Проводные и кабельные линии связи.
Передача сигнала на расстояние
Открытые и закрытые проводники, антенны. Закон Киргофа.
Электрические линии, основные типы.
Первичные параметры электрических линий.
Первичные параметры электрических линий – Cn, Ln, Rn, Gn - погонные ёмкость, индуктивность, сопротивление линейное и проводимость утечки. Кроме того существуют диэлектрические потери на поляризацию диэлектрика и потери на перемагничивание проводника.
Рис. Эквивалентная схема элемента линии связи длиной Δl.
Переходные процессы в кабельной линии при распространении высокочастотного электрического импульса.
Динамические погрешности и характеристики кабельной линии связи:
Задержка импульса Т = l/a, где а – скорость распространения сигнала по кабелю.
Деформация импульса:
-амлитудное затухание
-искажения и завал фронтов
-отражение на входе и выходе линии.
Коаксиальный
кабель – идеальный проводник со временем
задержки Т, последовательно к которому
подсоединен «четырехполюсник потерь»
с передаточной функцией – операторным
коэффициентом передачи:
где l – длина кабеля, γ- постоянная распространения.
Е
сли
U1
– входное напряжение, U2
- выходное напряжение четырехполюсника,
то получаем определение коэффициента
передачи.
В
операторном виде постоянная распространения
В
комплексном виде постоянная распространения:
где αn - потери в проводниках, αD - потери в диэлектрике, β - фазовая составляющая, получающиеся после приведения подобных членов.
Е
сли
упростить, полагая проводимость утечки
Gn
=0, то переходная функция для единичного
скачка на входе линии выразится формулой:
где Ф – интеграл ошибок Гаусса при τ = RnCnl2:
Рис. Переходная функция для единичного скачка. τ = RnCnl2.
Рис. Переходные процессы в кабельной линии при согласованном входном сопротивлении R=Zo и 4 вариантах сопротивления нагрузки.
Типовые значения волновых сопротивлений Zo составляют от 50 ом до 100 ом для коаксиальных кабелей, 150 ом для витой пары и 300 ом для волновой линии.
Кабели на основе витых пар
Витые пары проводов используются в дешевых и сегодня, пожалуй, самых популярных кабелях. Кабель на основе витых пар представляет собой несколько пар скрученных попарно изолированных медных проводов в единой диэлектрической (пластиковой) оболочке. Он довольно гибкий и удобный для прокладки. Скручивание проводов позволяет свести к минимуму индуктивные наводки кабелей друг на друга и снизить влияние переходных процессов.
Обычно в кабель входит две (рис. 2.1) или четыре витые пары.
Рис. 2.1. Кабель с витыми парами
Неэкранированные витые пары характеризуются слабой защищенностью от внешних электромагнитных помех, а также от подслушивания, которое может осуществляться с целью, например, промышленного шпионажа. Причем перехват передаваемой по сети информации возможен как с помощью контактного метода (например, посредством двух иголок, воткнутых в кабель), так и с помощью бесконтактного метода, сводящегося к радиоперехвату излучаемых кабелем электромагнитных полей. Причем действие помех и величина излучения во вне увеличивается с ростом длины кабеля. Для устранения этих недостатков применяется экранирование кабелей.
В случае экранированной витой пары STP каждая из витых пар помещается в металлическую оплетку-экран для уменьшения излучений кабеля, защиты от внешних электромагнитных помех и снижения взаимного влияния пар проводов друг на друга (crosstalk – перекрестные наводки). Для того чтобы экран защищал от помех, он должен быть обязательно заземлен. Естественно, экранированная витая пара заметно дороже, чем неэкранированная. Ее использование требует специальных экранированных разъемов. Поэтому встречается она значительно реже, чем неэкранированная витая пара.
Основные достоинства неэкранированных витых пар – простота монтажа разъемов на концах кабеля, а также ремонта любых повреждений по сравнению с другими типами кабеля. Все остальные характеристики у них хуже, чем у других кабелей. Например, при заданной скорости передачи затухание сигнала (уменьшение его уровня по мере прохождения по кабелю) у них больше, чем у коаксиальных кабелей. Если учесть еще низкую помехозащищенность, то понятно, почему линии связи на основе витых пар, как правило, довольно короткие (обычно в пределах 100 метров). В настоящее время витая пара используется для передачи информации на скоростях до 1000 Мбит/с, хотя технические проблемы, возникающие при таких скоростях, крайне сложны.