet heute in verschiedenen Bereichen Anwendung, aber kaum noch zur Erzielung einer größeren Reichweite.
Bespulte Fernmeldefernleitungen findet man heute in Deutschland nur noch bei Strom- und Gasnetzbetreibern, an Autobahnen, auf alten Eisenbahnstrecken und als Altbestand an Wasserstraßen.

== Beschreibung ==
[[Datei:Leitungsbelag.svg|mini|Ersatzschaltung einer elektrischen Leitung]]
Eine elektrische Leitung lässt sich durch ihre [[Ersatzschaltung]] eines Leitungsabschnitts mit der infinitesimalen Länge d''x'' und die auf die Länge bezogenen Beläge [[Induktivitätsbelag]] ''L′'', der [[Kapazitätsbelag]] ''C′'', der [[Leitungsbeläge#Widerstandsbelag R'|Widerstandsbelag]] ''R′'' und der [[Leitungsbeläge#Ableitungsbelag G'|Ableitungsbelag]] ''G′'' beschreiben. Für eine minimale Signalverzerrung muss die Heaviside-Bedingung erfüllt sein. Das ist der Fall wenn:

:<math>\frac{G'}{C'} = \frac{R'}{L'}</math>

gilt. In diesem Fall tritt eine Signaldämpfung, aber keine Signalverzerrung auf. Bei einer Zweidrahtleitung gilt üblicherweise:

:<math>\frac{G'}{C'} \ll \frac{R'}{L'}</math>

Zum einen ergibt sich der Kapazitätsbelag aus dem geometrischen Aufbau und dem verwendeten [[Dielektrikum]], zum anderen der Querleitwert (Ableitungsbelag) und der Serienwiderstand (Widerstandsbelag) durch die nicht ideale Isolation und die nicht perfekte Leitfähigkeit des Kupferleiters. Diese Werte lassen sich konstruktiv nicht oder nur schwer verändern. Hingegen kann der Induktivitätsbelag durch zusätzliche Spulen bzw. hochpermeable Umwicklungen der Leitung gesteigert werden.

Durch die gesteigerte Induktivität kommt es zugleich zu einer [[Bandbreite]]nlimitierung, da das Bespulen der Leitung als [[Tiefpassfilter]] wirkt. Die Induktivität ''L'' der zusätzlich eingebrachten Spulen und deren Abstand ''d'' entlang der Leitung lässt sich bestimmen zu:

:<math> L = \frac{Z_0}{\omega_c}</math>  und  <math>d = \frac{2}{\omega_c Z_0 C}</math>

Dabei ist <math>Z_0</math> der [[Leitungswellenwiderstand]] der nicht bespulten Leitung und <math>\omega_c</math> die [[Grenzfrequenz]].

== Zusammenhang ==
Auf gleichem Funktionsprinzip aber mit anderem Anwendungsbereich basieren sogenannte [[Verlängerungsspule]]n. Sie dienen zur [[Elektrische Verlängerung|elektrischen Verlängerung]] von [[Antennentechnik|Antennen]].

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="Heaviside1">
Oliver Heaviside: ''Electromagnetic Induction and its propagation.'' In: ''The Electrician.'' 3. Juni 1887.
</ref>
<ref name="Heaviside2">
Oliver Heaviside: ''Electrical Papers.'' Ausgabe 1, Boston 1925, S. 139–140.
</ref>
<ref name="pupin1">
{{Patent
| Land = US
| V-Nr = 519346
| Typ = Erteilung
| Titel = Apparatus for Telegraphic of Telephonic Transmission
| A-Datum = 1893-12-14
| V-Datum = 1894-05-08
| Erfinder = Michael Idvorsky Pupin
| DB = Google
}}
</ref>
<ref name="smith1">
{{Patent
| Land = GB
| V-Nr = 224972
| Typ = Erteilung
| Titel = New and improved magnetic alloys, and their application in the manufacture of telegraphic and telephonic cables
| A-Datum = 1923-08-25
| V-Datum = 1925-11-25
| Erfinder = W. S. Smith, H. J. Garnett
| Kommentar = Auch unter [https://www.google.com/patents/US1582353 US1582353] und [https://www.google.com/patents/US1552769 US1552769] veröffentlicht
}}
</ref>
</references>

[[Kategorie:Telefonnetz]]
[[Kategorie:Kabeltyp]]
[[Kategorie:Übertragungstechnik]]

Bespulte Leitung - Versionsgeschichte

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