ВВЕДЕНИЕ

Радиочастотные коаксиальные кабели находят широкое применение в промышленной, связной, телевизионной радиолокационной и другой радиотехнической аппаратуре. Они используются в качестве фидерных линий, линий дальней связи, трансформаторов сопротивлений, элементов полосовых и режекторных фильтров.

Гибкие коаксиальные кабели применяются также для устройства междублочных соединений и монтажа радиоаппаратуры. Жесткие коаксиальные линии используются в качестве колебательных контуров многих устройств метрового и дециметрового диапазонов волн.

Существует ряд типов коаксиальных кабелей специального назначения: кабели задержки с замедленной скоростью распространения электромагнитных волн, кабели трансформации с переменным по длине волновым сопротивлением, высокоомные кабели с малой, погонной емкостью, применяемые в импульсных установках.

На частотах до нескольких десятков мегагерц наряду с экранированными линиями, примером которых является коаксиальный кабель, используются и неэкранированные линии, однако они обладают повышенными потерями и подвержены влиянию помех.

Диапазон частот, в котором используются экранированные линии, очень широк: от звуковых частот (сотни и тысячи герц) до сверхвысоких частот (несколько тысяч мегагерц). Основные достоинства таких линий — возможность передачи широкого спектра частот, относительно небольшое затухание, малые поперечные размеры, самоэкранирование и защищенность от внешних помех, надежность и экономичность — способствуют их широкому распространению. На частотах выше нескольких десятков мегагерц применяются в основном экранированные линии.

На частотах выше нескольких тысяч мегагерц экранированные линии, в том числе коаксиальные кабели, становятся уже малоэффективными, и приходится применять другие типы линий — волноводы, представляющие собой полые металлические трубы прямоугольного или круглого сечения. Дело в том, что на таких частотах сильно возрастают потери как в проводах экранированной линии, так и в диэлектрике, которым разделены ее внутренний и внешний провода. Другое обстоятельство, затрудняющее использование коаксиальных линий на коротковолновом участке диапазона сверхвысоких частот, заключается в невозможности передачи по такой линии большой мощности.

Мощность, которую можно передать по коаксиальной линии, ограничена значением напряжения (между проводами линии, при котором наступает пробой. Пробивное напряжение может быть повышено, при сохранении заданного волнового сопротивления, пропорциональным увеличением диаметров внутреннего и внешнего проводов. При этом увеличивается толщина слоя изоляции между проводами, благодаря чему повышается величина пробивного напряжения. Но при использовании коаксиальной линии в диапазоне сверхвысоких частот диаметр внешнего провода ограничен. Он не может превышать определенной величины, так как при длине внутренней окружности этого провода, соизмеримой с длиной волны электромагнитных колебаний, в линии могут возникнуть паразитные типы волн, приводящие к искажениям сигнала и увеличению потерь.

1 СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ, ТИП ЛИНИИ СВЯЗИ, МАРКА КАБЕЛЯ

В данной курсовой работе рассматривается зоновая сеть на однокоаксиальном кабеле. Количество каналов по варианту – 250. Вследствие этого, выбрана аппаратура уплотнения «ИКМ – 480»

Для зоновой сети на коаксиальном кабеле был выбран кабель марки ВКПАП – 10. Жилы данного кабеля обладают высокой электрической проводимостью, гибкостью и достаточной механической прочностью.

1. Расчет первичных и вторичных параметров

Сопротивление коаксиальной пары R, Ом/км, и индуктивность L, Гн/км, рассчитываются по формулам:

, (1.1)

Ом/км

, (1.2)

Гн/км

где и – диаметр внутреннего проводника и внутренний диаметр внешнего проводника. Значения ,

Емкость C, Ф/м и проводимость G, См/м коаксиального кабеля рассчитываются по и :

С = 2πε₀ε_r/ln(D/d) = ε_r10^-6/18ln(D/d), (1.3)

С = ) = 5,4466* Ф/м

G = 2nσ/ln(D/d) = ωCtgδ, (1.4)

G = 2*3,14*50*5,4466* *30* = 0,513 См/м

где и – диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь изоляции. Эффективные значения и

Коэффициент затухания α, дБ/км, коэффициент фазы β рад/км, волновое сопротивление ZВ, Ом, скорость распространения v, км/с, рассчитываются следующим образом.

