Изобретатель коаксиального кабеля Сергей Щелкунов

Давид Шарле

Электрические кабели связи бывают двух видов - они состоят из симметричных или коаксиальных пар. До 1930-х годов применялись только симметричные телефонные кабели, причем низкочастотные. По каждой паре передавался один двухсторонний разговор в полосе тональных частот (ТЧ) 300-3400 Гц.

С 1930 г. симметричные кабели начали использовать в сочетании с многоканальными системами передачи. Число каналов, организуемых по каждой симметричной паре, постепенно возрастало: два и четыре на опытных линиях, затем 12, 24 и 60 - на действующих. Дальнейшему расширению спектра частот препятствовало увеличение взаимных влияний между симметричными цепями и, как следствие, возникновение шумов (так называемых переходных помех).

В 1934 г. в журнале Bell System Technical Journal (т. 3) появилась статья сотрудника всемирно известной Bell Telephone Laboratories (BTL) Cергея Aлександровича Щелкунова. В ней на основе разработанной автором фундаментальной электромагнитной теории коаксиальных кабелей описывается их уникальное свойство: оказывается, в отличие от симметричных кабелей в коаксиальных по мере повышения частоты взаимное влияние между парами не увеличивается, а уменьшается (см. рисунок), что обусловлено различным распределением электромагнитного поля в обоих проводниках.

Сергей Щелкунов принадлежал к первой волне российской эмиграции. Родился он в Самаре в 1897 г. Студентом Московского университета был мобилизован в Белую армию, прошел с ней всю Сибирь, оказался в Маньчжурии, затем в Японии и, наконец, в 1921 г. - в США.

Он продолжил учебу в Вашингтонском университете, где и получил ученую степень магистра математики. А докторскую диссертацию Сергей защитил в 1928 г. в Колумбийском университете. Тогда же начал работать в BTL.

Первый в мире коаксиальный кабель, состоящий из двух пар 1,83/6,7 (где в числителе - диаметр внутреннего проводника в мм, а в знаменателе - внутренний диаметр внешнего проводника в миллиметрах), был проложен в 1936 г. на экспериментальной линии Нью-Йорк - Филадельфия. По кабелю одновременно передавались 224 телефонных разговора (224 канала ТЧ) в спектре частот шириной 1 МГц. Затем число пар постепенно возрастало: 4; 8; 12; 20. Размер коаксиальной пары был увеличен (стандартизованные значения: в США - 2,6/9,5; в СССР - 2,52/9,4). Соответственно возрастало число организуемых каналов ТЧ: 600; 900; 1860 (в СССР - 1920); 3600; 10 800.

В целях обеспечения устойчивой работы линейных усилителей на линиях как симметричных, так и коаксиальных кабелей была принята четырехпроводная схема передачи, при которой для разговора в каждом направлении используется одна симметричная или одна коаксиальная пара. Следовательно, для двухстороннего разговора требуются две пары. Кроме того, жилы симметричных кабелей дальней связи скручиваются не в пары, а в четверки.

Таким образом, по самому емкому симметричному кабелю (7x4 при 60-канальном уплотнении) можно передать 840 телефонных разговоров. По самому емкому 20-коаксиальному кабелю (по 10 пар для каждого направления при 10800-канальном уплотнении) - 108 000 телефонных разговоров, т. е. в 128 раз больше.

Кроме того, на коаксиальные кабели расходовалось в 33 раза меньше меди.

Однако по мере повышения передаваемой частоты увеличивалось затухание сигналов, что влекло за собой укорачивание усилительных участков. Создалась парадоксальная ситуация: вместо линии с усилителями получалась гирлянда усилителей, соединенных короткими кабелями.

В конце 1970-х - начале 1980-х годов появилось принципиально новое средство связи - оптические кабели, позволившие передавать многие миллионы телефонных разговоров по одному кабелю.

Коаксиальные электрические кабели на протяжении полувека являлись основным типом кабеля на междугородных магистралях во всем мире. Их применение подняло на новую, более высокую ступень структуру инфокоммуникаций. А их теоретик С. А. Щелкунов с полным правом вошел в число корифеев электросвязи XX века.

В дальнейшем он разработал методику точного математического расчета антенн произвольной формы и был одним из создателей теории волноводов разной конфигурации: цилиндрических, прямоугольных, эллиптических. Эта теория, нашла применение в различных системах радиосвязи и радиолокации.

В годы второй мировой войны Щелкунов был техническим консультантом Национального комитета оборонных исследований США, а также американского флота.

Он автор книг "Электромагнитные волны" (1943 г.), "Прикладная математика для инженеров и ученых" (1948 г.) и "Усовершенствованная теория антенн" (1952 г.).

Уйдя в 1960 г. из Bell Telephone Laboratories, Щелкунов преподавал в Колумбийском университете.

Умер Сергей Александрович 2 мая 1992 г. в возрасте 95 лет.

Статья опубликована в PC Week/RE № 18 от 21.05.2001, стр. 19.
Перепечатывается с разрешения редакции