книги / Междугородные кабельные линии связи

Г лава 7

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ КОАКСИАЛЬНЫХ КАБЕЛЕЙ СВЯЗИ

7.1.ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРОЦЕССЫ

ВКОАКСИАЛЬНОМ КАБЕЛЕ

При прохождении электрического тока по внутреннему провод­ нику в самом 'проводнике и вне его образуется магнитное поле, силовые линии которого замыкаются по окружностям. В центре проводника напряжённость магнитного поля равна нулю, а чем ближе к поверхности проводника, тем напряжённость становится больше. На поверхности проводника она имеет наибольшую вели­ чину. Такая зависимость объясняется тем, что магнитная линия на поверхности проводника охватывает весь ток, протекающий по проводнику, а линия вблизи центра проводника охватывает лишь незначительную долю его. А так как напряжённость поля пропор­ циональна току, протекающему внутри замкнутой силовой линии, то, очевидно, в центре проводника напряжённость равна нулю, а на поверхности его — максимальной величине.

Напряжённость магнитного поля определяется по закону Био-Савара.

где / — ток, протекающий внутри окружности с радиусом г (рис. 7.1). Исходя из этого закона, можно-утверждать, что напря­ жённость магнитного поля снаружи проводника убывает с ростом радиуса рассматриваемой окружности. Если мы возьмём радиус бесконечно большой величины, то напряжённость поля будет при­ ближаться к нулю.

Зная указанные закономерности, можно построить диаграмму ■изменения напряжённости магнитного поля при прохождении тока по обоим проводникам. На рис. 7.2 показано построение такой диа­ граммы, где Я в — напряжённость поля, 'создаваемая током во

100

новения тока в толщу медного проводника определяется по фор­ муле

Первичными параметрами коаксиальной цепи являются: сопро­ тивление, индуктивность, ёмкость и проводимость, отнесённые к одному километру цепи.

Сопротивление цепи определяется с учётом специфики конст­ рукции коаксиальных пар. Поскольку токи вч распространяются по поверхности проводников, берётся сопротивление не всего про­ вода, а только слоя, прилегающего к поверхности, т. е. слоя, через который протекает ток. В этом случае сопротивление коаксиаль­ ной пары будет выражаться формулой

ра— удельное сопротивление внутреннего проводника, ом -----,

м

мм2

рь — то же, внешнего проводника, ом • ---- .

Формулой (7.2) предусматривается возможность расчёта сопро­ тивления коаксиальной пары, состоящей из проводников одина­ ковых или разных материалов. Следует обратить также внимание, что в этой формуле радиусы проводов входят в первой степени, в то время как в ф-ле (3.1) диаметр провода входит в квадрате. Объясняется это тем, что постоянный ток протекает по 'всему сече­ нию проводника, а переменный ток вч — по тонкому слою, толщи­ на которого ие зависит от диаметра провода [см. ф-лу (7.1)]. Не­ обходимо отметить, что сопротивление, полученное по приближён­ ной ф-ле (7.2), несколько меньше действительного, так как фор­ мулой не учитываются небольшие потери из-за отклонения конст­ рукции коаксиальной пары от идеальной формы.

Индуктивность коаксиальной пары определяется по упрощён­ ной формуле

теснение магнитного поля из проводов, так как поле внутри про­ водов настолько мало, что им при высоких частотах пренебрегают.

102

Индуктивность коаксиальной пары примерно в два-три раза мень­ ше индуктивности симметричной пары, имеющей те же раз­ меры.

Рабочая ёмкость коаксиальной пары 'рассчитывается по фор­ муле

Величина ёмкости коаксиальной пары примерно в два-три раза больше, чем ёмкость симметричной пары тех же размеров. Прово­ димость изоляции коаксиальной пары вычисляется по ф-ле (3.4), а входящий в неё тангенс угла диэлектрических потерь — по ф-ле (3.5).

Между прочим, ф-лы (3.5) для коаксиальных пар, имеющих шайбовую изоляцию, могут быть преобразованы в более простые:

где вш — относительная диэлектрическая проницаемость шайбы,

а— толщина шайбы, мм,

Ь— промежуток между шайбами, мм.