(2.5)

(дБ/км)

(2.6)

(рад/км)

(2.7)

(км/с)

2 ВЫБОР МАРКИ КАБЕЛЯ

2.1 Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель состоит из медного проводника и диэлектрика из вспененного полиэтилена, центры которых полностью совпадают. Сверху медной оплетки и слоя диэлектрика размещается фольга или стальная оплетка, а иногда комбинация обоих этих экранов. Благодаря совпадению центров проводников, в коаксиальном кабеле создается стоячая волна, которая позволяет свести к минимуму потери сигнала. Оплетка или фольга, в свою очередь, защищают кабель от электрических помех.

В сравнении с другими кабелями, которые используются для передачи сигналов, коаксиальный является достаточно дорогой средой. Однако в сравнении с витой парой или оптоволокном он имеет одно значительное преимущество. Коаксиальный кабель имеет большой диапазон частот, поэтому он идеально подходит для работы с несколькими каналами высокой пропускной способности. Именно такая среда идеально подходит для передачи видео высокого разрешения, поэтому коаксиальный кабель и используется в кабельном телевидении.

2.2 Марка, основные элементы и описание кабеля

Однокоаксиальные кабели типа ВКПАП применяются на сетях внутризоновой связи с использованием системы К–120 на транзи­сторах в диапазоне частот 60—1360 кГц. Кабели типа ВКПАП вы­пускаются всех марок, необходимых для прокладки в телефонной канализации и в грунтах, на речных переходах, а так­же для подвески на опорах воздушных линий связи. Подвесные кабели обеспечивают эксплуатацию их на открытом воздухе при температуре от —50 до + 50°С. Эти кабели предназначаются в ос­новном для подвески в районах, где прокладка в земле представ­ляет большие трудности (гористая местность, грунты V категории и выше). Кабель содержит одну коаксиальную пару с внутренним медным проводником диаметром 2,14 мм, поверх которого нало­жена изоляция из пористого полиэтилена, а также внешний про­водник из алюминиевой трубки с продольным сварным швом. Алю­миниевая трубка защищена от коррозии равномерно наложенным слоем вязкого подклеивающего состава. В конструкции кабеля марки ВКПАП поверх сердечника наложен шланг из светостаби­лизированного полиэтилена радиальной толщиной 2,1 мм.

Описание и расшифровка кабеля ВКПАП–10: В – Внутризоновый К – Коаксиальный П – Изоляция пористый полиэтилен А – Алюминиевый внешний проводник П – Оболочка из полиэтилена 10 – Частота до 10 МГц Элементы конструкции кабеля ВКПАП–10:

– Внутренний проводник коаксиальной пары изготовлен из медной или алюмомедной проволоки диаметром 2,14 мм – изоляция – пористая полиэтиленовая – алюминиевый внешний проводник в виде сварной трубки из алюминиевой ленты – полиэтиленовая оболочка

Область применения кабеля ВКПАП–10:

–кабеля ВКПАП–10 1х2,14 предназначены для систем передачи, работающих в спектре частот до 10 МГц и напряжении дистанционного питания до 1000 В переменного тока. Условия эксплуатации и монтажа кабеля ВКПАП–10: Строительная длина кабелей – не менее 800 м Электрическое сопротивление на длине 1 км, не более: –внутреннего проводника – 5,15 Ом, –внешнего проводника – 1,5 Ом,

Рисунок 2.1 – Кабель марки ВКПАП – 10

Коаксиальный кабель ВКПАП–10: 1 – внешняя оболочка; 2 – экран–оплетка; 3 – экран–фольга; 4 – диэлектрик; 5 – проводник

Рисунок 2.2 – Конструкция коаксиального кабеля ВКПАП–10

3 Электрические измерения и измерительные приборы

3.1 Определение длины кабеля

Измерения коаксиальных кабелей производятся постоянным и переменным токами на заводах – изготовителях, кабельных пло­щадках, в процессе строительства и на смонтированных усили­тельных участках. В настоящей главе изложены лишь особенности измерения коаксиальных шар переменным током и в импульсном режиме. При анализе результатов измерений необходимо точно знать длину и температуру измеряемого кабеля. Измеренные зна­чения электрического сопротивления проводников и затухания приводятся к температуре +20⁰ С.

