Лінії передачі

Швидкість розповсюдження електромагнітної енергії в симетричних кабелях теж залежить від частоти. При постійному струмі υ=10000 км/с, а при струмах високих частот υ=200000 км/с.

Таблиця 2.3

Спрощенні формули для обчислення параметрів кабелів зв’язку.

ПРИМІТКА: для одержання коефіцієнту α, дБ/км необхідно одержане значення помножити на 8,68.

 

Рисунок 2.12. Частотна залежність швидкості розповсюдження ЕМ-енергії в кабелі.

 

Коефіцієнт фази коаксіальної пари характеризує зміну фази струму, напруги, потужності на ділянці кабельного ланцюга довжиною 1 км і розраховується по формулі:

 

Затухання кабельного ланцюга з підвищенням температури декілька збільшується. Коефіцієнт затухання кабельного ланцюга при температурі, яка відрізняється від 200С, визначається по формулі:

 

де α20 – коефіцієнт затухання при температурі 200С, αα – температурний коефіцієнт затухання середнє значення якого 2 х 10-3.

Хвильовий опір ZХВ розраховується по формулі:

 

По своїй фізичній природі величина ZХВ не залежить від довжини лінії та постійна в любій точці ланцюга. 

Швидкість розповсюдження електромагнітної енергії по кабельній лінії залежить від параметрів ланцюга і частоти струму та визначається по формулі:

 

Час розповсюдження електромагнітної енергії по коаксіальному кабелю визначається по формулі:

 

Розглянемо залежність вторинних параметрів коаксіального кабелю від частоти. На рис. 4.10 показана типова залежність коефіцієнтів затухання і фази від частоти.

 

Рисунок 2.13. Частотна залежність коефіцієнтів затухання і фази.

 

Коефіцієнт загасання спочатку (на малих частотах) росте різко, а на більш високих частотах – більш повільно. Коефіцієнт фази β росте від нуля за лінійним законом.

Хвильовий опір ZХВ в коаксіальних парах із суцільним діелектриком становить 50 Ом, а при комбінованій ізоляції величина хвильового опору складає приблизно 75 Ом. Загальний вигляд частотної залежності хвильового опору показаний на рис. 2.14.

Модуль хвильового опору зі зміною частоти змінюється до  і зберігає цю величину в усій області високих частот.

Електромагнітна енергія розповсюджується по лінії з високою швидкістю. Переданий в лінію сигнал досягає її кінця тільки через відповідний проміжок часу. Частотна залежність швидкості розповсюдження електромагнітної енергії показана на рис. 2.15. Можна вважати, що з ростом частоти швидкість розповсюдження електромагнітної енергії коаксіальної пари зростає. Час розповсюдження електромагнітної енергії кабелями зв’язку від частоти не залежить. Розраховані параметри передачі коаксіального кабелю збираються в таблицю і зрівнюються з нормами (табл. 2.4).

Таблиця 2.4

Зведені дані.

 

 

Взаємні впливи між ланцюгами симетричного кабелю обумовлені дією змінного електромагнітного поля одного (впливаючого) ланцюга на інший (підпадаючий впливу). Причиною взаємних впливів між ланцюгами четвірки є відхилення розмірів жил від номінального значення, які викликані різними розмірами і параметрами початкового матеріалу (жил, карделю, ізоляційного покриття), а також деформаціями в процесі виробництва кабелю.

Взаємні впливи проявляються в тому, що передачі, які ведуться по одному ланцюгу, прослуховуються на інших ланцюгах у вигляді зрозумілої або незрозумілої (шуму) перехідної розмови, що заважає. Її наявність знижує якість зв’язку, так як маскує або спотворює сигнали, які передаються по ланцюгу. Наявність зрозумілої перехідної розмови, крім того, порушує скритність передачі. Електричний та магнітний вплив між ланцюгами характеризується відповідно електричним К12 і магнітним М12 зв’язками (рис. 2.16).

