Тема12. Пупінізовані кабелі зв’язку

1.НЕОБХІДНІСТЬ ШТУЧНОГО ЗБІЛЬШЕННЯ

ІНДУКТИВНОСТІ КАБЕЛІВ ЗВ'ЯЗКУ.

2.ВЛАСТИВОСТІ ПУПІНІЗОВАНИХ КАБЕЛІВ.

1. НЕОБХІДНІСТЬ ШТУЧНОГО ЗБІЛЬШЕННЯ

ІНДУКТИВНОСТІ КАБЕЛІВ ЗВ'ЯЗКУ.

Однієї з актуальних проблем кабельної техніки є збільшення дальності зв'язку без додаткової витрати кольорових металів. Для вирішення цієї проблеми удосконалюють апаратуру зв'язку і зменшують згасання кабельного ланцюга. Електричні властивості кабелю зв'язку будь-якого типу цілком характеризуються чотирма первинними параметрами - R,L,С,G. Коефіцієнт згасання зв'язаний з цими параметрами виразом:

α=+=α_м+α_д

де α_м - коефіцієнт згасання в металі; α_д - коефіцієнт згасання в діелектрику.

Створити таку лінію, у якій R=G=0, неможливо, тому що будь-який реальний кабельний ланцюг має активний опір R і провідніст G. Можна лише підібрати таке співвідношення між параметрами ланцюга, щоб згасанняїї було найменшим. Умовно вводячи в приведений вираз величину Х=, одержимо:

α=X+ =

де α₀=.

Звідси неважко довести, що згасання ланцюга має мінімальне значення (α=α_min) при Х=1, тобто коли її первинні параметри знаходяться в співвідношенні

RC=LG

Таке співвідношення є оптимальним, і до нього варто прагнути при конструюванні кабелів зв'язку. Найменше згасання ланцюга при цьому

α_min==α₀=.

На мал. 12.1 показаний характер зміни коефіцієнтів α_м і α_д при різних значеннях X.

З графіка випливає, що з ростом Х величина α_м збільшується, α_д різко падає. При Х=1 втрати в металі дорівнюють втратам у діелектрику (α_м=α_д) і згасання кабелю має найменшу величину:

α_min=α_м+α_д=

У кабелях існуючих типів Х>1, тому що R і С переважають по величинах L і G.

Таким чином, згасання може бути знижене або зменшеням R, що вкрай важко, тому що величина R регламентована припустимою витратою міді (діаметром жили), або зменшенням ємності ланцюга С, або збільшенням її індуктивності L. Для зниження ємності необхідно збільшити відстань між жилами кабелю, тобто збільшити його габарити, що явно недоцільно.

Рис. 12.1. Згасання в металі (α_м) і діелектрику (α_д) при різних співвідношеннях первинних параметрів лінії.

Єдиним шляхом реального зменшення згасання кабельних ліній зв'язку є штучне збільшення індуктивності ланцюга. З того, що RC=LG видно, що оптимальна величина індуктивності, якою повинен володіти кабельний ланцюг для забезпечення мінімального загасання, складає L₀=. Зі зростанням частоти ступінь невідповідності параметрів кабелів рівнянню RC=LG істотно зменшується. Це пояснюється збільшенням провідності ізоляції зі зростанням частоти, у результаті чого умова RC=LG виконується на визначеній частоті ω_x без штучного підвищення індуктивності. Значення ω_x можна знайти враховуючи, що G=Gо+G~=+ωCtgδ_е з тієї ж умови RC=LG:

= ==ω_xtgδ звідси ω_x = .

Для симетричних кабелів зв'язку частота f_x= лежить у межах 200-600 кГц, і для зниження згасання в спектрі практично використовуваних частот приходиться прибігати до штучного збільшення індуктивності. Іноді даний захід виявляється економічно невигідним навіть при відносно низьких частотах.

Відомо кілька різних способів штучного збільшення індуктивності кабельних ланцюгів зв'язку: пупінізація, крарупізація, біметалізація жил і, нарешті, використання магнітодіелектрика.

2. ВЛАСТИВОСТІ ПУПІНІЗОВАНИХ КАБЕЛІВ.

