Методическое пособие к дисциплине «Специальная технология» (стр. 8 )

Качество передачи по кабельным линиям связи и их электриче­ские свойства характеризуются первичными параметрами кабеля: активным сопротивлением токопроводящих жил R, индуктивностью L, емкостью С и проводимостью изоляции G, относимыми к единице длины. Эти параметры не зависят от напряжения и передаваемого тока, а зависят от конструкций кабеля и частоты используемого тока.

Волновое (характеристическое) сопротивление Z и коэффициент распространения γ являются вторичными параметрами линии, широ­ко используемыми для оценки эксплуатационно-технических качеств линии связи.

ВОЛНОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Волновое сопротивление — это сопротивление, которое встре­чает электромагнитная волна при распространении вдоль однород­ной линии без отражения, равное:

где Uп и Iп — падающая электромагнитная волна напряжения и тока; Uох  и Iох — отраженная электромагнитная волна напряжения и тока.

Величина волнового сопротивления не зависит от длины кабель­ной линии и постоянна в любой точке цепи.

На постоянном токе:

в тональном диапазоне частот (f =800 гц):

в области высоких частот (f = 30 кгц и выше):

Волновое сопротивление коаксиального (или одножильного) ка­беля в металлической оболочке

При применении изоляционных материалов, у которых диэлек­трическая проницаемость не изменяется с изменением частоты, вол­новое сопротивление

где 3335,8 — постоянная, принятая техническим комитетом 40–2 МЭК; א — отношение скоростей распространения;

— коэффициент укорочения длины волны. (В случае комбинированная изоляция вме­сто ε принимается эквивалентная диэлектрическая проницаемость ε э). Качество передачи по коаксиальному кабелю зависит от одно­родности волнового сопротивления по длине линии. Неоднородность волнового сопротивления характеризуется коэффициентом отраже­ния Ротр, равным:

где Zк и Zк+1 — волновое сопротивление двух различных участков кабеля, ом; Zср — среднее значение волнового сопротивления, ом; Δ Z/2 — среднеарифметическое отклонение волнового сопротивления от среднего значения.

Волновое сопротивление спиральных кабелей (задержки)

где п — число витков на 1 м; а — диаметр спирального внутреннего проводника между центрами проволоки, см.

Волновое сопротивление двухжильных кабелей с индивидуаль­ными экранами поверх изоляции вычисляется по формулам для ко­аксиальных кабелей и равно сумме волновых сопротивлений обеих экранированных жил. Волновое сопротивление симметричного кабе­ля в области частот f=15 000 кгц и выше:

неэкранированного

экранированного

Электромагнитная волна, распространяясь вдоль кабеля, умень­шается по величине и изменяется по фазе. Уменьшение энергии на длине линии 1 км учитывается коэффициентом затухания а, а изме­нение фазы тока и напряжения на 1 км линии коэффициентом фа­зы β.

Коэффициент затухания и коэффициент фазы в общем виде определяют по формуле расчета коэффициента распространения

на постоянном токе

в тональном диапазоне частот (f = 800 гц)

в области высоких частот (f = 30 кгц и выше)

где α R — затухание за счет потерь в металле (нагревание); α g — затухание за счет диэлектрических потерь.

Затухание принято измерять в неперах на 1 км. Затухание 1 неп— это затухание кабельной линии при токе или напряжении, в начале больших по абсолютной величине тока или напряжения в конце,

в 2,718 раза

В радиочастотных кабелях затухание обычно выражают в децибелах. Затухание в 1 бел соответствует уменьшению мощности на выходе кабельной линии в 10 раз по сравнению с мощностью на входе

1 неп =8,65 дб, а 1 дб = 0,115 неп (табл. 2-9).