Електричний зв’язок визначається відношенням наведеного струму І2 в ланцюгу, підпадаючому впливу, до різниці потенціалів U1 у впливаючому ланцюзі:

 

де g – активна складна електричного зв’язку, або гальванічний зв’язок [См], k – ємнісний зв’язок [Ф].

 

Рисунок 2.16. Схема взаємного впливу між ланцюгами.

 

Магнітний зв’язок визначається відношенням електрорухомої сили Е2, яка наводиться в ланцюгу підпадаючому впливу, і струму І у впливаючому ланцюгу з протилежним знаком.

 

де r – активна складна магнітного зв’язку або активний зв’язок [Ом], m – індуктивний зв’язок [Гн].

Величини g, r, k і m – є первинними параметрами впливу. Вторинними параметрами впливу є величина А (перехідне загасання), яке характеризує затухання струмів впливу при переході з першого ланцюга на другий. 

Перехідне затухання виражається логарифмом відношення потужності генератора Р1, який живить впливаючий ланцюг, до потужності завад Р2 в ланцюгу, підпадаючому впливу:

 

Його можна подати у вигляді відношень напруг або струмів у впливаючому і підпадаючому впливу ланцюгах:

 

При розгляді впливу між ланцюгами зв’язку розрізняють 2 види переходу енергії: на ближньому та дальньому кінцях. Вплив, який проявляється на тому кінці, де розміщується генератор першого ланцюга, називають перехідним затуханням на ближньому кінці А0. Вплив який проявляється на протилежному кінці другого ланцюга, називають перехідним затуханням на дальньому кінці Ае. Разом з параметрами А0 і Ае в техніці зв’язку широко використовується параметр Аз (захищеність ланцюгів), який являє собою різницю між рівнями потужності корисного сигналу Рс і завади Рз в деякій точці ланцюга (рис. 5.2):

 

Захищеність ланцюгів дорівнює різниці між перехідним і власним загасанням ланцюга:

А3=Ае–αl. 

 

Рисунок 2.17. Перехідне затухання між кабельними ланцюгами.

 

В симетричних кабелях у випадку впливу між однаковими ланцюгами, коли ZХВ1 = ZХВ2 = ZХВ і для розрахунку перехідних затухань використовують формули:

де N12 – електромагнітний зв’язок на ближньому кінці, F12 – електромагнітний зв’язок на дальньому кінці, α – коефіцієнт затухання на частоті розрахунку, е – довжина ділянки підсилення.

Електромагнітний зв’язок на ближньому та дальньому кінцях визначається відповідно за виразами:

де K12 = g + γwk, (2.43) і M12 = r + γwm  (2.44).

На високих частотах ємнісний (k) і магнітний (m) зв’язки находяться в співвідношеннях:

 

Для визначення активних складових можна використати співвідношення, які дійсні в області високих частот:

g=0,2 wk ,   (2.46)   і   r=0,4 wm   (2.47).

Для розрахунку прийняти, що ємкісний зв’язок К=20пФ/км. Дані розрахунку параметрів взаємного впливу звести в табл. 2.5.

Вторинні параметри передачі коаксіального кабелю визначаються через первинні. Коаксіальні кабелі практично використовуються в спектрі частот від 60 кГц і вище. При таких частотах R<<wL i G<<wC. Тому їх вторинні параметри розраховуються за такими формулами. Коефіцієнт затухання (α) характеризує зменшення струму, напруги, потужності на ділянці кабельного ланцюга довжиною 1 км і розраховується по формулі:

 

де αМ – коефіцієнт затухання в металевих проводах, αД – коефіцієнт затухання в діелектрику.

Коефіцієнт фази коаксіальної пари характеризує зміну фази струму, напруги, потужності на ділянці кабельного ланцюга довжиною 1 км і розраховується за виразом:

 

Загасання кабельного ланцюга з підвищенням температури декілька збільшується. Коефіцієнт загасання кабельного ланцюга при температурі, яка відрізняється від 200С, визначається по формулі:

 

де α20 – коефіцієнт затухання при температурі 200С, αα – температурний коефіцієнт затухання середнє значення якого 2 х 10-3.