Для баллонно-трубчатой изоляции, имеющей слоистое строение, эквивалентные значения ег и {дб могут быть определены по таким формулам:

где ег — диэлектрическая проницаемость трубки,

— тангенс угла потерь в материале трубки,

гс — радиус окружности, разграничивающей слои диэлектри­ ков.

Последние формулы так же, как и (3.5), дают приближённые значения, так как они не учитывают вогнутость трубки, которая при­ водит к отступлениям от идеального расположения слоёв.

7.3. ВТОРИЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПЕРЕДАЧИ

Вторичные парметры передачи рассматриваются только при вы­ сокой частоте, так как низкие частоты при организации связи по коаксиальным кабелям не используются.

На рис. 7.3 показаны кривые,'построенные по рассчитанным точ­

Волновое сопротивление коаксиальной пары определяется по формуле

<7-8>

где Ь и С — те же значения, что и в ф-ле (7.7).

Если в ф-лу (7.8) подставить значения Ь. и С из ф-л (7.3) и (7.4), то после преобразования будем иметь

г , = - 3 = 1п - ь , ом,

УеГ га

где ег — относительная диэлектрическая проницаемость.

Из приведённой упрощённой формулы следует, что волновое со­ противление в диапазоне высоких частот совсем не зависит от ча­ стоты. В табл. 7.1 'приведены данные частотной зависимости пара­ метров передачи для коаксиальной пары, имеющей размер- 2,52/9,4 мм.

неравномерности диэлектрической проницаемости, обусловленные неоднородностью изолирующего материала. Диаметр внутреннего проводника, представляющего собой обычно сплошную проволоку, может быть получен с большой точностью.

Кроме влияния указанных допусков, в размерах коаксиальной пары могут быть ещё отклонения волнового сопротивления за счёт нарушения идеального расположения проводников, т. е. вследствие появления эксцентриситета, эллиптичности наружного проводника, расхождения продольного шва и других причин. Для устранения этих причин кабель должен изготовляться с максимальной точ­ ностью, без каких-либо зазоров и люфтов. Центральное отверстие в шайбе должно высверливаться точно. Наружный проводник должен плотно облегать шайбу и обматываться тугими витками экранирую­ щей ленты.

Несмотря на эти меры и предосторожности в отношении допу­ сков, отклонения волнового сопротивления всё-таки имеют место. Различают неоднородности внутренние и стыковые: внутренние не­ однородности появляются внутри строительной длины кабеля, а стыковые — в местах соединения строительных длин. При этом внутренние неоднородности, расположенные друг от друга на рас­ стоянии менее чем А/4, влияния на отклонение характеристического сопротивления строительной длины не оказывают. Если отрицатель­ ное отклонение А2в имеет место на одном конце строительной дли­ ны, а положительное отклонение А 2в — на другом конце, то ре­ зультирующие волновые сопротивления, измеренные с разных кон­ цов строительной длины, будут отличаться друг от друга.

При передаче сигналов телевидения по коаксиальному кабелю важно, чтобы кабельная линия обладала высокой степенью одно­ родности. Если отдельные куски кабеля (строительные длины) бу­ дут иметь различные волновые сопротивления, то в точках соедине­ ния таких кусков при передаче сигналов будут возникать отражения электромагнитных волн. Если бы на линии имелось только одно ме­ сто отражения, то поток отражённых волн, распространяющихся в обратном направлении, не имел бы особого значения. Но так как на линии всегда имеется несколько точек отражения, то возникает вто­

Попутный поток оказывает значительное искажающее влияние на телевизионную передачу. Мерой качества телевизионной переда­ чи является качество передачи рисунка, состоящего из белых и чёр­ ных полос. При передаче такого рисунка на границе между белой и чёрной полосами рисунка происходит мгновенное исчезновение рабочего тока. Однако в пункте приёма, где имеет место воздейст­ вие попутного потока, не наблюдается мт новенного исчезновения тока. Вследствие этого границы между белыми и чёрными полоса­ ми расплываются, теряют свою резкость.

В настоящее время установлено, что если отношение амплитуды попутных отражённых волн к амплитуде основной волны в пункте

108