книги из ГПНТБ / Гроднев, И. И. Линейные сооружения связи учебник

На рис. 3.27 показана частотная характеристика изменения Ra многослойных экранов.

И н д у к т и в н о с т ь симметричной экранированной цепи за счет воздействия отраженного от экрана магнитного поля несколь­ ко уменьшается. Внешняя межпроводниковая индуктивность эк­ ранированной цепи может быть определена по формуле

гГЭ2 + а2

Сравнивая это выражение с формулой расчета внешней индуктив­ ности неэкранированной цепи видим, что воздействие экрана учи­ тывается через нараметр (г2э—а2)/(г2э + а2). Для неэкранированной цепи этот параметр равен единице. На рис. 3.28 показан харак­ тер изменения внешней индуктивности цепи и емкости за счет воздействия экрана.

Рис. 3.28. Характер изменения ин­ дуктивности и емкости экраниро­ ванных цепей при воздействии эк­ рана

Из приведенных данных следует, что с уменьшением радиуса экрана межпроводниковая индуктивность существенно уменьша­ ется. В реальных кабельных конструкциях изменение индуктив­

Емкость экранированной цепи больше емкости неэкранирован­ ной. Математически это обусловлено величиной ( г 2э—а 2) / (г% + а 2) .

Как видно из рис. 3.28, чем ближе проводники расположены к экрану (а/гэ->-1), тем сильнее эффект воздействия экрана и больше емкость цепи. При больших радиусах экрана (гѳ->-оо) ем­ кость экранированной цепи приближается к емкости неэкраниро­ ванной цепи.

Проводимость изоляции экранированной цепи так же, как и неэкранированной, определяется выражением G= coCtgö.

— 132 —

3.21. ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ПЕРВИЧНЫХ

ПАРАМЕТРОВ ЛИНИЙ СВЯЗИ

Рассмотрим графики зависимости первичных параметров ли­ ний связи (R, L, С, G) от частоты, от диаметра провода (ж*илы) и расстояния между проводами.

нием частоты уменьшается, так как за счет поверхностного эф­ фекта уменьшается внутренняя индуктивность проводов. Емкость С не зависит от частоты.

При увеличении расстояния между проводами (рис. 3.30) па­ раметры R, С, G закономерно уменьшаются, а индуктивность L растет. Снижение R обусловлено уменьшением потерь на эффект близости. Рост L связан с увеличением контура, пронизываемого

>ц< =о ^

магнитным потоком. Емкость С уменьшается, так как провода удаляются друг от друга и уменьшается их взаимодействие.

С увеличением диаметра проводов (рис. 3.31) параметры С и G растут, а L уменьшается. Изменение активного сопротивле­ ния R имеет сложный характер. Это обусловлено тем, что с уве­ личением диаметра провода сопротивление постоянному току рез­ ко уменьшается, а сопротивление за счет поверхностного эффек­ та и эффекта близости растет. Поэтому вначале R резко снижа­ ется, а затем это снижение замедляется.

Порядок величин первичных параметров существующих типов линий следующий: /?=5-г-100 Ом/км; L = 0,6-f-2 мГ/км;

С= 6 ~ 5 0 нФ/км; G =l-f-200 мкСм/км.

Вкабельных линиях за счет тонких проводников и близкого их расположения превалируют параметры R и С. Емкость кабеля в 3—5 раз больше емкости воздушных линий, а активное сопро­

тивление — в 5—10 раз. Индуктивность кабеля, наоборот, мень­ ше в 2 —3 раза.

-133

3.22. ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ПАРАМЕТРОВ ЛИНИИ

На параметры воздушной и кабельной линий влияют колеба­ ния температуры. С ростом температуры возрастают активное со­ противление R, емкость С и индуктивность L. Сопротивление изо­ ляции Rm, как правило, с увеличением температуры снижается. В целом коэффициент затухания линии с увеличением темпера­ туры возрастает.

