Первичные параметры проводных линий связи

				Марки кабелей		Примечания
Первичные параметры	Воздушные линии диаметром 4 мм при расстоянии между проводами 20 и 60 см			ТЗГ, ТЗБ (кордель-ные диаметром 1 мм)	ТГ, ТВ (теле­фонные диаметром 0,7 мм)
	сталь	медь	биметалл
R0, Ом/км	22,0 (22,0)	2,84 (2,84)	6,4 (6,4)	47,0	96,0	Для постоян­ного тока
R800, Ом/км	42,2 (42,2)	2,87 (2,87)	6,68 (6,68)	—	—	Для пере­менного тока 800 Гц
L0, мГн/км	8,96 (9,4)	1,94 (2,38)	1,94 (2,39)	0,7	0,6
С0, мкф/км	0,0063 (0,0051)	0,0063 (0,0051)	0,0063 (0,0051)	0,034	0,04
Сопротив- ление изоляции между проводами, МОм/км	25 – 125, но не менее двух	25 – 125, но не менее двух	25 – 125, но не менее двух	10,0	2,0

Вторичные параметры проводных линий связи – волновое сопротивление Z_В и постоянная передачи . Эти параметры характеризуют усло­вия распространения электромагнитной энергии по линии связи и зависят только от первичных параметров и частоты.

В линиях небольшой протяженности значение тока практически одинаково в начале и в конце линии. Если длина линии велика, то при высокой частоте значе­ние тока в начале и в конце линии различно. Падение напряжения в раз­ных точках линии будет иметь также разное значение. Электрическая модель длинной проводной линии представлена на рис. 6.1.

Рис. 6.1.Схема замещения проводной линии

Сопротивление, которым можно заменить отрезанную часть длинной линии так, что при этом в любых точках оставшейся линии значения тока и напряжения будут прежними, называют волновым или характеристическим сопротивлением и обозначают Z_В.

Волновое сопротивление выражается через первичные параметры проводной линии

Z_{В =} . (6.3)

На частотах более 10 кГц, когда первые слагаемые числителя и знаменателя малы:

Z_{В =} . (6.4)

Для медных воздушных линий связи Z_В =600  900 Ом.

Сопротивление, измеренное в начале линии, называют входным сопротивлением

Z_ВХ = U_ВХ/I_ВХ. (6.5)

Входное сопротивление линии зависит от волнового сопротивления, затухания линии и нагрузки в конце линии.

Входное сопротивление совпадает с волновым сопротивлением лишь тогда, когда сопротивление нагрузки равно волновому сопротивлению Z_Н = Z_В. Только в этом случае будет наилучшая передача электромагнитной энергии (наибольший к.п.д. передачи), так как отсутствует отражение волн.

В телемеханике это имеет очень большое значение, так как телемеханические сигналы имеют небольшую мощность. Поэтому, если линия не будет нагружена на волновое сопротивление, могут возникнуть отражения импульсов от несогласованной нагрузки и повторное поступле­ние их на схему, что вызовет искажение передачи.

Постоянная передачи, или коэффициент распространения:

(6.6)

где  – коэффициент затухания, характеризующий уменьше­ние тока или напряжения;  – коэффициент сдвига фазы, определяющий изменение фазы напряжения и тока.

Затухание электромагнитной энергии в линии, нагруженной на волно­вое сопротивление, происходит по экспоненциальному закону: ток I₁и напряжение U₁ в начале линии всегда больше токаI₂и напряженияU₂в конце линии (см. рис. 6.1). ПоэтомуI₂=I₁е^-l, U₂=U₁e^-l,где l– длина линии.

Из этих соотношений вытекает, что

(6.7)

Если l=1 км, то километрическое затухание в линии, согласованной с нагрузкой:

(6.8)

Затухание выражают в неперах. Непер – натуральный логарифм отношения двух напряжений, токов или половина логарифма отношения мощностей на входе и выходе. Если линия обладает затуханием в 1 Нп, то это значит, что ток и напряжение в конце линии уменьшаются в е = 2,718 раза, а мощность – в e² = 7,39 раза. При =2 Нп отношение U₁/U₂=e²7,4, a P_l/P₂=e⁴55.

