Тема : Исторический обзор развития линейных сооружений

Волновое сопротивление Zв

Связь между Zв и первичными параметрами:

Zв зависит:

· От всех четырёх параметров;

· Частотно-зависимый параметр;

· Комплексный параметр.

Рассмотрим частотную зависимость модуля Zв и угла сопротивления j.

Примем крайние значения:

Замечания:

1) В области ВЧ волновое сопротивление имеет чисто активный чарактер,часто это показывается в параметрах кабеля РК-50, РК-75, где цифра означает волновое сопротивление кабеля в омах;

2) Т.к. волновое сопротивление линии на ВЧ является чисто активным параметром, то легко согласовать параметры линейного сооружения с внутренним сопротивлением передатчика и приемника (с их параметрами) для оптимальной работы линии. В противном случае возникает режим несогласованности нагрузки.

 

Режим несогласованных нагрузок

 

При .

 

Возникает отражение, для того чтобы объективно оценить эти отражения, вводят параметр P - коэффициент отражения лежит от -1 до +1.

 

 

Коэффициент отражения нормируют - в линейных сооружениях он не должен превышать 0.2.

Т.к. в реальности всегда присутствуют некоторые несогласования нагрузок, то вместо волнового сопротивления вводят понятие входного сопротивления в линию.

Входное сопротивление в линию (Zвх)

Входное сопротивление в линию- это то сопротивление которое испытывает на себе волна тока или напряжения при распространении вдоль линии при любых нагрузочных сопротивлениях по каналам линии.

Входное сопротивление приобретает колебательный характер.

, где

 

Кроме частотной зависимости Zв и Zвх зависят от параметров линии.

Волновое сопротивление:

1) ВЛ:

· Со стальными цепями:

| Zв|=800¸1000 Ом;

· С медными или биметаллическими цепями:

| Zв|=800¸600 Ом:

2) Кабельные линии:

· Симметричный кабель

:|Zв|=250¸180 Ом:

· Коаксиальный кабель: |

Zв|=150¸50 Ом (Zв зависит от конструкции и частотной зависимости)

Зависимость Zв от частоты позволяет создать ВЧ системы передачи.

Наряду с Zвх вводят понятие рабочего затухания.

Рабочее затухание

Рабочее затухание учитывает следующие факторы:

· Собственное затухание линии;

· Затухание на стыке: линия-передатчик;

· Затухание на стыке: линия-приемник;

· Взаимодействие затухания волн, отраженных от стыка: передатчик-линия;

· Взаимодействие затухания волн, отраженных от стыка: приемник-линия.

Лекция №4

Сердечник кабеля

 

Основное назначение: передача полезной информации: сигналов автоматики, связи с малым затуханием и искажением формы.

Сердечник состоит из совокупности жил. Материал жил кабеля автоматики и связи – медь; диаметр в зависимости от области использования:

1 - Городские: 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 [мм] обычно - 0,5

2 - Магистральные: 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3 [мм] обычно - 0,9; 1,2

 

Жилы определяют параметры передачи, а именно: сопротивление и индуктивность – кабель работает в широком спектре частот.

 

 

, при f=0 w®¥

1) При рассмотрении функции сопротивления от частоты R(f) проявляются два эффекта - скин-эффект - поверхностный эффект, заключается в вытеснении тока на поверхность проводника с ростом частоты, т.е. плотность тока на поверхности с ростом частоты растет. Это приводит к уменьшению эффективного сечения и росту сопротивления. Другой эффект: эффект близости (электромагнитный эффект). Т.к. сердечник кабеля состоит из нескольких жил (проводников), которые оказывают электромагнитные влияния друг на друга.

2) Индуктивность жил кабеля определяется магнитным полем, которое возникает в сердечнике. С ростом частоты магнитное поле как бы “стягивается” к проводнику; за счёт этого индуктивность с ростом частоты будет уменьшатся, (поскольку рамка которая охватывает магнитное поле уменьшается).

Изоляция жил кабеля

Изоляция жил кабеля определяет поперечные параметры цепи передачи:

G,[См/км] и C,[Ф/км] - определяют затухание сигнала при распространении.

Поперечные параметры зависят от величин:

- диэлектрической проницаемости – e

- удельного сопротивления – r

- тангенса угла диэлектрических потерь – tgd

Требования к параметрам при разработке кабеля:

1) e - определяет ВЧ-потери в изоляции. Чем больше e, тем больше потери, поэтому стремятся устремить e®1.

2) r-определяет утечку тока, чем больше утечка тока, тем больше затухание, поэтому r изоляции должно быть очень большим: r=10¹⁴¸10¹⁵,Ом.

3) tgd- определяет качество изоляции, чем больше tgd, тем больше потери, поэтому стремятся уменьшить: tgd ®0(10^-4¸10^-5).

tgd непосредственно определяет величину проводимости изоляции:

 

(1)

 

Из (1) следует, что проводимость изоляции с ростом частоты будет увеличиваться.

Из 4-х первичных параметров сердечника только один не зависит от частоты – ёмкость - С.

С определяется геометрическим расположением проводников и величиной e.

 

Конструкции изоляции жил

 

Конструктивно изоляция жил бывает 3-х основных видов:

· Сплошная изоляция, выполняется их сплошного полимерного материала, который должен обладать требованиями: e,r и т.д. Состоит из полиэтилена, полиамид.

· Пористая изоляция, выполняется на основе материалов, которые содержат большое количество воздушных включений- пенопласт.