Для обработки результатов измерения электрического сопро­тивления проводников, рабочей емкости и особенно затухания ко­аксиальных пар необходимо знание длины измеряемого кабеля. Длина кабеля может быть определена по одному из следующих методов:

а) по мерной ленте, расположенной под слоями поясной изо­ляции или между ними, или под металлической оболочкой. На ленте через каждые 200 мм нанесены условные обозначения предприятия–изготовителя, год изготовления кабеля и мерные деления с цифрами. Разность цифр на ленте на концах А и Б кабеля обозначает длину кабеля с погрешностью ±0,5%;

б) по результатам измерения электрического сопротивления Шлейфа из внутренних проводников двух коаксиальных пар при фиксированной температуре кабеля (на заводах определяется по термометру в цехах, а на усилительных участках— по данным близкорасположенных мететеопунктов, температуры грунта на глубине прокладки кабеля). Измеренное сопротивление шлейфа при­водится к температуре 20° С и делится на среднестатистическое значение сопротивления.

в) с помощью устройства ИД–КС–А, которое позволяет наиболее точно измерить длину смонтированного кабеля на усилительном или регенерационном участках. Прибор обеспечивает измерение длин от 5500 до 6500 м кабеля с парами 2,6/9,4 и 1,2/4,6 мм и от 2750 до 3250 м кабеля с парами 2,6/9,4 мм. Погрешность изме­нения длины участка – не более ±0,3%. Питание прибора осуществляется от встроенной батареи типа 3336У при потреблении тока не более 20 мА. Принцип работы прибора основан на измерении значения критической частоты для измеряемого усилительного участка и сличения этой частоты с критической частотой образцового уси­лительного участка, по которому настраивают усилители данной системы передачи. При подаче от генератора на вход коаксиальной пары синусоидального сигнала электромагнитная волна распространяется вдоль пары, достигает ее дальнего конца и от­дается в обратную сторону. В результате на входе коаксиальной пары происходит сложение подаваемого и отраженного сигналов. На определенных частотах для конкретной длины пары будет наблюдаться сложение обоих сигналов в фазе, что вызывает эффект увеличения входного сопротивления пары.

Частоты, на которых входное сопротивление имеет максимальное или минимальное значение, называются критическими.

Значение критической частоты (Гц) связано с длиной пары следующим соотношением:

где l – длина пары, м: – эквивалентная относительная диалек­тическая проницаемость; п — целые числа ряда 1, 2, 3..., откуда

За номинальную частоту принята критическая частота образно­го усилительного участка, по которому на зоводе–изготовителе настраивают усилители. Отклонение длины измеряемого участка от образцового вызывает изменение критической частоты. Бели­зна отклонения, выраженная в метрах, отсчитывается по шкале генератора прибора.

Схема прибора (рисунок 3.1) состоит из перестраиваемого генератора 1, моста 2, активного балансного сопротивления 3 и селективного индикатора баланса моста, содержащего усилитель 4, фильтр 5, детектор 6 и микроамперметр 7. Для калибровки генератора то частоте имеется кварцевый резонатор. Измерение длины производится включением входа измеряемой пары в одно плечо моста, а в другое плечо моста включено балансное активное сопротивление. Путем перестройки частоты генератора и балансного сопротивления достигается максимально глубокий баланс моста. При балансе моста частота генератора соответствует кри­тической, отпрадуированной в метрах.

Рисунок 3.1 – Структурная схема прибора ИД–КС–А