Затухание также выражают в децибелах:

(6.9)

На рис. 6.2 приведены данные о затухании некоторых воздушных и кабельных линий связи [8].

Рис. 6.2.Зависимость затухания от частоты для воздушных и кабельных линий связи:

воздушные линии с диаметром провода 4 мм и рас­стоянием между проводами 20 см: 1 – медная, t=-20 °С в сухую погоду; 2 – медная, t=+20 °С в сырую погоду; 3 – медная при гололеде (диаметр провода 5 мм); 4 – стальная, t=+20 °С в сырую погоду; кабельные линии: 5 –МКС-441,2 (диа­метр жилы 1,2 мм); 6 – КМ-42 с шайбовой поли­этиленовой изоляцией

Чтобы затухание, выраженное в неперах, перевести в децибелы, число неперов нужно умножить на коэффициент 8,686. Для обратного перевода в неперы число децибелов умножают на коэффициент 0,1151.

Затухание зависит в основном от активного сопротивления линии. Графики, представленные на рис. 6.2, иллюстрируют сказанное и одновременно подчеркивают сильную зависимость затухания воздушных линий от метеорологических условий. Стальные провода обладают в десятки раз большим коэффициентом затухания по сравнению с медными. Поэтому для увеличения дальности передачи необходимо применять провода с малым удельным сопротивлением или в линиях со стальными проводами более часто включать промежуточные усилительные станции. Например, при передаче по стальным проводам требуется примерно в 10 раз больше усилителей, чем при передаче по медным проводам.

Из тех же графиков следует, что кабельные линии с медным проводником обладают большим затуханием из-за меньших диаметров жил. Для снижения затухания используют кабели с повышенной индуктивностью. Это достигается включением дополнительных катушек индуктивности (пупинизация), либо обматыванием кабеля стальной проволокой или лентой (краруповская обмотка). Однако одновременно со снижением затухания уменьшается и наивысшая допусти­мая частота спектра передаваемых сигналов.

При расчетах линий связи часто пользуются не абсолютными значениями мощности сигналов, выраженными в ваттах, а их относительными значениями, выраженными в логарифмических единицах – абсолютных уровнях. Под абсолютным уровнем понимают уровень (Нп), определяемый из соотношения

(6.10)

где Р – мощность передаваемого сигнала;

P₀ – нулевой уровень, мощность кото­рого принята равной 1 мВт.

Абсолютный уровень может быть как положительным (Р>1 мВт), так и отрицательным (Р<1 мВт). Абсолютный уровень (Нп) можно выразить и напряжением сигнала:

(6.11)

где U₀ – напряжение нулевого уровня.

Для цепей с волновым сопротивлением 600 Ом напряжение U₀ =0,775 В. Введено понятие тока нулевого уровня I₀=1,29 мА.

В табл. 6.3 даны соотношения между уровнями мощности, напряжения и тока.

Таблица 6.3

Соотношения уровней при Zв=600 Ом

Уровень, Нп	Мощность, Вт	Напряжение, В	Ток, мА
+4,0	2,98	42,3	70,4
+3,0	0,4	15,6	25,9
+2,0	0,05	5,7	9,5
+1,0	0,007	2,1	3,5
0,0	0,001	0,775	1,29
-1,0	0,13·10-3	285·10-3	0,48
-2,0	0,02·10-3	105·10-3	0,18
-3,0	0,002·10-3	39·10-3	0,06
-4,0	0,3·10-6	14·10-3	0,02

 

Понятие уровня в неперах широко используют в телефонии. Так, если при нормальной громкости разговора телефонный аппарат развивает в начале линии мощность 1 мВт на сопротивлении 600 Ом, то качество слышимости оцени­вают как весьма отличное, при этом затухание между передающим и приемным аппаратами =0 Нп. При затухании =1 Нп качество слышимости считают отличным, при =2,0 Нп – хорошим, при =3,0 Нп – достаточным, при =4,0 Нп – недостаточным и только при =5,0 Нп слышимость считают неудовлетворительной.