Практические / Пр7-Р_Коаксиал(1)

Дисциплина НТС

Практическая работа № 7-Р

РАСЧЕТ ЗАТУХАНИЯ В КОАКСИАЛЬНОЙ КАБЕЛЬНОЙ СБОРКЕ

Требования к оформлению

1. Условие задания и исходные данные своего варианта переписываются полностью и помещаются перед решением задания.

2. Расчетные формулы приводятся в том виде, как они даны в методических указаниях или основном учебнике. Ссылка на номер формулы при этом обязательна. Если требуется рассчитать заданный параметр в диапазоне частот, то он подробно рассчитывается на одной частоте с обязательной подстановкой численных значений входящих в формулу параметров. На других частотах приводятся в форме таблиц только окончательные значения расчетного параметра.

3. Результаты расчетов обязательно сравниваются с нормами, если рассчитываемый параметр нормируется и указывается размерность каждого рассчитываемого параметра.

4. Все страницы, чертежи, рисунки и таблицы должны соответствовать требованиям предъявляемым к оформлению ВКР бакалавра, которые опубликованы на сайте МТУСИ.

5. В конце работы приводится вывод и список использованных источников с указанием издательства и года издания. Методические указания также входят в этот список.

ЗАДАНИЕ

Рассчитать потери в коаксиальной кабельной сборке с помощью аналитической аппроксимации коэффициента затухания для рабочего частотного диапазона.

Номер варианта задания определяется по последней цифре номера студенческого билета. Например, если номер студенческого билета No 22175, то вариант задания 5.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица 1 – Исходные данные

Марка кабеля	Последняя цифра номера студенческого билета
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	LMR-240	RG-8	LMR-300	LMR-400	LMR-200	5D-FB	RG-8	RG-405	PK 50-3-38	RG-214
Длина кабеля, м	20	15	22	25	35	30	20	10	18	24

Таблица 2 - Исходные данные

Типы разъемов	Последняя цифра номера студенческого билета
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	SMA-J240	SMA-J300	SMA-J300	SMA-J400	N-KY5Y-1	SMA-J7.5A	SMA-J240	N-JWB2A	SMA-JW200L	N-J7
	N-J240Y	N-J7	SMA-J300	SMA-J400	N-KF200	SMA-J7.5DN	SMA-J300	SMA-KYB2M	N-KF200	N-J7

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Типовые кабельные сборки изготавливаются на гибких, полужестких (пропаянная оплетка) и жестких кабелях (медная трубка) с использованием любых соединителей, доступных под конкретный типоразмер кабеля [1]. Потери в коаксиальной сборке могут быть рассчитаны как сумма потерь непосредственно в самом коаксиальном кабеле и разъемах.

Рисунок 1 – Типовая кабельная сборка

С коаксиальными кабелями обычно используются радиочастотные разъемы, работающие в диапазоне нескольких мегагерц. Более новые конструкции разъемов обеспечивают меньшие потери мощности. Распространенными типами радиочастотных разъемов являются: N, UHF, TNC, BNC, SVA. В антеннах и устройствах, в зависимости от условий эксплуатации (в помещении или на улице), обычно используются разъемы трех типов:

• Разъем типа N – это среднего размера резьбовой, устойчивый к атмосферным воздействиям, работающий на частотах до 11ГГц, обеспечивает надежное соединение (рисунок 2, а). У хороших разъемов N-типа, как правило, вносимые потери составляют менее 0,3 дБ, а у некоторых более дешевых производителей они могут достигать 0,5 дБ. Как правило, при монтаже рекомендуется учитывать потери в 1 дБ к бюджету подключения на каждые два разъема, например, на обоих концах кабеля.

• Разъемы SMA (SubMiniature version A) представляют собой менее точные коаксиальные радиочастотные разъемы, работающие на частоте до 18 ГГц, хотя имеются и версии, рассчитанные на частоту до 26,5 ГГц (рисунок 2, б). Эти разъемы вносят большие потери, при монтаже рекомендуется увеличивать потери на 2 дБ на каждые два разъема, например, на обоих концах кабеля.

• Разъемы RP-SMA – такие же, как и SMA, только с обратной полярностью, которая относится только с типу контактного штыря разъема, а не к полярности сигнала. Подходит к использованию внутри помещений (рисунок 2, в).

Штекер Штифт с резьбой внутри	Гнездо Розетка с резьбой снаружи	Штекер Штифт с резьбой внутри	Гнездо Розетка с резьбой снаружи	Штекер Штифт с резьбой внутри	Гнездо Розетка с резьбой снаружи
а)		б)		в)

Рисунок 2 – Типы разъемов

а) тип N; б) тип SMA; в) тип RP-SMA

Существуют различные методики оценки потерь в разъемах, при этом сами производители разъемов редко предоставляют информацию о потерях в них. Более полную информацию можно получить у производителей кабельных сборок, иногда предоставляя формулы для расчета потерь в разъемах. Например, Fairview Microwave [3] для расчета потерь в своих сборках приводит следующую формулу:

(1)

где = 1 ГГц.

В описаниях кабельных сборок приводятся коэффициенты затухания для разъема типа N:

дБ – прямой для кабеля LRM-240-UF, кабельная сборка FMC00502-200cm;

дБ - прямой для кабеля LRM-400-UF, кабельная сборка FMC00014.

Для частоты 10 ГГц формула (1) при дБ выдает потери дБ, что очень близко к данным от Tyco Electronics [4]. Для некоторых разъемов, поставляемых «Амитрон электроникс» [5], имеются данные о затухании в них, которое рассчитывалось тоже по формуле (1). В таблицах 3 и 4 приведены коэффициенты затухания для разъемов SMA и N.