Воздушные линии полностью подвержены колебаниям окру­ жающей температуры, и в зависимости от атмосферных условий температурный перепад может составлять — 40ч—|-50оС.

Кабельные линии, находящиеся под землей на глубине поряд­ ка 1,2 м, испытывают меньшие температурные колебания. Так, для средней полосы Советского Союза температурный перепад не пре­ вышает —2 и + 16°С. Средней расчетной температурой для кабе­ ля считается + 8 °С.

От температуры больше всего зависит активное сопротивление цепи. Это обусловлено увеличением хаотического движения элек­ тронов в металле при повышенной температуре.

Увеличение сопротивления может рассчитываться по следую­

где аиз — температурный коэффициент сопротивления изоляции, равный для бумаги 0,060 и для стирофлекса 0 ,0 0 1 .

Температурное изменение коэффициента затухания обуслов­ лено сложной температурной зависимостью исходных первичных параметров. Определяющим является температурное изменение активного сопротивления, пропорциональное затуханию, поэтому расчет температурного увеличения коэффициента затухания а, производим по следующей упрощенной формуле:

(2 -^2 ,6 ) - ІО-3; МКСБ-4Х4 — (2-М ,7). ІО“3; М КП -1Х 4— (2,5-М) X

ХІО-з.

134 —

У? = 2 - 1 5 ,7 5 - 1 ,0 2

= 3 2 ,1 3 [1 + 1 ,4 + 0 ,4 3 2 ] = 91 О м /км .

— 135 —

Емкость [ур-ние (3.61)] і(диалектрическая проницаемость баллонно-полиэти­ леновой изоляции е = 1 ,2 0 )

V

ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕДАЧИ ПО КОАКСИАЛЬНЫМ КАБЕЛЯМ

3.23. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В КОАКСИАЛЬНЫХ КАБЕЛЯХ

Стремление к расширению используемого спектра частот, вы­ зываемое необходимостью создать на важнейших направлениях мощные пучки каналов связи, в последнее десятилетие привело к тому, что на магистралях стали широко использоваться коакси­ альные кабели. По сравнению с линиями других типов ко­ аксиальные кабели наиболее полно отвечают требованиям высо-

— 137 —

кочастотной связи и междугородно­ го телевизионного вещания. По ко­ аксиальному кабелю можно переда­ вать очень широкий спектр частот при сравнительно малых потерях; кабель этот хорошо защищен от влияния соседних цепей и внешних ■помех, и такая система связи в це­ лом более экономична.

Взаимодействие электромагнит­ ных полей внутреннего и внешнего

і. проводников коаксиального кабеля таково, что его внешнее поле равно нулю. Результирующее магнитное поле коаксиального кабеля пред­ ставлено на рис. 3.33, где показан

расстояние от центра провода до точки, в которой определяется напряженность поля.

Поле Я^ провода б изображено в соответствии с законами

электротехники — внутри полого цилиндра магнитное поле отсут­ ствует, а вне его выражается таким же уравнением, как и для

магнитных полей коаксиального кабеля параметр г для провод­ ников принимается одинаковым и исчисляется от центра провод­ ников (нулевой точки).

Токи в проводниках а и б равны по величине и обратны по знаку, поэтому магнитные поля внутреннего и внешнего провод­

но, результирующее магнитное поле вне кабеля равно

2 п г 2л г

Таким образом, силовые линии магнитного поля коаксиально­ го кабеля располагаются в виде концентрических окружностей внутри него. Вне кабеля магнитное поле отсутствует.

Электрическое поле также замыкается внутри коаксиального кабеля по радиальным направлениям между проводниками а и б, и поэтому вне кабеля поле равняется нулю.

— 138

На рис. 3.34, на котором показано распределение силовых линий электромагнитных полей симметричного и коаксиального кабелей, видно, что, в отличие от коаксиального кабеля, силовые линии электромагнитного поля симметричного кабеля действуют на довольно значительном от него расстоянии.

