4.6. Конструктивные неоднородности в коаксиальных кабелях

При изготовлении кабеля может возникнуть деформация в виде эксцентриситета в расположении проводников, нарушается их форма, постоянство взаимного расположения и т. д. В результате изменяются параметры кабеля, и он перестает быть однородным по длине.

Различают неоднородности внутренние - в пределах строительной длины кабеля - и стыковые, обусловленные различием характеристик сопрягаемых строительных длин. Стыковые неоднородности, как правило, превышают внутренние. Имеются также неоднородности за счет отражения от аппаратуры. Неоднородность кабеля сказывается, главным образом, на волновом сопротивлении кабеля, величина которого на участках неоднородности отличается от номинальной.

Неоднородности цепи учитываются через коэффициент отражения

, (4.47)

где Z_в и Z_в^’ - волновые сопротивления соседних неоднородных участков кабеля; - отклонение волнового сопротивления .

Волновое сопротивление кабеля ,Ом, и зависит от трех параметров: , d, D. Имея в виду, что неоднородность величин , , сравнительно невелика, отклонение волнового сопротивления от среднего значения (волнистость) может быть выражено уравнением

. (4.48)

Наибольшее влияние на колебания волнового сопротивления оказывают отклонения размеров внешнего проводника и неоднородность изолирующих материалов, вызывающая колебания величины диэлектрической проницаемости. Внутренний проводник, представляющий собой сплошную проволоку, может быть изго­товлен с большой точностью.

Реальный коаксиальный кабель можно рассматривать как неоднородную цепь, составленную из отдельных участков. Электромагнитная волна, распространяясь по такому кабелю и встречая на своем пути неоднородность, частично отражается от нее и возвращается к началу линии. При наличии нескольких неоднородных участков волна претерпевает серию частичных отражений и, циркулируя по линии, вызывает дополнительное затухание и искажение характеристик цепи.

Неоднородности в кабеле приводят к появлению в цепи двух дополнительных протоков энергии: обратного, состоящего из суммы элементарных отраженных волн в местах неоднородностей и движущегося к началу цепи, и попутного, возникающего по закону двойных отражений, вследствие того, что первоначально отраженные волны, движущиеся к началу цепи, встречая места неоднородностей, частично отражаются и направляются к началу линии .

Обратный поток приводит к колебаниям величины входного сопротивления кабеля Z_вх , т. е. характеристика Z_вх становится волнообразной. Это затрудняет согласование кабеля с аппаратурой на концах линий и приводит к искажениям в цепи передачи. Попутный поток искажает форму передаваемого сигнала и также создает помехи в передаче. Особенно страдает из-за этого каче­ство телевизионной передачи, для которой фазовое соотношение передаваемых и принимаемых сигналов является решающим фактором. Для нормальной передачи телевизионных сигналов величина попутного потока должна составлять не более 1 % основного.

Высококачественная телефонная связь требует отсутствия амплитудных искажений в цепи передачи и в первую очередь постоянство Z_в.

Для обеспечения требуемого качества связи и телевизионной передачи по коаксиальному кабелю необходимо, чтобы отклонение волнового сопротивления , обусловленное отражениями, не превышало ±0,45 Ом, что соответствует коэффициенту отражения 3%.

Допустимая норма неоднородностей =±0,45 Ом. Частотная зависимость входного сопротивления неоднородного коаксиального кабеля имеет сложный колебательный характер вокруг величины Z_в=75 Ом.

Расчет попутного потока, возникающего на длине усилительного участка коаксиального кабеля за счет внутренних и стыковых неоднородностей, ведется соответственно по формулам

; . (4.49)

Результирующий попутный поток

. (4.50)

В этих формулах p - коэффициент отражения; - расстояние между неоднородностями; - коэффициент затухания кабельной цепи; l - строительная длина кабеля; L - длина усилительного участка; п - число строительных длин кабеля на усилительном участке.

Из приведенных уравнений следует, что попутный поток обусловлен в первую очередь величиной отклонения волнового сопротивления кабеля, причем попутный поток за счет внутренних неоднородностей прямо пропорционален длине кабельной линии, а за счет стыковых неоднородностей - числу строительных длин кабеля. Следовательно, попутный поток особенно проявляется на длинных кабельных линиях при аналоговой передаче (частотное разделение каналов). Для цифровых систем передачи (временное разделение каналов) попутный поток лимитируется длиной регенерационного участка.

С целью повышения однородности электрических характеристик коаксиальных магистралей производится специальное группирование строительных длин кабелей перед прокладкой с таким расчетом, чтобы отклонение волнового сопротивления двух смежных строительных длин не превышало 0,3 Ом. При этом строительные длины располагают так, чтобы величины волнового сопротивления постепенно нарастали от начала усилительного участка к его середине и спадали от середины к концу. На входе в усилительный пункт прокладывают строительные длины с номинальным волновым сопротивлением (75 Ом).

Неоднородности коаксиальных кабелей в настоящее время исследуются и измеряются преимущественно импульсным методом с помощью импульсных приборов большой чувствительности, которые позволяют наблюдать на экране степень однородности волнового сопротивления кабеля по его длине и устанавливать место и характер повреждения.