Спосіб пупінизації кабельних ланцюгів з метою збільшення їхньої індуктивності одержав порівняно велике застосування в кабельній техніці. Спосіб полягає в тім, що через визначені відстані, називані кроком пупінізації S, у кабельний ланцюг включаються котушки індуктивності Ls (мал. 12.2, а), називані на честь їхнього автора (Пупіна) пупіновськими. В існуючих системах пупінізації кабелів далекого зв'язку S=0,285-1,7 км, а Ls=1-140 мГн. Ланкою пупінізації називається ділянка лінії довжиною в один крок S і з однією котушкою Ls (мал. 12.2,б).

Рис. 12.2.Еквівалентна схема пупінізованого кабелю: а) пупінізований ланцюг; б) ланка пупінізації; в) фільтр нижніх частот.

Рис. 12.3. Пупіновська котушка: Рис. 12.4. Коефіцієнти згасання

а) Розріз котушки б) котушка в екрані: пупінізованого α_п і

1-обмотка; 2-сердечник. непупінізованого α кабелів.

В електричному відношенні пупінізована лінія пропускає з малим згасанням визначений спектр низьких частот («смуга прозорості») і затримує високі частоти («смуга згасання»). Ця особливість є великим недоліком пупінізованих кабелів. Гранична частота пупінизації:

ω₀=,

де L_l і С_l - індуктивність і ємність ланки пупінізації.

Пупінівські котушки являють собою замкнутий кільцеподібний сердечник, обмотаний мідним ізольованим дротом (мал. 12.3). Сердечники пупіновських котушок виготовляються переважно з магнітодіелектрика, що складається з магнітного матеріалу (карбонільного заліза, феррита, альсифера) і діелектрика (полістиролу, шелаку, бакелітової смоли і т.д.). Зібрані комплекти пупіновських котушок зміцнюються на сталевому сердечнику й укладаються в латунний, а потім у чавунний шухляди.

На мал. 12.4 приведені частотні залежності коефіцієнтів згасання пупінізованого α_п і непупінізірованого ά кабелів. З графіка випливає, що пупінизація в 2-3 рази знижує згасання в досить широкій смузі частот (у цьому переваги пупінізованих кабелів). Однак на частотах, близьких до граничного fо і вище її, згасання різко зростає і навіть стає більшим, ніж у непупінізованих кабелів.

Недоліком пупінізованих кабелів є обмежена дальність зв'язку і порівняно вузький частотний діапазон їх використання.

Відомо кілька різних систем пупінизації кабелів зв'язку (табл. 12.1). З таблиці видно, що пупінізовані кабелі мають обмежену дальність: при легкій пупінізації вона складає 3500 км, а при середній - усього лише 1400 км. Це пояснюється наступним. По нормах МККТТ для збереження задовільної якості переговорів час поширення сигналу від одного абонента до іншого не повинен перевищувати t=250 мс. З них 100 мс приділяється на зв'язок між двома міжміськими станціями.

Таблиця 12.1.

Система пупінізації	Крок пупіні-зації	Індуктивність котушок, мГц	Смуга передаваючих частот	Довжина між посилювачами, км	Число телефонних зв'язків	Дальність телефонування
Кабелі простої пупінізації
Середня Середня Легка Дуже легка Легка радіомовна	1,7 1,7 1,7 1,7 1,7	140/56* 100/70 30/12 3,2 12	2400 3400 5700 14700 8000	140 120 70 70 70	1 1 1+1 1+3 1	1400 1800 3500 10500 -
Кабелі високочастотної пупінізації
Часта: Кабель з стирофлексною ізоляцією Кабель з паперовою ізоляцією	0,285 0,425	1,75 1	60000 60000	120 55	1+12 1+12	6000 9000

*В чисельнику показана величина індуктивності котушки для основного ланцюга, в знаменнику – для штучного.

Час поширення сигналу на ділянці 1 км, с/км,

T= = =

Звідси гранична дальність зв'язку, км,

l==.

Чим більші величини L і С, тим повільніше проходить сигнал по лінії і тим менша дальність зв'язку. Природно, що в пупінізованих ланцюгах, індуктивність яких значно більше, ніж у непупінізованих, дальність зв'язку невелика.