6.1. Кабельные и воздушные линии связи на основе металлических проводников
Существующие линии связи (ЛС) в зависимости от используемой среды распространения сигналов принято делить на проводные и радиолинии.
К линиям связи предъявляются следующие основные требования:
осуществление связи на практически требуемые расстояния;
широкополосность и пригодность для передачи различных видов сообщений;
защищенность цепей от взаимных влияний и внешних помех, а также от физических воздействий (атмосферных явлений, коррозии и пр.);
стабильность параметров линии, устойчивость и надежность связи;
экономичность системы связи в целом.
Часто возникает путаница в применениях терминов «провод», «кабель» и «линия связи». Провод - конструктивный элемент, представляющий собой проводник (проводники) той или иной конструкции в изолирующем покрытии. Кабель - законченная конструкция, состоящая из одного или нескольких проводов, заключенных в общие экранирующие, защитные и прочие покровы. Линия связи - инженерное сооружение, состоящее из проложенного по определенной географической трассе кабеля связи, при необходимости снабженная устройствами защиты от внешних влияний (грозоразрядники и т.п.), а также усилительными и регенерационными пунктами.
Рассмотрим проводные ЛС. В простейшем случае проводная ЛС - физическая цепь, образуемая парой металлических проводников. По конструкции и взаимному расположению проводников различил- симметричные и коаксиальные провода и кабели связи (рис.6.1).
Симметричный провод состоит из двух совершенно одинаковых в электрическом и конструктивном отношениях изолированных проводников. В зарубежных источниках его часто называют «витая пара» (Twisted Pair-TP). Различают экранированные (shielded) и неэкранированные (unshielded) симметричные провода.
Рис. 6.1. Типичный вид симметричного (а) и коаксиального (б) провода
Коаксиальный провод (от англ. coaxial – соосный) представляет собой два цилиндра с совмещенной осью, причем один цилиндр – сплошной внутренний проводник концентрически расположен внутри другого полого цилиндра (внешнего проводника). Проводники изолированы друг от друга диэлектрическим материалом.
Рассмотрим основные параметры симметричных и коаксиальных кабелей (СК и КК).
Коэффициент затухания (, дБ/км) зависит от свойств материалов проводников и изоляционного материала. Наилучшими свойствами (малым сопротивлением) обладают медь и серебро. Коэффициент затухания зависит также от геометрических размеров проводников. СК с большими диаметрами проводников имеют меньший коэффициент затухания. Коэффициент затухания КК зависит от соотношения диаметров внешнего и внутреннего проводника (рис.6.2). Оптимальными соотношениями являются (материал внешнего проводника): 3,6 для меди, 3,9 для алюминия, 5,2 для свинца.
Рис. 6.2. Зависимость коэффициента затухания КК от соотношения диаметров проводников
Очень важной характеристикой, фактически определяющей широкополосность системы связи, является зависимость коэффициента затухания от частоты (рис.6.3). Если определен граничный коэффициент затухания гр (обычно он определяется возможностями усилителей или регенераторов (см. §5.4)), то данному коэффициенту соответствует граничная частота пропускания системы fгр. Полоса пропускания системы не превышает граничной частоты пропускания.
Рис. 6.3. Частотная зависимость коэффициента затухания металлического кабеля
Частотная зависимость скорости распространения (v, км/мс) показана на рис.6.4. С ростом частоты скорость распространения увеличивается, приближаясь к скорости света в вакууме vс 300 км/мс. Данный параметр зависит также от свойств диэлектрика, применяемого в кабеле.
Рис. 6.4. Частотная зависимость скорости распространения электромагнитной волны
Волновое
сопротивление (Zв,
Ом) – сопротивление, которое встречает
электромагнитная волна при распространении
вдоль однородной линии без отражения,
т.е. при условии, что на процесс передачи
не влияют несогласованности на концах
линии. Волновое сопротивление СК зависит
от удельных значений емкости и
индуктивности кабеля. Для КК волновое
сопротивление определяется как
Z,
где Z – волновое
сопротивление диэлектрика, D
и d – соответственно
диаметры внешнего и внутреннего
проводников.
Основные требования к СК определены в рекомендации ITU-T G.613. Диаметр жилы СК обычно составляет 0,4...1,2 мм. Как правило, СК обычно используются в диапазоне частот до 10 МГц. Основные параметры КК приведены в табл.6.1.
Таблица 6.1
Тип КК |
Диаметр проводника внутренний/внешний, мм |
Рекомендация ITU-T |
Рабочая полоса частот, МГц |
Мини-КК |
0,7/2,9 |
G.621 |
0,2...20 |
Малогабаритный КК |
1,2/4,4 |
G.622 |
0,06...70 |
Нормализованный КК |
2,6/9,5 |
G.623 |
0,06...300 |
В настоящее время выпускается широкая номенклатура кабели, различающихся назначением, областью применения, условиями прокладки и эксплуатации и пр.
На рис. 6.5 приведен пример конструкции кабеля для магистральной сети КМБ-8/7. В конструкции кабеля предусмотрено несколько коаксиальных цепей разного типа, несколько симметричных пар, а также отдельные изолированные жилы. Последние обычно используются для технологических целей.
Рис. 6.5. Пример конструкции кабеля (кабель КМБ-8/7)
Воздушные ПС (ВЛС) не имеют изолирующего покрытия между проводниками, роль изолятора играет слой воздуха. Проводники выполняются, в основном, из биметаллической сталемедной (сталеалюминевой) проволоки. Внутренний диаметр стальной проволоки обычно составляет 1,2...4 мм, толщина внешнего слоя меди (алюминия) 0,04...0,2 мм. Проволока подвешивается на деревянных или железобетонных опорах с помощью фарфоровых изоляторов. Используемый частотный диапазон ВЛС не превышает 150 кГц.