Рис. 3.34. Электромагнитное поле цепей:

а) симметричной; б) коаксиальной

Вкоаксиальном кабеле из-за отсутствия внешнего поля нет помех на соседние цепи, и, кроме того, нет потерь в окружающих его металлических массах, и поэтому вся энергия распространяет­ ся только внутри кабеля.

Рассмотрим действие поверхностного эффекта в коаксиальных

кабелях и определим характер распределения плотности токов в проводниках при различных частотах. Распределение плотно­ сти тока в проводнике а определяется действием поверхностного эффекта (см. рис. 3.17). Перераспределение плотности тока по сечению проводника б обусловлено близостью к нему провод­ ника а.

Рис. 3.36. Комценграция токов «а взаимно обра­ щенных друг ж другу по­ верхностях проводниках

а и б

— 139

На рис. 3.35 показано переменное магнитное поле, создавае­ мое током проводника а, которое наводит в металлической тол­ ще полого проводника б вихревые токи (7ВТ). На внутренней по­ верхности проводника б вихревые токи совпадают по направле­ нию с основным током (7 + /вт), а на наружной поверхности они движутся против последнего (7—/ вт)-

В результате ток в проводнике б перераспределяется таким образом, что его плотность возрастает в направлении к внутрен­ ней поверхности. Следовательно, токи в проводниках а и б как бы смещаются и концентрируются на взаимообращенных поверх­ ностях проводника (рис. 3.36). Чем выше частота тока, тем силь­ нее эффект смещения тока на внешнюю поверхность проводника а и внутреннюю поверхность проводника б. Энергия как бы вытес­ няется из металлической толщи проводника и сосредоточивается внутри коаксиального кабеля в диэлектрике, а проводник задает лишь направление распространению волн электромагнитной энергии.

Мешающее электромагнитное поле высокой частоты, создавае­ мое соседними цепями передачи или другими источниками помех» действуя на внешнюю оболочку (проводник б) коаксиальной це­ пи, распространяется не по всему сечению кабеля, а лишь по на­ ружной его поверхности. Таким образом, внешний проводник ко­ аксиального кабеля является обратным проводом цепи передачи (проводник б) и защищает (экранирует) передачу, ведущуюся по кабелю, от мешающих влияний.

Из рис. 3.37 видно, что основной ток передачи концентриру­ ется на внутренней поверхности проводника б коаксиального ка­ беля, а ток помех — на наружной стороне проводника б. Основ­ ной ток и ток помех проникают в толщу проводника лишь на глу­ бину, определяемую коэффициентом вихревых токов. Причем чем

выше частота, тем больше отда­ ляются друг от друга основной ток и ток помех и, следовательно» кабель лучше защищен от дейст­

I

Поэтому для защиты от помех, главным образом, в низкочастот­ ном диапазоіне (до 60-Ь 1 0 0 кГц) коаксиальный кабель экранирует­ ся наложением поверх медното проводника двух стальных лент толщиной 0,15—0,20 мм. Такой экран увеличивает переходное за­ тухание на 3—5 Ня.

3 .2 4 . О С О БЕН Н О С ТИ Р А С Ч Е Т А В Т О Р И Ч Н Ы Х П А Р А М Е Т Р О В К О А К С И А Л Ь Н О Г О К А Б Е Л Я

Коаксиальные кабели практически используются в спектре от 60 кГц и выше, где /?<CcoL и G<CcoC, поэтому вторичные парамет­ ры рассчитываются по формулам:

коэффициент затухания

Однако вторичные параметры коаксиальных кабелей целесо­ образно выражать непосредственно через габаритные размеры (d

Здесь первое слагаемое учитывает затухание вследствие по­

лых диэлектрических потерь и положить ад= 0 ; при более высо­ ких частотах они настолько возрастают, что величина ад играет доминирующую роль в общем затухании кабеля.

В практически используемом спектре частот уплотнения ко­ аксиальных кабелей (до 8 -10е Гц) при современных кабельных диэлектриках величина ад незначительна и увеличение затухания

примерно пропорционально

— 141 —