АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт информационных технологий и коммуникаций

Кафедра «Связь»

Направляющие системы электросвязи Методические указания к

лабораторным работам

для студентов очной и заочной форм обучения

направления

«Телекоммуникации»

Астрахань 2010

УДК 621.315.21

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине <Направляющие системы электросвязи> для студентов направления 210400.62 <Телекоммуникации>. – Астрахань: АГТУ, 2010. – 60 с.

Авторы: к.т.н., проф. Семейкин В.Д., к.т.н., доц. Барабанова Е.А., асс. Скупченко А.В.

Рецензент: к.т.н., доцент Стрижаков В.П.

Методические указания предназначены для проведения лабораторных работ по дисциплине <Направляющие системы электросвязи> со студентами направления 210400 <Телекоммуникации> и содержат материалы, касающиеся измерения и расчета основных параметров симметричных кабелей электросвязи, маркировки и конструкции современных электрических кабелей связи, оптических кабелей связи, структурированных кабельных систем. Измерение первичных параметров симметричных кабелей производится с помощью имитатора кабеля и в программе Electronics Workbench. Изучение конструкции электрических и оптических кабелей производится с помощью макетов кабелей и макета кросса телефонных линий.

Методические указания утверждены на заседании кафедры «Связь» 29.12.10 г., протокол № 14.

© Астраханский государственный технический университет

1. Содержание

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 15

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 31

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 37

Приложение №1 53

Приложение №2 59

Приложение №3 60

1. Лабораторная работа №1

Измерение и расчет параметров симметричных кабелей электросвязи

1. 1.1 Цель

2. Получить практические навыки измерения первичных параметров кабелей электросвязи и научиться рассчитывать вторичные параметры кабелей на основе первичных параметров.

1.2 Содержание работы

1.2.1 Ознакомиться с устройством имитатора кабелей.

1.2.2 Измерить первичные параметры кабелей с помощью имитатора кабелей и рассчитать значение омической асимметрии.

1.2.3 Измерить сопротивление шлейфа кабелей.

1.2.4 Рассчитать вторичные параметры кабелей.

1.2.5 Собрать схему, имитирующую линию связи в программе Electronics Workbench.

1.2.6 Рассчитать на основе измеренных в программе Electronics Workbench первичных параметров кабелей вторичные параметры, величину омической асимметрии и сопротивление шлейфа.

1.2.7 Произвести сравнение полученных результатов и сделать выводы.

1. 3 Основные теоретические сведения

Применение кабелей для передачи сигналов зависит от их электрических характеристик. А они, в свою очередь, определяются параметрами кабеля. Все параметры кабелей можно разделить на две группы: первичные параметры кабеля и вторичные параметры кабеля.

Первичные параметры кабеля

Двухпроводная линия обладает активным сопротивлением R Ом/км, индуктивностью L Гн/км, емкостью токопроводящих жил C Ф/км и проводимостью изоляции жил кабеля G см/км (проводимость изоляции — величина, обратная сопротивлению изоляции). Это первичные параметры передачи, их величина обусловлена конструкцией кабеля и частотой передаваемого сигнала, а также температурой окружающей среды.

Активное сопротивление

Активное сопротивление кабеля на высоких частотах практически прямо пропорционально корню квадратному из частоты. Это определяется так называемым поверхностным эффектом - вытеснением тока к поверхности проводов, которое возрастает с увеличением частоты, и взаимодействием полей проволок кабеля. На частотах свыше 100 кГц активное сопротивление определяется, в основном, поверхностным эффектом и в несколько раз больше сопротивления постоянному току. На частотах ниже 100 кГц эта зависимость от частоты несколько уменьшается по величине, но сохраняется по характеру. Активное сопротивление симметричной кабельной цепи, Ом/км, состоит из сопротивления постоянному току R_o, сопротивления за счет поверхностного эффекта R_п.э, сопротивления за счет эффекта близости R_бл и сопротивления за счет потерь в окружающих металлических массах (соседние жилы, экран, броня) R_м.