Таблица 3 – Коэффициенты затухания для разъемов SMA (Амитрон)

Тип разъема	Название разъема	Кабель	Коэффициент затухания, дБ (не более)
Розетка	SMA-KB2	UT086, RG-405	0,05
Розетка	SMA-KYB2M	UT086, RG-405	0,05
Вилка	SMA-J7.5A	5D-FB	0,1 (до 5 ГГц)
Вилка	SMA-J7.5DN	5D-FB	0,05 (до 5 ГГц)
Вилка	SMA-J240	LRM-240, RG-8	0,05
Вилка	SMA-J300	LRM-300, RG-8	0,05
Вилка	SMA-J400	LRM-400	0,05
Вилка угловая	SMA-JW200L	PK 50-3-38, LRM-200	0,15

Таблица 4 – Коэффициенты затухания для разъемов N (Амитрон)

Тип разъема	Название разъема	Кабель	Коэффициент затухания, дБ (не более)
Вилка	N-J240Y	LRM-240	0,06
Вилка угловая	N-J7	RG-8, RG-214	0,08 (до 4ГГц)
Розетка	N-K3YD	RG-316D	0,25
Розетка с фланцем	N-KF4YM	PK 50-2-22	0,2
Розетка с фланцем	N-KF200	PK 50-3-38, LRM-200	0,25
Розетка с гайкой	N-KY5Y-1	RG-58, LRM-200	0,25
Вилка угловая	N-JWB2A	UT086, RG-405	0,15

Используя формулу (1), можно рассчитать частотную зависимость потерь в разъемах для заданного коэффициента затухания .

Зависимость коэффициента затухания кабеля от частоты [дБ/м] производители обычно приводят в табличном виде. В общем виде коэффициент затухания может быть описан функцией вида:

, (2)

где – частота, Гц; , , – коэффициенты аппроксимации. Для двух кабелей были рассчитаны коэффициенты аппроксимации по данным производителей, результаты приведены в таблице 5. Сопоставление табличных значений затухания сигнала в кабеле, с графиком зависимости коэффициента затухания от частоты, полученного по формуле (2) с учетом коэффициентов аппроксимации для кабеля марки PK 50-3-38 представлено на рисунке 3, а для кабеля марки RG-316D на рисунке 4.

Таблица 5 – Коэффициенты аппроксимации для кабелей

Марка кабеля				Примечание
PK 50-3-38	0,353	0,0173	0,00209
RG-316D	1,12	0,0412	-0,0781	до 6ГГц

Рисунок 3 – График зависимости коэффициента затухания от частоты, полученного по формуле (2) с учетом коэффициентов аппроксимации и табличные значения затухания сигнала от производителя для кабеля марки PK 50-3-38

Рисунок 4 – График зависимости коэффициента затухания от частоты, полученного по формуле (2) с учетом коэффициентов аппроксимации и табличные значения затухания сигнала от производителя для кабеля марки RG-316D

Потери в кабельной сборке с учетом двух разъемов определяются по формуле:

, (3)

где – длина кабеля, м; и – потери в разъемах, дБ/м, которые определяются с помощью выражения (1) по данным из таблиц 3 и 4.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ

1. В соответствии с вариантом определите компоненты кабельной сборки (марка коаксиального кабеля, его длина, два разъема).

2. Далее по ссылке перейдите на сайт производителя (продавца) кабеля, ознакомьтесь с техническими параметрами и характеристиками кабеля и его конструкцией. В отчете по работе сохраните рисунок конструкции кабеля и следующие его технические характеристики: материалы внутреннего и внешнего проводников, их диаметры, тип оболочки, рабочий диапазон температур, пиковая мощность, сопротивление по постоянному току внутреннего проводника, сопротивление по постоянному току наружного проводника, напряжение пробоя оболочки, уровень экранирования. Отдельно для затухания заполните таблицу 6.

Таблица 6 – Затухание в кабеле

Частота , ГГц
Затухание , дБ/м

3. Используя данные из таблицы 6, рассчитайте коэффициенты аппроксимации для формулы (2) и постройте зависимость коэффициента затухания сигнала в кабеле от частоты [дБ/м].

4. Используя формулу (1), рассчитайте потери для заданных разъемов кабельной сборки. Постройте графики зависимости для каждого разъема.

5. Далее по формуле (3) определите потери в кабельной сборке с учетом длины кабеля, заданного по варианту. Постройте график зависимости .

6. Оформите отчет в соответствии с требованиями, указанными в начале работы. Отчет должен содержать: задание, исходные данные, рисунок конструкции кабеля и его технические характеристики, заполненную таблицу 6, необходимые расчеты, графики и вывод.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Нефедов, В. И.  Теория электросвязи : учебник для среднего профессионального образования / В. И. Нефедов, А. С. Сигов ; под редакцией В. И. Нефедова. — Москва : Издательство Юрайт, 2023. — 495 с. — (Профессиональное образование). — ISBN 978-5-534-01470-9. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/512076.

2. Antenna RF Connectors https://support.getmntd.com/hc/en-us/articles/23384962714775-Antenna-RF-Connectors-101

3. Компонентс Ру — электронные компоненты и радиодетали https://components.ru/manufacturers/Fairview_Microwave/

4. Компания ООО "Тайко Электроникс РУС" https://terussia.ru

5. Амитрон Электроникс https://amel.ru/products/coaxial_connectors/

6