· Кордельно-стирофлексная изоляция- наиболее высокочастотная изоляция, позволяющая организовать спектр частот уплотнения каналов 100 КГц ¸ 1 МГц. Используется для магистральных кабелей, она позволяет создавать аналоговые и цифровые системы передачи информации.

Существуют низкочастотные виды изоляции, которые создаются на базе изоляции из кабельной бумаги - до 150 кГц.

Кабельная бумага используется достаточно широко, но имеет величину tgd в 80 раз больше чем у полимерных материалов, за счет больших потерь, кабель с бумажной изоляцией не используется для высокочастотных систем передачи информации.Лекция № 5

Тема: Исторический обзор развития линейных сооружений

Линии развивались параллельно с развитием как ж.-д. транспорта, так и техники передачи информации. Первые упоминания о линейных сооружениях в 1812 году, использовалась в военной отрасли, с помощью изолированных проводников демонстрировались взрывы подводных мин (под руководством Шиллинга).

В 1836 году Шиллинг применил изолированные провода для организации телеграфной связи между крайними помещениями адмиралтейства в Санкт-Петербурге. Дальнейшее развитие связано со строительством железной дороги.

В 1851 году при строительстве магистрали Москва - Санкт-Петербург был проложен телеграфный кабель. В 1854 году построена 1-я воздушная линия между Санкт-Петербургом и Варшавой. В течении 70-х годов 19-го века была проложена воздушная линия между Москвой и Владивостоком (около 10 тыс.км). В 1866 году построена 1-я трансатлантическая кабельная линия между США и Францией.

Всё последующее развитие линейных сооружений было направлено на увеличение дальности связи передачи информации и увеличение числа каналов. Два способа увеличения дальности:

1) Пассивный

Основан на уменьшении затухания в линии, путем компенсации емкости, это достигалось увеличением индуктивности (продольной) - включающейся в разрывы цепи (пупенизация) или в виде ферромагнитной обмотки на проводнике (крарупенизация). Пассивные способы увеличения дальности использовались только для одно или малоканальных устройств передачи информации.

В настоящее время эти методы практически не применяются.

2) Активный

Основан на применении электромагнитных усилителей, были разработаны и испытаны Коваленковым в 1917 году.

Была построена линия: Москва - Санкт-Петербург - Харьков.

1. ОУП - обслуживаемый усилительный пункт

2. НУП - не обслуживаемый усилительный пункт

3. ОРП - обслуживаемый регенерационный пункт

4. НРП - не обслуживаемый регенерационный пункт

1-й и 2-й - аналоговые системы передачи

3-й и 4-й - цифровые системы передачи

Все последующие разработки были направлены на увеличение числа каналов по линии связи, были разработаны системы многоканального уплотнения.

Аналоговые системы передачи для воздушных линий

Вначале были разработаны аналоговые системы передачи для воздушных линий.

В-2 (двухканальная) и В-3 (трехканальная) -на стальных цепях.

В-12 (двенадцати канальные) - на медных и биметаллических цепях, до 150 кГц.

Дальнейшее увеличение каналов ограничено увеличением затухания в них.

Аналоговые системы передачи для кабельных линий

К-12+12 - 12-ти канальная аппаратура, двух полосная и двухпроводная, связь в прямом и обратном направлениях осуществляется на разных частотах, но в передачи используется одна пара проводов. Кабель - изоляция из кабельной бумаги.

К-24, К-24Т - системы уплотнения (кабельная, аналоговая), с индексом «Т» - специально разработана для ж.д. транспорта: 12 каналов - магистральная связь, 9 каналов - оперативно-технологическая связь, 3 канала - передача дискретной информации (телеграфия). Это система однополосная и четырехпроводная, связь в прямом и обратном направлении ведётся в одном спектре частот, но используются разные пары.

К-60П, К-60Т - система кабельная, аналоговая на 60 каналов, где символ «П» - означает - полупроводниковая, «Т» - разработана для ж.д. транспорта которая использует ПДС и ПДИ. Используется симметричный кабель.

Для коаксиальных кабелей используют другие системы передачи, например, К-300, К-1920, К-1020, К-3600.

Цифровые системы передачи

Базируются на импульсно-кодовой модуляции, все системы имеют индекс ИКМ.

Системы: ИКМ-30, ИКМ-120, ИКМ-480.

В начале 70-х годов XX века были разработаны оптические квантовые генераторы, с помощью которых можно передавать информацию по стекловолокну.

Первые системы были несовершенными из-за наличия большого затухания, но дальнейшие рахработки привели к уменьшению затухания и даже удалось создать такие системы, в которых затухание меньше, чем в медном проводе.

В настоящее время затухание в оптическом кабеле составляет 0,5 дб/км. Оптическая связь сейчас наиболее активно развивается. Принято решение, согласно которому будет проложен оптико-волоконный кабель от Москвы до Владивостока.

Построение сети связи на железнодорожном транспорте

Система четырёхуровневая.

1) Магистральная связь - связь между МПС и управлениями дорог, используется аппаратура многоканального уплотнения.

2) Дорожная связь - между управлениями дорог, отделениями дорог и отдельными станциями, применяется аппаратура многоканального уплотнения.

3) Отделенческая связь - организуется в пределах отделения и содержит различные виды оперативно-технологической связи - относятся к конкретным службам:

1. ПДС - поездная диспетчерская связь

2. МЖС - межстанционная связь

3. ПС - постанционная связь

4. ЭДС - энергодиспетчерская связь

5. СЭМ - связь электромехаников

6. ВРС - вагонно-распорядительная связь

7. ЛПС - линейно-путевая связь

8. ПГС - перегонная связь

Перечисленные технологические виды связи организуются по физическим каналам.

4) Местные линии.