Хвильовий опір (ZХВ), швидкість розповсюдження електромагнітної енергії по коаксіальній кабельній лінії, а також залежність вторинних параметрів коаксіального кабелю від частоти відповідаю опису згідно п. 2.3.6.

Можна вважати, що з ростом частоти швидкість розповсюдження електромагнітної енергії коаксіальної пари зростає. Час розповсюдження електромагнітної енергії кабелями зв’язку від частоти не залежить. Розраховані параметри передачі коаксіального кабелю збираються в таблицю і зрівнюються з нормами (табл. 2.6).

Таблиця 2.5.

Зведені дані.

Таблиця 2.6

Зведені дані.

 

 

Під час розробки конструкцій та виготовленні кабелів зв’язку вживають заходи для забезпечення найменших взаємних впливів між їх ланцюгами. До таких заходів відносяться: скручування кабельних жил в групи, звивання груп в кабельний сердечник, екранування ланцюгів і обмеження їх конструктивних неоднорідностей.

Кроки скрутки різних груп різні. Вони вибираються шляхом спеціального розрахунку, щоб для будь-якої пари ланцюгів перехідна завада, яка викликана взаємним впливом на ділянці кабелю визначеної довжини, компенсувалась перехідною завадою, яка викликана сусідньою ділянкою такої ж довжини. Для компенсації необхідно, щоб розміщення проводів взаємовпливаючих ланцюгів цих двох ділянок відрізнялись тим, що в одному з ланцюгів проводи помінялись місцями.

Екранування ланцюгів симетричних кабелів є найбільш радикальним способом захисту їх від взаємних впливів і впливів зовнішніх електромагнітних полів. Але цей спосіб захисту, як правило, викликає значне збільшення вартості кабелю і власного затухання кабельних ланцюгів.

В симетричних кабелях зв’язку, які не мають металевих захисних покровів, з метою стабілізації електричних параметрів ланцюгів і захисту їх від зовнішніх впливів здійснюють екранування всього кабельного сердечника.

Екрани кабельних груп і сердечників мають циліндричну форму та можуть бути виконані у вигляді спірально накладених паперових металізованих стрічок, суцільних мідних або алюмінієвих стрічок і бавовняних графітних стрічок. При виготовленні кабелів зв’язку не вдається в достатній мірі уникнути конструктивних неоднорідностей, які порушують симетричність окремих кабельних ланцюгів і кабельних груп. В результаті взаємні впливи між кабельними ланцюгами залишаються порівняно великими та знижується їх захищеність відносно зовнішніх впливів. Тому при прокладці і монтажі кабелю доводиться використовувати комплекс додаткових заходів щодо зменшення взаємних впливів, який несе назву симетрування кабелів. В процесі симетрування вживаються такі заходи:

• вибір порядку прокладання будівельних довжин кабелю;
• систематичне схрещування ланцюгів під час монтажу кабелю;
• вибір з’єднання ланцюгів (оператора схрещування) в симетричних муфтах за результатами вимірювання взаємних впливів;
• включення додаткових конденсаторів і контурів протизв’язку, які складаються з послідовно з’єднаних конденсаторів і резисторів.

 

1. Гроднев И.И., Верник С.М., “Линии связи”. – М.: Радио и связь, – 1988. – 543с.
2. Гумеля А.Н., Шварцман В.О. “Електричні характеристики кабельних ліній зв’язку”, - М: Радіо і зв’язок, 1966.
3. Гроднев И.И., Фролов П.А., “Коаксиальные кабели связи”. – М.: Связь, – 1970. – 312с.
4. Справочник “Строительство кабельных сооружений зв’язку”. – М.: “Радио и связь”, – 1988. – 768с.
5. Гумеля А.Н., Шварцман В.О., “Электрические характеристики кабельных линий связи”. – М.: Связь, – 1966. – 208с.