Индуктивность кабеля

Индуктивность возрастает при увеличении толщины изоляции (т.е. расстояния между проводниками) и снижается при увеличении сечения проводника. Так же, как и ёмкость, величина индуктивности зависит от пространственного расположения проводников. Малой индуктивностью обладают коаксиальные кабели, а также кабели, состоящие из большого количества взаимно изолированных и переплетённых жил, обладающих, однако, большой собственной ёмкостью.

Емкостью токопроводящих жил

Ёмкость кабеля обратно пропорциональна толщине изоляции или расстоянию между его проводниками. Она прямо пропорциональна сечению жил неэкранированного кабеля или сечению центральной жилы экранированного кабеля. Ёмкость весьма существенно зависит от материала изоляции кабеля. Она минимальна у кабелей с полиэтиленовой изоляцией и максимальна у кабелей из PVC (поливинилхлорида).

Проводимость изоляции жил кабеля

Проводимость изоляции в технике связи является электрическим параметром линии, характеризующим потери энергии в изоляции жил кабелей. Данный параметр в основном зависит от материала из которого изготовлена изоляция, но так же может определятся и другими факторами. Так например, при повышении температуры удельное сопротивление электроизоляционных материалов уменьшается. Большая зависимость сопротивления изоляции от влаги имеет место у гигроскопичных изоляционных материалов, главным образом волокнистых (бумага, хлопчатобумажная пряжа и др.). Поэтому волокнистые материалы подвергаются сушке и пропитке, а также защите влагостойкими оболочками.

Сопротивление изоляции может уменьшаться с повышением напряжения за счет образования в изоляционных материалах объемных зарядов. Создающаяся при этом добавочная электронная проводимость приводит к увеличению электропроводности.

Графики зависимости первичных параметров кабелей от частоты приведены на рисунке 1.1.

Рис. 1.1 График зависимости первичных параметров от частоты

Вторичные параметры кабеля

Вторичные параметры кабеля зависят от первичных параметров. К ним относятся: коэффициент затухания а, дБ/км; коэффици­ент фазы , рад/км; волновое сопротивление цепи , Ом; фазовая скорость , км/с.

Коэффициент затухания

Э лектромагнитная энергия, распространяясь вдоль кабеля, уменьшается по величине от начала к концу линии. Уменьшение или затухание энергии происходит вследствие потерь на нагревание жил и поляризацию молекул изоляции. С ростом частоты потери увеличиваются. График зависимости коэффициента затухания от частоты приведен на рисунке 1.2. Затухание линии увеличивается также с температурой, что следует учитывать при проектировании. Особенно чувствительны к изменению затухания цифровые системы связи: при увеличении затухания линии всего на 1 дБ коэффициент ошибок цифрового сигнала может возрасти на один-два порядка. Зная первичные параметры коэффициент затухания можно определить по формуле:

дБ

(1.1)

Рис. 1.2 График зависимости коэффициента затухания от частоты

Коэффици­ент фазы

Коэффициент фазы β определяет скорость изменения фазы волны вдоль линии. Значение коэффициента фазы увеличивается прямо пропорционально частоте. Зная первичные параметры коэффициент фазы можно определить по формуле:

(1.2)

График зависимости коэффициента фазы от частоты приведен на рисунке 1.3.

Рис. 1.3 График зависимости коэффициента фазы от частоты

Волновое сопротивление цепи

Волновое сопротивление – это постоянное сопротивление электромагнитной волне в любой точке кабеля при ее распространении вдоль линии любой длины. Зная первичные параметры волновое сопротивление можно определить по формуле:

Z_в = ; Ом (1.3)

В общем виде волновое сопротивление является комплексной величиной.

При R << ωL и G << ωL, т.е. для частот свыше 5…10 кГц, волновое сопротивление определяется по следующей упрощенной формуле:

Z_в = ; Ом

График зависимости волнового сопротивления от частоты приведен на рисунке:

Рис. 1.4 График зависимости волнового сопротивления от частоты

Фазовая скорость

В

м/c

еличина тесно связанная с таким параметром как коэффициент фазы. Зная коэффициент фазы можно найти длину волны , распространяющейся по кабелю, и далее фазовую скорость. Но в данной работе мы воспользуемся другой формулой, формулой нахождения фазовой скорости через первичные параметры:

(1.4)