Таблица 2–9 

Соотношения между единицами измерения

Затухание коаксиального радиочастотного кабеля

Подставляя в нее первичные значения,

Если внутренний и внешний проводники кабеля медные (ρ 1 = ρ 2 = 0,0175 ом*мм2/м, μ 1= μ 2=1)

При многопроволочном внутреннем проводнике (dM) и оплет­ке — внешнем проводнике (с учетом коэффициентов)

Таблица 2-10

Коэффициенты емкостных связей в кабелях дальней связи

Затухание спиральных радиочастотных кабелей задержки

Затухание коаксиальных кабелей связи:

При оптимальном геометрическом соотношении между разме­рами внешнего и внутреннего диаметров проводников D/d=3,6 за­тухание:

Затухание коаксиального кабеля с полиэтиленовой шайбовой изоляцией:

где f — частота, Мгц

Затухание симметричного радиочастотного кабеля

Затухание кабелей связи:

при передаче тональных частот (f = 800 гц)

для ориентировочных расчетов пригодна формула

При расчете затухания кабелей с изоляцией из высокочастот­ных материалов, у которых второе слагаемое имеет малое значение и им пренебрегают, затухание

Типовые частотные зависимости постоянной затухания и фазо­вой постоянной приведены на рис. 2–27.

Дальность связи по кабельной линии

где а — допустимое затухание кабельной линии, неп. Существующи­ми нормами величина максимально допустимого затухания для линий низкочастотной телефонной связи (НЧ) регламентирована до 3,3 неп, а высокочастотным линиям (ВЧ)—до 6—7 неп. Предельно допустимая дальность связи по магистральным кабельным линиям

где τ — допустимое время прохождения сигнала, мсек; нормами Международного консультативного комитета время прохождения сигналов от одного абонента к другому не должно превышать 250 мсек, а для кабельных линий, соединенных с международными магистралями,—100 мсек, Т — время пробега сигнала на участке линии 1 км, мсек/км.

ПУПИНИЗАЦИЯ

способ увеличения дальности передачи телеграфных и телефонных сообщений по кабелям связи (См. Кабель связи) искусственным увеличением их индуктивности. Предложена в 1900 М. Пупином и впервые осуществлена в 1902. П. явилась реализацией идеи О. Хевисайда о возможности уменьшения потерь энергии сигналов, передаваемых по кабельной линии связи, посредством подбора определённого соотношения её 4 основных электрических параметров — активного сопротивления R, индуктивности L, ёмкости С и проводимости изоляции G, приходящихся на единицу длины линии. Потери энергии в линии, характеризуемые коэффициентом затухания α, минимальны, когда R․C = L․G; при этом П. позволила снизить α (в реальных конструкциях кабелей без применения П. обычно RC >> L․G, α >>αмин) и тем самым увеличить дальность связи в 3—5 раз. В зависимости от диаметра токопроводящих жил кабеля связь по пупинизированным цепям осуществляют на расстояния 10—100 км.

  П. кабельной линии заключается в том, что в неё (рис.) через определённые расстояния (0,3—2 км), называется шагом П., включают т. п. пупиновские катушки, наматываемые изолированным медным проводом на замкнутые кольцеобразные сердечники из ферромагнитного материала. Их индуктивность 1—140 мгн, что в несколько десятков раз превосходит собственную индуктивность пупинизируемого участка кабельной линии.

  В 70-е гг. П. используют в низкочастотных линиях городских и пригородных телефонных сетей, в низкочастотных цепях магистральных комбинированных коаксиальных кабелей для служебной связи между обслуживаемыми усилительными пунктами, в соединительных линиях междугородной телефонной сети. Пупинизированная линия представляет собой Электрический фильтр нижних частот с ограничительной полосой пропускания (обычно 300—3400 гц), что является существенной помехой её применению в многоканальной связи (См. Многоканальная связь). Это обстоятельство, а также использование на кабельных линиях промежуточных усилителей — более эффективного средства увеличения дальности связи — постепенно сужает область применения П.

  Д. Л. Шарле.

 

 Схема пупинизированной кабельной линии: Ls — пупининовская катушка S — шаг пупинизации.